СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ ТРЕЩИННО-ПОРОВОГО ТИПА Российский патент 1994 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к разработке нефтяных месторождений с применением газообразных окислителей.

Известен способ разработки нефтяных месторождений с применением внутрипластового горения [1] . Этот способ позволяет резко повысить нефтеотдачу на залежах вязких нефтей.

К недостаткам этого способа можно отнести низкий охват пласта закачиваемым газообразным окислителем (воздух, кислород). Из-за прорывов окислителя к добывающим скважинам уменьшается нефтеотдача и снижается безопасность процесса, так как возможны взрывы в добывающих скважинах и системе сбора.

Известен способ разработки нефтяных месторождений [2] путем сочетания закачки теплоносителя и окислителя. В этом случае благодаря предварительному прогреву коллектора теплоносителем степень использования окислителя резко возрастает и повышается безопасность процесса.

К недостаткам этого способа можно отнести большой расход теплоносителя и, следовательно, высокие энергетические затраты на реализацию метода. Кроме того, данный метод не гарантирует отсутствия прорывов окислителя в добывающие скважины, так как теплоноситель практически полностью промывает высокопроницаемые зоны, освобождая их от нефти. Поэтому газообразный окислитель, фильтрующийся по высокопроницаемым зонам или трещинам, не утилизируется и может прорваться в добывающие скважины.

Известен способ разработки нефтяных месторождений с применением внутрипластового горения, предусматривающий предварительное тампонирование высокопроницаемых зон. Благодаря предварительному тампонированию повышается охват пласта окислителем и увеличивается эффективность вытеснения нефти.

К недостаткам этого способа относится термическая нестойкость полимеров, которые при прорыве фронта горения разрушаются из-за наличия очень высоких температур. Кроме того полимеры могут разрушаться, взаимодействуя с кислородом, в результате его тампонирующие свойства резко снижаются. Концентрация полимеров в растворе невелика, поэтому крайне мало количество утилизирующего кислорода в трещинах, заполненных таким тампонирующим составом.

Целью изобретения является повышение охвата пласта окислителем при внутрипластовом горении и повышение безопасности процесса за счет исключения прорывов кислорода по высокопроницаемым зонам и трещинам.

Цель достигается за счет подачи в пласт легкоокисляемого тампонирующего средства, который может активно взаимодействовать с кислородом воздуха и изменять благодаря этому свои реологические свойства. Поскольку тампонирующий состав может иметь повышенную вязкость и интенсивное окисление его происходит только при повышенных температурах, то закачке тампонирующего состава может предшествовать нагнетание теплоносителя. В качестве легкоокисляемого тампонирующего состава используются легкодоступные дешевые отходы химического производства.

Применения перечисленных отличительных признаков для достижения указанных целей в литературе не обнаружено, что позволяет говорить о том, что предлагаемое техническое решение отвечает категориям "Новизна" и "Существенные отличия".

Способ осуществляют следующим образом.

До начала инициирования процесса внутрипластового горения в пласт закачивают легкоокисляемый тампонирующий состав, объем которого составляет 20-100% от объема трещин коллектора. После этого приступают к инициированию горения в пласте, используя электронагреватели, забойные горелки, теплоноситель или другие методы. После инициирования горения переходят к непрерывному нагнетанию окислителя, который фильтруется по значитель- ному объему пласта. По мере продвижения зоны горения температура коллектора повышается. Увеличивается температура в трещинах, заполненных лекгоокисляемым тампонирующим составом, часть которого вытесняется по направлению к добывающим скважинам, а оставшаяся доля вступает в реакцию с кислородом, прорывающимся по трещинам. Таким образом благодаря наличию в трещинах легкоокисляемого тампонирующего состава предотвращается прорыв непрореагировавшего с нефтью кислорода к добывающим скважинам. Меньшая подвижность тампонирующего состава по сравнению с нефтью обеспечивает более высокое содержание остаточного топлива в трещинах и, следовательно, более полное потребление кислорода.

Оторочка тампонирующего состава может перемещаться по пласту впереди высокотемпературной зоны, в которой будет оставаться только топливо, сгорающее на фронте горения. Опыт применения различных вытесняющих оторочек показывает, что минимальный относительный объем оторочек составляет 20% от порового объема. Поскольку малоподвижный тампонирующий состав может фильтроваться только по трещинам, то и в расчет должен приниматься только объем трещин пласта. При этом охват пласта процессом фильтрации (по площади и толщине) всегда меньше единицы. Кроме того, не весь объем трещин охватывается тампонирующим составом. Фильтрация возможна только в тех трещинах, где имеется существенный градиент давления. Так, например, в вертикальных трещинах фильтрация тампонирующих составов отсутствует.

Максимальный объем закачки тампонирующего состава (100% от объема трещин коллектора) необходим в том случае, когда проницаемость блоков велика, а практически все трещины имеют ориентацию вдоль напластования. В этом случае целесообразно затампонировать весь объем трещин, что будет способствовать практически полному охвату пласта вытесняющим агентом без опасности снижения приемистости нагнетательных и продуктивности добывающих скважин.

Приемистость нагнетательной скважины при закачке тампонирующего состава может быть очень низкой. Кроме того, при наличии высокопарафинистой нефти возможно выпадение парафина из-за охлаждения призабойной зоны пласта в ходе нагнетания тампонирующего состава. В этом случае целесообразно до начала закачки тампонирующего состава подавать в пласт теплоноситель до его прорыва в добывающие скважины. Прорыв вытесняющего агента свидетельствует о том, что высокопроницаемые зоны заполнены маловязкой водой и проводимость их максимальна. Как показывают расчеты, этого количества теплоносителя достаточно для прогрева призабойной зоны и, следовательно, снижения фильтрационных сопротивлений.

При реализации предлагаемого способа разработки нефтяных месторождений могут использоваться различные тампонирующие составы, а коллекторы имеют различные характеристики. Если подвижность тампонирующего состава мала, раскрытость трещин велика, а проницаемость блоков незначительна, то целесообразно подавать в пласт тампонирующий состав отдельными порциями в количестве от 5 до 20% от объема трещин коллектора. Этого количества тампонирующего состава достаточно для перекрытия трещин в зоне горения, а трещины в призабойной зоне остаются свободными, благодаря чему обеспечивается высокая приемистость нагнетательной скважины и хорошая продуктивность добывающих скважин. Поскольку тампонирующий состав участвует в процессе горения, то по мере его расходования в пласт подают новые порции. Закачку тампонирующего состава перемежают с нагнетанием теплоносителя и окислителя. Сначала в пласт подают теплоноситель для прогрева призабойной зоны, затем закачивают тампонирующий состав, который проталкивается теплоносителем до зоны горения остаточного топлива, после чего переходят к подаче в пласт окислителя. Объем теплоносителя, закачиваемого до подачи в пласт тампонирующего состава, должен быть таким же, как и при обычных паротепловых обработках. Минимальное количество тампонирующего состава (5% от объема трещин коллектора) закачивают в первом цикле при наличии коллектора, который плохо смачивается тампонирующим составом. В таких условиях небольшая оторочка тампонирующего состава не размазывается по трещинам и не приводит к резкому падению приемистости нагнетательной скважины. При меньшем объеме тампонирующего состава фильтрационные сопротивления трещин снижаются незначительно и оторочка не обеспечивает повышения охвата пласта вытесняющим агентом. Максимальный объем оторочки тампонирующего состава (20% от объема трещин) заканчивается в последних циклах, когда зона горения удалена от нагнетательной скважины на значительное расстояние, а коллектор хорошо смачивается тампонирующим составом. Если объем оторочки тампонирующего состава будет больше 20% , то произойдет существенное снижение проводимости пласта в области, где осуществляется фильтрация газов горения и нефти, вытесняемой фронтом горения. Вытесняемая из малопроницаемых блоков нефть должна фильтроваться по трещинам, свободным от тампонирующего состава.

Для того, чтобы оторочка тампонирующего состава оказалась впереди зоны горения остаточного топлива, необходимо в каждом цикле эту оторочку проталкивать теплоносителем, объем которого должен быть равен объему трещин в выжженной зоне пласта. После этого в пласт закачивают окислитель с целью реализации процесса внутрипластового горения. Если по результатам анализа газа в добывающих скважинах будет установлен прорыв кислорода по трещинам, то цикл закачки теплоносителя и тампонирующего состава повторяют.

Одним из эффективных тампонирующих и одновременно каталитических составов является отход совместного производства стирола и окиси пропилена (СОП). Ниже приводятся основные характеристики катализаторного кубового остатка процесса совместного производства СОП:
1. Внешний вид: малоподвижная густая масса черного цвета;
2. Плотность при 50^оС, кг/м³ 1070,3 40^оС, кг/м³ 1078, 8
формула для
расчета плот-
ности при тем-
пературе t:
ρ^t = 1078,8 -
- 0,85 (t - 40) 3. Вязкость 2500 мПа˙с
при 20^оС
4. Кислотное число, мг КОН/г 5,5
5. Эфирное число, мг КОН/г 225,2
6. Содержание
зольного остатка
(в пересчете на мо- либден), мас. % 0,41
7. Содержание
(мас. % ) летучих
компонентов в ус-
ловиях: давление 2 мм
рт. ст. температу- ра верха 150^оС 45 температура низа 200^оС
П р и м е р. На месторождении нефти с коллектором трещинно-порового типа, в котором средняя проницаемость пласта составляет 0,2 мкм², а средняя проницаемость блоков 0,05 мкм², внедряется процесс внутрипластового горения. С целью повышения охвата коллектора процессом внутрипластового горения было решено использовать легкоокисляемый тампонирующий состав, представляющий собой эмульсию, в состав которой входят непредельные углеводороды, катализаторы и активаторы. С этой целью до начала закачки в пласт окислителя в нагнетательную скважину подают легкоокисляемый тампонирующий состав в количестве 20% от объема трещин коллектора. Пористость пласта составляет 0,2, а объем трещин оценивается в 1% от общего объема пор. На одном девятиточечном элементе системы расстановки скважин площадью 160000 м² и толщиной 10 м объем пор составит 3,2˙10⁵ м³, а объем трещин 3,2˙10³ м³. Таким образом, до начала закачки окислителя в пласт подают 640 м³ тампонирующего состава, а затем приступают к инициированию горения с применением электронагревателя. После инициирования горения нагнетают окислитель. Благодаря использо- ванию легкоокисляемого тампонирующего состава удалось предотвратить преждевременные прорывы кислорода к добывающим скважинам и увеличить охват пласта процессом на 10% . Поэтому за счет применения метода с одного элемента системы расстановки скважин было дополнительно добыто 10445 т нефти.

Месторождение нефти с трещинно-поровым коллектором толщиной 26 м и пористостью 0,134 эксплуатируют на режиме растворенного газа. За время истощения нефтенасыщенность снизилась с 0,735 до 0,594. Объем трещин коллектора составляет 0,7% от объема пор пласта. С целью повышения нефтеотдачи было решено закачивать в пласт теплоноситель, а затем, предварительно подав в пласт тампонирующий состав в количестве 100% от объема трещин, приступить к нагнетанию воздуха. Теплоноситель должен закачиваться до прорыва его в добывающие скважины в количестве 15000 м³, а тампонирующий состав в объеме 4400 м³. За счет такой технологии будет дополнительно добыто 56000 т нефти с одного элемента системы расстановки скважин. В качестве тампонирующего состава используют отход производства стирола, который представляет сложный комплекс химических продуктов и катализаторов. Благодаря применению этого состава появляется возможность увеличить охват пласта процессом до 70% . Без применения подобного тампонирующего состава закачиваемый кислород быстро прорывается к добывающим скважинам, из-за чего приходится прекращать реализацию внутрипластового горения задолго до подхода зоны горения к границам элемента. Стоимость тампонирующего состава равна цене на нефть, поэтому за счет метода с каждого элемента системы расстановки скважин достигается дополнительный эффект.

На залежи нефти с трещинно-поровым коллектором решено реализовать процесс внутрипластового горения. Однако для предотвращения прорывов газообразного окислителя по трещинам необходимо подавать в пласт тампонирующий легкоокисляемый состав. Из-за низкой приемистости скважин необходимо чередовать закачку тампонирующего состава и теплоносителя. Сначала в нагнетательную скважину в течение не менее 3 мес подают теплоноситель, а затем тампонирующий состав в количестве 50 от объема трещин или 225 м³. Тампонирующий состав проталкивают теплоносителем, закачав 50 м³ агента с целью промывки ствола скважины и призабойной зоны, а затем переходят к закачке воздуха.

Благодаря предварительному прогреву пласта и изоляции трещин в блоках инициируется горение. По мере перемещения зоны горения оторочка тампонирующего состава продвигается по направлению к добывающим скважинам и постепенно размазывается. Если принять, что остаточная насыщенность жидкостью в трещинах составляет 0,5, то оторочка тампонирующего состава перестанет существовать после выжигания примерно 10% от объема пласта. Полного уничтожения тампонирующего состава допустить нельзя, поэтому после выжигания 5% от объема пласта необходимо подавать в пласт новую порцию тампонирующего состава. Для выжигания 5% от объема пласта при общем его объеме 4,68˙10⁶ м³ и удельном расходе воздуха на выжигание 1 м³ пласта, равно 200 м³/м³ потребуется закачать 4,68˙10⁷ м³ воздуха. При приемистости скважины 4˙10⁴ м³/сут для этого потребуется 3,2 года. Затем в пласт снова подают теплоноситель для прогрева призабойной зоны, закачивают тампонирующий состав в количестве 10% от объема трещин. Этот объем тампонирующего состава проталкивается теплоносителем, подаваемым в пласт в количестве, равном объему пор выжженной зоны. Затем вновь переходят к закачке окислителя в количестве, необходимом для выжигания 20% объема пор пласта. Для этого потребуется еще 6,4 года. На последнем этапе разработки снова проводят обработку призабойной зоны теплоносителем и закачивают тампонирующий состав в количестве 20% от объема трещин. После этого переходят к заключительному этапу нагнетания окислителя до его прорыва в добывающие скважины. Благодаря такой технологии охват пласта увеличивается на 15% , а добыча нефти на 24000 т с одного элемента системы расстановки скважин. (56) 1. Амелин И. Д. Внутрипластовое горение. М. : Недра, 1980.

2. Боксерман А. А. , Мырка Я. М. , Полковников В. В. , Соколов А. Г. Комбинированные методы воздействия на нефтяной пласт с применением сочетания закачки теплоносителей и внутрипластовых окислительных реакций. Исследование испытаний новых методов воздействием на пласт, М. , Тр. ВНИИ, вып. 92, 1985, с. 46-57.

До начала инициирования процесса внутрипластового горения в пласт закачивают легкоокисляемый тампонирующий состав, объем которого составляет 20 - 100% от объема трещин коллектора. После инициирования горения переходят к нагнетанию окислителя. При приемистости нагнетательных скважин, очень низкой до начала закачки тампонирующего состава, закачивают теплоноситель до прорыва в добывающие скважины. При малой тампонирующей подвижности, большой раскрытости трещин и незначительной проницаемости блоков закачку теплоносителя и тампонирующего агента осуществляют циклически, причем тампонирующий агент нагнетают в количестве 5 - 20% от объема пор пласта, при этом тампонирующий агент проталкивают теплоносителем до зоны горения и процесс внутрипластового горения осуществляют до прорыва газов горения по трещинам в добывающие скважины, после чего цикл повторяют. 2 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ ТРЕЩИННО-ПОРОВОГО ТИПА, включающий закачку тампонирующего состава перед инициированием горения в пласте и закачку окислителя через нагнетательные скважины и отбор пластовых флюидов через добывающие скважины, отличающийся тем, что в качестве тампонирующего состава используют легкоокисляемый высоковязкий агент в количестве 20 - 100% от объема трещин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до начала закачки в пласт легкоокисляемого высоковязкого тампонирующего агента, в пласт закачивают теплоноситель до его прорыва в добывающие скважины. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что закачку теплоносителя и тампонирующего агента осуществляют циклически, причем тампонирующий агент нагнетают в количестве 5 - 20% от объема пор пласта, при этом тампонирующий агент проталкивают теплоносителем до зоны горения и процесс внутрипластового горения осуществляют до прорыва газов горения по трещинам в добывающие скважины, после чего цикл повторяют.