CC BY
38
50 ДОБЫЧА
PACS 622.276.344:577
Инициирование нефтяного пласта термохимическим способом в процессе внутрипластового горения
А.А. Боксерман ( Москва, Россия )
belyaev-y@yandex.ru
д.т.н., профессор , Советник Генерального директора ОАО «Зарубежнефть»
Ю.А. Беляев
канд. техн. наук., ст. н.с. «Научного центра нелинейной волновой механики и технологии» РАН
В процессе добычи нефти методом внутрипластового горения пластаинициировани егорения нефти предложено проводитьс применением окислительно-каталитической
смеси Mn,O +Н, SO .
7 4
Материалы и методы
Материалы: KMnO4 + H2SO4 ^Mn2O 7 + ... Лабораторное исследование: Подача смеси Mn2O7 + Н^04в модель пласта, заполненную песком, насыщенного тяжёлой нефтью. Моментальное возгорание нефти вмодели пласта. Введение в состав пласта этанола позволяет уменьшить количество окислительной смеси более чемв два раза.
Ключевые слова
тяжёлая нефть, внутрипластовое горение, окислительно-каталитическая смесь, этиловый спирт
Initiation of petroleum formation in situ combustion of oil
Author
ArkadiyA. Bokserman (Moscow, Russia )
doctor of Sc., professor, advisor to General Director OJSC «Zarubejneft».
YuriyA. Belyaev
Ph.D., SR «Scientific Center of Nonlinear Wave Mechanics and Technology» RAS.
Abstract
In the process of oil extraction by in-situ oil combustion initiation was proposed to carry out with the use of oxidation-catalyst mixture Mn O+H SO .
272 4
Materials and methods
Materials: KMnO + H SO ^ Mn O.
424 2 7
Laboratory research: mixtures MnO? + H2SO4 injection in the model of the reservoir filled with sand, saturated with heavy oil. Instant ignition of oil in the reservoir model. Injection
В течение последних лет в нефтяной промышленности наблюдается устойчивая тенденция ухудшения структуры запасов нефти, что связано с увеличением числа вводимых в разработку месторождений с трудно извлекаемыми запасами в низко проницаемых коллекторах с высокой вязкостью нефти, в карбонатных коллекторах с осложнёнными геолого-физическими условиями [1]. Кроме того, продолжается снижение коэффициента нефтеизвлечения — основного показателя рационального использования сырьевой базы. С 1960 г. он уменьшился с 51 до 28 %. Это объясняется ухудшением структуры запасов [2].
Применяемые в настоящее время традиционные методы нефтеизвлечения и стимулирования производительности скважин не дают ожидаемого результата. Это стимулирует проведение исследований в направлении разработки эффективных методов эксплуатации малодебитных скважин с низко проницаемыми коллекторами, которые бы не отличались высокой стоимостью и сложностью применения [3]. В этой связи нефтяники стали уделять большое внимание проведению исследовательских и внедренческих работ тепловых методов увеличения нефтеотдачи. Для развития таких проектов во ВНИИнефти была восстановлена лаборатория экспериментальных исследований термохимических технологий увеличения нефтеотдачи [4]. В 60-80 гг. прошлого века исследованию и применению в промышленности тепловых методов и в частности процессу внутри пластового горения уделялось большое внимание, как в России, так и за рубежом [5-10]. Однако, в то время превалировали высокопродуктивные запасы лёгкой нефти. В этой связи должного внимания развития и освоения тепловых методов в большинстве нефтедобывающих странах не уделялось. По мере ухудшения структурных запасов, роль тепловых методов увеличения нефтеотдачи пластов возрастает. В настоящее время мировая промышленная добыча за счёт применения тепловых методов составляет примерно половину от всей
_ 4
5 ^
! 2
добычи с применением методов увеличения нефтеотдачи. Важно подчеркнуть, что возрастает роль тепловых методов, основанных на внутрипластовых окислительных процессах. Более того, этому направлению развития тепловых методов увеличения нефтеотдачи в ближайшем десятилетии зарубежные специалисты придают приоритетное значение [11]. Повышение температуры в призабойной зоне пласта (ПЗП) приводит к уменьшению вязкости, увеличению текучести и смачиваемости нефтью породы, а также облегчает движение нефти к добывающим скважинам. Тепло можно вводить с поверхности посредством нагнетания подогретой жидкости, водяного пара, теплоносителей и пр. Наиболее эффективным решением является генерирование тепла непосредственно внутри пласта за счёт внутрипластового горения (ВПГ) части углеводородного сырья. Экзотермические реакции окисления позволяют нагреть горную породу до температуры 400-700 °С. Подача воды в зону реакции создаёт условия влажного внутрипластового горения, при котором наблюдается меньшая деструкция нефти, уменьшается количество окислителя на процесс и повышается коэффициент извлечения нефти до 70%.
При проведении процесса ВПГ первой стадией является инициирование горения пласта, с целью организации начала окислительных реакций. Это достигается введением в скважину легкоокисляющегося агента и разогрев его с последующей подачей окислителя (воздуха). Процесс длительный и требует больших энергетических затрат.
Для сокращения времени инициирования в институте ВНИИнефть были проведены исследования организации процесса с применением окислительно-каталитической смеси на основе димарганецгептоксида и серной кислоты.
Экспериментальную проверку способа инициирования горения пласта осуществляли на лабораторной установке (рисунок 1). Основным звеном установки являлась трубная модель пласта (1) длиной 0,4 м. и
9
к-
Рис. 1 — Технологическая схема исследования процесса инициирования нефтяного пласта.
3
5
внутренним диаметром 0,02 м. Модель оборудована осевым термопарным стволом (3), манометрами 4, игольчатыми вентилями (5), а также сепаратором-холодильником (6), ротаметром 7, поджимкой 8 и баллоном с воздухом 9. Теплоизоляция трубной модели выполнена в виде кожуха, заполненного стекловатой и шнуровым асбестом.
Работа проводилась по следующей методике. Готовая окислительно-каталитическая смесь с массовым соотношением Мп2О? : Н^04 = 1 : 2 в количестве 0,1 пор (порвого объёма модели), что соответствовало в указанном случае расчётному количеству 0,75 т окислительной смеси (ОКС) на 1 м вскрытой толщины пласта, помещалась в поджимку (8) в нижнюю часть. ОКС продавливали воздухом из баллона (9) в модель пласта водным раствором Са^04 (находящимся в верхней части поджимки). Момент контакта ОКС с пластовой нефтью в условиях недостатка воздуха сопровождался резким подъёмом температуры (до 520 0С) и перепада давления на модели до 2 МПа. Состав газов горения, определённой на хроматографе ЛХМ-8 МД через 20 с после возгорания пласта, представлен в таблице 1 и указывает на интенсивное протекание окислительно-каталитических процессов и деструкции ОКС. Повышенное содержание кислорода, оксида, диоксида углерода и метана в газе указывает не только на интенсивное протекание реакций окисления, но и реакций крекинга.
В дальнейшем, температура на фронте горения установилась на уровне 380-400 0С и поддерживалась за счёт нагнетания воздуха в течение 10 мин. После дожигания в модели пласта нефти в трубчатой печи при температуре 750 0С, произведён замер про-
ницаемости по воздуху. Выяснилось, что в результате дожига нефти проницаемость по воздуху снизилась с 12Д до 0,4Д.
В случае подачи в модель пласта кислородсодержащего соединения, (этанола), расход ОКС на организацию процесса уменьшили в два раза. Количество спирта в эксперименте выбрано из расчёта расхода 1т на 1 м вскрытой толщины пласта. Момент контакта каталитической смеси с этанолом сопровождался резким подъёмом температуры от комнатной до 560 0С, при этом перепад давления составил 2,2 МПа. Последующая закачка воздуха способствовала распространению фронта горения в модели пласта. Состав газов горения, определённый через 29 сек. после возгорания, представлен в таблице 2.
В данном процессе преимущественное значение имеют реакции окисления, на что указывает повышенное содержание в газе кислорода, оксида и диоксида углерода. Не значительное содержание метана в газе свидетельствует о том, что реакции крекинга в данном процессе имеют второстепенное значение.
Итоги
Проведены лабораторные исследования по инициированию нефтяного пласта в процессе внутрипластового горения нефти.
Выводы
Экспериментально показана возможность применения окислительно-каталитической смеси при организации инициирования процесса внутрипластового горения нефти. Показано, что подача в пласт этанола при организации инициирования процесса горения нефти позволяет уменьшить количество окислительно-каталитической смеси в два раза.
Состав газов Состав воздуха Газы горения
О
2
21,12 31,53
N
2
78,88 23,16
CH
15,
CO
20,28
CO
9,15
Таб. 1 — Состав газов горения при взаимодействии ОКС с пластовой нефтью
Состав газов Состав воздуха Газы горения
О
2
21,12
N2
2
78,88 35,30
CH
CO
CO
32,37 35,30 0,12 19,31 12,9
Таб. 2 — Состав газов горения при взаимодействии ОКС и этанола с пластовой нефтью
Список использованной литературы
1. Кудинов В.И. Основы нефтегазопромыслового дела.Москва-Ижевск: 2004, 720 с.
2. Вакатов С. Н.,Сапожников А.Е. , Оленчиков Д.М., 8. (ЗАО «ИННЦ»).Повышение эффективности разработки месторождений системой горизонтальных скважин и боковых горизонтальных стволов на Мишкинскомместорождении Удмуртской Респу-блики.Научно-технический вестникРОСНЕФТЬ.20-08 г,№ 4,с. 24-27. 9.
3. Шмаль Г. Нефтяная отрасль не скатерть - само-бранка.Нефть России,2009 г. № 5,с. 20 - 23.
4. Горшенев В. С.ОАО «Зарубежнефть» расширяет 10 своё присутствие в России и зарубежом.Нефтяное хозяйство. 2009 г. № 5,с. 10-12.
5. ПатентСША « зз79254,Кл. 166-38, 1968.
6. Боксерман А.А., .Лыков С.Н., Беляев Ю.А., Булыгин М.Г.Авторское свидетельство СССР, № 1068046, Кл.
Е 21 В 43/243, 1980г. 11.
7. Амелин И.Д., Сергеев А.И., Гейхман Г.М.Тепловое
воздействие на пластдвижущимся фронтом горения (опытно-промышленные работы на залежи нефти ПавловаГора).Нефтяное хозяйство. 1969 г., № 1, с. 41-46.
Боксерман А. А., Жданов С.А., Желтов Ю. П., Кочешков А. А. Исследования в области методов повышения нефтеотдачи путём сочетания заводнения с тепловым воздействием на пласты. Сб. «Тепловые методы добычи нефти». М.,»Наука», 1975 г., с. 110116.
Сайфуллин З.Г., Насибуллин РЛ., Фаткуллин А.Х. «Труды ТатарскогоНИ и проектного института нефтяной промышленности»,1975, вып. 30, с. 370-378. Ширинов Ш.Г., Гейдаров М.И., Вельев Ю.С., Шир-мамедов Х.А., Петросян Р.П.К вопросу о регулировании процессов внутрипластового горения (на примере площади ХарасаныБалаханы-Сабунчи Романинского месторождения. Ж-л. Азербайджанское нефтяное хозяйство., №3, 1976 г. с.41-43. V. Alvarado, Е . Мап^ие. Energies.2000., № 3. р. 1532.
in the formation of ethanol reduces the amount of an oxidizing mixture in more than two times. Results
Laboratory researches on the initiation of oil formation in situ combustion of oil have been carried out. Conclusions
Experimentally the possibility of using oxidation-catalyst mixture during the organization of the initiation process in-situ burning of oil has been demonstrated. It is shown that the injection of ethanol into the formation during the organization to initiate the combustion of oil reduces the amount of oxidation-catalyst mixture in half.
Keywords
heavy oil, in-reservoir burning, oxidation catalyst-mixture, ethanol
References
1. Kudinov V.I.Osnovy neftegazopromyslovo-go dela.Moskva-Izhevsk. 2004.720 s.
2. VakatovS. N., SapozhnikovA.E. Olencxikov D.M. (ZAO «INNTS».Povyshenie effektiv-nosti razrabotki mestorozhdeniysistemo-ygorizontalnikh stvolov na Mishkinskom mestoroxhdenii Udmurtskoy Respubliki. Nauchno-tekhnichiy vestnikROSNEFT. 2008 g.№4,s. 24-27.
3. Shmal G. Neftyanaya otrasl ne skatertsam-obranka. NeftRossii, 2009. №5, s. 20-23.
4. Gorshenev V. S. OAO «Zarubezhneft»rass-hiryaet svoye prisutstvie v Rossii I za rube-zhom.Neftyanoe khozyaistvo.2009 g. № 5. s.10-12.
5. PatentSSHA № 3379254, Rl. 166-38,1968 g.
6. Bokserman A.A., LykovS. N., Belyaev Yu. A.,-Bulygin M. G., Avtorskoe svidetelstvo SSSR, № 1068046, Kl. E 21 B 43/243,1980 g.
7. Amelinl.D., Sergeev A. I., GeykhmanG. M., Teplovoe vozdeystvie naplast dvizhushchi-msya frontomgoreniya (opytno-promyslen-nye rabotynana zalezhiPavlova gora).Nefty-anoe khozyaistvo. 1969 g.№ 1, s. 41-46.
8. Bokserman A. A., Zhdanov S. A. Zheltov Yu.P., Kocheshkov A.A.Issledovaniya v ob-lasti metodov povysheniya nefteotdachi putem sochetaniya zavodneniya s teplovym vozdeistviev na plasty.Sb. «Teplovye meto-dy dobychi nefti».«Nauka», 1975 g. s. 110116.
9. Saifullin Z. G., Nasibullin P,L.,Fatkullin A.Kh, «Trudy Tatarskogo N I I proektnogo institutaneftyanoy promyshlennosti»,1975 g.vyp. 30, s. 370-378.
10. Shirinov Sh. G., Geidarov M.I., Velev Yu. S. Shirmamedov Rh.A., Petrosyan R. P. K vop-rosu o regulirovanii protsessov vnutripla-stovogo goreniya (na primere ploshchadi Kharasany Balakhany - Sabunchi Romani-nskogo mestorozhdeniya. ZhurnalAzerbai-dzhanskoe neftyanoe khozyaistvo., 1976 g. s. 41-43.
11. Alvarado V., Manrigue E.«Energies» ,2010 g.№ 3,p. 1532.
