Файл: Кошко, И. И. Техника воздействия на нефтяной пласт горением.pdf

ние применения внутрипластового горения. Одной из причин, задерживающей расширение работ, являются высокие расходы на компримирование воздуха.

Так, стоимость нагнетания воздуха на месторождении Хамболд Ченот при давлении 67 кг!см2 составила 0,00212

долларов/нм3.

В последние годы внутрипластовое горение успешно применяется в Канаде для разработки битуминозных песчаников Атабаски. Фирма «Пан Америкен Петроле­ ум» проводит разработку битуминозных пород, залегаю­ щих на глубине около 300 м.

ОСВОЕНИЕ ЗАЛЕЖЕЙ БИТУМОВ И ВЯЗКОЙ НЕФТИ ТАТАРИИ

В последние годы в Татарской АССР в связи с ин­ тенсивной добычей нефти, наметилась тенденция сниже­ ния разведанных запасав.

Поскольку часть месторождений девонской нефти вступила в завершающую стадию разработки, для под­ держания достигнутого уровня добычи нефти, наряду с совершенствованием разработки эксплуатируемых ме­ сторождений, необходимо вводить в разработку новые залежи.

Одним из больших резервов является доразведка и ввод в эксплуатацию верхних горизонтов. Татарская АССР является одним из богатейших в мире геологиче­ ских районов по запасам битумов и вязкой нефти. Так, запасы углеводородов в битумосодержащих пластах в недрах республики в несколько раз превышают разве­ данные запасы девонских месторождений нефти. Основ­ ная масса битумов связана с Мелекесской депрессией, где битумопроявления установлены по всему разрезу пермской системы, начиная от ассельского яруса нижней перми и кончая татарским ярусом верхней перми [50, 94]. Территориальное распространение битумов частично совпадает в тектоническом отношении с южным куполом Татарского свода и его юго-восточным склоном. Особен­ но широко битумы распространены на юге Татарской АССР, где участки битуминозных пород образуют ог­ ромное поле, простирающееся на многие десятки кило­ метров. Площадь распространения битумов в пермских

25

отложениях в пределах Мелекесской депрессии увели­ чивается вверх по разрезу. Наибольшее распространение битумы получили в верхнеказанских и нижнеказанских отложениях. В шешминских, сакмарских и ассельских осадках битумопроявления известны на сравнительно ограниченных участках, в основном в пределах восточ­ ного борта депрессии. По предварительным подсчетам в этих отложениях сосредоточены значительные запасы битумов [24, 50, 51, 94]. Их запасы сосредоточены в цен­ тральной части депрессии и на западном борту в пластах, представленных карбонатными породами, а на востоке — терригенными породами. Основными коллекторами яв­ ляются известняки, доломиты и песчаники. Основные свойства битумосодержащих пластов и битумов приве­ дены в таблице 2.

Пермские битумы характеризуются следующим груп­ повым составом: масла и тетралейноэфирные смолы от 28,1 до 44,9%, бензольные и спиртобензольные смолы от 34 до 46% и асфальтены от 15,4 до 34,8%. Битумы, как правило, гудроновидные и, вероятно, представляют собой окисленную нефть, потерявшую легкие фракции. Изред­ ка встречается и жидкая нефть, пропитавшая прослои пористых пород.

Битуминозными являются песчаники шешминского горизонта уфимского яруса и верхнеказанского подъя­ руса, доломиты казанского, сакмарского и частично ассельского ярусов нижней перми и верхнего карбона.

На основании результатов структурного бурения уста­ новлено, что битуминозные песчаники встречаются на территории около 7,0 тыс. кв. км.

-26

Битумы залегают на глубинах до 400 м, а мощность пластов достигает 50 м.

Указанные ресурсы до сих пор не используются. Решение проблемы разработки залежей нефтебиту-

мов позволит провести переоценку извлекаемых запасов топлива по республике. В связи с быстрым ростом пот­ ребления энергии задача освоения залежей пермских битумов приобретает важное значение. Разработка по­ добных залежей связана с рядом трудностей из-за высо­ кой вязкости и малой подвижности битумов.

В последние годы в ряде стран вопросу разработки залежей битумов и вязких нефтей уделяется все больше внимания, что объясняется уменьшением доказанных запасов нефти и новейшими достижениями в добыче вы­ соковязких нефтей тепловыми методами.

Повышение температуры в пласте снижает вязкость нефти и облегчает условия движения ее к забою эксплуа­ тационных скважин. Разработка залежей битумов мо­ жет быть осуществлена различными методами, в част­ ности, по внутрипластовой технологии, а также шахтным или открытым методом. При относительно небольшой мощности покрышки предпочтительнее разработка от­ крытым — карьерным методом, а переработка битуми­ нозной породы в этом случае осуществляется в специ­ альных установках. В Татарии из уфимских битуминоз­ ных песчаников, добываемых шахтным способом, извлекали углеводородное сырье в количестве до 120 г в сутки с 1906 по 1948 год на Шугуровском битумном заводе.

В промышленном масштабе добыча углеводородов из битумов осуществляется на крупнейшем в мире место­ рождении Атабаска (Канада), с общими запасами око­ ло 100 млрд. тонн.

Площадь месторождения около 78000 км2. Средняя мощность пласта около 30 м, а в отдельных частях мощ­ ность достигает до 120 м. Залежи битума обнаружены в формации Мактари мелового возраста. Месторождение расположено в 480 км к северо-востоку от г. Здмонтонга, вдоль берегов реки Атабаски. Пористость отдельных

3600 до 4000 пуаз. В 1967 г. на этом месторождении пу­

27

щена крупная установка по переработке битуминозного песчаника, который добывается экскаватором.

С помощью открытой разработки на месторождении Атабаска предполагают извлечь около 13,7 млрд. мг неф­ ти и дополнительно 48 млрд. мъ может быть извлечено с помощью теплового воздействия на пласт.

Для разработки битумов по внутрипластовой техно­ логии в разное время предпринимались попытки или проектировали следующие методы: закачка теплоноси­ телей, применение поверхностно-активных веществ или растворителей, пиролиз, ядерные взрывы и др.

Получил применение так называемый шел-процесс. По этой технологии вначале между нагнетательной и экс­ плуатационными скважинами гидроразрывом образуют трещины, после чего в нагнетательную скважину закачи­ вают пар и каустическую соду. За счет воздействия па­ ром снижается вязкость нефти. Нефть, находящаяся в непосредственной близости от зоны, по которой движет­ ся пар, эмульгируется. Постепенно осуществляется уве­ личение охвата пласта по вертикали. Добыча нефти из битума по данной технологии на месторождении Атабас­ ка доведена до 1200 мг сутки.

Одним из перспективных методов разработки зале­ жей нефтебитумов является внутрипластовое горение. При этом методе тепло генерируется непосредственно в пласте за счет подаваемого с поверхности воздуха и сго­ рания сравнительно небольшой части битума (кокса). Процесс горения в пласте обычно поддерживается за счет сжигания тяжелых фракций, а наиболее ценные продукты могут быть извлечены [19, 35].

Высокая эффективность метода обеспечивается уни­ версальным воздействием на пласт ряда факторов и, в частности, из-за снижения вязкости нефти при повыше­ нии температуры. При добыче нефти этим методом в пласте одновременно существуют ряд процессов: массоперенос, теплоперенос, химические реакции и фазовые превращения.

Особенностью тепловых явлений, происходящих в пласте, является наличие теплообмена между компонен­ тами среды, наличие конвективного тепломассопереноса, а также капиллярных и химических явлений. При этом улучшается отмыв нефти с поверхности зерен породы и повышается нефтеотдача пласта. За счет процессов окис­

28

ления, крекинга и пиролиза происходит образование кок­ сового остатка и легких фракций. В зависимости от рас­ хода воздуха и количества кокса, а также других факторов температура зоны горения может меняться в широких пределах от 250 до 1000°С.

Важное влияние на эффективность применения теп­ ловых методов оказывает глубина залегания продуктив­ ного горизонта. С увеличением глубины, как правило, требуется повышенное давление нагнетания и больший расход рабочего агента. Однако при значительных глу­ бинах имеется возможность эксплуатировать скважины при повышенных депрессиях. Проницаемость пласта оказывает влияние на выбор величины давления нагне­ тания воздуха и выбор мощности компрессорной стан­ ции.

При внедрении тепловых методов важным фактором является мощность пласта. В более мощных пластах меньше тепла теряется в кровлю и подошву. При этом удельный вес добываемой, путем внутрипластового го­ рения, нефти меньше пластовой, так как наиболее тяже­ лые фракции переходят в кокс и сгорают.

Известно несколько разновидностей технологических схем разработки залежей с помощью внутрипластового горения.

При прямоточной схеме фронт горения движется от нагнетательных скважин к эксплуатационным. По этой схеме воздух обычно нагнетается в центральную нагне­ тательную скважину, а нефть добывается из расположеженных вокруг нее эксплуатационных скважин. Нефть и вода вытесняются к эксплуатационным скважинам про­ дуктами сгорания и теплом.

Для освоения залежей битумов в благоприятных ус­ ловиях может быть применена прямоточная схема разра­ ботки и, в особенности, в комбинации с заводнением. Подобный метод применяется для разработки битуми­ нозных песчаников Атабаски.

К недостаткам прямоточной схемы следует отнести тот факт, что продукты горения и пары нефти при движении к эксплуатационным скважинам вынуждены пройти непрогретую зону пласта, оказывающую значи­ тельное сопротивление их движению.

При разработке залежей с нефтебитумами перспек­ тивным является противоточный метод внутрипластового

29

горения и его модификации. При этой схеме фронт горе­ ния движется от эксплуатационной скважины к нагне­ тательным, а продукты горения и пары нефти движутся по (выгоревшей зоне пласта с меньшим сопротивлением. Поэтому указанная схема может быть применена в тех условиях, где прямой процесс осуществить невозможно.

Метод противоточного внутрипластового горения ус­ пешно применяется на месторождении битума Филлипс (США). Плотность нефтебитума в пластовых условиях — 1 г/см3, а вязкость равна более 500 тыс. спз. При этом из эксплуатационных скважин добывается нефть плотно­ стью около 0,9 г!см? и вязкостью 5—15 спз.

Учитывая сравнительную новизну метода внутрипла­ стового горения, представляется целесообразным опро­ бование его начинать в наиболее благоприятных геоло­ гических условиях.

С целью проверки метода в специфических условиях проводятся опытные работы на Сугушлинском опытном участке.

Нефтебитумы Сугушлинского месторождения пред­ ставляют собой высокосернистые и высокосмолистые нефти с высокой плотностью и вязкостью. Битуминозная нефть может быть использована для получения котель­ ного и моторных топлив и сырья для нефтехимии.

Сугушлинское месторождение битумов расположено на южном склоне Альметьевской вершины Татарского свода и представляет собой структуру северо-восточно­ го простирания размером 6,5 X 5 км.

Основные скопления битумов на Сугушлинской пло­ щади связаны с уфимскими отложениями. Мощность этих отложений колеблется в широких пределах от 33 до 74 м и представлены они толщей терригенных пород с незначительным включением прослоев известняка. Имеется четыре песчаных пласта, разделенных пачками глинисто-алевролитовых пород. Наибольшее значение имеет хорошо изученный и выдержанный по площади песчаный пласт I, который выделяется по кровле уфим­ ского яруса. Пласт представлен мелкозернистым песча­ ником с незначительным включением средне- и крупно­ зернистых фракций. Средняя пористость составляет око­ ло 15%, а битумонасыщенность — порядка 35%. Запасы битума в этом пласте составляют десятки млн. тонн.

30

Опытный участок предусматривается разрабатывать по пятиточечной системе: в центре нагнетательная сква­ жина, а по углам квадрата — эксплуатационные сква­ жины. Кроме того, дополнительно пробурены 4 эксплуа­ тационные скважины на расстоянии 5 м от первого ряда эксплуатационных скважин. Опытный участок выбран около с. Юлтимирово. Мощность пласта — около 8 м, а глубина залегания — 95 м. Пористость породы — около 25%, а битумонасыщенность — порядка 45%.

Следует отметить, что проницаемость пород, насы­ щенных вязким битумом, изменяется от перепада дав­ ления и с увеличением градиента давления возрастает, что объясняется сдвигом пленки битума в порах породы.

Важнейшим этапом в начале работ является опре­ деление воздухопроницаемости пласта и организация воздушной сбойки между нагнетательной и эксплуата­ ционной скважинами. При необходимости перед нача­ лом розжига пласта возможно применение гидроразры­ ва или других методов воздействия на продуктивные пласты и призабойную зону скважин.

Задачей эксперимента является исследование техни­ ки и технологии работ в специфических геологических условиях, а также определение эффективности метода. При этом основное внимание должно быть уделено раз­ работке надежной технологии как основы для расшире­ ния добычи топлива в будущем. Следует отметить, что увеличение объемов производства является одним из ос­ новных факторов снижения себестоимости продукции.

Изыскание методов получения углеводородного сырья из битуминозных пород несомненно имеет важ­ ное значение и для других районов страны, где имеются залежи битумов.

На территории республики имеются значительные за­ пасы вязкой нефти, приуроченные к отложениям верхнетурнейского, верейбашкирского и других горизонтов нижнего и среднего карбона. Эти месторождения недо­ статочно изучены и в настоящее время практически не разрабатываются. Залежи вязкой нефти открыты по­ путно при разведке нижележащих девонских месторож­ дений. Для разработки этих залежей частично могут быть использованы девонские скважины путем внедре­ ния совместно-раздельной эксплуатации и возврата об­ водненных скважин.

31