СПОСОБ ДОБЫЧИ ВЯЗКОЙ НЕФТИ
VISCOUS OIL PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам разработки запасов вязкой и тяжелой нефти термохимическими методами.
Известен способ разработки нефтяных месторождений, включающий создание в пласте тепловой оторочки с целью нагрева призабойной зоны пласта до температуры окисления нефти с последующей закачкой смеси воды и воздуха (SU 329306, 1972).
Недостатками способа являются сложность в осуществлении, неприменимость в условиях глубокозалегающих пластов, неэффективность, связанная с быстрым прорывом газа к забою добывающих скважин.
Известен способ разработки нефтяного месторождения, включающий бурение дополнительных горизонтальных стволов между вертикальными добывающими скважинами, в одну из которых осуществляют закачку в пласт 18-50% раствора перекиси водорода со стабилизатором, в качестве которого используется крахмал, а в другую горизонтальную скважину подают 5% раствор перманганата натрия, после чего раствор пероксида водорода и перманганата натрия продавливают водой в пласт, после чего осуществляют технологическую выдержку, в ходе которой добывают нефть за счет давления продуктов реакции, после чего дополнительно вытесняют нефть путем закачивания в пласт воды (RU 2278250, 2006).
Известный способ имеет следующие недостатки: требует значительного дополнительного бурения, неприменим для добычи вязкой нефти, малоэффективен из-за значительного технологического перерыва.
Известен способ обработки призабойной зоны скважины на основе перекиси водорода: производят закачку 40-55% раствора пероксида водорода с добавкой вещества, оказывающего благотворное действие на пласт, причем закачивание осуществляют через катализатор, размешенный в фильтре на хвостовике насосно-компрессорных труб (заявка RU 2004100605, 2005).
Данный способ не позволяет применять его для добычи тяжелой и вязкой нефти, т.к. при разложении концентрированного раствора пероксида водорода образуется нагретая до высокой температуры водогазовая агрессивная смесь, которая быстро разрушит подземное оборудование и может оказать отрицательное влияние на устойчивость нижней части эксплуатационной колонны. Поэтому согласно данному способу в призабойную зону можно закачать только небольшой объем раствора пероксида водорода, что недостаточно для добычи нефти.
Также известен способ добычи вязкой нефти из геологических резервуаров с использованием пероксида водорода, согласно которому в пласт закачивается раствор пероксида водорода, в который вводят замедлитель (кислота), чтобы реагент достиг частей пласта, содержащих нефть (US 4867238, 1989).
Недостатками способа являются невозможность точного определения глубины, на которую необходимо доставить реагент, и неуправляемость процесса разложения реагента в пласте, т.к. растворение в кислоте железной окалины и компонентов породы может вызвать неконтролируемое разложение пероксида водорода.
Известен способ добычи вязкой нефти, включающий термохимическую обработку призабойной зоны скважины с использованием перекиси водорода, предусматривающий закачку в пласт раствора перекиси водорода и технологическую выдержку для распада перекиси водорода с последующим пуском скважины в эксплуатацию (Бейлин Дж.Х. Новая методика тепловой обработки призабойной зоны скважин с использованием перекиси водорода. - Нефтегазовые технологии, 1998, №5-6, с.52-54).
Применение термохимического метода позволяет создать источник тепла, необходимый для придания подвижности вязкой нефти, непосредственно в пласте и/или на забое скважины. За счет генерирования тепла непосредственно в пласте и/или на забое скважины значительно снижаются непроизводительные потери тепла в стволе скважины, исчезает необходимость в значительной поверхностной инфраструктуре (парогенераторах, подогревателях для воды и т.п.), что позволяет применять способ в условиях глубоко залегающих пластов и месторождений, интервалы которых включают многолетние мерзлотные породы.
Недостатком известного способа является недостаточная эффективность, обусловленная как длительной остановкой скважины на технологическую выдержку, так и отсутствием контроля за процессом разложения пероксида водорода.
Кроме того, как известно, в пласте и призабойной зоне пласта содержится большое количество твердых веществ (минералов, железной окалины и т.п.) природного и техногенного происхождения, являющихся эффективными катализаторами разложения пероксида водорода. Остаточная нефть может легко вступать в реакцию с пероксидом водорода и кислородом с выделением большого количества тепла. Так как нет точной информации о составе минералов и веществ на забое и в призабойной зоне пласта, то процессы разложения пероксида водорода и реакция окисления нефти являются неуправляемыми и их неконтролируемое развитие может привести к серьезным осложнениям при добыче нефти. Высокоэкзотермические процессы разложения пероксида водорода и окисления нефти могут привести в условиях ограниченного теплоотвода к поджигу пласта, что недопустимо.
Более близким к изобретению является способ термического воздействия на нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты с высоковязкой и тяжелой нефтью (RU 2447276, 2012). Согласно данному способу рабочий агент - парогазокаталитическую смесь, образованную при сжигании в каталитическом реакторе жидкой или газообразной углеродсодержащей топливной смеси за счет экзотермической реакции каталитического беспламенного окисления жидких или газообразных углеродсодержащих топливных смесей, подают под давлением в нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты. Полученный при этом продукт смешивают с обогатительной смесью, содержащей катализатор для обеспечения внутрипластового термопарогазокаталитического воздействия на продуктивный пласт. Жидкая топливная смесь состоит предпочтительно из воды, метанола и перекиси водорода, при этом в качестве обогатительной смеси для получения рабочего агента используют газообразную смесь, включающую углекислый газ и азот. Газообразная топливная смесь состоит предпочтительно из метана и воздуха, при этом в качестве обогатительной смеси для получения рабочего агента используют смесь, включающую воду, азот и углекислый газ. Катализатор для обеспечения внутрипластового термопарогазокаталитического воздействия на продуктивный пласт содержит наноразмерные частицы предпочтительно благородных металлов или оксидов переходных металлов, выбранных из группы, включающей золото, платину, палладий, серебро, рутений, медь, кобальт, железо, марганец, кадмий, никель, ванадий или их комбинации.
Недостатки указанного способа заключаются в следующем. Способ требует использования сложного подземного и надземного оборудования, подачи с поверхности большого объема дорогостоящих реагентов, газов и жидкостей, включая наночастицы благородных металлов или оксидов металлов. Осуществление способа получения термопарогазокаталитического флюида приводит к разрушению прискважинной зоны пласта и самой скважины из-за высокой температуры, т.е. происходит создание аварийной ситуации. Окислительные процессы в генераторе сопровождаются образованием сажи, способной полностью прекратить поступление флюидов в пласт, что наблюдается при работе всех забойных парогазогенераторов с использованием процессов горения. Образующийся флюид содержит в своем составе много азота (инертной составляющей воздуха), что приводит к преждевременному прорыву флюида к добывающим скважинам и снижению эффекта от воздействия. Высокие затраты на оборудование и реагенты, непродолжительность воздействия при применении способа не позволяют достичь эффективности при добыче вязкой нефти.
Задачей изобретения является разработка способа добычи вязкой нефти, обеспечивающего повышение эффективности добычи вязкой нефти.
Поставленная задача достигается тем, что в способе добычи вязкой нефти предварительно в призабойную зону пласта для формирования на забое катализаторной подушки с проницаемостью не ниже проницаемости призабойной зоны пласта закачивают глинистый буровой шлам, содержащий глинистые частицы - катализатор разложения пероксида водорода и частицы песка, обеспечивающие проницаемость катализаторной подушки, или суспензию смеси катализатора разложения пероксида водорода - порошка оксидов двух-, трех- и четырехвалентного металла и песка или пропанта, затем последовательно производят закачку в пласт 10-40%-ного (масс.) раствора пероксида водорода, буфера воды и раствора неионогенного поверхностно-активного вещества - деэмульгатора, после чего осуществляют подачу воды из системы поддержания пластового давления и откачку нефти.
Достигаемый технический результат заключается в том, что создание катализаторной подушки обеспечивает разделение экзотермических процессов разложения пероксида водорода и окисления нефти, при этом процесс разложения пероксида водорода локализуется в призабойной зоне пласта, вследствие чего процесс окисления нефти происходит в удаленной от прискважинной зоны пласта области и/или непосредственно в пласте.
Способ осуществляют следующим образом.
Предварительно в ближайшую к забою область прискважинной зоны пласта закачивают порошкообразный катализатор в виде водной суспензии для создания на забое катализаторной подушки. После чего производят закачку в пласт 10-40%-ного (масс.) раствора пероксида водорода. Сформированная катализаторная подушка быстро и эффективно разлагает пероксид водорода. При этом образующееся тепло и водогазовая смесь будут продвигаться в пласт в результате поступления в область с твердым катализатором новых доз раствора пероксида водорода и затем воды. Температуру образующейся в призабойной зоне пласта водогазовой смеси можно регулировать, меняя концентрацию пероксида водорода.
После закачки пероксида водорода производят закачку буфера воды и раствора деэмульгатора, а затем осуществляют подачу воды из системы поддержания пластового давления и добычу нефти из нефтяных скважин.
В качестве катализатора можно использовать глинистый буровой шлам, полученный в результате разбуривания интервалов глинистых пород. Буровой шлам содержит кроме глинистых частиц, обладающих каталитическим воздействием на процесс разложения пероксида водорода, еще и частицы песка, обеспечивающие проницаемость катализаторной подушки для воды, газов и раствора пероксида водорода.
Эффективными катализаторами разложения пероксида водорода являются, например, пиролюзит (оксид марганца IV), являющийся отходом витаминной промышленности, а также оксиды двух-, трех- и четырехвалентного железа.
Катализаторная подушка должна обладать не только высокой эффективностью для разложения пероксида водорода, но и высокой проницаемостью, чтобы закачивание состава в пласт происходило с большой скоростью, что обеспечивается хорошей проницаемостью катализаторной подушки. Проницаемость катализаторной подушки должна быть не ниже средней проницаемости призабойной зоны пласта. Для того чтобы получить катализаторную подушку необходимой проницаемости, к ней добавляют песок или пропант для обеспечения требуемой проницаемости.
Порошкообразный катализатор в смеси с песком или пропантом закачивается в призабойную зону в виде суспензии в закачиваемой воде.
Целесообразно использовать технический пероксид водорода с концентрацией не выше 50% масс. Использование более концентрированного раствора не рекомендуется по соображениям безопасности. Для закачивания используют раствор пероксида водорода с концентрацией от 10 до 40% (масс.), которые готовят из более концентрированных растворов путем разбавления водой, не содержащей солей тяжелых металлов.
Используемый в заявляемом изобретении реагент - пероксид водорода - является высокореакционным соединением, способным быстро разлагаться с выделением большого количества тепла и кислорода, который является эффективным окислителем. Опыт исследований показывает, что многие вещества и особенно твердые поверхности являются эффективными катализаторами экзотермического разложения пероксида водорода. Кислород является высокоэффективным окислителем нефти, причем реакция сопровождается большим выделением тепла (70-100 ккал/моль поглощенного кислорода).
В пласте и призабойной зоне пласта содержится большое количество твердых веществ (минералов, железной окалины и т.п.) природного и техногенного происхождения, являющихся эффективными катализаторами разложения пероксида водорода. Остаточная нефть может легко вступать в реакцию с пероксидом водорода и кислородом с выделением большого количества тепла. Так как невозможно точно знать состав минералов и веществ на забое и в призабойной зоне пласта, то процессы разложения пероксида водорода и реакция окисления нефти являются неуправляемыми, их неконтролируемое развитие может привести к серьезным осложнениям при добыче нефти. Высокоэкзотермические процессы разложения пероксида водорода и окисления нефти могут привести в условиях ограниченного теплоотвода к поджигу пласта, что недопустимо.
Разделение процессов разложения пероксида водорода и окисления нефти делает процесс воздействия регулируемым и управляемым, позволяет избежать чрезмерного разогрева призабойной зоны пласта и связанных с этим процессов разрушения породы и повреждения подземного оборудования. Перегрев призабойной зоны будет также приводить к непроизводительной потери тепла в выше и ниже лежащие интервалы пласта, не содержащие нефти.
Основным продуктом окисления нефти являются органические кислоты, являющиеся эффективными эмульгаторами для обратных эмульсий. Образование стабильных обратных эмульсий вызывает осложнения при добыче нефти, связанные со снижением приемистости нагнетательных скважин, ухудшению охвата пласта заводнением, что отрицательно скажется на эффективности процесса вытеснения нефти из пласта.
Закачка в пласт раствора деэмульгатора после раствора пероксида водорода способствует разрушению обратных эмульсий в пласте. В качестве деэмульгатора могут быть использованы неионогенные водорастворимые поверхностно активные вещества типа Неонол АФ9-12, Нефтенол МЛ, Нефтенол ВВД, поверхностно-активное вещество «Нежеголь» и другие.
Буфер воды, закачиваемый перед раствором деэмульгатора, обеспечивает охлаждение призабойной зоны и, таким образом, предотвращает разрушение эмульгатора.
Использование совокупности описываемых признаков приводит к неожиданному результату - увеличению глубины проникновения окислителя в пласт, что обеспечивает увеличение глубины обработки и позволяет процессу окисления нефти протекать в удаленной от прискважинной зоны пласта области и/или непосредственно в пласте и, как следствие, приводит к повышению степени извлечения вязкой нефти.
В нижеприведенной таблице 1 приведена оценка температуры водогазовой смеси, поступающей в пласт после полного разложения пероксида водорода. Оценка была проведена исходя из теплового эффекта реакции разложения, равного 22,6 ккал/моль, средней теплоемкости реакционной смеси 1 кал/г·К и исходной температуры раствора, равной 20°C.
Таблица 1
Концентрация пероксида водорода, % масс.
Температура водогазовой смеси, °C
5
53
10
86
15
120
20
153
25
186
30
219
35
253
40
286
50
314
При концентрации пероксида водорода, равной и выше 10% масс., температура смеси достаточна для начала самопроизвольной реакции автоокисления нефти кислородом, которая сопровождается выделением 70-100 ккал/моль поглощенного кислорода. При концентрации пероксида водорода выше 40% масс. достигается температура, при которой уже начинается термический крекинг углеводородов нефти.
Тепло, выделившееся в ходе реакции автоокисления остаточной нефти, позволит поддерживать высокую температуры воды и компенсировать потери тепла в выше и нижележащие горизонты, а также нагрев породы коллектора и пластовых флюидов.
Для продвижения тепловой оторочки в пласте и для более полного использования тепла процесса в пласт закачивают воду из системы поддержания пластового давления.
Сущность способа иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Проницаемость катализаторной подушки определяют экспериментально. Первоначально определяют проницаемость для воды пласта в зоне воздействия путем использования кернового материала месторождения.
2
3
Затем выбранный катализатор (например, FeO) смешивают в различных весовых отношениях с выбранным для этого песком или пропантом, набивают этой смесью корпуса моделей пласта, насыщают водой и измеряют проницаемость по воде стандартными методами. Затем по результатам исследования выбирают состав, имеющий проницаемость выше, чем проницаемость призабойной зоны пласта.
Полученные при этом данные приведены в таблице 2.
2
Средняя проницаемость призабойной зоны пласта месторождения составляет 0,85 мкм. Приведенные ниже данные показывают, что для создания катализаторной подушки может быть использована смесь, состоящая из 30% масс. катализатора и 70% масс. речного песка фракции менее 0,5 мм.
Таблица 2
Наименование
Состав смеси, % масс
Проницаемость по воде, мкм<sup>2</sup>
Катализатор
Речной песок фракции менее 0,5 мм
Смесь катализатора и песка
0
100
10,2
20
80
2,4
30
70
1,5
40
60
0,67
Средняя проницаемость призабойной зоны месторождения
0,85
Пример 2.
3
3
В пласт с вязкой нефтью закачивают 15 т 10%-ной (масс.) суспензии глинистого бурового шлама для создания катализаторной подушки и буфер воды. После этого в скважину закачивают 600 т 30%-ного (масс.) пероксида водорода и затем закачивают буфер из 100 м воды из системы поддержания пластового давления (ППД), 100 м 0,1%-ного (масс.) раствора Неонола АФ9-12 в закачиваемой воде и продолжают закачивать воду из системы поддержания пластовой воды. Из добывающих скважин участка добывают нефть. В результате воздействия добывают 9720 т нефти. Технологическая эффективность составляет 54 т нефти на 1 т 100%-ного пероксида водорода.
Пример 3
3
3
В пласт с вязкой нефтью закачивают 20 т суспензии, содержащей 5% масс. реагента ЖС-7 (порошок оксида трехвалентного железа) и 5% масс. речного песка фракции менее 0,5 мм, для создания в призабойной зоне пласта слоя твердого катализатора и буфер воды. После этого в скважину закачивают 700 т 30%-ного (масс.) пероксида водорода и затем закачивают буфер из 100 м воды из системы поддержания пластового давления (ППД), 100 м 0,1%-ного (масс.) раствора Нефтенола ВВД в закачиваемой воде и продолжают закачивать воду из системы поддержания пластовой воды. Из добывающих скважин участка добывают нефть. В результате воздействия добывают 11500 т нефти. Технологическая эффективность составляет 54,7 т нефти на 1 т 100% масс. пероксида водорода.
Пример 4
3
3
В пласт с вязкой нефтью закачивают 20 т суспензии, содержащей 5% реагента ЖС-7 (порошок оксида трехвалентного железа) и 5% речного песка фракции менее 0,5 мм, для создания в призабойной зоне пласта слоя твердого катализатора и буфер воды. После этого в скважину закачивают 800 т 30%-ного (масс.) пероксида водорода и затем закачивают буфер из 100 м воды из системы поддержания пластового давления (ППД), 100 м 0,1%-ного (масс.) раствора Неонола АФ9-12 в закачиваемой воде и продолжают закачивать воду из системы поддержания пластовой воды. Из добывающих скважин участка добывают нефть. В результате воздействия добывают 12600 т нефти. Технологическая эффективность составляет 52,5 т нефти на 1 т 100% пероксида водорода.
По известному способу технологическая эффективность составляет 4 т нефти на 1 т реагентов.
Таким образом, по сравнению с известным заявляемый способ имеет более высокую эффективность.
Применение предлагаемого способа позволяет разрабатывать запасы вязкой и тяжелой нефти из глубокозалегающих пластов, т.е. в тех случаях, когда традиционные тепловые методы, основанные на подаче теплоносителей с поверхности, неэффективны.