Файл: Муравьев, Виталий Михайлович. Новые методы вытеснения нефти из пластов.pdf

Б. Б. Лапук пришел к выводу, что с помощью топки,

установленной на поверхности, при большой глубине сква­

жины, нефть в пласте вообще нельзя поджечь. Это моти­ вируется следующим. Ввиду того что до начала нагнетания в скважину горячей газо-воздушной смеси вся система яв­ ляется охлажденной, потери тепла на пути движения пото­ ка в начальный период будут настолько велики, что в цласт

будут поступать холодные газы. Затем, по мере постепенного

прогрева всей системы, температура на забое нагнетатель­ ной скважины начнет увеличиваться, и в пласт будут посту­ пать теплые газы. К тому моменту, когда температура на забое достигнет температуры воспламенения нефти (около 400°), нефть от призабойной зоны будет оттеснена в глубь

пласта, где температура еще невысокая. При дальнейшем

нагнетании горячих газов в пласт нефть будет проталкивать-

-ся еще дальше в глубь пласта, но воспламенения ее не про­ изойдет, а будет иметь лишь тепловой эффект вытеснения

пластовой нефти.

Этот вывод Б. Б. Лапука в применении к пластам, со­ держащим легкую нефть, был подтвержден и последующими опытами в СССР и за рубежом. Работы по подземной гази­ фикации нефтяных пластов, проводимые ИГИ Академии наук СССР с 1934 по 1938 г., не были завершены и не дали ответа на многие вопросы, связанные с этой проблемой.

Так, не были разработаны ни гидродинамические, ни тепло­ технические вопросы проблемы горения в пористой среде; остались незатронутыми вопросы миграции нефти под влия­ нием термического фактора, а также вопросы теплопередачи и теплопотерь в пористой среде. Очевидно, это можно объяс­ нить неподготовленностью научной мысли к решению этих проблем в то время.

Работы по применению тепловых методов воздействия на нефтяные пласты значительно активизировались за рубежом в последнее десятилетие. Особенно усилились работы по под­

земной газификации нефтяных пластов. Как пишет Бафам

[34], многие специалисты считают, что со временем вторичные методы эксплуатации на истощенных залежах применять не

будут и заводнение будет заменено сжиганием нефти в пла­ сте. Таким путем будут исключены высокие расходы на пе­ реход ко вторичным методам эксплуатации, уменьшены рас­ ходы на разработку и увеличена нефтеотдача.

Для воспламенения нефти в пласте большинство специа­ листов рекомендует применять электрические запальники, ко­ торые после воспламенения можно поднять на поверхность.

При этом горение в пласте поддерживается подачей в сква­ жину воздуха. При горении нефти в пласте выделяется до­ статочное количество тепла, за счет которого нефть, находя­ щаяся в пласте впереди фронта горения, нагревается. Вяз­

— 39 —

кость ее сильно уменьшается, а давление нагнетаемого воз­ духа заставляет ее двигаться по направлению к эксплуата­ ционным скважинам. При горении происходит крекинг, в результате которого более легкие фракции оттесняются к

эксплуатационным скважинам, а тяжелые смолистые остат­ ки в виде кокса остаются в песчанике, служа горючим ма­ териалом при дальнейшем движении фронта горения. В плас­ те сгорает около 10—15% заключенной в нем нефти. При этом нефтеотдача получается намного выше, чем при любом другом методе воздействия на пласты.

В 1953 г. появилась работа американских специалистов Куна и Коха [35] о повышении нефтеотдачи пласта путем частичного сжигания в нем нефти. Эти исследователи прове­ ли ряд лабораторных опытов по созданию передвижного оча­ га горения в пористой среде, насыщенной очень тяжелой и вязкой нефтью (удельный вес 1,0028, вязкость несколько сот сантипуаз). Вслед за лабораторными опытами метод стал испытываться в промысловых условиях фирмой Magnoly Petroleum. Для проведения промысловых испытании был выбран полностью истощенный участок залежи площадью 12 га на месторождении Локо в округе Джеферсон (Окла­ хома). Нефтеносный песчаник мощностью 4,5—6 м залегает

здесь на глубине 52 м. Плотность нефти в пласте 0,943 г/см3, вязкость — 7413 спз. Чтобы выяснить можно ли создать и под­

держивать очаг горения, были пробурены три скважины,

расположенные по прямой на расстоянии 6 м одна от другой.

В одну из крайних скважин начали закачивать воздух одно­ временно с воспламенением пласта. Нефть отбиралась из двух других скважин. После 55 суток, когда фронт горения достиг ближайшей скважины, было добыто 13 м3 нефти. Скорость распространения очага горения была немногим

больше 0,5 м в сутки.

В следующем, более широком испытании, проведенном там же [36], использовались уже пять скважин, пробуренных по пятиточечной системе. Центральная скважина — нагне­ тательная, а остальные, расположенные от нее на 12 м по углам квадрата,— эксплуатационные. Последние были обо­ рудованы глубинными насосами.

Для наблюдения за передвижением фронта горения меж­ ду нагнетательной и эксплуатационными скважинами были пробурены четыре пары контрольных скважин. В одну из каждой пары этих скважин были спущены термопары про­ тив продуктивного пласта с интервалом 0,6 м. По показа­ нию температуры строились температурные профили фрон­ та горения. Назначение других контрольных скважин — по­ лучение данных о температуре и давлении на забое, а так­

же отбор проб нефти и газа.

— 40 —

Перед началом процесса в нагнетательную скважину на­ гнетался газ до прорыва его в одну из эксплуатационных скважин. После этого в скважину через лубрикатор был спущен на бронекабеле специальный электрозапальник, ко­ торый после образования очага горения был извлечен на поверхность.

Воздух для поддержания горения закачивался компрес­ сором при давлении 12—14 атм. Всего было установлено два компрессора общей производительностью 17 85О.м3/сг/ткы.

Этот опыт также прошел успешно и позволил выявить

целый ряд параметров, необходимых для проектирования

подобных установок в широком промышленном масштабе. Успешному проведению опыта способствовала хорошо орга­ низованная подготовительная работа, насыщенность уста­ новки всеми необходимыми приборами и автоматами, высо­ кая культура проведения работ.

Гарбус [37] в 1956 г. опубликовал результаты промысло­ вых опытов по термическому воздействию на пласт, прове­ денных в 1953:—1954 гг. на месторождении Паркер (Илли­ нойс). Процесс сводился к нагреванию пласта-паро-воздуш­ ной смесью высокой температуры; в качестве источника теп­ ла служил очаг горения, созданный непосредственно в плас­ те сжиганием части нефти. Нефть поджигалась при темпе­ ратуре от 205 до 480° путем нагнетания паро-газовой смеси с добавкой кислорода. Фронт горения продвигался в глубь пласта под давлением нагнетаемой смеси.

Автор различает три зоны в пласте.

Первая зона вкдючает истощенную область пласта во­ круг нагнетательной скважины. Горение в этой зоне не про­ исходит из-за отсутствия горючего материала. Вторая зона — это зона горения. Пласт здесь прогрет до температуры вос­ пламенения или выше. И, наконец, третья зона представ­ ляет собой область, на которую не распространяется тепло

очага горения. Несмотря на ниличие огромного количества

горючего материала, горение здесь не происходит, даже если проходящие газы содержат некоторое количество сво­ бодного кислорода. Продуктивный песчаник мощностью 10,7 м на месторождении Паркер залегает на глубине 85— 95 м. Нефть тяжелая, вязкая, ее удельный вес при 18° ра­ вен 0,896.

При разработке месторождения обычными методами уда­

лось получить очень незначительное количество промышлен­ ной нефти. Безуспешным оказалось и заводнение. На участ­

ке, предназначенном для испытания описываемого метода, было пробурено восемь скважин (рис. 13).

Образование и нагнетание паро-газовой смеси осущест­ влялись посредством специальной установки (рис. 14). Ее основными узлами являлись воздушный компрессор, газовый

— 41

(®)— Нагнетательная скважина

• — Продуктивная скважина

х—Скважина для отвара образцов

Рис. 13. Расположение^скважин при нагнетании нагретой паро-газовой смеси в пласт

— 42 —

держала: пара 40%, азота 47%, углекислого газа 6% и кислорода 7%.

Результаты исследования следует признать успешными.

Возврат нагнетаемого сухого газа составил 50%; осталь­

ное— в пласте. На этом основании полагают, что область, из которой была извлечена нефть, имеет форму, показанную на рис. 13 (заштрихованная часть). Она примерно равна области, заключенной в квадрат с продуктивными скважи­ нами по углам, и составляет 0,112 га.

В процессе испытания было добыто всего 815 .и3 нефти. Достигнутое значение нефтеотдачи 7460 м3/га, или 80% на­ чального содержания нефти в пласте, следует считать боль­ шим достижением.

Некоторый интерес представляет предложенный в США вариант термического воздействия на нефтяной пласт с ис­ пользованием в качестве источника тепла очага горения в угольном пласте [38]. Очевидно, что этот метод применим

лишь на месторождениях, где в резрезе наряду с нефтя­ ными пластами имеются пропластки угля, разработка кото­ рых невозможна или нерентабельна.

Сущность этого метода состоит в следующем. Через угольный пласт, залегающий под нефтяным, бурят две или несколько скважин с углублением их в глины, подстилающие угольный пласт. В глинистом пропластке с помощью прямой промывки скважин создают каналы, соединяющие эти сква­ жины. Глина при этом разбухает и в виде грязи вымывается по затрубному пространству на поверхность. После обра­ зования в глинистом пропластке каверны резко увеличивают давление нагнетания и создают трещину, соединяющую скважину.

В дальнейшем воду заменяют воздухом, нагнетая его в

какую-либо из скважин. После установления циркуляции воздуха угольный пласт поджигают, продукты сгорания при этом циркулируют под угольным пластом и фильтруются в нефтяной пласт. Последний нагревается, вязкость нефти сни­ жается, и она отбирается через эксплуатационные скважины.

Это предложение было испытано Горным бюро на место­ рождении Горгез (Алабама). В качестве объекта исследова­ ния был выбран вытянутый участок, на котором перпендику­ лярно его оси пробурили несколько скважин; последние обса­ живались до кровли нефтяного пласта, залегающего над угольным. Угольный пласт был подожжен и тем самым была доказана возможность осуществления подобного способа термического воздействия на нефтяной пласт. О результатах работ данные в печати не опубликованы.

Судя по американской литературе последних лет, из всех способов зажигания нефти в пласте при его газификации

сейчас отдается предпочтение зажиганию с помощью забой-

- 43 —

пых запальников или горелок. Имеется описание нескольких типов электрозапальников и забойных горелок, опробованных

в той или иной мере в промысловых условиях.

Сам метод подземной газификации проводился, как пра­ вило, в неглубоко залегающих пластах, содержащих очень вязкую нефть, которую другими способами извлекать не уда­ валось. Все эти работы носили еще полупромышленный ха­ рактер и массового внедрения не нашли.

Исследовательские работы по тепловому воздействию на пласт путем создания передвижного очага горения, кроме США, проводятся также и в других странах (Канада, Вене­ суэла) .

Вбюллетене научно-технической информации ТАСС

№50 (315) от 23 июня 1958 г. (стр. 18) в реферате «Новый способ добычи нефти» указывается, что способ создания передвижного очага горения испытывается в лабораториях фирмы Royal Duteh Shell в Амстердаме.

Наряду с работами по прогреву нефтяного пласта при помощи передвижного очага горения, в США за последние годы усилились исследовательские и эксперементальные рабо­ ты по использованию таких теплоносителей, как водяной пар

игорячая вода.

Всвоем докладе на IV международном конгрессе в Риме в 1955 г. Дж. Ван Хейнинген и Н. Шварц [25] как бы подвели

итоги работ, проведенных за последние годы в этой области американскими учеными. Оценивая различные теплоносители (воздух, газ, пар, вода), авторы доклада пришли к заклю­ чению, что лучшим агентом для нагнетания в пласт при

тепловом воздействии на него является вода. Этот вывод не

подтверждается работами советских исследователей, которые доказали, что насыщенный пар обладает лучшей вытесняю­ щей способностью, чем горячая вода.

Далее авторы доклада указывали, что месторождения с

режимом растворенного газа не перспективны для. примене­

ния методов теплового воздействия. В то же время, по их мне­ нию, месторождения с водонапорным режимом имеют хоро­ шие перспективы для этих целей и притом тем лучше, чем

выше соотношение вязкости нефти и воды.

Наши же советские исследователи считают, что наиболее благоприятными объектами для тепловой обработки являют­

ся не пласты, обладающие водонапорным режимом, а пласты с высокой остаточной нефтеиасыщенностью, какими в первую очередь являются залежи, имеющие режим растворенно­ го газа.

Наконец, Дж. Ван Хейнинген и Н. Шварц считают, что любой метод термического воздействия может дать благо­ приятные результаты, когда продолжительность его примене­

ния равна времени эксплуатации месторождения. Этим они

- 44