Способ разработки нефтяной залежи

 

СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ, включающий создание фронта горения и его перемещение к эксплуатационной скважине путем закачки посредством нагнетательной скважины окислителя, химических реагентов и воды, периодического снижения и повышение пластового давления путем изменения объемов закачки и отбора флюидов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет более полного использования окислителя при повышении безопасности ведения работ, перед инициированием горения в призабойную зону нагнетательной скважины закачивают теплоноситель с температурой и в объеме, обеспечивающем полное потребление окислителя на стадии инициирования процесса, затем снижают давление в призабойной зоне нагнетательной скважины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закачку химических реагентов осуществляют перед закачкой окислителя.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подходе тепловой зоны к добывающей скважине дополнительно осуществляют закачку химических реагентов в призабойную зону добывающей скважины.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при прорыве холодной воды к добывающей скважине дополнительно осуществляют закачку теплоносителя и/или химических реагентов в призабойную зону добывающей скважины. Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к способам разработки нефтяных месторождений с помощью внутрипластового горения. Изобретение может быть применено на месторождении нефти с неоднородным по проницаемости коллектором в случае трещиновато-пористого коллектора, как наиболее сложного в отношении технологии реализации процесса. Известен термический способ добычи нефти, который включает нагнетание в пласт перегретого пара, нагнетание воздуха, инициирование внутрипластового горения и нагнетание рабочих агентов. Недостатком способа является низкая надежность самовоспламенения нефти при нагнетании воздуха в трещиноватопористый или слоисто-неоднородный пласт. В процессе нагнетания пар будет распространяться по трещинам (высокопроницаемым слоям), обеспечивая практически поршневое вытеснение нефти. В этих условиях остаточная нефтенасыщенность в призабойной зоне может оказаться недостаточной для образования необходимого при горении топлива. Создание необходимой нефтенасыщенности может быть обеспечено за счет капиллярной подпитки нефтью проницаемых зон из малопроницаемых зон. Однако этот процесс длительный и ко времени создания требуемой нефтенасыщенности температура в прогретой зоне упадет ниже обеспечивающей полное потребление кислорода. Тем самым снова возникнет опасность образования взрывоопасной смеси. Кроме того, в силу преимущественного распространения фронта горения по трещинам в трещиноватопористом коллекторе, процесс горения будет развиваться нестабильно в условиях постоянного дефицита топлива. Известен способ разработки нефтяной залежи, включающий создание фронта горения и его перемещение к эксплуатационной скважине путем закачки посредством нагнетательной скважины окислителя, химических реагентов и воды, периодического снижения и повышения пластового давления путем изменения объемов закачки и отбора флюидов. Недостатком способа является то, что закачку химических реагентов производят только в нагнетательную скважину после длительного периода нагнетания водовоздушной смеси, вместе с окислителем, что не может обеспечить полное потребление кислорода при инициировании горения и в процессе горения в трещиноватопористом коллекторе. Целью изобретения является повышение эффективности процесса за счет более полного использования окислителя при повышении безопасности ведения работ. Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки нефтяной залежи, включающем создание фронта горения и его перемещение к эксплуатационной скважине путем закачки посредством нагнетательной скважины окислителя, химического реагента и воды, периодического снижения и повышения пластового давления путем изменения объемов закачки и отбора флюидов, перед инициированием горения в призабойную зону нагнетательной скважины закачивают теплоноситель с температурой и в объеме, обеспечивающем полное потребление окислителя на стадии инициирования процесса, затем снижают давление в призабойное зоне нагнетательной скважины, а закачку химических реагентов осуществляют перед закачкой окислителя. При подходе тепловой зоны к добывающей скважине дополнительно осуществляют закачку химических реагентов в призабойную зону добывающей скважины, а при прорыве холодной воды к добывающей скважине дополнительно осуществляют закачку теплоносителя и/или химических реагентов в призабойную зону добывающей скважины. Способ осуществляется следующим образом. Перед созданием в пласте внутрипластового горения через нагнетательную скважину в пласт закачивают теплоноситель, объем и температура которого определяются из условий прогрева призабойной зоны на заданную глубину до температуры, обеспечивающей полное потребление кислорода на стадии инициирования процесса горения при заданном темпе нагнетания окислителя. Радиус области полного потребления кислорода закачиваемого воздуха определяется по формуле R S A(f^o_и·P_п)ⁿ exp (-E/RT_п) где ρ_г^o плотность воздуха в нормальных условиях; Q_г темп закачки воздуха; Н_э эффективная толщина пласта; f_п^o доля кислорода в закачиваемом воздухе; Z_т концентрация топлива, участвующего в реакции окисления; n порядок реакции окисления по кислороду; А константа Аррениуса; E/R температура активации топлива;
Р_п пластовое давление;
Т_п средняя температура области прогрева. Время закачки горячей воды определяется формулой
τ где Н_п прогреваемая толщина пласта;
С_п объемная теплоемкость пласта;
С_в объемная теплоемкость воды;
q_в темп закачки воды в пласт. Таким образом, температура и объем закачиваемого перед розжигом пласта теплоносителя должны обеспечить полное потребление кислорода в призабойной зоне нагнетательной скважины и определяются кинетическими параметрами окисления пластовой нефти и теплофизическими свойствами и параметрами пласта. Операция по снижению давления в призабойной зоне нагнетательной скважины вызвана необходимостью создания определенной нефтенасыщенности в выработанной после нагнетания теплоносителя части пласта. Снижение давления создает условия для перетоков нефти из недринированных (с высокой нефтенасыщенностью) интервалов пласта (блоков) в выработанные интервалы за счет суммарного действия гидродинамических капиллярных сил. Перетоки нефти будут происходить также в результате реализации процессов вытеснения нефти расширяющимся окклюдированным в ней газом, а в случает предварительного нагнетания параиспарающейся водой. Также будет наблюдаться обратная фильтрация оттесненной в глубь пласта нефти. Для гарантирования успешности розжига перед закачкой окислителя необходимо ввести в пласт химические реагенты, к которым относится естественная или "искусственная" легкоокисляющая нефть. Объем закачки химических реагентов должен составлять 0,1-0,3 проницаемого порового объема прогретой нефти. Искусственная нефть представляет собой нефть конкретного месторождения с добавками легкоокисляющихся веществ, таких как альдегиды, кетоны, радикальные инициаторы динитрилазоизомасляной кислоты (АИБН), перкарбонат, перекиси кумила, бензоила и т.д. циклогексен, тетралин, металлы переменной валентности (Со, Ni, Cr, Mn) в виде солей, растворимых в нефти. Экспериментальные исследования процесса окисления нефти в пористой среде были проведены в присутствии инициаторов, катализаторов окисления. Результаты исследований сведены в табл.1. Как видно из табл.1, с введением в пластовую нефть инициаторов, катализаторов окисления (соли металлов переменной валентности являются катализаторами) температура воспламенения нефти значительно снижается, что говорит об интенсификации окислительных процессов. Закачка подобной нефти в предварительно прогретый пласт обеспечит полное потребление кислорода в призабойной зоне нагнетательной скважины и быстрое создание фронта горения пластовой нефти. Следует отметить в виду, что вследствие преимущественного распределения основных запасов нефти в пористых блоках процесс внутрипластового горения будет развиваться в условиях постоянного дефицита топлива. Это может замедлить процесс, привести к резким снижениям температуры на фронте горения и, как следствие, снижению потребления кислорода. Последнее вновь может создать опасность образования взрывоопасной смеси в пласте и стволах скважин. Поэтому для создания необходимой нефтенасыщенности впереди фронта горения в процессе разработки залежи необходимо произвести несколько циклов чередования снижения и повышения пластового давления посредством изменения объемов закачки и отбора флюидов. Эта операция создает условия для обмена флюидами между участками с различной фильтрационной характеристикой. При этом в проницаемые зоны (трещины) перетекает нефть из малопроницаемых зон (блоков), а в обратном порядке фильтруется вода. Тем самым достигается увеличение содержания топлива в трещинах при снижении водонасыщенности, что способствует ускорению возбуждения в этих частях пласта высокотемпературного фронта горения, т.е. его стабилизации. При необходимости легкоокисляющуюся нефть можно вводить также в призабойную зону добывающей скважины. Такая необходимость может возникнуть при прорывах к ней теплового фронта или фронта горения по высокопроницаемым пропласткам или трещинам, о чем судят по увеличению температуры на забое. В связи с сокращением пути фильтрации окислителя по прогретой зоне к добывающей скважине потребление кислорода может снизиться и его концентрация в смеси углеводородных газов в стволе добывающей скважины достигнуть опасных пределов. В этом случае необходимо закачать в призабойную зону добывающей скважины некоторое количество химических реагентов легкоокисляющейся нефти за счет добавок катализаторов или инициаторов горения (0,1-0,5 проницаемого порового объема призабойной зоны). Закачанная нефть в значительной мере попадает в более проницаемые участки, т.е. каналы фильтрации окислителя, где создадутся благоприятные условия для потребления кислорода. Кроме того, технология реализации способа предусматривает ведение процесса в режиме влажного горения в широком диапазоне изменения величины водовоздушного отношения (ВВО 0,002 0,1 м³/нм³). Причем возможно использование предварительно нагретой воды. Закачка рабочих агентов может производиться совместно (вода по колонне НКТ, воздух по межтрубному пространству), а также раздельно (порции воды проталкиваются в пласт воздухом). Осуществление влажного горения приведет к увеличению тепловой эффективности горения и потребления кислорода, вследствие развития впереди фронта горения обширных тепловых зон пара и горячей воды). В этом случае прорыву фронта горения будет обязательно предшествовать прорыв воды. Это обстоятельство будет препятствовать образованию сплошного газового потока как в трещинах, так и в скважинах, а следовательно, должно привести к улучшению условий безопасного ведения работ. В процессе разработки возможна ситуация, когда фронт горения по высокопроницаемому пропластку пройдет добывающую скважину и в нее начнет поступать холодная вода из области за фронтом горения и окислитель (воздух). Поскольку в охлажденном пропластке практически отсутствует нефть, весь фильтрующийся по нему воздух будет проникать в добывающую скважину, что вновь может создавать взрывоопасную обстановку. Для устранения этой опасности перед закачкой легкоокисляющейся нефти, что рассмотрено выше, в добывающую скважину следует закачать теплоноситель с целью улучшения условий потребления кислорода в призабойной зоне. Если операция по прогреву призабойной зоны добывающей скважины обеспечивает полное потребление кислорода в потоке воздуха, фильтрующегося по высокопроницаемому пропластку или трещине, то после закачки теплоносителя можно обойтись без закачки химических реагентов в призабойную зону добывающей скважины. Примеры конкретного выполнения способа. В пласт нагнетается вода с температурой на устье 150^оС. Температура на забое с учетом теплопотерь по колонне скважины составляет 120^оС. Глубина залегания продуктивного пласта 1000 м. Наша задача добиться полного потребления кислорода закачиваемого воздуха при заданном темпе его нагнетания. Радиус области полного потребления кислорода закачиваемого воздуха определяется по формуле
R S A(f^o_п·P_п)ⁿ exp (-E/RT_п)
где ρ_г^o 1,29 кг/м³ плотность воздуха в нормальных условиях;
Q_г темп закачки воздуха;
Н_э 30 м эффективная толщина пласта;
f_п^o 0,21 доля кислорода в закачиваемом воздухе;
Z_т 1 кг/м³ концентрация топлива, участвующего в реакциях окисления;
n 0,8 порядок реакции окисления по кислороду;
А 965 ат^-4с^-1 константа Аррениуса;
E/R 8143 К температура активации топлива,
Р_п 140 ат пластовое давление;
Т_п 100^оС средняя температура области прогрева
Время закачки горячей воды определяется по выражению
τ где Н_п 30 м прогреваемая толщина пласта;
С_п 500 ккал/м³ объемная теплоемкость пласта;
С_в 1000 ккал/м³ объемная теплоемкость воды;
q_в 400 м³/сут темп закачки воды в пласт. Результаты расчета R и τ при различных Q_г приведены в табл.2. Т.е. чтобы добиться полного потребления кислорода при темпе нагнетания в пласт воздуха 400 нм³/м сут (на ед. мощности пласта), необходимо перед закачкой воздуха закачивать в пласт по 400 м³/cут воды с температурой 150^оС на устье скважины в течение 50 суток. Для создания необходимой нефтенасыщенности в призабойной зоне нагнетательной скважины при последующем инициирования горения самовоспламенением предусмотрена операция по сбросу давления, что в условиях трещиноватопористого пласта представляется необходимым элементом технологии розжига и является отличительным признаком данного решения. После закачки теплоносителя производится снижение пластового давления в призабойной зоне нагнетательной скважины путем отбора из нее пластовых флюидов, а при необходимости также и одновременным отбором флюидов из добывающих скважин. Производят закачку воздуха и иниицирование горения самовоспламенением нефти, после чего доводят объем закачки воздуха до проектной величины. После стабилизации процесса горения, о чем судят по анализам газов из добывающих скважин, переходят на закачку водовоздушной смеси, например, с воздушным отношением 0,002 м³/нм³ (2 м³ воды на 1000 нм³ воздуха). Вода может быть предварительно подогрета, и производят несколько циклов чередования снижения и повышения пластового давления периодическим изменением объемов закачки и отбора флюидов. Максимальное повышение пластового давления достигается полным прекращением добычи пластовых флюидов и сохранением максимального темпа нагнетания окислителя (рабочих агентов). Максимальное снижение пластового давления достигается полным прекращением нагнетания и максимальным отбором пластовых флюидов из добывающих скважин. Продолжительность каждого цикла определяется степенью неоднородности и будет составлять 15-90 суток. Другим примером осуществления способа является месторождение, в котором в результате лабораторных исследований установлена малая реакционная способность нефти. Перед закачкой окислителя при
радиусе прогретой зоны R 20,6 м,
прогретой толщине Н_п 30 м,
фильтрационной пористости m 0,1,
плотности нефти ρ_н 0,96 кг/м³
в нагнетательную скважину необходимо закачать химический реагент активную нефть в количестве 0,1 порогового объема прогретой области, или 13,3 м³. Закачка производится обычным способом. При использовании инициатора 4 (дано в описании) в этих же условиях необходимо закачать
13,3 м³ нефти + 0,9 т МЭК + 0,06 т перкарбоната. Смесь готовится перемешиванием в герметичных цистернах автомашин типа "Метанольниц" в атмосфере азота, СО², любого инертного газа, выхлопных газов ДВС и по отводящему коллектору подается в герметичные сборники, откуда насосами смесь закачивается в нагнетательную скважину. Приготовление смеси и закачка в скважины по пп.2 и 3 формулы изобретения аналогичны. После подхода тепловой зоны к добывающим скважинам последние останавливаются и оборудуются под нагнетание. Использование данного способа позволяет учесть специфику разработки неоднородных по проницаемости коллекторов методом внутрипластового горения и обеспечивает по сравнению с существующими способами преимущества:
Возможность гарантированного создания фронта горения самовоспламенением нефти, исключая формирование в пласте и в стволах скважин взрывоопасной газовой смеси;
Повышение стабильности горения нефти в пласте в условиях преимущественного развития процесса по трещинной системе, что значительно повысит эффективность процесса внутрипластового горения и безопасность ведения работ при его реализации. Данный способ устраняет недостатки применяемой технологии и делает возможным эффективное применение метода внутрипластового горения на месторождениях данного типа.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ, включающий создание фронта горения и его перемещение к эксплуатационной скважине путем закачки посредством нагнетательной скважины окислителя, химических реагентов и воды, периодического снижения и повышение пластового давления путем изменения объемов закачки и отбора флюидов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет более полного использования окислителя при повышении безопасности ведения работ, перед инициированием горения в призабойную зону нагнетательной скважины закачивают теплоноситель с температурой и в объеме, обеспечивающем полное потребление окислителя на стадии инициирования процесса, затем снижают давление в призабойной зоне нагнетательной скважины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закачку химических реагентов осуществляют перед закачкой окислителя. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подходе тепловой зоны к добывающей скважине дополнительно осуществляют закачку химических реагентов в призабойную зону добывающей скважины. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при прорыве холодной воды к добывающей скважине дополнительно осуществляют закачку теплоносителя и/или химических реагентов в призабойную зону добывающей скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1