SU1652518A1 - Способ разработки нефт ной залежи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к нефтедобывающей промышленности. Цель изобретени  - увеличение нефтеотдачи пласта за счет повышени  эффективности термохимического воздействи  на него Создают в приэабойной зоне пласта тепловую оторочку и перемещение ее по пласту, закачку в нагнетательные скважины буферной жидкости и жидкой рабочей смеси и внутрипластовую генерацию свободных окислительных агентов за счет термохимического превращени  жидкой рабочей смеси. В качестве жидкой рабочей смеси примен ют растворы унитарного топлива с положительным окислительным балансом и низкокип щими продуктами внутримолекул рного горени . При реализации спосэпа коэффициент вытеснени  превышает 90%. 1 з.п.ф-лы.

Description

Изобретение относитс  к термохимическим способам добычи нефти и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности .

Целью изобретени   вл етс  повышение нефтеотдачи пласта за счет увеличени  эффективности термохимического воздействи .

Способ осуществл ют следующим образом .

Предварительно прогревают призэбой- ную зону пласта до температуры выше температуры воспламенени  унитарного топлива с положительным окислительным балансом каким-либо способом (например, с помощью бескорпусного порохового газогенератора , состо щего из пороховой шашки с вмонтированной в нее электроспиралью, на которую подаетс  электрический ток дл  воспламенени  шашки, установленной в нагнетательной скважине в интервале пласта). Затем созданную тепловую оторочку продвигают по пласту в направлении к добывающим скважинам путем закачки буферной жидкости (например, жидкой углекислоты, карбонизированной воды, легкой нефти, водного раствора щелочи) в нагнетательную скважину. При этом обьем закачиваемой буферной жидкости выбирают расчетным путем из услови , чтобы максимальна  температура перемещаемой тепловой оторочки сохран лась выше температуры воспламенени  унитарного топлива. После этого в пласт поочередно закачивают конденсированное унитарное топливо с положительным окислительным балансом и буферную жидкость, причем поочередную закачку агентов повтор ют многократно. Унитарное топливо может закачиватьс  также в виде раствора или эмульсии. Созданные в пласте тепловую оторочку и совокупность разделенных буферной жидкостью оторочек унитарного топлива с положительным окислительным балансом продвигают по пласту

Ё

О СП N5 СП

00

путем закачки воды в нагнетательную скважину .

Фильтраци  первой оторочки буферной жидкости по пласту осуществл етс  в зависимости от химического состава буферной жидкости, либо путем растворени  и снижени  р зкости углеводородов (пластовых или образующих из углеродсодержащих материалов при термохимических превращени х этих материалов), либо путем снижени  поверхностного нат жени  углеводородов на границе с буферной жидкостью. Вследствие этого повышаетс  подвижность углеводородов и улучшаютс  фильтрационные свойства пластовой системы.

При входе фронтальной части первой оторочки унитарного топлива в прогретую зону происход т прогрев фронтальной части оторочки унитарного топлива и ее воспламенение . За счет внутримолекул рного горени  унитарного топлива выдел етс  большое количество тепла и образуютс  сильносжатые газофазные продукты сгорани , в том числе агенты, повышающие подвижность углеводородов и проницаемость пласта и свободные окислительные агенты, что обеспечивает воспламенение и горение остаточного углеродсодержащего горючего, образующегос  из пластовых углеродсодержащих материалов в результате термохимического воздействи  на них. При этом в пласте поддерживаютс  одновременно и пр моточный и противоточный режимы горени  за счет внутримолекул рного горени  унитарного топлива и горени  остаточного углеродсодержащего горючего без изменени  направлени  потока свободных окислительных агентов. Создание в пласте независимого источника тепловой и потенциальной энергии, свободных окислительных агентов и агентов, повышающих подвижность углеводородов и проницаемость пласта, и осуществление одновременно и пр моточного и противоточного режимов горени  без изменени  направлени  потока свободных окислительных агентов обеспечивает термогазохимическое воздействие на зоны пласта с различной (в том числе и с малой) насыщенностью угле- родсодержащими материалами, увеличивает прот женность тепловой оторочки и длительность термогазохимического воздействи  на пласт и низкопроницаемые продуктивные зоны, способствует проникновению продуктов внутримолекул рного горени  унитарного топлива в низкопроницаемые зоны и перетеканию флюидов из низкопроницаемых зон в высокопроницаемые , увеличивает проницаемость пласта, уменьшает неравномерность термохимического воздействи  на пласт. После окончани  сжигани  первой оторочки унитарного топлива противоточный режим горени  и генераци  свободных окислительных агентов ликвидируютс  и с помощью оторочки буферной жидкости производитс  перемещение тепловой оторочки по пласту и возврат из окружающих пород части тепла, ушедшего в них из нагретой зоны пласта.

0 При этом в отсутствие свободных окислительных агентов прекращаетс  горение и остаточного углеродсодержащего горючего. Затем описанные процессы в пласте повтор ютс  столько раз, сколько было создано

5 оторочек унитарного топлива. Выдел ющеес  за счет внутримолекул рного горени  унитарного топлива количество тепловой и потенциальной энергии, свободных окислительных агентов и агентов, повышающих по0 движность углеводородов и проницаемость пласта, а следовательно, максимальную температуру и прот женность тепловой оторочки , длительность термогазохимического воздействи  на пласт и низкопроницаемые

5 продуктивные зоны, степень растрескива- . ни  породы и увеличени  ее проницаемости , глубину проникновени  продуктов сгорани  в низкопроницаемые зоны регулируют путем выбора конкретного химиче0 ского состава, закачанного количества и концентрации унитарного топлива в оторочках .

В случае разработки залежи высоков зких или твердых углеродсодержащих мате5 риалов, подстилаемых водой или малов зкой нефтью, сначала прогревают тепловыми оторочками водоносный (нефтеносный) слой. При этом одновременно осуществл етс  воздействие теплом и расшир ющимис 

0 продуктами сгорани  унитарного топлива, содержащими свободные окислительные агенты и агенты, повышающие подвижность углеводородов и проницаемость пласта, на вышележащий продуктивный слой. Угле5 родсодержащие материалы в нем частично подвергаютс  термическому разложению и окислению, приобретают подвижность и в результате термического расширени  флюидов и вмещающих пород, растрескивани 

0 пород, а также под действием гравитационных , гидродинамических и капилл рных сил частично перетекают в водоносный (нефтеносный ) слой, откуда извлекаютс  через добывающие скважины. Вследствие этого

5 проницаемость продуктивного сло  увеличиваетс  по крайней мере в несколько раз и он становитс  подготовленным дл  разработки . После этого водоносный (нефтеносный ) слой изолируют путем закачки в него закупоривающего агента (например раствоpa хлористого кальци  и жидкого стекла) и переход т к послойной разработке продуктивного горизонта предлагаемым способом .

При разработке неоднородной по проницаемости мощной залежи углеродсодер- жащих материалов термогэзохимическое воздействие и добычу углеродсодержащих материалов производ т послойно с выработкой сначала высокопроницаемых слоев, при которой одновременно осуществл етс  термогазохимическое воздействие на вышележащие низкопроницаемые слои с частичной выработкой низкопроницаемых слоев и увеличением их проницаемости по крайней мере в несколько раз. После этого высокопроницаемые слои закупоривают и переход т к выработке низкопроницаемых слоев.

Максимальный объем закачки унитарного топлива в каждой оторочке ограничиваетс  следующими требовани ми:

Максимальна  температура продвигаемой тепловой оторочки не должна быть слишком высокой (чтобы не было спекани  породы.

Повышение пластового давлени  в результате термохимических превращений унитарного топлива не должно быть чересчур большим (чтобы не повредить скважин- ное оборудование).

Зона противоточного горени  не должна дойти до нагнетательной скважины (по соображени м сохранени  скважинного оборудовани  в целости).

Горение должно окончитьс  до подхода тепловой оторочки до добывающих скважин (во избежание повреждени  скважинного оборудовани ).

Минимальный объем закачки унитарного топлива ограничиваетс  требованием, чтобы максимальна  температура тепловой оторочки сохранилась выше температуры воспламенени  унитарного топлива (иначе горение не инициируетс ).

Последним же требованием ограничиваетс  максимальный объем закачки буферной жидкости в каждой оторочке. Минимальный обьем закачки буферной жидкости в каждой оторочке ограничиваетс  требовани ми недохождени  зоны противоточного горени  до нагнетательной скважины и значительного снижени  пластового давлени  и максимальной температуры тепловой оторочки по окончании термохимических превращений унитарного топлива в предшествующей оторочке топли- ва.

Минимальное число циклов закачки топлива и буферной жидкости два.

Максимальное число циклов закачки топлива и буферной жидкости ограничиваетс  тем, что горение должно окончитьс  до подхода тепловой оторочки до добывающих скважин.

Негативные последстви  дл  способа при закачке только одной оторочки топлива и одной оторочки буферной жидкости заключаютс  в том, что в этом случае будет

исключена многократна  цикличность теплового , химического и проникающего воздействи  продуктов сгорани  на пласт и низкопроницаемые продуктивные зоны, что снизит эффективность термогазохимического воздействи .

Кроме того, если при этом закачиваемый объем топлива будет большим, а топливо высокотеплопроизводительным, то могут возникнуть и другие отрицательные моменты , св занные с возможностью слишком высокого подъема пластового давлени  и максимальной температуры тепловой оторочки при термохимических превращени х унитарного топлива и возможностью дохождени  зоны противоточного горени  до нагнетательной скважины.

Унитарные топлива с положительным окислительным балансом составл ют многочисленную группу соединений; например,

хлорат аммони , перхлорат аммони , перхлорат гидроксиламмони . иодат аммони . бромат аммони , нитрат аммони , перок- сид водорода, тетранитрометан, гексанит- роэтан, мононитрат гидразина, динитрат

гидразина, нитроформиат гидразина, моноперхлорат гидразина,диперхлорат гидразина и др.

При термохимческих превращени х унитарных топлив с положительным окислительным балансом выдел етс  большое количество тепла и одновременно генерируютс  свободные окислительные агенты. Это обусловлено наличием в молекуле таких топлив одновременно и горючих компонентов (например, углерод, водород) и окислительных компонентов (например, кислород, хлор), причем количество последних лревы; шает количество окислительных агентов. необходимое дл  полного окислени  внутримолекул рных горючих компонентов. He- пример, термохимическое превращечие хлората аммони , начинающегос  при температурах около 100°С, происходит согласно суммарному уравнению

NH4CI03 | 02 + CI2 + NZ + 2HzO +

+212 Дж/моль (2080 к Дж/кг).

активными продуктами сгорани   вл ютс 

свободные кислород и хлор, температура

внутримолекул рного горени  хлората аммони  составл ет « 1600°С (здесь и далее теплоты оеакций приведены при 25°С, давлении 0,1 МПа и дл .газофазных продуктов реакции).

Экзотермическое превращение перхлората аммони  начинаетс  приблизительно при 140°С и в интервале температур до 300°С имеет место реакци 

МН4СЮ4- 02 + + №0 + 2Н20 +

+ 147 к Дж/моль (1260 кДж/кг), а при температурах выше 350°С осуществл етс  реакци 

NH4CK) + + N2 0 + + NOCI + JQ HCICM + HCI + N2 +

+ Д Н20+142 кДж/моль(1210 кДж/кг). о

Температура продуктов сгорани  перхлората аммони  близка к 1100°С.

Термохимическое превращение перхлората гидроксиламмони  начинаетс  при 180°С и суммарна  реакци  имеет вид

NH3OHCI041 02 + N2 +

HCI +

± Н20 + 177 кДж/моль (1330 кДж/кг).

Температура внутримолекул рного горени  перхлората гидроксиламмони  составл ет « 1100°С.

Экзотермическое превращение иодэта аммони  начинаетс  приблизительно при 150°С и суммарна  реакци  подчин етс  уравнению

NH4l03- 02 + N2 + 2H20 + l2 +

+ 59 кДж/моль (307 кДж/кг).

Температура внутримолекул рного горени  иодата аммони  близка к 500°С.

Суммарна  высокотемпературна  реакци  превращени  бромата аммони , начинающегос  при температурах около 150°С, имеет вид

МН4ВгОз-+ 02 + | N2 + 2H20 + Br2 +

+ 255 кДж/моль (1750 кДж/кг).

Температура продуктов сгорани  бромата аммони  составл ет 2000°С.

Экзотермическое превращение нитрата аммони  в интервале температур 200-280°С происходит в основном в соответствии с реакцией

NH4N03- N20 + 2Н20 + + 37 кДж/моль (460 кДж/кг). частично в этом температурном интервале идет реакци 

NH4N03- 02 + N2 + 2H20 +

+ 119 кДж/моль (1490 кДж/кг), а при температурах выше 280 °С последн   реакци   вл етс  основной. Температура внутримолекул рного горени  нитрата аммони  близка к1000°С.

Интенсивное саморазложение перокси- да водорода 100%-ной концентрации идет при температурах выше 151°С согласносум- марному уравнению

Н202- - 02+ Н20 +

+ 54 кДж/моль (1590 кДж/кг), Температура продуктов сгорани  пероксида водорода 100%-ной концентрации

составл ет 1000°С.

Термохимическое превращение тетра- нитрометана начинаетс  при температурах

выше 127°С и суммарна  реакци  горени 

имеет вид

C(N02) + C02 + 2N2 + + 431 кДж/моль (2200 кДж/кг).

Температура продуктов сгорани  тетра- нитрометана 100%-ной концентрации близка к 2200°С.

Интенсивное саморазложение гекса- нитроэтана происходит при температурах выше 150°С и суммарна  высокотемпературна  реакци  имеет вид

C2(N02) + 2С02 + 3N2 + + 908 кДж/моль (3020 кДж/кг),

Температура внутримолекул рного горени  гексанитроэтана составл ет «2700°С.

Суммарна  высокотемпературна  реак- ци  превращени  мононитрата гидразина, начинающегос  при температурах выше 140°С,. подчин етс  уравнению

N2H4 -НМОз- д 02+ | N2+ |н20 + + 355 кДж/моль (3730 кДж/кг).

Температура внутримолекул рного горени  мононитрата гидразина составл ет 2400°С.

Термохимическое превращение динит- рата гидразина начинаетс  при температурах выше 80°С и суммарна  реакци  горени  имеет вид

N2H4

2HN03-V J 02 + 2N2 + 3H20 +

+ 261 кДж/моль (1660 Кдж/кг).

Температура продуктов сгорани  ди- нитрата гидразина близка к 1100°С.

Суммарна  высокотемпературна  реакци  превращени  нитроформита гидразина, начинающегос  при температурах выше 75°С, подчин етс  уравнению

N2H4 -NC(N02)3

г| 02 + С02 + | N2

+ | Н20 + 926 кДж/моль (5060 кДж/кг).

Температура внутримолекул рного горени  нитроформита гидразина приблизительно составл ет 3500°С.

Термохимическое превращение моноперхлората гидразина начинаетс  при температурах выше 145°С и суммарна  высокотемпературна  реакци  имеет вид

N2H4 -HCI04-XD2 + N2 + HCI + 2Н20 +

+ 399 кДж/моль (ЗОЮ кДж/кг).

Температура продуктов сгорани  моноперхлората гидразина составл ет 2200°С,

Термохимическое превращение дипер- хлората гидразина начинаетс  при температурах выше 100°С и суммарна  реакци  горени  подчин етс  уравнению

№Н4 -2НСЮ4 -Д 02+| Cl2 + N2 + ЈО

+ НС + 4г Н20 + Jо

+ 423 кДж/моль (1810 кДж/к().

Температура продуктов сгорани  ди- перхлората гидразина близка к 1500°С.

Таким образом, унитарные топлива с положительным окислительным балансом по своей природе  вл ютс  монотопливами - источниками свободных окислительных агентов. Внутримолекул рное горение их сопровождаетс  образованием гор чих продуктов сгорани , включающих только газы и пары, если продуктами сгорани   вл ютс  низкокип щие соединени . Причем газофазный обьем продуктов сгорани , приведенный к нормальным услови м , на несколько пор дков превышает обьем сгоревшего конденсированного унитарного топлива. Поэтому продукты сгорани  унитарных топлив обладают большой потенциальной энергией и, следовательно , большой проникающей способностью. При этом продукты сгорани  унитарных топлив повышают подвижность углеводородов (пластовых или образующихс  из углеродсо- держащих материалов) за счет теплового

воздействи  на пласт продуктов сгорани , в том числе реакционной воды (пара) и растворени  образующегос  углекислого газа в углеводородах и воде, а также увеличивают проницаемость пласта за счет растрескивани  породы и реакции образующейс  сол ной кислоты с карбонатной породой (если порода сложена из карбонатов). Свободные окислительные агенты, генерируемые в пласте за счет внутримолекул рного горени  унитарного топлива с положительным окислительным балансом, при повышенных температурах окисл ют пластовые углеродсодержащие материалы, в том числе остаточное углеродсодержащее горючее, которое образуетс  в результате термохимического воздействи  на пластовые углеродсодержащие материалы.

Разделение закачиваемого в пласт унитарного топлива на отдельные оторочки с помощью буферной жидкости позвол ет исключить опасность самовоспламенени  в окрестности нагнетательных скважин, достичь циклического инициировани  и поддержани  одновременно и пр моточного и противоточного режимов горени  без изменени  направлени  потока свободных окислительных агентов и последующего прерывани  процесса горени  с многократным повторением этого цикла, а также полезно использовать путем регенерации часть тепла, ушедшего из нагретой зоны пласта в окружающие породы.

Предлагаемый способ разработки был

реализован иэ трубной модели нефт ного пласта длиной 1800 и диаметром 95 мм. В экспериментах использовали легкую малов зкую нефть, плотностью 870 кг/м и в зкостью 0,017 Па с при нормальных

услови х), в качестве породы примен ли кварцевый песок (пористость 38%, проницаемость 7 мкм ). Нефтенасыщенность пласта составл ла 80%, остальную часть порогового объема занимал воздух. Начальную пласт.овую температуру выбирали 18°С, пластовое давление 2МПа. В качестве унитарного топлива с положительным окислительным балансом и низкокип щими продуктами внутримолекул рного горени 

использовали нитрат аммони  в виде водных растворов 60%-ной концентрации.

После заполнени  трубной модели неф- тепесчаной смесью производили прогрев начального участка пласта длиной 150 мм до температуры около 200°С. Затем в пласт последовательно закачивали небольшой обьем буферной жидкости - нефти (отношение объемов буферной жидкости и пластовой нефти составл ло величину около 0,02).

раствор унитарного топлива (объемом около 0,4 парового объема) и холодную воду.

При поступлении фронтальной части оторочки унитарного топлива в прогретый начальный участок пласта происходил быс- трый подъем давлени  и температуры на начальном участке пласта, так, что вдоль пласта создавалс  перепад давлени , величина которого превышала пластовое давление в несколько раз и сохран лась приблизитель- но посто нной до подхода тепловой оторочки до выходного фланца установки.

Полученный профиль тепловой волны включает в себ  высокотемпературную зону и участок парового плато, температура кото- рого приблизительно соответствует температуре кипени  воды. Дл  выбранных условий проведени  экспериментов максимальна  температура волны внутримолекул рного горени  унитарного топлива и горени  остаточного нефт ного горючего составила приблизительно 330°С. Коэффициент вытеснени  нефти превысил 90%.

Данна  технологи  позвол ет эффективно разрабатывать залежи углеродсодержа- щих материалов в услови х значительного про влени  гравитационных эффектов, коллекторы высоков зких и твердых углеродоо- держащих материалов, подстилаемых водой или малов зкой нефтью.

Предлагаемый способ позволит эффективно разрабатывать глубокозалегающие пласты углеродсодержащих материалов, которые включают значительную долю горючих ископаемых в нашей стране и которые пока вообще не разрабатываютс 

из-за отсутстви  эффективной технологии добычи.

Таким образом, предлагаемый способ позволит ликвидировать возможность самовоспламенени  в окрестности нагнетательной скважины и нерегулируемого перехода к пр моточному горению, котора  характерна дл  обычной технологии противоточ- ного горени .

Claims (2)

1. Формула изобретени  1.Способ разработки нефт ной залежи, включающий закачку в нагнетательную скважину водного раствора агента, выдел ющего при нагреве окислитель,осуществление внутрипластовых термохимических процессов и добычу нефти через добывающие каналы скважины, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  нефтеотдачи пласта за счетувеличени  эффективности термохимического воздействи , в нагнетательную скважину последовательно закачивают буферную жидкость и водный раствор агента, в качестве которого используют унитарное топливо с положительным окислительным балансом и низкокип щими продуктами внутримолекул рного горени , причем до начала закачки буферной жидкости и унитарного топлива призабойную зону пласта прогревают до температуры, превышающей температуру воспламенени  унитарного топлива.
2. 2.Способ по п.1, отличающийс  тем, что после закачки буферной жидкости и унитарного топлива в нагнетательную скважину закачивают воду.