Способ обработки призабойной зоны нефтяного пласта

 

Изобретение относится к обработке призабойной зоны нефтяного пласта, связанной с созданием внутрипластового горения на основе применения водных растворов унитарного топлива. Для интенсификации процесса разогрева призабойной зоны пласта, водный раствор унитарного топлива начинают подавать во время работы скважинного теплогенератора при достижении на забое скважины температуры воспламенения унитарного топлива. После закачки заданного объема водного раствора унитарного топлива дальнейшую его подачу на фронт горения осуществляют путем нагнетания воды. Закачку водного раствора унитарного топлива и воды производят циклически. Для облегчения процесса инициирования внутрипластового горения в водный раствор унитарного топлива перед закачкой вводят водорастворимый катализатор. Реализация данного способа позволит обрабатывать призабойную зону нефтяных пластов, содержащих парафины и асфальто-смолистые вещества, подстилаемых водой или маловязкой нефтью, залегающих на различных, в том числе и больших глубинах, а также позволит снизить энергозатраты на обработку призабойной зоны. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам термохимической обработки призабойной зоны пласта.

Известен способ термической обработки призабойной зоны пласта путем внутрипластового сжигания асфальто-смолистых отложений с поддержанием процесса горения посредством закачки газообразного окислителя. Причем перед началом процесса горения в призабойную зону закачивают деасфальтирующий агент [1] Недостатком этого способа является ограничение на глубину залегания пласта в связи с большими техническими трудностями нагнетания газов на значительные глубины. Кроме того, поскольку в качестве окислителя используется воздух, то возможен неравномерный охват призабойной зоны пласта термохимическим воздействием, гравитационное разделение флюидов и прорыв окислителя к добывающим скважинам. Реализация способа требует больших энергозатрат, обусловленных использованием крупнотоннажных компрессоров и энергоемких электронагревателей. Наиболее близким по технической сущности предлагаемому является способ разработки нефтяной залежи, включающий предварительный разогрев призабойной зоны пласта до температуры, превышающей температуру воспламенения унитарного топлива с положительным окислительным балансом и низкокипящими продуктами внутримолекулярного горения, последующую непрерывную закачку в нагнетательную скважину оторочек буферной жидкости и унитарного топлива и затем закачку воды, осуществление внутрипластовых термохимических процессов и добычу нефти через добывающие скважины [2] Данный способ предназначен для разработки нефтяной залежи. При термохимической обработке призабойной зоны нефтяного пласта воздействию подвергается ограниченная область пласта. Поэтому применительно к обработке призабойной зоны нефтяного пласта, недостатками данного способа является то, что необходимо многократно повторять поочередную закачку агентов и создавать в пласте совокупность разделенных буферной жидкостью оторочек унитарного топлива, что приводит к увеличению продолжительности обработки призабойной зоны пласта. Кроме этого данная технология не позволяет интенсифицировать процесс термохимического превращения унитарного топлива и таким образом повысить эффективность обработки призабойной зоны нефтяного пласта.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности обработки призабойной зоны пласта за счет регулируемого выжигания асфальто-смолистых отложений на значительном расстоянии от скважины, раскрытия естественных и создания новых микротрещин в призабойной зоне пласта.

Достигается это тем, что предварительно разогревают забой скважины до температуры, превышающей температуру воспламенения унитарного топлива, а затем создают призабойной зоне пласта оторочку деасфальтирующего агента и закачивают водный раствор унитарного топлива с положительным окислительным балансом и низкокипящими продуктами внутримолекулярного горения.

Так как на забой скважины подают раствор унитарного топлива, который содержит значительное количество энергоемкого растворителя (воды), то температура на забое скважины с течением времени уменьшается до начальной температуры.

Для облегчения инициирования процесса горения и снижения температуры начала термического разложения унитарного топлива в состав водного раствора унитарного топлива до его закачки, вводят водорастворимые катализаторы.

После закачки заданного объема унитарного топлива дальнейшую подачу унитарного топлива на фронт горения осуществляют путем нагнетания воды.

Известно использование водных растворов унитарных топлив с положительными окислительным балансом и низкокипящими продуктами внутримолекулярного горения для организации внутрипластового горения. При термических превращениях таких топлив выделяется большое количество тепла и одновременно генерируются свободные окислительные агенты (например: кислород, хлор).

Термическое разложение унитарных топлив сопровождается образованием горячих продуктов сгорания, включающих газы и пары низкокипящих соединений, причем объем этих продуктов, приведенный к нормальным условиям, на несколько порядков превышает объем сгоревшего конденсированного унитарного топлива. Поэтому продукты сгорания унитарного топлива обладают большой потенциальной энергией и, следовательно, большой проникающей способностью. Расширяющиеся продукты сгорания создают избыточное давление в пласте и способствуют раскрытию существующих и образованию новых микротрещин, а также проникают в низкопроницаемые продуктивные слои пласта и способствуют вовлечению их в эксплуатацию.

Для снижения температуры начала интенсивных термохимических превращений унитарного топлива и облегчения инициирования процесса горения в водный раствор унитарного топлива перед закачкой его в пласт вводят, в качестве компонента, водорастворимые катализаторы (например, КСl).

Образующиеся в результате термохимических превращений унитарного топлива свободные окислительные агенты вступают в экзотермические химические реакции с асфальто-смолистыми отложениями, которыми насыщена призабойная зона, что обеспечивает выжигание асфальто-смолистых остатков.

При поступлении первой порции водного раствора унитарного топлива на забой скважины происходит прогрев унитарного топлива и его интенсивный термораспад с образованием большого количества тепла и газообразных продуктов реакций, в том числе и свободных окислительных агентов. Поскольку термораспад протекает в полузамкнутом объеме при низких фильтрационных характеристиках призабойной зоны, то термораспад сопровождается ростом давления и температуры на забое скважины. Поэтому непрерывная подача водного раствора унитарного топлива может привести к чрезмерному повышению давления и температуры на забое скважины и повреждению внутрискважинного оборудования. Для предотвращения этого подачу осуществляют циклически, с прерываниями и возобновлениями процесса закачки унитарного топлива.

После того, как давление или температуру на забое скважины в результате термического разложения унитарного топлива повысят до максимально допустимых значений, закачку унитарного топлива прекращают, газообразные продукты реакций фильтруются в пласт, разогревая его. После снижения давления и температуры на забое скважины до минимально допустимых значений закачку унитарного топлива возобновляют. Горячие продукты термораспада разогревают призабойную зону и свободные окислительные агенты, содержащиеся в продуктах термораспада, вступают в экзотермические химические реакции в асфальто-смолистыми отложениями в пористой среде, что обеспечивает выжигание асфальто-смолистых остатков. Посредством дальнейшей циклической закачки водного раствора унитарного топлива постепенно понижают температуру на забое скважины до начальной забойной температуры, создают необходимый перепад давления и обеспечивают перемещение волны горения по призабойной зоне.

Длительность цикла, включающего совокупность всех операций и процессов между каждыми двумя очередными возобновлениями закачки унитарного топлива, на стадиях предварительного прогрева, инициирования и перемещения внутрипластового фронта горения лимитируют из условий поддержания забойных температур и давления в пределах между минимально и максимально допустимыми температурами и давлениями на забое скважины.

Минимально и максимально допустимые температуры на забое скважины соответственно температура воспламенения унитарного топлива и температура которую выдерживает без повреждения внутрискважинное оборудование.

Минимально допустимое давление на забое скважины определяется из условия создания минимального перепада давления на забое скважины и в пласте, обеспечивающего фильтрацию флюидов в призабойной зоне пласта, инициирование и устойчивое распространение внутрипластовой волны горения. Максимально допустимое давление на забое скважины определяется фильтрационными характеристиками призабойной зоны пласта и техническими параметрами скважинного и нагнетательного оборудования, но в любом случае должно быть меньше горного давления.

После завершения нагнетания заданного объема водного раствора унитарного топлива, его закачку прекращают и осуществляют закачку воды, с помощью которой обеспечивают подачу унитарного топлива на фронт горения.

Перед фронтом горения располагаются слои пористой среды, насыщенные асфальто-смолистыми отложениями и представляющие значительное гидродинамическое сопротивление для фильтрующихся продуктов сгорания. Пористая среда за фронтом горения обладает существенно более лучшими фильтрационными характеристиками. Поэтому часть продуктов реакций фильтруется в сторону забоя скважины, что приводит к повышению давления на забое. В связи с этим закачку воды осуществляют также циклически. Нагнетание воды производят до полного потребления унитарного топлива на фронте горения, после чего процесс горения прекращается. По истечении периода тепловой релаксации призабойной зоны избыточное давление стравливают на забое скважины, извлекают скважинное оборудование и вводят скважину в эксплуатацию. Данная технология обработки призабойной зоны пласта обеспечивают сжигание унитарного топлива непосредственно на забое скважины и в призабойной зоне, существенное увеличение времени термогазохимического воздействия на призабойную зону и количества тепла и свободных окислительных агентов, вводимых в призабойную зону до момента охлаждения забоя скважины до начальной забойной температуры, выжигание асфальто-смолистых отложений во всех частях призабойной зоны пласта, в том числе и в части призабойной зоны, непосредственно примыкающей к забою скважины, увеличением протяженности предварительно прогретой зоны пласта, раскрытие естественных и создание новых микротрещин в призабойной зоне пласта.

Ниже приведен конкретный пример выполнения способа.

Эксперименты по термогазохимическому воздействию на призабойную зону пласта проводились на радиальной модели призабойной зоны. Модель представляла собой цилиндрический корпус с внутренним диаметром 300 мм, в центре которого находилась "скважина" с наружным диаметром 40 мм. В качестве нефтенасыщенной породы использовался кварцевый песок пористостью 33% и проницаемостью 7 мкм². Порода насыщалась дегазированной безводной нефтью плотностью 840 кг/м³ и вязкостью 4,1 мПа с. Начальное пластовое давление составляло 2 МПа, начальная забойная температура 18^оС.

Забой "скважины" и часть призабойной зоны пласта, непосредственно примыкающая к забою "скважины", предварительно разогревали до температуры около 250^оС. При нагревании происходило испарение легких фракций нефти. Неиспарившиеся углеводороды служили горючим при последующей закачке окислительной системы. При достижении на забое "скважины" заданной температуры начинали закачку водного раствора нитрата аммония 60%-ной концентрации.

При поступлении первой порции водного раствора нитрата аммония на забой "скважины" происходит термическое разложение нитрата аммония с выделением тепла и свободных окислительных агентов (О₂, N₂O, NO, NO₂), которые вступают в экзотермические химические реакции с неиспарившимся углеводородами. При термораспаде нитрата аммония наблюдался значительный рост давления и температуры на забое "скважины" в зависимости от увеличения темпа закачки окислительной системы.

Дальнейшая подача водного раствора нитрата аммония вызывала перемещение тепловой волны в глубь пласта и уменьшение температуры на забое "скважины" до начальной забойной температуры.

Для обеспечения устойчивого распространения процесса избыточное давление на забое "скважины" поддерживается на уровне около 0,5 МПа. При превышении заданного избыточного давления закачку прекращали и возобновляли только после того, как избыточное давление на забое "скважины" снижалось до заданного уровня.

Максимальная температура распространящейся по пласту волны горения превышала 300^оС.

Газообразные продукты химических реакций, отбиравшиеся на выходе из модели призабойной зоны, содержали в своем составе в среднем 87% азота, 11% двуокиси углерода и 2% окиси углерода.

В однородной по проницаемости модели призабойной зоны пласта тепловая волна распространяется по радиусу равномерно. Перемещение волны горения по призабойной зоне обеспечивало полное выжигание в ней остаточного нефтяного горючего.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ НЕФТЯНОГО ПЛАСТА, включающий разогрев призабойной зоны, нагнетание водного раствора унитарного топлива с положительным окислительным балансом и низко кипящими продуктами внутримолекулярного горения и выжигание асфальто-смолистых отложений, отличающийся тем, что нагнетание водного раствора унитарного топлива производят циклически, начиная закачку после достижения на забое скважины температуры воспламенения унитарного топлива и продолжая ее до момента превышения давления выше заданного, нагнетание осуществляют до прогрева призабойной зоны до температуры воспламенения унитарного топлива и полного выжигания асфальто-смолистых отложений в призабойной зоне и топлива на фронте горения, при этом одновременно с разогревом забоя скважины осуществляют закачку деасфальтирующего агента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водный раствор унитарного топлива до его закачки вводят водорастворимый катализатор.