Способ разработки керогенсодержащих пластов баженовской свиты внутрипластовым горением с вводом дополнительного топлива Российский патент 2017 года по МПК E21B43/247 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к добыче керогенсодержащей нефти внутрипластовым горением с вводом дополнительного топлива. Способ разработки керогенсодержащих месторождений включает создание в дренируемой части пласта, содержащей легкую (маловязкую) нефть, области высокотемпературного окисления путем закачки в пласт смеси легкой нефти и нафталина.

Известен способ разработки нефтяной залежи, содержащей легкую (маловязкую) нефть, с применением внутрипластового горения, включающий закачку газовоздушной смеси, инициирование горения в призабойной зоне нагнетательной скважины с помощью электрозапала. Недостатком данного способа является применение его на относительно небольших глубинах [Оганов К.А., Бернштейн A.M. Результаты опытных работ по созданию внутрипластового очага горения на Сходницком месторождении. Нефтяное хозяйство, 1976, №9, с. 36-39].

Наиболее близким к предлагаемому является способ комбинированного воздействия на пласт, который применим для залежей с легкой (маловязкой) нефтью. Способ предусматривает на первом этапе создание высокотемпературной зоны вокруг нагнетательной скважины (в данном случае под действием внутрипластового горения) и на втором этапе - нагнетание воды (при нормальной температуре) для перемещения тепла в глубь пласта и охвата его воздействием [Оганов К.А., Бернштейн A.M. Результаты опытных работ по созданию внутрипластового очага горения на Сходницком месторождении. Нефтяное хозяйство, 1976, №9, с. 36-39]. Недостатком данного способа является применение искусственного инициирования процесса окисления, что возможно только на относительно небольших глубинах залегания пласта.

Продуктивные отложения баженовской свиты считаются нефтематеринскими и представлены, в основном, переслаиванием двух литологических типов коллекторов: кероген-глинисто-кремнистых пород - баженитов, занимающих обычно основную долю толщины пласта, и трещиноватых глинистых известняков (см. на сайте Высшей аттестационной комиссии (ВАК) автореферат кандидатской диссертации Вертиевец Ю.А. "Геологическое обоснование освоения трудноизвлекаемых запасов нефти кероген-глинисто-силицитовых пород баженовской свиты района Красноленинского свода", 2011 г., с. 13 и 14).

Бажениты характеризуются тем, что содержат углеводороды в двух различных формах. Во-первых, в виде легкой маловязкой нефти в пустотном пространстве. Во-вторых, в виде керогена - одной из породообразующих составляющих коллектора, соответствующей промежуточной стадии преобразования органического вещества и обладающей нефтегенерирующей способностью. Глубина залегания пластов баженовской свиты составляет 3000 м, поэтому нет возможности для искусственного инициирования процесса горения из-за большой глубины залегания пластов баженовской свиты.

Задачей изобретения является повышение нефтеотдачи пласта путем вовлечения в разработку керогенсодержащих участков пласта баженовской свиты.

Указанная задача решается предлагаемым способом разработки нефтяной залежи с применением внутрипластового горения, включающем закачку смеси легкой нефти и нафталина, затем инициирование горения в призабойной зоне нагнетательной скважины с помощью закачки через нее окислителя - воздуха, вовлечение в разработку керогенсодержащих пластов и отбор продукции через добывающие скважины.

Новым является то, что в пласт до инициирования горения закачивают смесь легкой нефти и нафталина.

Нафталин (C₁₀H₈) характеризуется как твердое кристаллическое вещество с характерным запахом. В воде не растворяется, но хорошо растворим в бензоле, эфире, спирте, хлороформе. Нафталин имеет плотность 1,14 г/см³, температура плавления 80,26°C, температура кипения 217,7°C, температура самовоспламенения 525°C (Википедия).

Лабораторные исследования показали, что добавка смеси легкой нефти и нафталина перед инициированием внутрипластового горения позволяет значительно повысить содержание смолисто-асфальтеновых веществ в пластовой нефти, соответственно увеличить плотность и вязкость нефти, сформировать необходимое количество топлива для создания фронта горения в дренируемой части пласта баженовской свиты. В результате воздействия тепла на керогенсодержащие породы появляется сеть трещин, происходит преобразование органического вещества в синтетическую нефть, а кероген, содержащийся в породе, постепенно окисляется и самовозгорается и в дальнейшем служит источником топлива для поддержания процесса горения.

Существенными признаками способа являются:

1. Создание области высокотемпературного окисления в пласте, содержащем легкую нефть.

2. Окисление легкой нефти в результате воздействия кислородом воздуха.

3. Ввод дополнительного топлива для создания фронта горения.

4. Использование в виде дополнительного топлива для создания фронта горения смеси легкой нефти и нафталина.

5. Самопроизвольное инициирование окислительных процессов в результате подачи воздуха.

Признаки 1-3 являются общими с прототипом существенными признаками, а признаки 4,5 - отличительными существенными признаками изобретения.

Осуществление способа.

Предложенный способ в промысловых условиях осуществляется следующим образом: создается смесь легкой нефти, добытой из пластов баженовской свиты, и нафталина с концентрацией 16% масс., смесь закачивается в пласт.

Для приготовления смеси легкой нефти с нафталином может быть использовано любое оборудование, обеспечивающее их регулируемое смешение (цементировочные агрегаты ЦА-320, технологические емкости растворных узлов, снабженные необходимой обвязкой и оборудованные насосами и т.д.) или другое имеющееся аналогичное оборудование, используемое для приготовления растворов.

Первоначально необходимо отмерить точное количество нафталина и нефти в строго определенном весовом соотношении. Заполнить нефтью емкость агрегата и при непрерывном перемешивании с помощью дозирующего устройства ввести нафталин. Для обеспечения тщательного распределения нафталина в объеме смеси произвести 2-3 цикла смешения по круговой циркуляции "емкость - насос - емкость - насос".

После приготовления смеси производят ее закачку непосредственно в пласт и переходят к инициированию процесса горения, осуществляемого закачкой окислителя (воздуха), далее - к другим общеизвестным операциям, используемым при применении способа внутрипластового горения.

Необходимым условием для формирования фронта горения нефти в пористой среде является предварительный нагрев среды до температуры горения. Если нефть легкая и в своем составе содержит компоненты, испаряющиеся при сравнительно невысокой температуре, то при нагреве пласта до температуры воспламенения тяжелых фракций нефти основная часть ее испаряется, уносится газами горения в глубь пласта и на породе может отложиться количество кокса, недостаточное для поддержания процесса горения. В этом случае созданный в призабойной зоне пласта фронт горения затухает. Следовательно, для поддержания процесса горения в нефтяном пласте на породе непосредственно перед фронтом горения необходимо сформировать отложение минимального количества топлива, которое согласно результатам лабораторных экспериментов, проведенных на моделях пластов, составляет ~12-14 кг/м³ нефтенасыщенной породы (Амелин И.Д. Внутрипластовое горение).

Нефть баженовской свиты характеризуется как особо легкая и имеет плотность 819 кг/м³ в поверхностных условиях. На основании оценочной зависимости по Вёльбиру ( R. Theoretische Betrachtungen bei Teilverbrennung anhand eines Rechenmodelle fur ein lineares System. Erdoel-Erdgas Zts. 1965, 81, №11) концентрация остаточного топлива для обеспечения процесса внутрипластового горения в пластах баженовской свиты составляет ~8 кг/м³ породы (фиг. 1).

Механизм процессов, происходящих в пласте при осуществлении предлагаемого способа, можно представить следующим образом. На первом этапе происходит закачка смеси легкой нефти и нафталина и осуществляется подача воздуха. В процессе закачки воздуха в пласте начинают протекать реакции конденсации и полимеризации ароматических и нафтеновых углеводородов, в результате которых формируется топливо, состоящее из кокса, асфальтенов и смол. Нафталин (ароматическое соединение), добавленный в нефть, также вступает в реакцию присоединения с кислородом и образует высокомолекулярные гетероциклические вещества, представляющие топливо. Таким образом, участие нафталина в формировании топлива ускоряет преобразование легкой нефти в тяжелую, увеличивая ее плотность и вязкость. Дальнейшая закачка воздуха приводит к воспламенению топлива и созданию фронта горения. На втором этапе в результате воздействия тепла на керогенсодержащие породы появляется сеть трещин, происходит преобразование органического вещества в синтетическую нефть, а кероген, содержащийся в породе, постепенно окисляется и самовозгорается. В дальнейшем кероген служит источником топлива для поддержания процесса горения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг. 1 - Зависимость концентрации остаточного топлива от плотности исходной нефти по Вёльбиру.

Фиг. 2 - Схема установки по исследованию окислительных процессов на термохимическом реакторе.

Фиг. 3 - Зависимость тепловыделения от температуры образцов нефти и смеси нефти с нафталином до и после окисления в реакторе.

Опыты по определению эффективности предлагаемого способа проводились на специальной установке, состоящей из термохимического реактора, блока подачи газов и системы отвода газообразных продуктов горения (фиг. 2). Перед проведением опыта в реактор загружался исследуемый образец (нефть или смесь нефти с нафталином), система опрессовывалась и создавались условия для проведения эксперимента, приближенные к пластовым.

Эксперименты по исследованию процесса образования топлива в области низкотемпературного окисления в результате присоединения кислорода к углеводородным компонентам нефти проводились в проточном изотермическом режиме при температуре 110°C в течение 8 часов. Концентрация нафталина выбиралась из диапазона его растворимости в нефти баженовской свиты и ограничивалась пределом растворимости, соответствующей 19% масс. В результате проведения четырех опытов (один с нефтью и три со смесью нефти и нафталина) была получена окисленная нефть с различной плотностью.

В соответствии с фиг. 1 оценочная концентрация топлива растет с увеличением содержания нафталина в нефти баженовской свиты в результате повышения плотности окисляемой нефти. Рекомендуемая концентрация для добавки нафталина в нефть составляет 16% масс., тогда на момент закачки смесь нефти с нафталином будет обладать подвижностью.

На дифференциальном сканирующем калориметре высокого давления было определено количество выделившейся теплоты в процессе линейного нагрева со скоростью 10°C/мин образцов нефти и смеси нефти с нафталином до и после экспериментов на реакторе (фиг. 3). Согласно полученным результатам в процессе окисления нефти с добавкой нафталина от 1% до 19% снижается температура самовозгорания и увеличивается температура фронта горения.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к добыче керогенсодержащей нефти внутрипластовым горением с вводом дополнительного топлива. Технический результат - повышение нефтеотдачи пласта путем вовлечения в разработку керогенсодержащих участков пласта. Способ характеризуется тем, что в пласты баженовской свиты закачивают дополнительное топливо - смесь легкой нефти, добытой из этой свиты, и нафталина с концентрацией 1-19% масс. Закачивают также кислородсодержащую смесь – воздух. Формируют топливо с преобразованием легкой нефти в тяжелую с увеличением ее плотности и вязкости. Продолжают закачку воздуха до воспламенения сформированного топлива в призабойной зоне нагнетательной скважины. Создают фронт горения этим топливом и воздействуют его теплом на керогенсодержащие породы до образования в них сети трещин. Обеспечивают возможность окисления и самовозгорания керогена, содержащегося в породе пластов баженовской свиты. Используют кероген в качестве источника топлива и вовлекают керогенсодержащие пласты в разработку. При этом продукцию отбирают через добывающие скважины. 3. з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ разработки керогенсодержащих пластов баженовской свиты внутрипластовым горением, характеризующийся тем, что в пласты баженовской свиты закачивают дополнительное топливо - смесь легкой нефти, добытой из этой свиты, и нафталина с концентрацией 1-19% масс., осуществляют закачку кислородсодержащей смеси - воздуха, формируют топливо с преобразованием легкой нефти в тяжелую с увеличением ее плотности и вязкости, продолжают закачку воздуха до воспламенения сформированного топлива в призабойной зоне нагнетательной скважины, создают фронт горения этим топливом и воздействуют его теплом на керогенсодержащие породы до образования в них сети трещин, обеспечивают возможность окисления и самовозгорания керогена, содержащегося в породе пластов баженовской свиты, используют его в качестве источника топлива и вовлекают керогенсодержащие пласты в разработку, при этом продукцию отбирают через добывающие скважины.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что закачку дополнительного топлива чередуют с подачей воздуха.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что закачку дополнительного топлива осуществляют одновременно с подачей воздуха.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что закачку дополнительного топлива полностью прекращают после воспламенения сформированного топлива.