CC BY
16
УДК 622.235.622.272
А.Т.КАРМАНСКИИ канд. техн. наук, старший научный сотрудник, ilinov_md@spmi.ru Е.В.ГОНЧАРОВ. старший научный сотрудник. goncharovboxfajmail.ru Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)
A.T.KARMANSKY. PhD in eng. sc., senior research assistant. ilinov jndiœspmi.ru E.V.GONCHAROV, senior research assistant, goncharovbox'qimailm Saint Petersburg State Mining Institute (Technical University')
ПРИМЕНЕНИЕ ТВЕРДЫХ КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩИХ
ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН
Представлены технологические принципы и результаты реализации экзотермических реакций в газо-нефтедобываюгцих скважинах. Уникальные сочетания химических реагентов на основе хлоратов, селитр и т.п. обеспечили простоту, дешевизну и эффективность технологических операций интенсификации притоков нефти и газа. Эффективность достигается не только снижением вязкости нефти, удалением парафинов и асфальтенов, но и переформированием физико-механических свойств пород коллектора разгрузкой от горного давления и развитием трещин.
Ключевые слова: нефтяные скважины, экзотермические реакции, трещинообразова-ние, интенсификация притока.
APPLICATION OF SOLID OXYGEN-CONTAINING SUBSTANCES FOR HIGHER PRODUCTIVITY OF OIL WELLS
The technological principles and results of realization of exothermal reactions in oil-and-gas productive wells are presented. Unique coinfinations of chemical reagents on base of chlorates, saltpetres, etc ensured the simplicity, low prices and efficiency of technological operations for intensive influxes of oil and gas. High efficiency is reached not only due to reduction of oil viscosity and removal of paraffin and asphaltenes, but also due to re-forming of the reservoir rocks by relief of rock pressure and extension of fractures.
Keywords', oil wells, exothermal reactions, fracturing, intensive influxes.
Для увеличения производительности скважин на различных стадиях их жизненного цикла (заканчивание скважин, эксплуатация в процессе разработки месторождения, капитальный ремонт) разработано несколько десятков способов воздействия на прискважинную зону пласта (ПЗП) по основному механизму воздействия объединенных в четыре группы способов; механические, химические, тепловые, физические.
Каждый из способов имеет область предпочтительного применения в тех или иных геолого-технических условиях, где наиболее полно проявляется его эффектив-
ность. Многие технологии весьма трудоемки и имеют ряд недостатков, связанных с использованием дорогостоящего оборудования, сложностью доставки в отдаленные и труднодоступные места, высокую стоимость и т.д.
В связи с этим для удовлетворения потребностей нефтедобывающих предприятий необходимы более мобильные недорогие и технологичные способы воздействия на ПЗП по своей эффективности сравнимые и даже не уступающие гидроразрывам пласта (ГРП) К числу таких способов относится газодинамический разрыв пласта (ГДРП) с
Рис.1. Принципиальная схема опытной установки
] - камера: 2 - баллон с азотом: 3 - вентиль; 4 - редуктор: 5 - манометр: 6 - преобразователь давления «Сапфир»; 7 - термопара с открытым спаем типа ХК; 8 - ручной масляный насос; 9 - блок питания для инициирования; 10- ПЭВМ; 11 - мультиметр (аналого-цифровой преобразователь) «Крейтовая система «ЬСА1Ш»
применением твердотопливных генераторов давления (ТТГД) и жидких термогазообра-зующих композиций (ЖТГК). Высокая эффективность ГДРП объясняется комплексным воздействием на ПЗП факторов, характерных для каждого из четырех способов воздействия на ПЗП [1,2]: механическое воздействие на пласт продуктов горения; тепловое воздействие, заключающееся в расплавлении парафинов; физико-химичес-кое воздействие - снижение вязкости нефти и ее поверхностного натяжения и волнового воздействия в процессе возвратно-поступа-тельного движения столба скважинной жидкости под действием газового пузыря, образующегося в скважине при сгорании зарядов ТТГД и ЖТГК [3]
В статье изложены основные положения технологии проведения ГДРП с применением ТТГД и ЖТГК. В качестве ТТГД использовался заряд, изготовленный из твердых ки-слородосодержащих веществ (ТКВ) на основе хлората натрия, а в качестве жидкого во-досодержащего топлива (ЖВТ) водный раствор нитрата аммония (N^N0?) и мочевины (СЬ^ОЩ в качестве углеводородного горючего дизельное топливо (ДТ).
В реальных условиях ограниченного скважинного объема реакция окисления ДТ протекает фактически при постоянном объеме с увеличением давления и температуры.
Для проведения исследований с привлечением измерительного оборудования ФГУП РНЦ ПХ была собрана опытная установка, позволяющая измерять давление и температуру в камере сгорания при окислении ДТ продуктами разложения ТКВ, а также при зажигании и сгорании жидких водо-содержащих композиций в замкнутом объеме камеры Принципиальная схема опытной установки показана на рис.1. В камеру 1 загружались исследуемые композиции. Максимальное давление в камере (65-80 МПа) ограничивалось разрывной мембраной.
При подготовке к испытаниям была проведена проверка работоспособности измерительных каналов и герметичности системы трубопроводов, подающих масло в камеру с помощью масляного насоса 8 (рис. 1).
Методика проведения испытаний заключалась в следующем. В первой серии испытаний в камеру сгорания помещалось заданное количество углеводородного горючего вместе с зарядом ТКВ на основе хлората натрия. Заряд представлял собой гибкую сгораемую трубку с 5 г насыпного источника кислорода Реакция разложения ТКВ инициировалась нихромовой спиралью. Указанные испытания проводились без начального давления. После инициирования измерялись давления и температура в замкнутом объеме камеры. Оценивались максимальные значения давления и температуры, время протекания реакции.
Во второй серии испытаний после заливки в камеру жидкого водосодержащего топлива (ЖВТ) и присоединения камеры к технологическим линиям в камеру подавался газообразный азот, создавалось давление 8-12 МПа, ЖВТ инициировалось зарядом специально разработанного высококалорийного твердого топлива, содержащего магний. Заряд инициировался подачей напряжения (10-12 В) на нихромовую спираль, герметично установленную в торец заряда. Для оценки давления, создаваемого одним зарядом, ряд испытаний проводился на насыщенном растворе аммиачной селитры, без мочевины Работоспособность ЖВТ и заряда оценивалась по максимальным значениям давления и температуры, развиваемой в камере.
Время, с Время, с
Рис.2. Зависимости давления (1) и температурв1 (2) Рис.3. Зависимости давления (1) и температуры (2)
от времени (испытание № 5) от времени (испытание № 7)
По результатам исследований получены характерные зависимости давления и температуры от времени (рис 2, 3) Объем горючего в камере - 120 см3 (кроме испытания №3), начальное давление - атмосферное, свободный объем ~50 см'"1 (кроме испытания № 3). Масса твердого источника кислорода в испытании № 1 - 6 г, в испытаниях 2-7 -5 г. Результаты первой серии испытаний представлены ниже:
Комментарии
Масло, без замера Тшк Нефть
Нефть, без свободного объема, разрыв мембраны
ДГ
Нефть повышенной вязкости
Источник кислорода: ЫаСЮ3 (1,5 г) + КЫ03(3,5 г)
Нефть повышенной вязкости
Основной объем экспериментальных исследований был проведен на жидком во-досодержащем топливе (ЖВТ), представляющем собой водный раствор аммиачной селитры и мочевины Испытания проводились на двух видах топлива со следующим массовым содержанием: топливо № 1 - 30 % Н20 + 54 % ЫН4Ш3 + 14 % СН4ОЫ2; топливо № 2 - 34 % Н20 + 52 % адИОз + 14 % СН^ОИз Плотность топлива№ 1 - 1,30 г/см3,
плотность топлива № 2 - 1,27 г/см3. Некоторые свойства [1] нитрата аммония и мочевины приведены ниже;
Свойство Аммония нитрат Мочевина
(аммиачная (карбамид)
селитра) М^ЖЬ (КН2>,СО
Температура 169,6 132,7
плавления, "С
Плотность, кг/м3 1725 1330
Растворимость 119(0 °С); 51.8 (20 ®С);
в воде, г/100 г 212(25 СС); 71,7(60 ®С);
46 (50 СС) 95,0(120 СС)
Нагревание Выше 270°С или До 150°С и выше
при воздействии последовательно
удара может превращается в
разлагаться ЫНдЫСО, Ш;,. СО,.
со взрывом биурет, циану ров ую
кислоту
Выводы
Проведены термодинамические расчеты твердых кислородосодержащих веществ (К>Юз, ИаСЮз) в смеси с дизельным топливом, а также раствора нитрата аммония (МН4М03) и мочевины (СН4ОН2) в воде. Определены состав продуктов горения, адиабатическая температура горения и теплота химической брутто-реакции разложения выбранных смесей. Адиабатическая температура горения топлива с массовым содержанием 30% Н20; 54% ЩШ3; 14% СН40Ы2 составляет 1066 К (793 °С), теплота химической реакции 1326кДж/кг. Равновесная температура и теплота реакции прак-
Испы
1 200 -
2 95 100
3 Более Более
660 100
4 61 62
§ 340 210
6 30 Без
изме-
нений
7 320 310
тически не изменяются в диапазоне давлений от 10 до 50 МПа.
Создана опытная установка и отработана методика испытаний, позволяющая проводить исследования различных способов воздействия на прискважинную зону пласта, в том числе оценивать работоспособность устройств инициирования.
Для зажигания жидкого водосодержа-щего топлива разработано специальное твердое топливо. Выбраны параметры системы инициирования при разогреве нихро-мовой спирали, установленной в заряд твердого топлива: напряжение 12 В, ток 4 А (сопротивление 3 Ом).
Экспериментально подтверждена работоспособность жидких водосодержащих то-плив на базе растворенных аммиачной селитры и мочевины при зажигании ее специально разработанным высококалорийным твердым топливом. Определено, что устойчивое горение ЖВТ возможно при давлениях выше 10-12 МПа
Способы термогазохимического воздействия запатентованы авторами (патенты 2168008 (2001 г.) и 2328594 (2008 г.)) и прошли государственные приемочные испытания на угледобывающих предприятиях в качестве технологии интенсификации ме-танопритоков и успешно внедряются на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» Так, скважина № 1001, имеющая горизонтальный «открытый» забой на Баженовском нефтеносном горизонте Ульяновского месторождения, после термогазохимического воздействия увеличила дебит с 9 до 17 т/сут и эксплуатируется с таким дебитом до настоящего времени, т.е. 1,5 года Опыт тер-могазохимической обработки скважин, до-
бывающих нефть, прежде всего на коллекторах с низкой проницаемостью и нефтеотдачей типа Баженовского, рекомендован для изучения и внедрения на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» Из последних восьми экспериментов 2009 г. пять признаны весьма удачными
ЛИТЕРАТУРА
1. Ганчаров Е В. Результаты экспериментов по разработке термогазохимического способа интенсфика-ции притока метана из пластов угля и перспективы его внедрения И Горный информационно-аналитический бюллетень / Московский государственный горный университет. М., 1999.
2. Гончаров Е В. Гео динамические основы разработки технологических схем извлечения метана из газоносных, выбросоопасных пластов / Е.В.Гончаров, А.Н.Шабаров; Рабочее совещание Европейской экономической комиссии; ВНИМИ. СПб, 2007.
3. Интенсификация метанопритоков на основе низкоэнергетического сейсмоакустического воздействия на угольные пласты / Е.В.Гончаров, А.Т.ЕСарманский, Д.Ю.Таланов, В.В.Вьюнников; Рабочее совещание Европейской экономической комиссии: ВНИМИ. СПб, 2007,
REFERENCES
1. Goncharov E. IResults of experiments for the development of thermalgaschemical method for intensification of methane influx from coal seams and prospects of its introduction into practice // Mining Information-Analytical Bulletin / Moscow State Mining University. Moscow, 1999.
2.Goncharcn> E.V. Geodynamic foundations for the development of technological schemes of methane extraction from gas-bearing, outburst-hazardous seams / E.V.Goncharov. A.N.Shabarov; Workshop of Economic Commission for Europe; VNIMI. Saint Petersburg, 2007.
3. Intensification of methane influx on the basis of low-energy seismo-acoustic impact on coal seams / E.V.Goncharov, A.T Karmansky., D.Yu.Talanov and V.V.Viunikov; Workshop of Economic Commission for Europe; VNIMI. Saint Petersburg, 2007.
