Способ разработки нефтяной залежи Советский патент 1991 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к термохимическим способам добычи нефти и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности.

Целью изобретения является повышение нефтеотдачи пласта за счет увеличения эффективности термохимического воздействия.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно прогревают призэбой- ную зону пласта до температуры выше температуры воспламенения унитарного топлива с положительным окислительным балансом каким-либо способом (например, с помощью бескорпусного порохового газогенератора, состоящего из пороховой шашки с вмонтированной в нее электроспиралью, на которую подается электрический ток для воспламенения шашки, установленной в нагнетательной скважине в интервале пласта). Затем созданную тепловую оторочку продвигают по пласту в направлении к добывающим скважинам путем закачки буферной жидкости (например, жидкой углекислоты, карбонизированной воды, легкой нефти, водного раствора щелочи) в нагнетательную скважину. При этом обьем закачиваемой буферной жидкости выбирают расчетным путем из условия, чтобы максимальная температура перемещаемой тепловой оторочки сохранялась выше температуры воспламенения унитарного топлива. После этого в пласт поочередно закачивают конденсированное унитарное топливо с положительным окислительным балансом и буферную жидкость, причем поочередную закачку агентов повторяют многократно. Унитарное топливо может закачиваться также в виде раствора или эмульсии. Созданные в пласте тепловую оторочку и совокупность разделенных буферной жидкостью оторочек унитарного топлива с положительным окислительным балансом продвигают по пласту

Ё

О СП N5 СП

00

путем закачки воды в нагнетательную скважину.

Фильтрация первой оторочки буферной жидкости по пласту осуществляется в зависимости от химического состава буферной жидкости, либо путем растворения и снижения рязкости углеводородов (пластовых или образующих из углеродсодержащих материалов при термохимических превращениях этих материалов), либо путем снижения поверхностного натяжения углеводородов на границе с буферной жидкостью. Вследствие этого повышается подвижность углеводородов и улучшаются фильтрационные свойства пластовой системы.

При входе фронтальной части первой оторочки унитарного топлива в прогретую зону происходят прогрев фронтальной части оторочки унитарного топлива и ее воспламенение. За счет внутримолекулярного горения унитарного топлива выделяется большое количество тепла и образуются сильносжатые газофазные продукты сгорания, в том числе агенты, повышающие подвижность углеводородов и проницаемость пласта и свободные окислительные агенты, что обеспечивает воспламенение и горение остаточного углеродсодержащего горючего, образующегося из пластовых углеродсодержащих материалов в результате термохимического воздействия на них. При этом в пласте поддерживаются одновременно и прямоточный и противоточный режимы горения за счет внутримолекулярного горения унитарного топлива и горения остаточного углеродсодержащего горючего без изменения направления потока свободных окислительных агентов. Создание в пласте независимого источника тепловой и потенциальной энергии, свободных окислительных агентов и агентов, повышающих подвижность углеводородов и проницаемость пласта, и осуществление одновременно и прямоточного и противоточного режимов горения без изменения направления потока свободных окислительных агентов обеспечивает термогазохимическое воздействие на зоны пласта с различной (в том числе и с малой) насыщенностью угле- родсодержащими материалами, увеличивает протяженность тепловой оторочки и длительность термогазохимического воздействия на пласт и низкопроницаемые продуктивные зоны, способствует проникновению продуктов внутримолекулярного горения унитарного топлива в низкопроницаемые зоны и перетеканию флюидов из низкопроницаемых зон в высокопроницаемые, увеличивает проницаемость пласта, уменьшает неравномерность термохимического воздействия на пласт. После окончания сжигания первой оторочки унитарного топлива противоточный режим горения и генерация свободных окислительных агентов ликвидируются и с помощью оторочки буферной жидкости производится перемещение тепловой оторочки по пласту и возврат из окружающих пород части тепла, ушедшего в них из нагретой зоны пласта.

0 При этом в отсутствие свободных окислительных агентов прекращается горение и остаточного углеродсодержащего горючего. Затем описанные процессы в пласте повторяются столько раз, сколько было создано

5 оторочек унитарного топлива. Выделяющееся за счет внутримолекулярного горения унитарного топлива количество тепловой и потенциальной энергии, свободных окислительных агентов и агентов, повышающих по0 движность углеводородов и проницаемость пласта, а следовательно, максимальную температуру и протяженность тепловой оторочки, длительность термогазохимического воздействия на пласт и низкопроницаемые

5 продуктивные зоны, степень растрескива- . ния породы и увеличения ее проницаемости, глубину проникновения продуктов сгорания в низкопроницаемые зоны регулируют путем выбора конкретного химиче0 ского состава, закачанного количества и концентрации унитарного топлива в оторочках.

В случае разработки залежи высоковязких или твердых углеродсодержащих мате5 риалов, подстилаемых водой или маловязкой нефтью, сначала прогревают тепловыми оторочками водоносный (нефтеносный) слой. При этом одновременно осуществляется воздействие теплом и расширяющимися

0 продуктами сгорания унитарного топлива, содержащими свободные окислительные агенты и агенты, повышающие подвижность углеводородов и проницаемость пласта, на вышележащий продуктивный слой. Угле5 родсодержащие материалы в нем частично подвергаются термическому разложению и окислению, приобретают подвижность и в результате термического расширения флюидов и вмещающих пород, растрескивания

0 пород, а также под действием гравитационных, гидродинамических и капиллярных сил частично перетекают в водоносный (нефтеносный) слой, откуда извлекаются через добывающие скважины. Вследствие этого

5 проницаемость продуктивного слоя увеличивается по крайней мере в несколько раз и он становится подготовленным для разработки. После этого водоносный (нефтеносный) слой изолируют путем закачки в него закупоривающего агента (например раствоpa хлористого кальция и жидкого стекла) и переходят к послойной разработке продуктивного горизонта предлагаемым способом.

При разработке неоднородной по проницаемости мощной залежи углеродсодер- жащих материалов термогэзохимическое воздействие и добычу углеродсодержащих материалов производят послойно с выработкой сначала высокопроницаемых слоев, при которой одновременно осуществляется термогазохимическое воздействие на вышележащие низкопроницаемые слои с частичной выработкой низкопроницаемых слоев и увеличением их проницаемости по крайней мере в несколько раз. После этого высокопроницаемые слои закупоривают и переходят к выработке низкопроницаемых слоев.

Максимальный объем закачки унитарного топлива в каждой оторочке ограничивается следующими требованиями:

Максимальная температура продвигаемой тепловой оторочки не должна быть слишком высокой (чтобы не было спекания породы.

Повышение пластового давления в результате термохимических превращений унитарного топлива не должно быть чересчур большим (чтобы не повредить скважин- ное оборудование).

Зона противоточного горения не должна дойти до нагнетательной скважины (по соображениям сохранения скважинного оборудования в целости).

Горение должно окончиться до подхода тепловой оторочки до добывающих скважин (во избежание повреждения скважинного оборудования).

Минимальный объем закачки унитарного топлива ограничивается требованием, чтобы максимальная температура тепловой оторочки сохранилась выше температуры воспламенения унитарного топлива (иначе горение не инициируется).

Последним же требованием ограничивается максимальный объем закачки буферной жидкости в каждой оторочке. Минимальный обьем закачки буферной жидкости в каждой оторочке ограничивается требованиями недохождения зоны противоточного горения до нагнетательной скважины и значительного снижения пластового давления и максимальной температуры тепловой оторочки по окончании термохимических превращений унитарного топлива в предшествующей оторочке топли- ва.

Минимальное число циклов закачки топлива и буферной жидкости два.

Максимальное число циклов закачки топлива и буферной жидкости ограничивается тем, что горение должно окончиться до подхода тепловой оторочки до добывающих скважин.

Негативные последствия для способа при закачке только одной оторочки топлива и одной оторочки буферной жидкости заключаются в том, что в этом случае будет

исключена многократная цикличность теплового, химического и проникающего воздействия продуктов сгорания на пласт и низкопроницаемые продуктивные зоны, что снизит эффективность термогазохимического воздействия.

Кроме того, если при этом закачиваемый объем топлива будет большим, а топливо высокотеплопроизводительным, то могут возникнуть и другие отрицательные моменты, связанные с возможностью слишком высокого подъема пластового давления и максимальной температуры тепловой оторочки при термохимических превращениях унитарного топлива и возможностью дохождения зоны противоточного горения до нагнетательной скважины.

Унитарные топлива с положительным окислительным балансом составляют многочисленную группу соединений; например,

хлорат аммония, перхлорат аммония, перхлорат гидроксиламмония. иодат аммония. бромат аммония, нитрат аммония, перок- сид водорода, тетранитрометан, гексанит- роэтан, мононитрат гидразина, динитрат

гидразина, нитроформиат гидразина, моноперхлорат гидразина,диперхлорат гидразина и др.

При термохимческих превращениях унитарных топлив с положительным окислительным балансом выделяется большое количество тепла и одновременно генерируются свободные окислительные агенты. Это обусловлено наличием в молекуле таких топлив одновременно и горючих компонентов (например, углерод, водород) и окислительных компонентов (например, кислород, хлор), причем количество последних лревы; шает количество окислительных агентов. необходимое для полного окисления внутримолекулярных горючих компонентов. He- пример, термохимическое превращечие хлората аммония, начинающегося при температурах около 100°С, происходит согласно суммарному уравнению

NH4CI03 | 02 + CI2 + NZ + 2HzO +

+212 Дж/моль (2080 к Дж/кг).

активными продуктами сгорания являются

свободные кислород и хлор, температура

внутримолекулярного горения хлората аммония составляет « 1600°С (здесь и далее теплоты оеакций приведены при 25°С, давлении 0,1 МПа и для.газофазных продуктов реакции).

Экзотермическое превращение перхлората аммония начинается приблизительно при 140°С и в интервале температур до 300°С имеет место реакция

МН4СЮ4- 02 + + №0 + 2Н20 +

+ 147 к Дж/моль (1260 кДж/кг), а при температурах выше 350°С осуществляется реакция

NH4CK) + + N2 0 + + NOCI + JQ HCICM + HCI + N2 +

+ Д Н20+142 кДж/моль(1210 кДж/кг). о

Температура продуктов сгорания перхлората аммония близка к 1100°С.

Термохимическое превращение перхлората гидроксиламмония начинается при 180°С и суммарная реакция имеет вид

NH3OHCI041 02 + N2 +

HCI +

± Н20 + 177 кДж/моль (1330 кДж/кг).

Температура внутримолекулярного горения перхлората гидроксиламмония составляет « 1100°С.

Экзотермическое превращение иодэта аммония начинается приблизительно при 150°С и суммарная реакция подчиняется уравнению

NH4l03- 02 + N2 + 2H20 + l2 +

+ 59 кДж/моль (307 кДж/кг).

Температура внутримолекулярного горения иодата аммония близка к 500°С.

Суммарная высокотемпературная реакция превращения бромата аммония, начинающегося при температурах около 150°С, имеет вид

МН4ВгОз-+ 02 + | N2 + 2H20 + Br2 +

+ 255 кДж/моль (1750 кДж/кг).

Температура продуктов сгорания бромата аммония составляет 2000°С.

Экзотермическое превращение нитрата аммония в интервале температур 200-280°С происходит в основном в соответствии с реакцией

NH4N03- N20 + 2Н20 + + 37 кДж/моль (460 кДж/кг). частично в этом температурном интервале идет реакция

NH4N03- 02 + N2 + 2H20 +

+ 119 кДж/моль (1490 кДж/кг), а при температурах выше 280 °С последняя реакция является основной. Температура внутримолекулярного горения нитрата аммония близка к1000°С.

Интенсивное саморазложение перокси- да водорода 100%-ной концентрации идет при температурах выше 151°С согласносум- марному уравнению

Н202- - 02+ Н20 +

+ 54 кДж/моль (1590 кДж/кг), Температура продуктов сгорания пероксида водорода 100%-ной концентрации

составляет 1000°С.

Термохимическое превращение тетра- нитрометана начинается при температурах

выше 127°С и суммарная реакция горения

имеет вид

C(N02) + C02 + 2N2 + + 431 кДж/моль (2200 кДж/кг).

Температура продуктов сгорания тетра- нитрометана 100%-ной концентрации близка к 2200°С.

Интенсивное саморазложение гекса- нитроэтана происходит при температурах выше 150°С и суммарная высокотемпературная реакция имеет вид

C2(N02) + 2С02 + 3N2 + + 908 кДж/моль (3020 кДж/кг),

Температура внутримолекулярного горения гексанитроэтана составляет «2700°С.

Суммарная высокотемпературная реак- ция превращения мононитрата гидразина, начинающегося при температурах выше 140°С,. подчиняется уравнению

N2H4 -НМОз- д 02+ | N2+ |н20 + + 355 кДж/моль (3730 кДж/кг).

Температура внутримолекулярного горения мононитрата гидразина составляет 2400°С.

Термохимическое превращение динит- рата гидразина начинается при температурах выше 80°С и суммарная реакция горения имеет вид

N2H4

2HN03-V J 02 + 2N2 + 3H20 +

+ 261 кДж/моль (1660 Кдж/кг).

Температура продуктов сгорания ди- нитрата гидразина близка к 1100°С.

Суммарная высокотемпературная реакция превращения нитроформита гидразина, начинающегося при температурах выше 75°С, подчиняется уравнению

N2H4 -NC(N02)3

г| 02 + С02 + | N2

+ | Н20 + 926 кДж/моль (5060 кДж/кг).

Температура внутримолекулярного горения нитроформита гидразина приблизительно составляет 3500°С.

Термохимическое превращение моноперхлората гидразина начинается при температурах выше 145°С и суммарная высокотемпературная реакция имеет вид

N2H4 -HCI04-XD2 + N2 + HCI + 2Н20 +

+ 399 кДж/моль (ЗОЮ кДж/кг).

Температура продуктов сгорания моноперхлората гидразина составляет 2200°С,

Термохимическое превращение дипер- хлората гидразина начинается при температурах выше 100°С и суммарная реакция горения подчиняется уравнению

№Н4 -2НСЮ4 -Д 02+| Cl2 + N2 + ЈО

+ НС + 4г Н20 + Jо

+ 423 кДж/моль (1810 кДж/к().

Температура продуктов сгорания ди- перхлората гидразина близка к 1500°С.

Таким образом, унитарные топлива с положительным окислительным балансом по своей природе являются монотопливами - источниками свободных окислительных агентов. Внутримолекулярное горение их сопровождается образованием горячих продуктов сгорания, включающих только газы и пары, если продуктами сгорания являются низкокипящие соединения. Причем газофазный обьем продуктов сгорания, приведенный к нормальным условиям, на несколько порядков превышает обьем сгоревшего конденсированного унитарного топлива. Поэтому продукты сгорания унитарных топлив обладают большой потенциальной энергией и, следовательно, большой проникающей способностью. При этом продукты сгорания унитарных топлив повышают подвижность углеводородов (пластовых или образующихся из углеродсо- держащих материалов) за счет теплового

воздействия на пласт продуктов сгорания, в том числе реакционной воды (пара) и растворения образующегося углекислого газа в углеводородах и воде, а также увеличивают проницаемость пласта за счет растрескивания породы и реакции образующейся соляной кислоты с карбонатной породой (если порода сложена из карбонатов). Свободные окислительные агенты, генерируемые в пласте за счет внутримолекулярного горения унитарного топлива с положительным окислительным балансом, при повышенных температурах окисляют пластовые углеродсодержащие материалы, в том числе остаточное углеродсодержащее горючее, которое образуется в результате термохимического воздействия на пластовые углеродсодержащие материалы.

Разделение закачиваемого в пласт унитарного топлива на отдельные оторочки с помощью буферной жидкости позволяет исключить опасность самовоспламенения в окрестности нагнетательных скважин, достичь циклического инициирования и поддержания одновременно и прямоточного и противоточного режимов горения без изменения направления потока свободных окислительных агентов и последующего прерывания процесса горения с многократным повторением этого цикла, а также полезно использовать путем регенерации часть тепла, ушедшего из нагретой зоны пласта в окружающие породы.

Предлагаемый способ разработки был

реализован иэ трубной модели нефтяного пласта длиной 1800 и диаметром 95 мм. В экспериментах использовали легкую маловязкую нефть, плотностью 870 кг/м и вязкостью 0,017 Па с при нормальных

условиях), в качестве породы применяли кварцевый песок (пористость 38%, проницаемость 7 мкм ). Нефтенасыщенность пласта составляла 80%, остальную часть порогового объема занимал воздух. Начальную пласт.овую температуру выбирали 18°С, пластовое давление 2МПа. В качестве унитарного топлива с положительным окислительным балансом и низкокипящими продуктами внутримолекулярного горения

использовали нитрат аммония в виде водных растворов 60%-ной концентрации.

После заполнения трубной модели неф- тепесчаной смесью производили прогрев начального участка пласта длиной 150 мм до температуры около 200°С. Затем в пласт последовательно закачивали небольшой обьем буферной жидкости - нефти (отношение объемов буферной жидкости и пластовой нефти составляло величину около 0,02).

раствор унитарного топлива (объемом около 0,4 парового объема) и холодную воду.

При поступлении фронтальной части оторочки унитарного топлива в прогретый начальный участок пласта происходил быс- трый подъем давления и температуры на начальном участке пласта, так, что вдоль пласта создавался перепад давления, величина которого превышала пластовое давление в несколько раз и сохранялась приблизитель- но постоянной до подхода тепловой оторочки до выходного фланца установки.

Полученный профиль тепловой волны включает в себя высокотемпературную зону и участок парового плато, температура кото- рого приблизительно соответствует температуре кипения воды. Для выбранных условий проведения экспериментов максимальная температура волны внутримолекулярного горения унитарного топлива и горения остаточного нефтяного горючего составила приблизительно 330°С. Коэффициент вытеснения нефти превысил 90%.

Данная технология позволяет эффективно разрабатывать залежи углеродсодержа- щих материалов в условиях значительного проявления гравитационных эффектов, коллекторы высоковязких и твердых углеродоо- держащих материалов, подстилаемых водой или маловязкой нефтью.

Предлагаемый способ позволит эффективно разрабатывать глубокозалегающие пласты углеродсодержащих материалов, которые включают значительную долю горючих ископаемых в нашей стране и которые пока вообще не разрабатываются

из-за отсутствия эффективной технологии добычи.

Таким образом, предлагаемый способ позволит ликвидировать возможность самовоспламенения в окрестности нагнетательной скважины и нерегулируемого перехода к прямоточному горению, которая характерна для обычной технологии противоточ- ного горения.

Формула изобретения 1.Способ разработки нефтяной залежи, включающий закачку в нагнетательную скважину водного раствора агента, выделяющего при нагреве окислитель,осуществление внутрипластовых термохимических процессов и добычу нефти через добывающие каналы скважины, отличающий- с я тем, что, с целью повышения нефтеотдачи пласта за счетувеличения эффективности термохимического воздействия, в нагнетательную скважину последовательно закачивают буферную жидкость и водный раствор агента, в качестве которого используют унитарное топливо с положительным окислительным балансом и низкокипящими продуктами внутримолекулярного горения, причем до начала закачки буферной жидкости и унитарного топлива призабойную зону пласта прогревают до температуры, превышающей температуру воспламенения унитарного топлива.

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что после закачки буферной жидкости и унитарного топлива в нагнетательную скважину закачивают воду.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Цель изобретения - увеличение нефтеотдачи пласта за счет повышения эффективности термохимического воздействия на него Создают в приэабойной зоне пласта тепловую оторочку и перемещение ее по пласту, закачку в нагнетательные скважины буферной жидкости и жидкой рабочей смеси и внутрипластовую генерацию свободных окислительных агентов за счет термохимического превращения жидкой рабочей смеси. В качестве жидкой рабочей смеси применяют растворы унитарного топлива с положительным окислительным балансом и низкокипящими продуктами внутримолекулярного горения. При реализации спосэпа коэффициент вытеснения превышает 90%. 1 з.п.ф-лы.