Результаты научно-исследовательских работ в области тепловых методов воздействия на пласты

Желтов, Ю.П.; Губанов, Б.Ф.; Золотухин, А.Б.; Стрижов, И.Н.; Иванов, В.И.; Нагорный, Л.А.; Гусейн-Заде, A.M.; Коробков, Е.И.; Блох, С.С.; Гнатченко, В.В.; Бондаренко, В.В.; Еремин, Н.А.; Хромовичев, М.Н.

Авторы: Желтов Ю.П., Губанов Б.Ф., Золотухин А.Б., Стрижов И.Н., Иванов В.И., Нагорный Л.А., Гусейн-Заде A.M., Коробков Е.И., Блох С.С., Гнатченко В.В., Бондаренко В.В., Еремин Н.А., Хромовичев М.Н.
Сборник: Анализ результатов и перспективы повышения эффективности технологического применения методов теплового воздействия и технических средств для использования теплоносителей в продуктивных пластах
Глава в коллективной монографии
Год издания: 1985
Место издания: ВНИИОЭНГ Москва
Первая страница: 28
Последняя страница: 37
Аннотация: УДК 622.276.65.001 Результаты научно-исследовательских работ в области применения методов теплового воздействия на пласты Желтов Ю.П., Губанов Б.Ф., Еремин Н.А., Золотухин А.Б., Стрижов И.Н., Иванов В.И., Нагорный Л.А., Гусейн-Заде A.M., Коробков Е.И., Блох С.С., Гнатченко В.В., Бондаренко В.В., Хромовичев М.Н. РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина (бывшее МИНХ и ГП имени И.М. Губкина) Проведенные к настоящему времени в Советском Союзе и за рубежом теоретические и лабораторные работы по разработке нефтяных месторождений с использованием тепловых методов воздействия на нефтяные пласты убедительно свидетельствуют о возможности существенного повышения конечной нефтеотдачи. Вместе с тем теория и опыт показывают, что существуют границы применимости этих методов или условия, при которых указанные методы могут быть не так эффективны, как предполагалось. Отсюда следует вывод о необходимости проведения широкого комплекса исследований - от теоретических и лабораторных до опытно-промышленных работ. В МИНХ и ГП имени И.М. Губкина проводятся исследования в области промысловой геологии и эксперименты по изучению физико-химических особенностей указанных методов и их механизма, а также исследования, связанные с техникой и технологией добычи нефти, автоматизацией процесса сбора и транспорта нефти, охраной окружающей среды и техникой безопасности. Большое значение в вопросах экспериментального и теоретического исследования тепловых и термохимических методов применительно к методам внутрипластового горения представляет изучение кинетики окисления нефтей в пластовых условиях. Исследования процесса окисления нефти в пористой среде проводились на специально созданной экспериментальной установке в широком диапазоне температур (от 293 до 624 °К) при любой степени окисленности нефтей и давлениях, близких к пластовым (до 15 МПа). В ходе опытов исследовались 13 проб нефти различных месторождений Советского Союза, различающихся по плотности (от 834 кг/м3 нефти Старогрозненского месторождения до 976 кг/м3 нефти месторождения Зыбза-Глубокий Яр), вязкости (от 4,7 мПа*с нефти Старогрозненского месторождения до 20000 мПа*с нефти Ярегского месторождения) и компонентному составу (высокосмолистые нефти месторождений Зыбза-Глубокий Яр, Ярегского и Усинского, высокопарафинистые нефти Узенского месторождения, легкие нефти Гнединцевского и Старогрозненского месторождений. В результате проведенных экспериментов установлено, что для большинства исследований нефтей кинетические константы в диапазоне температур от 293 до 523 °К постоянны. В экспериментах по длительному окислению нефтей было зафиксировано заметное снижение скорости окисления нефти с ростом степени ее окисления. Для исследованных нефтей константа К при степени окисления f в формуле Аррениуса изменялась в пределах от 2,9 до 8,2. В результате экспериментов также установлено, что даже для нефтей, значительно различающихся по свойствам, значения скорости их взаимодействия с кислородом воздуха меняются мало. Для теоретического исследования механизма ВГ нефти использовалась математическая модель, учитывающая гидродинамику трехфазного потока, химическую кинетику окисления нефтяного топлива, процессы испарения и конденсации воды, теплоотдачу в окружающие пласты породы и др. В определенном смысле эта модель является универсальной, так как позволяет рассчитывать процессы сухого, влажного и сверхвлажного внутрипластового горения. Теоретические исследования проводились с наиболее и наименее активными из экспериментально изученных нефтей. Моделировались процессы влажного и сверхвлажного горения. Результатом этих исследований явился вывод о том, что скорость реакции нефтей со временем стабилизируется и не зависит от температуры. Второй результат указывает на то, что при влажном горении зоны интенсивного окисления (зона горения) сосредоточиваются в узкой области и скорость их практически постоянна. Математическое моделирование сверхвлажного горения позволяет сделать вывод, что кинетические параметры существенным образом влияют на протекание процесса горения нефти, изменяя скорость продвижения тепловой волны. При этом наибольшее влияние кинетические параметры оказывают на начальную стадию процесса внутрипластового горения. Последний вывод является справедливым не только для сверхвлажного, но и для других видов ВГ. Интересным результатом экспериментальных исследований явился вывод о том, что наличие в пласте глин и природных катализаторов способствует ускорению процесса окисления нефти и, следовательно, повышает надежность розжига пласта. Этот вывод полностью согласуется с результатами работ /1, 2/. Эти же эксперименты показывают, что присутствие воды затрудняет процесс окисления нефти. Создание фронта горения в сильно обводненных нефтяных коллекторах затруднено, и продолжительность розжига возрастает, иногда в 5- 6 раз по сравнению с необводненными коллекторами. Тесно связано с этим другое направление работ - изучение коксуемости различных нефтей. Эксперименты, выполненные на нефти ХIV горизонта месторождения Узень, показали, что зависимость величины коксоподобного остатка от расхода воздуха имеет ярко выраженный минимум при линейной скорости подачи воздуха, равной 4,56 м/ч. Из серии опытов, посвященных моделированию внутрипластового горения применительно к условиям месторождения Узень, несколько опытов относились к сухому горению. При этом было установлено, что процесс сухого горения носил неустойчивый характер. Температура на фронте быстро понижалась, и после прохождения приблизительно 70 см (половина длины модели пласта) горение прекращалось. Из сказанного следует, что на месторождении Узень, по-видимому, возможными окажутся только процессы влажного и сверхвлажного горения. На рис. 1 показаны профили температуры по длине модели пласта при осуществлении в одном из опытов процесса влажного горения. Характер кривых указывает на то, что процесс горения носит сравнительно устойчивый характер, а фронт горения переместился от нагревателя до выходного конца модели. На рис. 2 представлена зависимость концентрации сгорающего топлива от водовоздушного отношения. График имеет вид кривой с максимумом при водовоздушном отношении, равном 0,0008-0,0009. На рис. 3 приведена зависимость удельного расхода воздуха от водовоздушного отношения. Как следует из рисунка, этот график аналогичен по своему характеру предыдущему. Максимальный удельный расход воздуха приходится на водовоздушное отношение от 0,0005 до 0,0009. Рис. 4 иллюстрирует зависимость скорости продвижения фронта горения от ВВО. Скорость перемещения фронта горения выражена в долях плотности потока закачиваемого воздуха. Из рисунка видно, что только при ВВО=0,0015 происходит резкий прирост скорости фронта горения при практически тех же значениях плотности потока воздуха, что и при меньших в 1,5 раза значениях ВВО. Весьма перспективным является так называемое жидкофазное окисление, экспериментальные и опытно-промышленные работы по изучению которого ведутся в МИНХ и ГП имени И.М. Губкина. По итогам проведенных работ была доказана принципиальная возможность осуществления реакции жидкофазного окисления легких углеводородов в нефтяном пласте с получением целевых продуктов и высокая эффективность данного метода. Одним из недостатков тепловых методов, особенно метода вытеснения нефти из пластов теплоносителями, является их высокая энергоемкость. Учитывать энергоемкость тепловых методов разработки нефтяных месторождений особенно необходимо при разработке пластов со сравнительна низкой нефтенасыщенностью, а также сильно расчлененных пластов и пластов с низкой пористостью. Вместе с тем необходимо учитывать, что тепловые методы в принципе позволяют, даже при неблагоприятных условиях, создать, по крайней мере, вблизи скважины, тепловые золы довольно значительных размеров. Продвижение этих зон вплоть до линии отбора с условием сохранения температуры 50-70°С, как показывают проведенные в институте исследования, оказывается возможным при сочетании тепловых методов с химическими. Одним из таких методов термохимического воздействия является термощелочное заводнение. Технологически оно может быть осуществлено следующим образом: если в пласте с низкой начальной нефтенасыщенностью создать определенных размеров прогретую зону, то продвигая эту зону по пласту с помощью закачки водного раствора щелочи (например, NaOH), можно сочетать положительные качества теплового и химического воздействий. Такая технология позволяет в принципе достичь высокой, конечной нефтеотдачи при небольших энергозатратах. В экспериментах по влиянию температуры на состояние имеющихся в нефти и вновь образующихся ПАВ было установлено, что щелочная смесь при высоких температурах не приводит к термическому разрушению ПАВ. Об этом, в частности, свидетельствуют характеристики зависимости межфазного натяжения от массового содержания щелочи (рис. 5). Одной из важнейших характеристик вытесняющего агента является его способность отмывать так называемую пленочную нефть, содержащую повышенное количество высокомолекулярных компонентов, обладающую структурно-механическими свойствами. Исследования, проведенные в институте, показали, что повышение температуры существенно увеличивает отмывающую способность вытесняющего агента. Так, при воздействии нагретой до 30 °С водой коэффициент отмыва составил 8 %, а при вытеснении с помощью щелочного раствора той же температуры - 40 % (рис. 6). При этом твердая поверхность становится практически гидрофильной. Другим важным вопросом явилось исследование поглощения щелочи различными типами горных пород-коллекторов. Так, исследованиями установлено, что поглощение горячей щёлочи наблюдается в породах со значительным содержанием глин и гипса. Однако дополнительный расход щелочи при взаимодействии с породой не превышал 10% даже при самых худших соотношениях количества глины и гипса. Образование ПАВ является весьма положительным фактором, обусловливающим повышение вытесняющей способности данного агента. Повышение температуры щелочного раствора интенсифицирует образование ПАВ и создает тем самым более благоприятные условия вытеснения нефти из пористой среды. Результаты описанных выше исследований позволили перейти к изучению механизма термощелочного воздействия на моделях пласта. С этой целью была создана специальная установка, позволяющая осуществить процесс вытеснения нефти из пористых сред при заданных параметрах, близких к пластовым. Объектом исследований были нефти месторождений Ярега и Каражанбас. В результате серии опытов было установлено, что применение горячего щелочного раствора позволяет увеличить коэффициент вытеснения нефти на 15-20 % по сравнению с вытеснением нефти горячей водой той же температуры. Исследования по вытеснению нефти оторочками щелочи показали, что применение оторочки вместо непрерывной закачки не снижает коэффициента вытеснения нефти. Так, при вытеснении нефти Ярегского месторождения оторочкой водного рacтвopa гидроокиси натрия с концентрацией 0,15%, составляющей 40% объема пор модели пласта, коэффициент вытеснения достиг величины 0,61, что на 20% превышает коэффициент вытеснения при закачке горячей воды с температурой 120 °С (рис.7). Анализ результатов экспериментальных работ позволил установить, что одним из факторов, способствующих увеличению нефтеотдачи при термощелочном воздействии, является образование на фронте вытеснения эмульсионного вала типа "вода - нефть". Наличие такого вала, имеющего вязкость, намного превышающую вязкость исходного щелочного раствора, может в условиях однородного пласта способствовать значительному повьшению коэффициента охвата пласта воздействием. Следует отметить, что применение термощелочного воздействия, по данным проведенных в институте экспериментов, не всегда высокоэффективно. Так, для нефтей месторождения Каражанбас эффект от воздействия щелочью на коэффициент вытеснения значительно ниже, чем для ярегской нефти, хотя в целом при вытеснении щелочью по сравнению с горячей водой результаты лучше. Этот факт свидетельствует о том, что механизм взаимодействия щелочи с различными нефтями неодинаков и изучен далеко не полностью. На основе известных из литературы, а также разработанных в МИНХ и ГП имени И.М. Губкина математических моделей составлена программа расчета технологических и технико-экономических показателей разработки нефтяных месторождений с помощью тепловых и термохимических методов воздействия. Математические мoдeли, используемые в программе, с одной стороны, достаточно просты с точки зрения их численной реализации на ЭВМ, а с другой стороны, более полно учитывают особенности процесса вытеснения нефти с помощью каждого из исследуемых методов. В сочетании с экспериментальными работами математическое моделирование становится мощным средством изучения механизма вытеснения и влияния отдельных факторов на этот процесс и позволяет дать эффективную оценку того или иного метода теплового воздействия на пласт. Литература 1.Automation of an in-situ combustion tube and study of the effect of clay on the in-situ combustion process. Vossocghis, et all. SPEJ, 1982, vol. 22, № 4, pp. 493-502. 2.Мехтибейли P.M., Султанов З.A., Ширинов Ш.Г. Исследование влияния пористой среды на особенности гетерогенного окисления нефти в процессе внутрипластового горения. - Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1977, № 3, с. 17-19.
Добавил в систему: Еремин Николай Александрович

	ИСТИНА	Войти в систему Регистрация
	ИПМех РАН
	Главная Поиск Статистика О проекте Помощь

ИСТИНА

ИПМех РАН

Результаты научно-исследовательских работ в области тепловых методов воздействия на пластыстатья

Прикрепленные файлы