CC BY
42
СЕМИНАР 20
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 99» МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98__________
Е.В. Крейнин, проф., д.т.н., Промгаз
ПЕРСПЕКТИВЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ТЕРМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ГЕОТЕХНОЛОГИИ ТОПЛИВНЫХ ПЛАСТОВ
Характерной особенностью топливного комплекса является неполнота извлечения его традиционных ресурсов (подвижные нефти, газовый конденсат, природный газ и уголь на глубине до 400-500 м) и практически неосвоенность нетрадиционных (высоковязкие нефти, природные битумы, нефтегазоносные породы с низким коэффициентом проницаемости, газоконденсатные и газогидрат-ные месторождения, уголь на глубине 800 м и более, угольный метан). Ресурсы неизвлеченных оставлен-
ных) традиционных и сегодня не-извлекаемых нетрадиционных источников углеводородного сырья на порядки превышает запасы традиционных видов топлива.
Учитывая ограниченность доступных запасов нефти и природного газа (по экспертным оценкам их хватит на 30-50 лет), возникает острая проблема, с одной стороны, повышение степени их извлечения, и с другой стороны, освоения нетрадиционных топливных ресурсов. Нужны новые технологии, характерные минимальными материальными затратами и эффективными техническими решениями.
К таким технологиям мы относим термические и гидродинамические методы, которые в сочетании с протяженными горизонтальными буровыми каналами позволяют резко повысить извлекае-мость не только традиционных, но и нетрадиционных ресурсов топлива.
Физико-химические процессы предлагаемых новых технологий основаны на окислении и нагреве пласта топлива, превращение части последнего в новое агрегатное состояние, изменении благодаря этому теплофизических параметров топлива и коллектора пласта,
обуславливающих повышение степени извлечения углеводородного сырья.
Вязкие нефти, особенно их высоковязкие разновидности (вязкость
достигает 1000 сПз и более), сегодня частично извлекаются в шахтных выработках путем нагнетания в массив водяного пара. Известный метод внутрипластово-го горения не нашел практической реализации из-за слабой управляемости, некоторых существенных ограничений к применению, а также характерной взрывоопасности.
Предлагаемая новая технология (патенты РФ № 205431 и № 2059802, выданные в 1996 г.), заключается в бурении в нефтесодержащем горном массиве ряда параллельно расположенных горизонтальных скважин. Каждый горизонтальный буровой канал по специальной технологии термически прорабатывается, в результате чего существенно возрастает его дренирующая способность, что обусловлено ростом коэффициента фильтрации в массиве, прилегающем к стенкам бурового канала. Технология эксплуатации параллельных каналов заключается в нагнетании горячего теплоносителя в четные из них и извлечении из нечетных каналов «разжиженной» нефти.
В том или ином виде эта технология применима и для извлечения маловязких нефтей.
Интересное технологическое решение разработано для угленефтеносных геологических формаций. В РФ также формации имеются в Татарии, Башкирии и Удмуртии.
Техническая сущность новой технологии (патент № 2057917, выданный в 1996 г.) заключается в генерировании в угольном пласте горячих продуктов горения, богатых диоксидом углерода, и нагне-
тании последних (без извлечения на дневную поверхность) непосредственно в нефтеносный пласт. Совмещенный угольный и нефтяной генераторы позволяют осуществлять различные гидродинамические и тепловые режимы для максимального извлечения нефти.
Газовый конденсат часто не может быть извлечен из-за чрезмерного интенсивного отбора газа, в результате чего газоистощенные месторождения содержат большие запасы остаточного конденсата. Рассмотренная выше технология термической обработки газоистощенных скважин вполне применима для извлечения оставленных запасов газового конденсата.
Применительно к Вуктыль-скому газоконденсатному месторождению была предложена технология доизвлечения газового конденсата, согласно которой с помощью скважинного теплогенератора осуществляется тепловое воздействие на стенки бурового канала. В сочетании с периодически повторяющимися этапами прекращения подачи теплоносителя (охлаждении бурового канала) в массиве, прилегающем к каналу, образуются многочисленные микро- и макротрещины.
Многократно возрастающая величина коэффициента фильтрации этого массива, а также подъем температуры в нем обуславливает приток конденсата к горизонтальной дрене и его извлечение.
Подобные тепловые методы могут оказаться весьма эффективными для разработки газогидрат-ных месторождений.
Глубоко залегающие угольные пласты практически недоступны с помощью традиционного шахтного способа добычи. разработана новая технология их извлечения с помощью подземной газифика-
ции угля (патенты РФ № 2004785, № 20455174, № 2057919, выданные в 1995-96 гг.).
Техническое содержание этой технологии заключается в бурении на угольный пласт серии параллельных вертикально-
горизонтальных скважин, пересекаемых в конечной части пробуренным нормально к ним сбоечным горизонтальным каналом. Соединенный в единую гидравлически связанную систему такой газогенератор характерен высокой управляемостью, полнотой извлечения запасов угля и интенсивным тепломассообменом между направленно нагнетаемым окислителем и реакционной поверхностью раскаленного угля. КПД газификации достигает 80-85 %.
Независимая технико-экономическая оценка, выполненная японскими экспертами, показала, что стоимость получаемого по российской технологии газа составит
0,023 долл./МДж. При этом аналогичная величина в американской технологии колеблется от 0,029 до 0,045 долл./МДж.
Угольный метан, сопутствующий каменноугольным пластам, особенно на глубинах более 500 м, является малодоступным для извлечения. Метаноемкость таких пластов достигает 40-50 м3/т.
Наиболее эффективная известная технология извлечения угольного метана заключается в проведении через вертикальные скважины гидравлического разрыва угольного пласта и закрепления образовавшейся щели кварцевым песком.
Предлагаемая технология (патент РФ № 2054557, выданный в 1996 г.) включает несколько стадий термического и гидродинамического воздействия на угольный пласт через серии горизонтальных и вертикальных скважин с целью активного динамического разупрочнения и повышения его газопроницаемости при продувке мас-
сива горячими продуктами горения угля.
Угольный пласт, подвергнутый такой теплогидродинамической обработке, активно “отдает” метан. Задача состоит в минимизации материальных затрат для дегазации угольного пласта, особенно, когда извлечение метана является единственной целью. Проще, когда дегазация предшествует шахтной добыче угля.
Математическое моделирование сложных процессов теплофизического воздействия на пласты углеводородного сырья позволяет оптимизировать гидродинамические их режимы. Сочетание количественных результатов математического моделирования и запатентованных инженерных решений является основой для технологического обеспечения процессов извлечения углеводородного сырья в каждом из рассмотренных выше случаев.
© Е.В. Крейнин
141
