Способ разработки керогенсодержащих пластов баженовской свиты внутрипластовым горением с вводом дополнительного топлива
METHOD FOR DEVELOPMENT OF KEROGEN-CONTAINING BEDS OF BAZHENOV FORMATION BY INTRA-FORMATIONAL COMBUSTION WITH INTRODUCTION OF ADDITIONAL FUEL

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к добыче керогенсодержащей нефти внутрипластовым горением с вводом дополнительного топлива. Способ разработки керогенсодержащих месторождений включает создание в дренируемой части пласта, содержащей легкую (маловязкую) нефть, области высокотемпературного окисления путем закачки в пласт смеси легкой нефти и нафталина.
Известен способ разработки нефтяной залежи, содержащей легкую (маловязкую) нефть, с применением внутрипластового горения, включающий закачку газовоздушной смеси, инициирование горения в призабойной зоне нагнетательной скважины с помощью электрозапала. Недостатком данного способа является применение его на относительно небольших глубинах [Оганов К.А., Бернштейн A.M. Результаты опытных работ по созданию внутрипластового очага горения на Сходницком месторождении. Нефтяное хозяйство, 1976, №9, с. 36-39].
Наиболее близким к предлагаемому является способ комбинированного воздействия на пласт, который применим для залежей с легкой (маловязкой) нефтью. Способ предусматривает на первом этапе создание высокотемпературной зоны вокруг нагнетательной скважины (в данном случае под действием внутрипластового горения) и на втором этапе - нагнетание воды (при нормальной температуре) для перемещения тепла в глубь пласта и охвата его воздействием [Оганов К.А., Бернштейн A.M. Результаты опытных работ по созданию внутрипластового очага горения на Сходницком месторождении. Нефтяное хозяйство, 1976, №9, с. 36-39]. Недостатком данного способа является применение искусственного инициирования процесса окисления, что возможно только на относительно небольших глубинах залегания пласта.
Продуктивные отложения баженовской свиты считаются нефтематеринскими и представлены, в основном, переслаиванием двух литологических типов коллекторов: кероген-глинисто-кремнистых пород - баженитов, занимающих обычно основную долю толщины пласта, и трещиноватых глинистых известняков (см. на сайте Высшей аттестационной комиссии (ВАК) автореферат кандидатской диссертации Вертиевец Ю.А. "Геологическое обоснование освоения трудноизвлекаемых запасов нефти кероген-глинисто-силицитовых пород баженовской свиты района Красноленинского свода", 2011 г., с. 13 и 14).
Бажениты характеризуются тем, что содержат углеводороды в двух различных формах. Во-первых, в виде легкой маловязкой нефти в пустотном пространстве. Во-вторых, в виде керогена - одной из породообразующих составляющих коллектора, соответствующей промежуточной стадии преобразования органического вещества и обладающей нефтегенерирующей способностью. Глубина залегания пластов баженовской свиты составляет 3000 м, поэтому нет возможности для искусственного инициирования процесса горения из-за большой глубины залегания пластов баженовской свиты.
Задачей изобретения является повышение нефтеотдачи пласта путем вовлечения в разработку керогенсодержащих участков пласта баженовской свиты.
Указанная задача решается предлагаемым способом разработки нефтяной залежи с применением внутрипластового горения, включающем закачку смеси легкой нефти и нафталина, затем инициирование горения в призабойной зоне нагнетательной скважины с помощью закачки через нее окислителя - воздуха, вовлечение в разработку керогенсодержащих пластов и отбор продукции через добывающие скважины.
Новым является то, что в пласт до инициирования горения закачивают смесь легкой нефти и нафталина.
10
8
3
Нафталин (CH) характеризуется как твердое кристаллическое вещество с характерным запахом. В воде не растворяется, но хорошо растворим в бензоле, эфире, спирте, хлороформе. Нафталин имеет плотность 1,14 г/см, температура плавления 80,26°C, температура кипения 217,7°C, температура самовоспламенения 525°C (Википедия).
Лабораторные исследования показали, что добавка смеси легкой нефти и нафталина перед инициированием внутрипластового горения позволяет значительно повысить содержание смолисто-асфальтеновых веществ в пластовой нефти, соответственно увеличить плотность и вязкость нефти, сформировать необходимое количество топлива для создания фронта горения в дренируемой части пласта баженовской свиты. В результате воздействия тепла на керогенсодержащие породы появляется сеть трещин, происходит преобразование органического вещества в синтетическую нефть, а кероген, содержащийся в породе, постепенно окисляется и самовозгорается и в дальнейшем служит источником топлива для поддержания процесса горения.
Существенными признаками способа являются:
1. Создание области высокотемпературного окисления в пласте, содержащем легкую нефть.
2. Окисление легкой нефти в результате воздействия кислородом воздуха.
3. Ввод дополнительного топлива для создания фронта горения.
4. Использование в виде дополнительного топлива для создания фронта горения смеси легкой нефти и нафталина.
5. Самопроизвольное инициирование окислительных процессов в результате подачи воздуха.
Признаки 1-3 являются общими с прототипом существенными признаками, а признаки 4,5 - отличительными существенными признаками изобретения.
Осуществление способа.
Предложенный способ в промысловых условиях осуществляется следующим образом: создается смесь легкой нефти, добытой из пластов баженовской свиты, и нафталина с концентрацией 16% масс., смесь закачивается в пласт.
Для приготовления смеси легкой нефти с нафталином может быть использовано любое оборудование, обеспечивающее их регулируемое смешение (цементировочные агрегаты ЦА-320, технологические емкости растворных узлов, снабженные необходимой обвязкой и оборудованные насосами и т.д.) или другое имеющееся аналогичное оборудование, используемое для приготовления растворов.
Первоначально необходимо отмерить точное количество нафталина и нефти в строго определенном весовом соотношении. Заполнить нефтью емкость агрегата и при непрерывном перемешивании с помощью дозирующего устройства ввести нафталин. Для обеспечения тщательного распределения нафталина в объеме смеси произвести 2-3 цикла смешения по круговой циркуляции "емкость - насос - емкость - насос".
После приготовления смеси производят ее закачку непосредственно в пласт и переходят к инициированию процесса горения, осуществляемого закачкой окислителя (воздуха), далее - к другим общеизвестным операциям, используемым при применении способа внутрипластового горения.
3
Необходимым условием для формирования фронта горения нефти в пористой среде является предварительный нагрев среды до температуры горения. Если нефть легкая и в своем составе содержит компоненты, испаряющиеся при сравнительно невысокой температуре, то при нагреве пласта до температуры воспламенения тяжелых фракций нефти основная часть ее испаряется, уносится газами горения в глубь пласта и на породе может отложиться количество кокса, недостаточное для поддержания процесса горения. В этом случае созданный в призабойной зоне пласта фронт горения затухает. Следовательно, для поддержания процесса горения в нефтяном пласте на породе непосредственно перед фронтом горения необходимо сформировать отложение минимального количества топлива, которое согласно результатам лабораторных экспериментов, проведенных на моделях пластов, составляет ~12-14 кг/м нефтенасыщенной породы (Амелин И.Д. Внутрипластовое горение).
3
3
Нефть баженовской свиты характеризуется как особо легкая и имеет плотность 819 кг/м в поверхностных условиях. На основании оценочной зависимости по Вёльбиру ( R. Theoretische Betrachtungen  bei  Teilverbrennung anhand eines Rechenmodelle fur ein lineares System. Erdoel-Erdgas Zts. 1965, 81, №11) концентрация остаточного топлива для обеспечения процесса внутрипластового горения в пластах баженовской свиты составляет ~8 кг/м породы (фиг. 1).
Механизм процессов, происходящих в пласте при осуществлении предлагаемого способа, можно представить следующим образом. На первом этапе происходит закачка смеси легкой нефти и нафталина и осуществляется подача воздуха. В процессе закачки воздуха в пласте начинают протекать реакции конденсации и полимеризации ароматических и нафтеновых углеводородов, в результате которых формируется топливо, состоящее из кокса, асфальтенов и смол. Нафталин (ароматическое соединение), добавленный в нефть, также вступает в реакцию присоединения с кислородом и образует высокомолекулярные гетероциклические вещества, представляющие топливо. Таким образом, участие нафталина в формировании топлива ускоряет преобразование легкой нефти в тяжелую, увеличивая ее плотность и вязкость. Дальнейшая закачка воздуха приводит к воспламенению топлива и созданию фронта горения. На втором этапе в результате воздействия тепла на керогенсодержащие породы появляется сеть трещин, происходит преобразование органического вещества в синтетическую нефть, а кероген, содержащийся в породе, постепенно окисляется и самовозгорается. В дальнейшем кероген служит источником топлива для поддержания процесса горения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 - Зависимость концентрации остаточного топлива от плотности исходной нефти по Вёльбиру.
Фиг. 2 - Схема установки по исследованию окислительных процессов на термохимическом реакторе.
Фиг. 3 - Зависимость тепловыделения от температуры образцов нефти и смеси нефти с нафталином до и после окисления в реакторе.
Опыты по определению эффективности предлагаемого способа проводились на специальной установке, состоящей из термохимического реактора, блока подачи газов и системы отвода газообразных продуктов горения (фиг. 2). Перед проведением опыта в реактор загружался исследуемый образец (нефть или смесь нефти с нафталином), система опрессовывалась и создавались условия для проведения эксперимента, приближенные к пластовым.
Эксперименты по исследованию процесса образования топлива в области низкотемпературного окисления в результате присоединения кислорода к углеводородным компонентам нефти проводились в проточном изотермическом режиме при температуре 110°C в течение 8 часов. Концентрация нафталина выбиралась из диапазона его растворимости в нефти баженовской свиты и ограничивалась пределом растворимости, соответствующей 19% масс. В результате проведения четырех опытов (один с нефтью и три со смесью нефти и нафталина) была получена окисленная нефть с различной плотностью.
В соответствии с фиг. 1 оценочная концентрация топлива растет с увеличением содержания нафталина в нефти баженовской свиты в результате повышения плотности окисляемой нефти. Рекомендуемая концентрация для добавки нафталина в нефть составляет 16% масс., тогда на момент закачки смесь нефти с нафталином будет обладать подвижностью.
На дифференциальном сканирующем калориметре высокого давления было определено количество выделившейся теплоты в процессе линейного нагрева со скоростью 10°C/мин образцов нефти и смеси нефти с нафталином до и после экспериментов на реакторе (фиг. 3). Согласно полученным результатам в процессе окисления нефти с добавкой нафталина от 1% до 19% снижается температура самовозгорания и увеличивается температура фронта горения.