СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ ИЛИ БИТУМА Советский патент 1995 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, в частности к способам разработки залежей нефти и битума.

Известен способ разработки залежи высоковязкой нефти путем внутрипластового горения, включающий закачку окислителя в нагнетательную и отбор продукции через добывающие скважины. Способ предусматривает непрерывную закачку окислителя до подхода высокотемпературной зоны к добывающей скважине, а затем переход к циклической закачке окислителя.

Недостатком указанного способа является низкий коэффициент охвата горения и трудность управления перемещением фронта горения при повторных циклах. Это объясняется тем, что фронт горения, продвигаясь по более проницаемым участкам к добывающей скважине, охватывает продуктивный пласт лишь небольшой толщины, поскольку при повторных циклах фронт горения будет перемещаться преимущественно по тем же пропласткам, что и прежде. Это объясняется тем, что после доведения фронта горения или высокотемпературной зоны до добывающей скважины неоднородность пласта лишь усиливается, поскольку в более проницаемых пропластках или трещинах высоковязкая нефть оказывается замещенной более подвижным агентом (воздухом или водой).

Известен способ разработки залежи высоковязкой нефти или битума путем создания внутрипластового очага горения, заключающийся в циклической закачке через нагнетательные скважины окислителя с постоянным расходом и отборе пластовой продукции через добывающие скважины. В периоды остановки закачки окислителя в пласт через нагнетательные скважины закачивают воду для снижения температуры пласта ниже температуры крекирования нефти. После закачки воды производят отбор нефти через добывающие скважины до тех пор, пока температура пласта остается выше температуры самовоспламенения пластовой нефти при последующем возобновлении закачки окислителя.

Основным недостатком известного способа является малый охват пласта горением и соответственно низкий коэффициент нефтеотдачи вследствие того, что данный способ предусматривает постоянный темп закачки окислителя без учета температурной обстановки пласта и скорости горения топлива во времени.

При закачке больших объемов окислителя в начале цикла создается избыток кислорода (в этот период скорость горения топлива замедлена из-за снижения температуры), который, прорываясь через фронт горения к добывающим скважинам, образует взрывоопасную смесь с углеводородными газами. Это приводит к вынужденному прекращению процесса разработки пласта. Таким образом, при закачке окислителя с постоянной скоростью процесс горения нерегулируемый, что в конечном счете снижает основной показатель разработки - нефтеотдачу пласта.

Целью изобретения является повышение нефтеотдачи пласта за счет регулирования фронта горения.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе разработки залежи высоковязкой нефти или битума путем создания внутрипластового очага горения, заключающемся в циклической закачке через нагнетательные скважины окислителя и отборе пластовой продукции через добывающие скважины, закачку окислителя в каждом цикле осуществляют в нарастающем темпе и после достижения максимально возможного расхода окислитель закачивают с постоянным темпом, причем суточный расход окислителя в период наращивания темпа закачки определяют из следующего соотношения:
gt = · t+g_мин,(1) где gt - суточный расход окислителя в момент времени t (нм³/сут);
Δ t - продолжительность периода наращивания суточного расхода окислителя в цикле (сут.);
g_мин - начальный расход окислителя в цикл (нм³/сут.);
g_макс - максимально возможный расход окислителя (нм³/сут.).

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Залежь нефти разбуривают нагнетательными и добывающими скважинами в соответствии с выбранной сеткой. Расчетным путем по известной методике определяют общий объем окислителя, закачиваемого через одну нагнетательную скважину за весь срок разработки. Устанавливают гидродинамическую связь между добывающими и нагнетательной скважинами закачкой окислителя, произведя при необходимости гидроразрыв пласта. Инициируют процесс горения путем прогрева призабойной зоны нагнетательной скважины, например электронагревателем, и перемещение очага горения по пласту в направлении к добывающим скважинам осуществляют путем нагнетания окислителя в пласт через нагнетательную скважину. После образования выжженной зоны в пласте радиусом 20-25 м дальнейшую разработку пласта осуществляют циклическим нагнетанием окислителя в пласт. В качестве окислителя используют воздух или водовоздушную смесь в соотношении до 2:1000 (вода:воздух).

В каждом цикле закачку окислителя начинают со сниженного темпа g_мин, постепенно наращивают его до максимального значения g_макс, а затем продолжают закачку с постоянным темпом g_макс. За период наращивания темпа закачки окислителя принимают период изменения температуры пласта от Т_мин до температуры горения топлива в пласте, который определяют экспериментально или устанавливают на основе промысловых наблюдений. Суточный расход закачиваемого окислителя в период наращивания темпа определяют расчетным путем по формуле (1).

При заданном перепаде давления (депрессии) Δ Р=Р_н-Р_g на забоях нагнетательной и добывающих скважин максимально возможный темп закачки окислителя в нагнетательную скважину можно вычислить по формуле:
g_макс= ,(2) где η_н= , η_g= (3)
К_г - проницаемость пласта для воздуха (дарси); r_c - радиус скважины (м); ν - количество добывающих скважин, приходящихся на одну нагнетательную; R_с = (S/( ν +1) π)^1/2 - радиус контура питания (м); S - площадь одного элемента (м²); Т_о - начальная температура в пласте (К^о); r_ф - радиус выжженной зоны (м); Р_н,Р_g - давление на забоях скважин (МПа); μ_г - вязкость воздуха (МПа˙с); h - толщина пласта (м) (см. отчет ТатНИПИнефти по теме "Технико-экономическое обоснование разработки опытных участков Миннибаевской площади Ромашкинского месторождения методом ВГ", 1976, с.25).

Начальный расход окислителя в цикле определяют по формуле
g_мин= g_макс,(4) где N_о - общее число добывающих скважин на участке; N_p - число реагирующих добывающих скважин на начало данного цикла.

После закачки окислителя в размере 5-10 поровых объемов участка, приходящегося на одну нагнетательную скважину, подачу окислителя прекращают на время от 10-15 до 25-30 сут, в течение которых температура пласта снижается до значения Т_мин (200^о-230^оС), при котором возможно самопроизвольное воспламенение нефти за 3-5 сут при последующей закачке воздуха. Контроль за температурой осуществляется с помощью глубинных термометров.

Окислитель на начальном этапе процесса горения движется преимущественно по трещинам и высокопроницаемым каналам, по которым перемещаются и фронт горения, и разжиженная нефть. При закачке окислителя с возрастающим расходом, отвечающим температурной обстановке пласта, кислород полностью вступает в реакцию горения с топливом.

Однако продолжающийся приток окислителя препятствует выходу подвижной нефти из смежных зон в трещины и высокопроницаемые каналы, поэтому нефть приходит в движение преимущественно в этих каналах. За движущимся валом разжиженной нефти фронт горения перемещается в направлении к добывающим скважинам в виде узких языков.

В период прекращения подачи окислителя несреагировавший кислород, находящийся в выжженной области, вместе с остальными газами проникает в смежные участки, вступает в реакцию низкотемпературного окисления, одновременно в трещинах и высокопроницаемых каналах давление снижается и увеличивается приток нефти туда из смежных участков. Такое перераспределение газов и нефти происходит под действием гидродинамического перепада давлений и гравитационных сил. В результате этого фильтрационное сопротивление смежных участков и зон горения выравнивается. В смежных участках насыщенность нефти снижается, а насыщенность газа увеличивается. Продолжительность перераспределения обычно составляет 10-25 сут.

По окончании перераспределения нефти и снижения температуры пласта до 200-230^оС начинают следующий цикл закачки окислителя с нарастающим суточным расходом, вычисляемым по формуле (1). При этом в течение первых 3-5 сут. происходит самопроизвольное воспламенение нефти. Фильтрация окислителя происходит теперь не только по трещинам и высокопроницаемым каналам, но и по смежным с ними участкам, причем окислитель вступает в реакцию в полном объеме, чем обеспечиваются устойчивое горение в пласте и увеличение охвата пласта процессом. Последнее наблюдается при каждой последующей закачке порции окислителя.

Таким образом, циклическое нагнетание окислителя в нарастающем темпе способствует значительному увеличению охвата пласта горением к моменту прорыва высокотемпературной зоны к эксплуатационным скважинам.

В период закачки окислителя производят выборочную остановку добывающих скважин. Закрывают те скважины, у которых газовый фактор был наибольший и превышал среднее значение газового фактора по скважинам участка.

Остановка скважин с большим газовым фактором в продукции дает возможность выравнить фронт горения, так как в направлении к ним перепад давления снижается, и движение фронта замедляется из-за уменьшения притока кислорода, а в направлении остальных скважин скорость движения фронта горения, наоборот, растет за счет увеличения притока окислителя и перепада давления.

После прекращения закачки окислителя все добывающие скважины пускают в работу.

Каждый последующий цикл осуществляется в такой же последовательности. Циклы: закачка окислителя - остановка нагнетательной скважины повторяют до тех пор, пока в пласт не будет закачан весь расчетный объем окислителя.

П р и м е р. Применительно к условиям верей - башкирских отложений Архангельского нефтяного месторождения, предлагаемый способ может быть осуществлен в следующей последовательности. Продуктивный пласт указанного месторождения представлен трещиновато-поровыми карбонатными породами, вязкость нефти месторождения составляет 62 сП, проницаемость - 160 мд, начальная нефтенасыщенность - 0,76, пористость - 0,14; начальная пластовая температура - 20^оС. Средняя глубина залегания пласта - 900 м, толщина продуктивного пласта - 9 м.

На выбранном участке залежи скважины пробурены по семиточечной схеме с нагнетательной скважиной в центре. Расстояние между скважинами 300 м. В каждом элементе имеется 3 контрольных скважины.

Закачку воздуха производили с помощью установки ОВГ-4. Суммарный объем воздуха, закачанного за весь период разработки, составил 110 млн.нм³. Максимальный суточный расход воздуха в одну нагнетательную скважину согласно расчетам по формуле (2) составил 72 тыс.нм³.

После инициирования горения путем прогрева призабойной зоны нагнетательной скважины электронагревателем типа 1ЭИ-45 и непрерывной закачки окислителя в течение 4 месяцев было установлено, что фронт горения достиг первой контрольной скважины, расположенной на расстоянии 25 м от нагнетательной. В это время 4 добывающие скважины реагировали на процесс горения, что фиксировали по росту газового фактора в их продукции. А две скважины практически не реагировали на закачку окислителя. Следовательно, N_p = 4.

Затем закачка воздуха в пласт была прекращена на 20 сут., а из добывающих скважин продолжали отбор продукции. Температура на забое контрольной скважины за этот период упала с 370 до 200^оС.

После истечения 20 сут. перешли на циклическую закачку воздуха. В каждом цикле воздух закачивали в размере 6 поровых объемов пласта, т.е. 1,74 млн.нм³. Причем согласно расчетам по формуле (4) начальный расход окислителя g_мин составил
g_мин= g_макс= ·72 = 48 тыс.нм³/сут.

Продолжительность наращивания темпа закачки воздуха в цикле от g_мин(48 тыс. нм³/сут) до g_макс (72 тыс.нм³/сут) составила Δ t = 12 сут., после чего закачку окислителя с суточным расходом в 72 тыс.нм³продолжали еще 14 сут., пока в пласт не был закачан запланированный на один цикл объем воздуха (1,74 млн.нм³). Изменение суточного расхода окислителя показано в таблице.

Весь расчетный объем воздуха был закачан за 63 цикла. Продолжительность закачки окислителя в соответствии с расчетами составила 20-30 сут., а периодов выдержки 15-25 сут. Расчетный коэффициент охвата пласта горением по предлагаемому способу составил К_о^г= 41% против 23,4% у известного.

Используя усредненные данные лабораторных испытаний по коэффициентам вытеснения нефти из выжженной зоны (К_в^г = =0,85) и смежной зоны (К_в^см = 0,20), определяли коэффициент нефтеотдачи расчетного участка пласта по формуле:
n = К_о^г ˙ К_в^г + (1-К_о^г) ˙ К_в^см = 0,41 . 0,85 + +0,59 ˙ 0,20 = 0,466 или 46,6% . Расчетный коэффициент нефтеотдачи по известному способу составил 35,2%.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в увеличении охвата пласта процессом горения и степени использования кислорода воздуха и соответственно повышении коэффициента нефтеотдачи пласта без дополнительных капитальных затрат.

Расчеты, выполненные применительно к опытному участку, описанному в примере конкретного выполнения способа, показали, что при осуществлении предлагаемого способа коэффициент охвата пласта горением по объему увеличивается на 17,6% , что дает возможность повысить коэффициент нефтеотдачи пласта на данном участке на 11,4%.

СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ ИЛИ БИТУМА путем создания внутрипластового очага горения, заключающийся в циклической закачке через нагнетательные скважины окислителя и отборе пластовой продукции через добывающие скважины, отличающийся тем, что, с целью повышения нефтеотдачи пласта за счет регулирования фронта горения, закачку окислителя в каждом цикле осуществляют в нарастающем темпе и после достижения максимально возможного расхода окислитель закачивают с постоянным темпом, причем суточный расход окислителя в период наращивания темпа закачки определяют из следующего соотношения:

где gt - суточный расход окислителя в момент времени t (нм³/сут);
Δt - продолжительность периода наращивания суточного расхода окислителя в цикле (сут);
g_мин - начальный расход окислителя в цикле (нм³/сут);
g_макс - максимально возможный расход окислителя (нм³/сут).