СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВНУТРИПЛАСТОВЫХ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к разработке нефтяных месторождений, содержащих маловязкие нефти, на стыке тепловых и газовых методов и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.

Существуют способы добычи нефти путем нагнетания в нефтяную залежь углеводородных газов [1, 2] смесей углеводородных и инертных газов [3] углекислого газа и смесей [4, 5] При наклонном залегании пласта нагнетание газов производится в верхнюю часть залежи [6] Нагнетание газов ставит целью повышение полноты вытеснения нефти за счет увеличения пластового давления, восстановления или создания газовой шапки в верхних частях пласта, а также реализации механизма смешивающего вытеснения оторочками сконденсировавшихся легких углеводородов и растворенного CO₂.

Все это имеет наибольший успех в случае применения способов на низкопроницаемых коллекторах, насыщенных маловязкой нефтью, где газовое воздействие наиболее эффективно.

Известные способы не позволяют существенно повысить нефтеотдачу, поскольку не предусматривают использование потенциальных возможностей природного топлива. Так увеличение пластовой температуры при газовом воздействии будет способствовать обогащению газовой фазы легкими компонентами нефти и естественному формированию в пласте оторочки растворителя. Создание оторочки растворителя в пласте посредством закачки соответствующих газовых или жидких компонентов с поверхности не всегда возможно, но в любом случае приводит к удорожанию добычи нефти.

Наиболее близким к заявляемому способу является патент США [7] в котором с целью увеличения нефтеотдачи и интенсификации разработки производится формирование или воссоздание газовой шапки путем нагнетания окислителя (воздуха) в верхнюю (купольную) часть залежи с последующим перемещением фронта вытеснения по схеме сверху-вниз.

В процессе вытеснения нефти формируется тепловая зона за счет внутрипластовых окислительных процессов, тем самым улучшаются условия перехода легких компонентов нефти в газовую фазу и перенос их в ненагретую зону пласта, где после конденсации начинается формирование оторочки растворителя. Подобное комбинированное воздействие способствует увеличению полноты вытеснения нефти.

Однако прототип не предусматривает полного использования естественного природного потенциала для обогащения газовой шапки легкими компонентами нефти в процессе ее формирования или воссоздания и, как следствие, создание оторочки растворителя или обогащенного газа (благодаря гравитационному разделению) на границе газонефтяного контакта (ГНК). Поэтому на стадии создания и перемещения тепловой оторочки выпадает механизм смешивающегося вытеснения, реализуемого впереди тепловой зоны, тем самым не в полной мере используются возможности увеличения нефтеотдачи при данном виде воздействия. Кроме того, согласно прототипу создание газовой шапки путем закачки воздуха в верхнюю часть пласта залежи и его перевод в газы горения связывают с созданием фронта горения и его перемещения вниз по падению пласта. Это в свою очередь накладывает довольно жесткие требования к темпу нагнетания воздуха. В условиях легких нефтей темпы нагнетания воздуха должны быть достаточно высокими, что связано с необходимостью установки компрессоров с повышенными давлениями нагнетания и производительностью. В случае низких проницаемостей коллектора реализация процесса по прототипу вообще может оказаться проблематичной.

Задача изобретения увеличение нефтеотдачи за счет создания оторочки обогащенных газов на границе ГНК.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе разработки нефтяной залежи с использованием внутрипластовых окислительных процессов, включающем создание или воссоздание газовой шапки путем нагнетания воздуха в залежь с последующим вытеснением нефти газовым агентом, согласно изобретению нагнетание воздуха производят в нижнюю, приконтурную или законтурную часть залежи, при этом расстояние между линией нагнетания и ГНК должно быть не меньше размера зоны полного потребления кислорода (R), определяемого по формуле:

где
f_к мольная доля кислорода в закачиваемом воздухе;
ρ_н плотность нефти, кг/м³;
V_r удельный темп нагнетания в скважину воздуха, нм³/м-сут;
π 3,14;
n порядок реакции окисления по кислороду;
Z_т концентрация топлива, кг/м³;
W удельная объемная скорость потребления кислорода при данной пластовой температуре и давлении, нм³/м³.

Отличительные особенности заявляемого способа заключаются в следующем:
1. Формирование газовой шапки предусматривается за счет самопроизвольных внутрипластовых окислительных процессов перевода воздуха в газы горения в нижних частях пласта (залежи) по мере его гравитационного перемещения в верхние части. При этом не требуется создания фронта горения, ибо трансформация воздуха в газы горения происходит преимущественно за счет низкотемпературных окислительных процессов. Следовательно, нет повышенных требований к темпам закачки воздуха и параметрам компрессорного оборудования.

2. Обеспечивается ускоренное формирование оторочки обогащенного газа в газовой шапке, поскольку, продвигаясь по направлению к верхним частям пласта (залежи), газы горения набирают максимально возможное (согласно пластовой термодинамике) количество легких углеводородов.

Итак, главная особенность заявленного способа заключается в том, что в этом процессе не тепловое воздействие является определяющим фактором в увеличении нефтеотдачи пластов, а формирование непосредственно в пласте эффективного вытесняющего газового агента. Важная роль теплового воздействия, в частности внутрипластовых окислительных процессов, заключается в том, что они трансформируют воздух в газы горения, которые по мере продвижения по пласту обогащаются легкими фракциями.

Указанные размеры оторочки являются общепризнанными для процессов смешивающегося вытеснения нефти углеводородными агентами и используются в проектных расчетах нефтедобычи [8] Минимальное расстояние от нагнетательной скважины (или группы нагнетательных скважин, составляющих линию нагнетания) до границы ГНК определяется из условий полного потребления кислорода в закачиваемом воздухе на пути фильтрации. Это положение диктуется недопущением создания взрывоопасной ситуации в поровом пространстве газовой шапки. Размер зоны полного потребления кислорода определяется, исходя из термодинамических пластовых условий, или формируется посредством теплового воздействия.

Формирование тепловой оторочки осуществляется нагнетанием кислородсодержащей смеси, в качестве которой в зависимости от поставленных технологических задач может служить атмосферный или обогащенный кислородом воздух, водовоздушная смесь в широком диапазоне изменения соотношения вода/воздух, газовоздушная смесь и т.п.

Формирование тепловой оторочки заканчивается с выходом на проектную величину темпа нагнетания кислородсодержащей смеси. Ее размер определяется по формуле (I) и не должен быть меньше размера R.

В табл. 1 приведен пример расчета зоны полного потребления кислорода при различных плотностях потока закачиваемого воздуха и температурах пласта.

В расчетах приняты: f_к 0,21; r_н= 810; Z_т 50; m 0,7.

На фиг. 1 представлен размер зоны полного потребления окислителя (проиллюстрированы результаты расчетов); на фиг. 2 -динамика вытеснения нефти воздухом и оторочкой легких углеводородов.

После закачки воздуха в объеме 5 20% порового объема залежи закачка воздуха в нижние части пласта (залежи) может быть прекращена. Дальнейшая разработка пласта (залежи) может быть продолжена в зависимости от геолого-промысловых условий либо путем закачки в газовую шапку любого доступного газового агента, либо за счет расширения созданной газовой шапки, либо путем последовательного применения упомянутых выше операций.

Общая технологическая схема реализации метода заключается в следующем:
1. Подбирают объект с наклоном пласта не менее 15^o.

2. Определяют место нагнетания воздуха. Оно должно находиться в нижних частях залежи (пласта) на расстоянии, удаленном от ГНК не меньше, чем необходимо для полного потребления кислорода, и определяться из соотношения (1). Здесь и далее имеется в виду, что в случае закачки воздуха через несколько скважин используется аналогичный подход.

3. Закачку воздуха осуществляют непрерывно или периодически, но в обоих случаях общий объем закачки воздуха должен составить 5 20% от порового объема пласта, из которого необходимо вытеснить нефть.

4. В период закачки воздуха (в зависимости от проектных решений) эксплуатация добывающих скважин может быть прекращена либо может продолжаться при соблюдении следующих условий:
во-первых, эксплуатироваться могут только те скважины, которые расположены от места нагнетания на расстоянии не меньше, чем определяемое из соотношения (1), это обстоятельство необходимо учитывать на стадии проектирования при установлении сетки размещения скважин;
во-вторых, необходимо наложить ограничения на газовый фактор эксплуатируемых скважин для того, чтобы соблюдались условия формирования газовой шапки (оторочки) необходимых размеров. В зависимости от общего объема закачки воздуха отбор газа (сверх растворенного) не должен превышать 10 30% закачиваемого воздуха.

5. После завершения формирования газовой шапки (оторочки) разработка (пласта) может осуществляться либо на естественном режиме, либо путем поддержания пластового давления путем нагнетания любого доступного газа или воздуха в газовую шапку.

В примере конкретного выполнения способа использована программа расчета технологических показателей разработки элемента слоисто-неоднородного пласта.

Программа позволяет рассчитывать технологические показатели разработки при закачке в пласт наряду с водой обычного или обогащенного кислородом воздуха.

Фильтрационный поток в каждом слое слоисто-неоднородного пласта считается одномерным плоскопараллельным или плоскорадиальным. Влияние скважин учитывается дополнительными фильтрационными сопротивлениями.

Слои пласта гидродинамически изолированы друг от друга прослоями и сообщаются между собой только через скважины. Толщины слоев, проницаемости и начальные распределения насыщенностей могут отличаться от слоя к слою. Начальное распределение насыщенностей постоянно по длине слоя и в общем случае содержит подвижную воду и газ.

Исходные данные для расчетов и технологические показатели разработки объекта приведены в 4-х вариантах (примерах) осуществления способа.

Расчеты проведены для углеводородных оторочек 10% 15% 20% (по заявляемому способу) и 0,0% по прототипу (см. табл. 2-5).

Как следует из расчетов, применение заявленного способа позволит на 3 - 5% повысить конечную нефтеотдачу пласта.

Применение заявленного способа разработки целесообразно на месторождениях, где может проявляться фактор гравитационного дренирования флюидов. В частности, это могут быть наклоненные пласты, массивные залежи.

Наиболее интенсивное обогащение закачиваемого воздуха углеводородной частью следует ожидать на легких маловязких нефтях, содержащих до 90% дистиллирующих компонентов.

Следует отметить, что условия залегания маловязких нефтей характеризуются повышенной пластовой термодинамикой. Как правило, пластовая температура подобных залежей редко бывает ниже 40 50^oC. В этих условиях нагнетание воздуха приведет к самопроизвольному воспламенению нефти и реализации в пласте процесса высоко- или низкотемпературного окисления.

При закачке воздуха в приконтурную или законтурную части пласта трансформация воздуха в газы горения происходит, в основном, за счет окисления неизвлекаемой рассеянной нефти в этих частях пласта, тем самым увеличивается количество добываемой нефти (примерно на 5 10%) из основных частей пласта (залежи).

Наличие протяженной зоны окислительных реакций создает надежные условия для безопасного ведения работ.

Закачка воздуха в приконтурную или законтурную части пласта (залежи) позволяет использовать для этой цели разведочные или другие попавшие в эти зоны скважины с соответствующим экономическим эффектом за счет отказа от бурения специальных нагнетательных скважин.

Источники информации
1. Патент США N 3252512, Способ добычи нефти, НКИ 166-2, 1966.

2. Патент США N 3841403, Способ добычи нефти заводнением с применением смешивающихся с ней агентов и сухого газа кл. E 21 B 43/16, 1974.

3. Патент США N 4299286, Способ повышения добычи нефти с использованием CO₂, инертного газа и углеводородного газа, кл. E 21 B 43/22, 1984.

4. Патент США N 3811502, Способ вторичной добычи с использованием углекислого газа, кл. E 21 B 43/22, 1974.

5. Патент N 3995693, Обработка пласта при нагнетании CO₂ и углекислого газа, E 21 B 43/18, 1978.

6. Патент США N 4086961, Способ добычи нефти с нагнетанием газа в пласт, кл. E 21 B 43/20, 1981.

7. Патент США N 3872924, кл. E 21 B 43/24, опубл. 25.03.75.

8. Справочник по нефтепромысловой геологии. Под ред. П.Е.Быкова, М.И.Максимова, А.Я.Фурсова, М. Недра, 1981, с. 472 498.

Использование: изобретение относится к разработке нефтяных месторождений, содержащих маловязкие нефти, и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности. Сущноть: способ разработки нефтяной залежи с использованием внутрипластовых окислительных процессов, включающий создание или воссоздание газовой шапки путем нагнетания воздуха в нижнюю, приконтурную или законтурную часть залежи с последующим вытеснением нефти газовым агентом, при этом расстояние между линией нагнетания и ГНК должно быть не меньше размера зоны полного потребления кислорода (R), определяемого по формуле:

где f_k - мольная доля кислорода в закачиваемом воздухе;
ρ_н - плотность нефти, кг/м³;
V_r - удельный темп нагнетания в скважину воздуха, нм³/м-сут;
π = 3,14;
n - порядок реакции окисления по кислороду,
Z_t - концентрация топлива, кг/м³;
W - удельная объемная скорость потребления кислорода при данной пластовой температуре и давлении, нм³/м³, позволяет увеличить нефтеотдачу за счет создания оторочки обогащенных газов на границе ГН0к. 2 ил, 5 табл.

Способ разработки нефтяной залежи с использованием внутрипластовых окислительных процессов, включающий создание или воссоздание газовой шапки путем нагнетания воздуха с последующим вытеснением нефти газовым агентом, отличающийся тем, что нагнетание воздуха производят в нижнюю, приконтурную или законтурную часть залежи, при этом расстояние между линией нагнетания и границей газонефтяного контакта (ГНК) должно быть не меньше размера R зоны полного потребления кислорода, определяемого по формуле

где f_к мольная доля кислорода в закачиваемом воздухе;
ρ_н плотность нефти, кг/м³;
V_r удельный темп нагнетания в скважину воздуха, нм³/с • сут;
n порядок реакции окисления по кислороду;
Z_т концентрация топлива, кг/м³;
W удельная объемная скорость потребления кислорода
при данной пластовой температуре и давлении, нм³/м³ сут.