RU1353022C - Способ разработки залежи нефти - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и позволяет повысить коэффициент нефтеотдачи за счет обеспечения устойчивости процесса горения и увеличения охвата пласта тепловым воздействием. Залежь нефти разбуривают нагнетательными и добывающими скважинами (ДС). Через нагнетательные скважины закачивают топливо для инициирования горения и окислитель. Отбор продукции осуществляют через ДС. Периодически в процессе внутрипластового горения производят подкачку топлива. При каждой последующей подкачке вязкость топлива снижают. При этом коэффициент использования кислорода составляет 50 - 55%. Периодическая подкачка топлива стабилизирует процесс горения, увеличивает охват пласта тепловым воздействием и предотвращает прорыв окислителя в ДС.

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам разработки залежи нефти путем создания внутрипластового горения (ВГ).

Целью изобретения является повышение коэффициента нефтеотдачи за счет горения и увеличения охвата пласта тепловым воздействием.

В данном способе разработки залежи нефти методом ВГ, включающем закачку топлива для инициирования горения и окислителя через нагнетательные скважины и отбор продукции через добывающие скважины. Подкачку топлива производят периодически и в процессе внутрипластового горения, причем при каждой последующей подкачке вязкость топлива снижают. Способ отличается также тем, что подкачку осуществляют при снижении коэффициента использования кислорода до 50-55%.

Периодическая подкачка топлива стабилизирует процесс горения, увеличивает охват пласта тепловым воздействием, предотвращает прорыв окислителя в добывающие скважины. В конечном счете достигается увеличение нефтеотдачи пласта.

Способ осуществляют в следующей последовательности. Залежь нефти разбуривают нагнетательными и добывающими сква- жинами. Расчетным путем по известной методике определяют общий объем окислителя, необходимого для закачки через одну нагнетательную скважину за весь срок разработки. В нагнетательную скважину перед инициированием горения закачивают топливо с вязкостью 1000-2000 мПа˙ с в количестве 20-25 т в расчете на 1 м толщины продуктивного пласта. Инициируют процесс горения путем закачки воздуха и прогрева призабойной зоны нагнетательной скважины, например, электронагревателем. Далее перемещение очага горения по пласту в направлении к добывающим скважинам осуществляют путем нагнетания окислителя или окислителя и воды в пласт через нагнетательную скважину. Отбор продукции ведут через добывающие скважины.

Контроль за процессом горения осуществляют путем анализа состава газообразной продукции, периодически отбираемой из добывающих скважин, и при содержании кислорода в пробе более 9-10% (при этом коэффициент использования кислорода составляет 50-55%) производят очередную подкачку топлива в таком же количестве, что и при инициировании горения (20-25 т на 1 м толщины продуктивного пласта) и окислителя.

В качестве топлива используют смесь высоковязкой и маловязкой нефтей. С целью облегчения доставки его в зону горения при каждой последующей закачке долю маловязкой нефти увеличивают на 10-20%, а высоковязкой соответственно уменьшают. За период проведения процесса внутрипластового горения вязкость закачиваемого топлива постепенно снижают с 2000 до 40 мПа˙с. При вязкости больше 2000 мПа˙с нефть практически неподвижна и не может быть закачена в пласт, а при снижении величины вязкости меньше 40 мПа˙с количество образующегося в пласте топлива недостаточно для поддержания устойчивости процесса горения.

Механизм процессов, происходящих в пласте, следующий. После инициирования горения в призабойной зоне нагнетательной скважины температура повышается до 400-600 ^оС. При такой температуре все легкие фракции пластовой и закачанной нефти испаряются и вытесняются газами горения к добывающим скважинам, а тяжелые остатки остаются в пласте и служат топливом для поддержания внутрипластового горения.

Нефть, периодически закачиваемая в пласт после инициирования горения, практически полностью является дополнительным топливом. При этом частично она сгорает до достижения фронта горения, а остальная часть доходит до этого фронта и сгорает вместе с остаточным топливом исходной нефти. Таким образом, по данному способу в пласте ширина фронта горения увеличивается. Экзотермическая реакция углерода с кислородом начинается в тыльной части фронта, а остатки кислорода "улавливаются" углеродом в передней части фронта. В силу этого достигается устойчивость процесса ВГ и высокий коэффициент утилизации кислорода в течение всего периода процесса внутрипластового горения. Все это позволяет увеличить коэффициент охвата пласта тепловым воздействием и повысить нефтеотдачу пласта.

Кроме того, периодическая подкачка топлива временно блокирует пути фильтрации окислителя по высокопроницаемым пропласткам, направляет окислитель в менее проницаемые пропластки и участки, ранее неохваченные горением. В результате этого тоже повышается охват пласта горением и коэффициент нефтеотдачи.

Эффективность предлагаемого и известного способов проверяли в лабораторных условиях на линейной модели пласта, представляющей трубу сечением 71,64 см² и длиной 110 см. Трубу заполняли молотым кварцевым песком, пропитанным нефтью, герметизировали и помещали в кожух диаметром 200 мм. Пространство между кожухом и корпусом модели заполняли теплоизоляционным материалом. На входном конце модели устанавливали электронагреватель мощностью 600-800 Вт для возбуждения очага горения. Контроль за фронтом горения осуществляли хромель-копелевыми термопарами, установленными в термокарманы, вваренные в корпус модели. Свободные концы термопар подключили к 12-точечному регистрационному прибору для записи температуры типа КСП-4. Для регулирования расхода воздуха применяли воздушный регулятор давления. В период влажного горения в модель пласта подавали воду поршневым насосом с плавным изменением подачи с помощью изменения длины хода поршня. На входном и выходном концах модели были установлены манометры и запорная арматура. Необходимое противодавление на выходе модели устанавливали регулирующим вентилем. Для сепарации, охлаждения и отбора проб жидкой и газообразной продукции в системе коммуникации предусматривались емкости, холодильные устройства и вентили. Учет расхода газов производили газовым счетчиком.

Об эффективности испытываемых способов судили по достигаемым коэффициентам использования кислорода и вытеснения нефти.

Коэффициент использования кислорода - это отношение кислорода, вступившего в реакцию окисления к первоначальному его содержанию в воздухе.

Как показали проведенные нами лабораторные исследования устойчивое протекание процесса характеризуется температурой не ниже 320-350^оС. При этом кислород закачиваемого воздуха, проходя через фронт горения, вступает в реакцию окисления с топливом. В отбираемых газообразных продуктах горения содержание кислорода может меняться в пределах от 2 до 8% (коэффициент использования кислорода 90-60% ), оптимальное значение 2-3%. При недостатке топлива в пласте, а также в случае языкообразного распространения фронта горения с малым охватом пласта термовоздействием коэффициент использования кислорода уменьшается до 50-55%. Это свидетельствует о постепенном затухании очага горения и является признаком необходимости подкачки топлива в зону горения. Подкачка нефти с поверхности приводит к увеличению концентрации топлива в пласте, увеличению температуры в зоне горения, коэффициента использования кислорода и соответственно увеличению охвата пласта горением. По данным примера выполнения предлагаемого способа при подкачке нефти утилизация кислорода достигала 84% от концентрации в нагнетаемом воздухе.

Кроме того, при дополнительной закачке топлива улучшаются условия безопасного ведения процесса горения. Увеличение коэффициента использования кислорода благоприятно для исключения возникновения условий взрывоопасной ситуации в добывающих скважинах. Механизм этого явления объясняется следующим.

В пластовой нефти имеется растворенный углеводородный газ, который в стволе добывающей скважины смешивается с газами горения и при большом содержании кислорода может образовать взрывоопасную смесь. Нижним пределом образования взрывоопасной смеси согласно рекомендации инструкции по технике безопасности при ведении процесса ВГ считается содержание кислорода в газах горения равное 10% (т. е. при коэффициенте использования кислорода 50%).

Таким образом, коэффициент использования кислорода, равный 50-55%, является нижним пределом устойчивости и безопасности ведения процесса, свидетельствует о неудовлетворительном охвате пласта горением и его затухании.

Пример выполнения известного способа.

B трубу загружали молотый кварцевый песок, по фракционному составу близкий к измельченной породе, смешанный с разгазированной нефтью, имеющей вязкость около 13 мПа ˙с, в соотношении, обеспечивающем начальную нефтенасыщенность 52% от объема пор. Свободные поры насыщались водой. Перед инициированием горения в модель пласта закачивали нефть с вязкостью 1370 мПа˙с. Закачка составила 2% от объема пор. Коэффициент использования кислорода в начальный момент составил 70,2%, а при движении фронта горения на расстояние, равное 1/3 части длины модели пласта, он постепенно снизился до 48%. Одновременно снизилась и температура от 415^оС до 230^оС, и закачку воздуха прекратили. Дальнейшее вытеснение нефти из модели производили водой. Концентрация топлива при горении составила 14,8 кг/м³, скорость перемещения фронта горения 26,2 см/ч при плотности потока воздуха 69,54 м³/м² ˙ч. Коэффициент вытеснения составил 66,7%, средний коэффициент использования кислорода 58,7%.

Пример выполнения предлагаемого способа.

Условия в начале эксперимента были такими же, что и в предыдущем опыте. Однако после движения фронта горения на расстояние 30 см от входа модели пласта в нее закачали нефть с вязкостью 540 мПа с и возбудили очаг горения по той же технологии, что и в начале опыта. Общий объем закачки топлива составил 7,5% от объема пор. Путем нагнетания воздуха и воды очаг горения продвигали до конца модели. Были получены следующие показатели процесса: коэффициент использования кислорода на первом этапе 62,7%, на втором 84%, в среднем за весь период 73,3%, концентрация топлива за весь опыт 20,4 кг/м³, скорость перемещения фронта горения на первом этапе 24,3 см/ч, на втором 34 см/ч при плотности потока воздуха 67,3 м³/м² ˙ч. Коэффициент вытеснения составил 80%.

Таким образом, в сравнении с опытом по известному способу средний коэффициент использования кислорода увеличился на 14,6%, а коэффициент вытеснения нефти на 13,3%.

Эффективность данного способа достигается за счет увеличения охвата пласта процессом горения, что приводит (по данным лабораторных опытов) к повышению коэффициента вытеснения нефти на 13,3%.

Расчеты, выполненные применительно к опытному участку, с использованием лабораторных данных показали, что при осуществлении данного способа коэффициент охвата пласта горения по объему увеличивается на 25%, что дает возможность увеличить коэффициент нефтеотдачи пласта на данном участке на 10%.

Claims (1)

1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ НЕФТИ путем создания в пласте внутрипластового горения и закачки в пласт дополнительного топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента нефтеотдачи за счет обеспечения устойчивости процесса горения и увеличения охвата пласта тепловым воздействием, закачку топлива осуществляют периодически в процессе внутрипластового горения при снижении коэффициента использования кислорода до 50 - 55%, причем при каждой последующей закачке вязкость топлива снижают.