Способ разработки нефтяной залежи

(19) ( 55 Е 21 В 43/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН тносится к термохимичебычи нефти и может быть нефтедобывающей про(Я ЬЭ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР; ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56)Мейнцер Г.Я. Обзор патентов по термическим способам добычи нефти, М,;ВНИИОЭНГ, 1970, с,22-23,(54)СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ(57)Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Цель изобретения -увеличение нефтеотдачи пласта за счет поИзобретение оским способам доиспользовано вмышленности.Целью изобретения является повышение нефтеотдачи пласта за счет увеличения эффективности термохимического воздействия,Способ осуществляют следующим образом.Предварительно прогревают призабойную 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 злектроспиралью, на которую подается электрический ток для воспламенения шашки, установленной в нагнетательной скважине в интервале пласта), Затем созданную тепловую оторочку провышения. 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 способа коэффициент вытеснения превышает 90. 1 з.п.ф-лы,двигают 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 объем 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 эакачиваться также в виде раствора или эмульсии. Созданные в пласте тепловую оторочку и совокупность разделенных буферной жидкостью оторочек унитарного топлива с положительным окислительнцм балансом продвигают по пластупутем 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 вязкости углеводородов(пластовых или образующих иэ 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 происходют 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 углеродсодержащими материалами, увеличивает протяженность тепловой оторочки и длительность термогазохимического воздействия на пласт и ниэкопроницаемые продуктивные зоны, способствует проникновению продуктов внутримолекулярного горения унитарного топлива в низкопроницаемые эоны и перетеканию флюидов иэ низкопроницаемых эон в высокопроницаемые, увеличивает проницаемость пласта, уменьшает неравномерность термохимиче 55 проницаемость продуктивного слоя увеличивается по крайней мере в несколько раз ион становится подготовленным для разработки. После этого водоносный (нефтеносный) слой изолируют путем закачки в негозакупоривающего агента (например раствоского воздействия на пласт, После окончания сжигания первой оторочки унитарного топлива противоточный режим горения и генерация свободных окислительных аген тов ликвидируются и с помощью оторочкибуферной жидкости производится перемещение тепловой оторочки по пласту и возврат из окружающих пород части тепла, ушедшего в них из нагретой эоны пласта.10 При этом в отсутствие свободных окислительных агентов прекращается горение и остаточного углеродсодержащего горючего.Затем описанные процессы в пласте повторяются столько раэ, сколько было создано 15 оторочек унитарного топлива. Выделяющееся эа счет внутримолекулярного горения унитарного топлива количество тепловой и потенциальной энергии, свободных окислительных агентов и агентов, повышающих по движность углеводородов и проницаемостьпласта, а следовательно, максимальную температуру и протяженность тепловой оторочки, длительность термогазохимического воздействия на пласт и низкопроницаемые 25 продуктивные зоны, степень растрескивания породы и увеличения ее проницаемости, глубину проникновения продуктов сгорания в ниэкопроницаемые зоны регулируют путем выбора конкретного химиче ского состава, закачанного количества иконцентрации унитарного топлива в оторочках.В случае разработки залежи высоковязких или твердых углеродсодержащих мате риалов, подстилаемых водой или маловязкойнефтью, сначала прогревают тепловыми оторочками водоносный (нефтеносный) слой, При этом одновременно осуществляется воздействие теплом и расширяющимися 40 продуктами сгорания унитарного топлива,содержащими свободные окислительные агенты и агенты, повышающие подвижность углеводородов и проницаемость пласта, на вышележащий продуктивный слой. Угле родсодержащие материалы в нем частичноподвергаются термическому разложению и окислению, приобретают подвижность и в результате термического расширения флюидов и вмещающих пород, растрескивания 50 пород, а также под действием гравитационных, гидродинамических и капиллярных силчастично перетекают в водоносный (нефтеносный) слой, откуда извлекаются черездобывающие скважины, Вследствие .этого5 10 ского воздействия 20 25 30 35 40 45 50 55 ра хлористого кальция и жидкого стекла) и переходят к послойной разработке продуктивного горизонта предлагаемым способом.При разработке неоднородной по проницаемости мощной залежи углеродсодержащих материалов термогаэохимическое 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 скважинное 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, Ми- нимальный объем закачки буферной жидкости в каждой оторочке ограничивается требованиями недохождения зоны проти-. воточного горения до нагнетательной скважины и значительного снижения пластового давления и максимальной температуры тепловой оторочки по окончании те рмохимических превращений унитарного топлива в предшествующей оторочке тойли- ва,Минимальное число циклов закачки топлива и буферной жидкости два.1 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 термогазохимичеКроме 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, пероксид водорода, тетранитрометан, гексанитроэтан, мононитрат гидразина, динитрат гидразина, нитроформиат гидразина, моноперхлорат гидразина, диперхлорат гидразинаидр,При термохимческих превращениях унитарных топлив с положительным окис- лительным 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 превышает количество окислительных агентов, необходимое для полного окисления внут; римолекулярных горючих компонентов. Например. термохимическое превращение хлората аммония, начинающегося при тем- пературах около 100 С, происходит согласно суммарному уравнению ЙН 4 С 10 э - 02+ - С 2 + - М+ 2 Н 20+1 1 12 2 2+212 Дж/моль (2080 к Дж/кг).активными продуктами сгорания являютсясвободные кислород и хлор, температуравнутримолекулярного 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 реакцияЙ Н 4 О 04- 02 + - О 2 + - Иго + 2 Н 20 +3 1 14 2 2+147 к Дж/моль (1260 кДж/кг),а при температурах выше 350 С осуществляется реакцияЙ Н 4 С 104-Ф - 02 + - О 2 + - Йг 0 +51 1 180 4 5+ - Н 20 +142 кДж/моль (1210 кДж/кг),158Температура продуктов сгорания перхлората аммония близка к 1100 С.Термохимическое превращение перхлората гидроксиламмония начинается при 180 С и суммарная реакция имеет видЙНзОН С 04-ъ 02 + - йг + НС 1+7 1- Н 20 + 177 кДж/моль(1330 кДж/кг).32Температура внутримолекулярного горения перхлората гидроксиламмония составляет = 1100 С.Экзотермическое превращение иодата аммония начинается приблизительно при 150 С и суммарная реакция подчиняется уравнениюИН 410 з" - Ог+ - Йг+ 2 Н 20+ - 121 1 1 2 2 2 + 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 ОС, имеет видМНаВгоз" - 02+ - йг+ 2 Н 20+ - Вгг+1 11 2 2 2 + 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 Й Н 4 ЙОз-йго + 2 Н 20 ++ 37 кДж/моль (460 кДж/кг).частично в этом температурном интервалеидет реакция5МНайОз 2 02+ Иг+ 2 Н 20 +1+ 119 кДж/моль (1490 кДж/кг),а при температурах выше 280 С последняя10 реакция является основной. Температуравнутримолекулярного горения нитрата аммония близка к 1000 С,Интенсивное саморазложение пероксида водорода 100-ной концентрации идет15 притемпературахвыше 151 Ссогласносуммарному уравнениюНгог- - 02+ Н 20 +120 + 54 кДж/моль (1590 кДж/кг).Температура продуктов сгорания пероксида водорода 100-ной концентрациисоставляет 1000 С,Термохимическое превращение тетра нитрометана начинается при температурахвыше 127 С и суммарная реакция горенияимеет видС(Мог)4 302+ С 02+ 2 йг+30 + 431 кДж/моль (2200 кДж/кг),Температура продуктов сгорания тетранитрометана 100 о -ной концентрации близка к 2200 С.Интенсивное саморазложение гекса нитроэтана происходит при температурахвыше 150 С и суммарная высокотемпературная реакция имеет видСг(й 02)б+ 2 С 02+ 3 чг+40 + 908 кДж/моль (3020 кДж/кг).Температура внутримолекулярногогорения гексанитроэтана составляет=2700 С.Суммарная высокотемпературная реак 45 ция превращения мононитрата гидразина,начинающегося при температурах выше140 С, подчиняется уравнениюйгна НИОз Ог+ йг+ НгО+1 3 5+ 355 кДж/моль (3730 кДж/кг).Температура внутримолекулярного горения мононитрата гидразина составляет 55 2400 С.Термохимическое превращение динитрата гидразина начинается при температурах выше 80 С и суммарная реакция горения имеет вид+ 261 кДж/моль (1660 Кдж/кг).Температура продуктов сгорания динитрата гидразина близка к 1100 С,Суммарная высокотемпературная реакция превращения нитроформита гидразина, начинающегося при температурах выше 75 С, подчиняется уравнению 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Й 2 Н 4 ЙС(Й 02)з- 02 + С 02 + - Й 2 +3 5+ - Н 20 + 926 кДж/моль (5060 кДж/кг).52Температура внутримолекулярного горения нитроформита гидразина приблизительно составляет 3500 С,Термохимическое превращение моноперхлората гидразина начинается при температурах выше 145 С и суммарная высокотемпературная реакция имеет вид Й 2 Н 4 2 НС 104 ь - 02 + - С 2 + й 2 +31 512 6+ 423 кДж/моль (1810 кДж/кг).Температура продуктов сгорания диперхлората 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 объем продуктов сгорания, приведенный к нормальным условиям, на несколько порядков превышает объем сгоревшего конденсированного унитарного топлива. П озтому и родукты сгорания унитарных топлив обладают большой потенциальной энергией и, следовательно, большой п роникающей способностью. При этом продукты сгорания унитарныхтоплив повышают подвижность углеводородов (пластовых или образующихся из углеродсодержащих материалов) эа счет, теплового Й 2 Н 4 НС 04-02 + И 2 + НС + 2 Н 20 + + 399 кДж/моль (3010 кДж/кг).Температура продуктов сгорания мо. ноперхлората гидразина составляет =2200 С.Термохимическое превращение диперхлората гидразина начинается при температурах выше 100 С и суммарная реакция горения подчиняется уравнению 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 иэ 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 иэ нагретой эоны пласта в окружающие породы.Предлагаемый способ разработки был реализован на трубной модели нефтяного пласта длиной 1800 и диаметром 95 мм. В экспериментах использовали легкук маловязкую нефть, плотностью 870 кг/м и вязкостью 0,017 Па с при нормальных условиях), в качестве породы применяли кварцевый песок пористость 38 О/ проницаемость 7 мкм ). Нефтенасыщенность пласта составляла 80, остальную часть порогового объема занимал воздух. Начальную пластовую температуру выбирали 18 С, пластовое давление 2 МПа, В качестве унитарного топлива с положительным окислительным балансом и ниэкокипящими продуктами внутримолекулярного горения испольэовали нитрат аммония в виде водных растворов 60-ной концентрации. После заполнения трубной модели нефтепесчаной смесью производили прогрев начального участка пласта длиной = 150 мм до температуры около 200 С, Затем в пласт последовательно закачивали небольшой объем буферной жидкости - нефти (отношение объемов буферной жидкости и пластовой нефти составляло величину около 0,02),1652518 12 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 противоточного горения,Составитель А, СоломатинРедактор Ю. Середа Техред М,Моргентал Корректор С. Черни Заказ 1754 Тираж 371,ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 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 раэ 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 20 горения остаточного нефтяного горючего составила приблизительно 330 С. Коэффициент вытеснения нефти превысил 90 о ,Данная технология позволяет эффективно разрабатывать залежи углеродсодержа щих материалов в условиях значительного проявления гравитационных эффектов, коллекторы высоковязких и твердых углеродводержащих материалов, подстилаемых водой или маловязкой нефтью. 30Предлагаемый способ позволит эффективно разрабатывать глубокозалегающие пласты углеродсодержащих материалов, которые включают значительную долю горючих ископаемых в нашей стране и 35 которые пока вообще не разрабатываются 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, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения нефтеотдачи пласта за счет увеличения эффективности термохимического воздействия, в нагнетательную скважину последовательно эакачивают буферную жидкость и водный раствор агента, в качестве которого используют унитарное топливо с положительным окислительным балансом и ниэкокипящими продуктами внутримолекулярного горения, причем до начала закачки буферной жидкости и унитарного топлива призабойную зону пласта прогревают до температуры, превышающей температуру воспламенения уни; тарного топлива.2.Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что после закачки буферной жидкости и унитарного топлива в нагнетательную скважину закачивают воду.