СПОСОБ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ
METHOD FOR PRODUCING HYDROCARBONS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано, в частности, при добыче углеводородов, например, из нефтяных залежей, газонефтяных залежей, нефтегазовых залежей, газоконденсатных залежей, нефтегазоконденсатных залежей, газоконденсатно-нефтяных залежей, газовых залежей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
2
2
Известна закачка негорючих газов (таких, как азот, диоксид углерода, отходящие газы и тому подобных) в залежи углеводородов для повышения эффективности добычи содержащего углеводороды флюида. Вместе с тем закачка негорючего газа в залежи углеводородов неразрывно связана со значительным повышением концентрации негорючего газа в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида /см. Балинт В., Бан А., Долешал Ш. И др. Применение углекислого газа в добыче нефти. М.: Недра, 1977, с. 221, с. 232; Schedel R.L. EOR+CO=A gas processing challenge. // Oil and Gas Journal, 1982, Vol. 80, No. 43, Oct. 25, p. 158, p. 163-166/. Значительное повышение концентрации негорючего газа в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, обусловлено прорывом в добывающие скважины негорючего газа, закачиваемого в залежь. Например, при закачке диоксида углерода в нефтяную залежь возможно повышение его содержания до 90% в попутном нефтяном газе через шесть месяцев после начала закачки /см. Schedel R.L. EOR+СО=A gas processing challenge. // Oil and Gas Journal, 1982, Vol. 80, No. 43, Oct. 25, p. 158, p. 163-166/.
Присутствие балласта (негорючего газа) в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, ухудшает качество, снижает теплоту сгорания и затрудняет сжигание газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Соответственно использование в качестве топлива газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, связано со значительными затруднениями.
Известные способы для добычи углеводородов предусматривают сжигание газа, забалластированного негорючим газом, с окислителем, обогащенным кислородом.
Известен способ, в котором попутный нефтяной газ (газ, который отделен от содержащего углеводороды флюида такого, как флюид, содержащий нефть) сжигают с искусственным кислородосодержащим окислителем (содержит кислород, диоксид углерода и пар), при этом получают диоксид углерода для закачки в залежь углеводородов /см. патент РФ №2038467, опуб. 27.06.1995/. К недостаткам известного способа можно отнести значительные затраты энергии на получение кислорода в воздухоразделительной установке и ее высокую стоимость, низкие энергетические характеристики энергосиловой установки, содержащей паровой турбоагрегат и паровой котел. Также известный способ не обеспечивает эффективного воздействия на залежь углеводородов из-за того, что значительная часть выработанного диоксида углерода переходит в карбонизированную воду, которая образуется после сжигания в искусственном кислородосодержащем окислителе, и, которая менее эффективно воздействует на залежь углеводородов по сравнению с диоксидом углерода.
Известен способ, в котором газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают с обогащенным кислородом газом, а отходящие газы, в которых преобладает диоксид углерода, закачивают в залежь углеводородов /см. патент US №4,344,486, опуб. 17.08.1982/. К недостаткам известного способа можно отнести значительные затраты энергии на получение кислорода в воздухоразделительной установке и ее высокую стоимость, низкие энергетические характеристики энергосиловой установки, содержащей котел. Кроме этого, значительное количество энергии расходуют на сжатие получаемого потока отходящих газов, содержащих диоксид углерода, в процессе закачки в залежь углеводородов.
Также известны способы для добычи углеводородов, в которых, чтобы осуществить сжигание, используют технические решения по повышению теплоты сгорания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, если данный газ забалластирован негорючим газом.
В статье /Hlozek R.J. "Engine-Exhaust Gas Offers Alternative for EOR," Oil and Gas Journal, Apr. 1, 1985, p.p. 75-78/ представлена выработка в газовых двигателях отходящих газов для закачки в нефтяную залежь. Для выработки отходящих газов в газовых двигателях сжигают метан. Отмечается, что в качестве топлива может быть использован газ, который отделяют от содержащего углеводороды флюида, извлеченного из залежи углеводородов. Однако каких-либо технических решений по сжиганию газа, забалластированного негорючими газами, в данной статье не приводится. Указывается лишь то, что при снижении теплоты сгорания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, ниже 950 BTU/cu ft (то есть ниже теплоты сгорания метана) необходимо извлекать азот и диоксид углерода из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, чтобы использовать данный газ в качестве топлива газовых двигателей. Однако это обусловливает необходимость удаления азота и диоксида углерода практически в течение всего времени реализации проекта, что потребует значительных энергозатрат и дополнительных затрат на приобретение и обслуживание дорогостоящего оборудования.
Bleakley W.B. в своей статье, описывает способ, который обеспечивает нагнетание дымовых газов в нефтяную залежь. Газ отделяют от содержащего углеводороды флюида, извлеченного из нефтяной залежи. Газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, смешивают с этаном и пропаном, чтобы повысить теплоту сгорания. Затем газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают в энергосиловой установке, содержащей паровые котлы и паровую турбину, с получением дымовых газов /Bleakley W.B., "Block 31 Miscible Flood Remains Strong," Petroleum Engineer International, Nov., 1982, p.p. 84, 86, 90, 92/. Паровая турбина приводит в действие компрессор, в котором сжимают дымовые газы для закачки в нефтяную залежь. При осуществлении этого способа сжигаются горючие вещества (этан и пропан) с высокой теплотой сгорания, которые имеют достаточно высокую стоимость. Также значительное количество энергии расходуют на сжатие получаемых в энергосиловой установке дымовых газов в процессе закачки их в нефтяную залежь. При этом в энергосиловой установке вырабатывают лишь часть энергии, необходимой для сжатия дымовых газов. Используя вырабатываемую в энергосиловой установке энергию, дымовые газы сжимают до давления 1200 psi (при требуемом давлении 4200 psi).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и достигаемому результату является способ (прототип), который включает извлечение содержащего углеводороды флюида из залежи углеводородов, отделение газа от содержащего углеводороды флюида, сжигание газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, с воздухом в энергосиловой установке с образованием сжатой газовоздушной смеси (которая содержит воздух и газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида) до сжигания, закачку отходящих газов в залежь углеводородов /см. патент US №7299868, опуб. 27.11.2007/. При осуществлении данного способа отсутствует необходимость использования окислителей, обогащенных кислородом, для сжигания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Однако, из-за низкой детонационной стойкости газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, не обеспечивается возможность эффективно осуществлять сжигание под давлением (то есть, когда до сжигания образуют сжатую газовоздушную смесь): горение протекает неустойчиво, возникает детонация. В связи с этим при осуществлении данного способа энергосиловая установка может работать только на пониженной мощности. Так, устойчивая работа энергосиловой установки с газовыми двигателями на газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, например, попутном нефтяном газе может осуществляться лишь при мощности 60-70% номинальной /см. Иванов С.С., Тарасов М.Ю. Требования к подготовке растворенного газа для питания газопоршневых двигателей. Нефтяное хозяйство, 2011, №1, с. 102-105/. Соответственно будет снижаться количество энергии, вырабатываемой энергосиловой установкой, и количество отходящих газов для закачки в залежь углеводородов. Кроме того, прорыв в добывающие скважины отходящих газов, нагнетаемых в залежь углеводородов, влечет повышение концентрации негорючих газов в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, и, как следствие, понижение объемной теплоты сгорания данного газа. Причем повышение концентрации негорючих газов в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, осуществляется прежде всего за счет увеличения содержания азота (который преобладает в отходящих газах). А это, в свою очередь, влечет не только понижение объемной теплоты сгорания, но и приводит к снижению метанового числа (которое определяет детонационную стойкость газа) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, например, попутного нефтяного газа, который состоит преимущественно из метана. Соответственно прорыв закачиваемых отходящих газов в добывающие скважины влечет дальнейшее понижение мощности, при которой обеспечивается устойчивая работа энергосиловой установки, а также уменьшается количество энергии, вырабатываемой энергосиловой установкой. Например, метановое число попутного нефтяного газа (который содержит 75 об. % метана, 20 об. % этана и 5 об. % пропана) при его разбавлении на 25 об. % отходящими газами (которые содержат 88 об. % азота и 12 об. % диоксида углерода) снижается более чем на 40% /расчеты выполнены с использованием соотношений, приведенных в работе Иванов С.С., Тарасов М.Ю. Требования к подготовке растворенного газа для питания газопоршневых двигателей. Нефтяное хозяйство, 2011, №1, с. 102-105/, а объемная теплота сгорания данного попутного нефтяного газа уменьшается на 25%. Такое снижение метанового числа попутного нефтяного газа влечет значительное понижение мощности, вырабатываемой энергосиловой установкой. Например, при снижении метанового числа с 70 до 40 (примерно на 40%), мощность энергосиловой установки с газотурбинным двигателем падает с 95% до 55% /Веревкин А.П., Селезнев С.Б. Утилизация попутного нефтяного газа на основе электрогенерации: проблемы и решения. Нефтегазовое дело, 2015, т. 13, №1, с. 56-62/. В связи с этим работа энергосиловой установки при осуществлении известного способа будет осуществляться на значительно пониженной мощности, соответственно будет снижаться количество энергии, вырабатываемой энергосиловой установкой, и количество отходящих газов для закачки в залежь углеводородов.
Каких-либо технических решений по устранению данного недостатка известного способа /патент US №7299868, опуб. 27.11.2007/ не предложено. В известном способе при подготовке отходящих газов к закачке предусмотрено понижать концентрацию азота в отходящих газах в зависимости от геолого-физической характеристики залежи углеводородов. Что, как известно, обеспечивает повышение эффективности добычи жидких углеводородов. Однако понижение концентрации азота, особенно получение небольшой концентрации азота в отходящих газах, требует значительных энергозатрат. Это обусловлено тем, что для понижения концентрации азота необходимо производить извлечение из отходящих газов азота, который имеет низкую химическую активность. В связи с чем для извлечения азота из отходящих газов требуется получать сверхнизкие температуры, например, с использованием криогенной техники, либо для извлечения азота из отходящих газов необходимо значительно повышать давление отходящих газов, например, при использовании мембранных технологий.
Понижение концентрации азота в закачиваемых отходящих газах в зависимости от геолого-физической характеристики залежи углеводородов приводит к повышению и установлению в закачиваемых отходящих газах необходимого парциального давления диоксида углерода для улучшения в данной залежи взаимодействия диоксида углерода с пластовыми флюидами, прежде всего, для растворения в них диоксида углерода. Причем растворимость диоксида углерода в нефти выше растворимости азота в среднем в 6-8 раз /см., например, Качмар Ю.Д., Янив В.Е., Рыбчак Е.В., Зинчук Н.С. Применение азота в добыче нефти. М.: ВНИИОНГ, 1973, с. 3; Балинт В., Бан А., Долешан Ш. и др. Применение углекислого газа в добыче нефти. М.: Недра, 1977, с. 16/. В связи с чем при фильтрации закачиваемых отходящих газов по пласту в пластовых флюидах растворяется преимущественно диоксид углерода, тогда как большая часть азота прорывается в добывающие скважины и лишь незначительная часть растворяется в пластовых флюидах. Что приводит к снижению детонационной стойкости газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, и, соответственно, к необходимости работы энергосиловой установки на пониженной мощности, снижению количества вырабатываемой энергосиловой установкой энергии и количества получаемых отходящих газов для закачки в залежь углеводородов.
Кроме этого, к недостаткам известного способа /патент US №7299868, опуб. 27.11.2007/ можно отнести значительные затраты энергии на сжатие отходящих газов для закачки в залежь углеводородов.
В связи с изложенным, целью настоящего изобретения является создание способа для добычи углеводородов, в котором недостатки представленных способов устранены.
Технический результат, на который направлено изобретение, состоит в повышении нефтеотдачи при разработке нефтяных месторождений (и повышении конденсатоотдачи при разработке газоконденсатных месторождений), снижении затрат энергии на процесс закачки, а также в повышении генерируемой мощности и увеличении количества вырабатываемой энергии.
В описании и формуле изобретения указанные ниже термины имеют следующее значение.
Флюид - вещество, обладающее свойством текучести, или вещества, любое из которых обладает свойством текучести. Примером флюида может служить газ, или жидкость, или смесь газа и жидкости, или раствор в виде жидкости с растворенным в ней газом. При этом флюид может содержать в качестве примесей твердые частицы, например частицы породы. Примером содержащего углеводороды флюида может служить нефть, или нефть с растворенным в ней попутным нефтяным газом, или газоконденсатная смесь, содержащая газовый конденсат и газ (который содержит по крайней мере один газообразный углеводород, а также может содержать по крайней мере один негорючий газ, например, азот и/или диоксид углерода). Природный горючий газ является еще одним примером содержащего углеводороды флюида. Также примером содержащего углеводороды флюида является смесь (или раствор), которая содержит нефть (или, например, газовый конденсат), по крайней мере один газообразный углеводород (например: метан, этан, пропан, бутан и тому подобное), а также любой негорючий газ (например: азот и/или диоксид углерода) и воду (или пары воды). Еще одним примером содержащего углеводороды флюида является нефтяная эмульсия, содержащая нефть, воду и газ. Термин «содержащий углеводороды флюид», термин «содержащий углеводород флюид», термин «флюид, содержащий углеводороды» и термин «флюид, содержащий углеводород» взаимозаменяемы, любой из этих терминов означает флюид, содержащий по крайней мере один углеводород.
Термин «газ» и термин «пар» взаимозаменяемы, любой из этих терминов обозначает вещество в газообразном состоянии или смесь веществ в газообразном состоянии.
Термин «сверхкритический флюид» обозначает вещество в сверхкритическом состоянии, которое возникает при значениях давления и температуры выше критических значений для данного вещества.
Энергосиловая установка - установка (или устройство, или агрегат, или механизм, или машина, или станция, или агрегат, или любая комбинация из них, или комплект оборудования, или тому подобное), способная вырабатывать энергию. Например, энергосиловая установка может содержать двигатель внутреннего сгорания для выработки механической энергии. Также энергосиловая установка может содержать по крайней мере одно устройство (или агрегат, или машину, или аппарат, или тому подобное) для выработки электроэнергии и/или тепловой энергии. Например, для выработки электроэнергии в состав энергосиловой установки могут быть включены двигатель внутреннего сгорания и электрический генератор, вал которого соединяют с валом двигателя внутреннего сгорания муфтой (или ременной передачей, или зубчатой передачей, или тому подобным). А для выработки тепловой энергии в энергосиловой установке к системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания может быть подсоединен теплообменник, в котором нагревают теплоноситель, например воду. Также для выработки тепловой энергии в энергосиловой установке может быть установлен котел-утилизатор, в котором теплота (тепловая энергия) отходящих газов используется для нагрева теплоносителя, например воды. Энергосиловую установку, которая совместно вырабатывает электроэнергию и тепловую энергию иногда называют когенерационной (или комбинированной) установкой, или теплоэлектроцентралью (ТЭЦ), или мини-теплоэлектроцентралью. Для обозначения энергосиловой установки также используются термины «силовая станция», или «генерирующая станция», или «генерирующая установка», или подобные. Электростанция, газотурбинная установка, газотурбинная станция, газотурбинная электростанция, когенерационная газотурбинная установка, газопоршневая установка, газопоршневая станция, газопоршневая электростанция, когенерационная газопоршневая установка и тому подобное являются примерами энергосиловой установки в различных исполнениях.
Газовый двигатель - двигатель внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе. При этом термин «газовый двигатель» не охватывает понятие «газотурбинный двигатель». Для обозначения газового двигателя также используются термины «питаемый газом двигатель» или «питаемый природным газом двигатель». Термин «газовый двигатель» преимущественно используют для обозначения поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего на газообразном топливе. Примером газового двигателя является любой работающий на газообразном топливе поршневой двигатель внутреннего сгорания, который может быть выполнен с возвратно-поступательным движением поршня (поршней) в цилиндре (цилиндрах), при этом расширяющиеся продукты сгорания перемещают поршень и таким образом механическая энергия производится. Или примером газового двигателя может быть работающий на газообразном топливе роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания (двигатель Ванкеля). Для обозначения газового двигателя, который выполнен в виде поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего на газообразном топливе, иногда используют термины «газопоршневой двигатель», «газопоршневой двигатель внутреннего сгорания», «двигатель с искровым зажиганием», «питаемый газом двигатель», «питаемый природным газом двигатель» и тому подобные. Газовый двигатель может быть выполнен, например, с искровым зажиганием смеси газообразного топлива и окислителя (например, такого как воздух) в камере сгорания, или, например, с форкамерно-факельным зажиганием смеси газообразного топлива и окислителя (в частности, воздуха), или, например, с лазерным зажиганием смеси газообразного топлива и окислителя (например, такого как воздух). Также, например, газовый двигатель может быть выполнен с воспламенением смеси газообразного топлива и окислителя (например, такого как воздух) путем впрыскивания в цилиндр в конце такта сжатия небольшой порции жидкого топлива (газовый двигатель с воспламенением жидким топливом также называют газодизелем).
Газотурбинный двигатель - двигатель внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе, который имеет в своем составе газовую турбину, приводимую в действие расширяющимися продуктами сгорания газообразного топлива. Термин «газотурбинный двигатель» охватывает понятие «газотурбинная установка». Газотурбинный двигатель может быть выполнен с непрерывным сгоранием газообразного топлива, или, например, с прерывистым сгоранием газообразного топлива.
Воздух - содержащий кислород газ. Предпочтительно термин «воздух» используется в отношении смеси газов, образующую земную атмосферу, или подобной газообразной смеси. Например, термин «воздух» используется для обозначения газообразной смеси, содержащей около 20-25 об. % кислорода и около 75-80 об. % азота. В дополнении к кислороду и азоту данная газообразная смесь (воздух) может содержать водяной пар, и/или аргон, и/или диоксид углерода, и/или другие газы.
Отходящие газы - газообразная смесь, которая образуется при сжигания топлива с окислителем. Термин «отходящие газы» охватывает то же понятие, что и любой из следующих терминов: «выхлопные газы», «отходящий газ», «выхлопной газ», «дымовой газ», «дымовые газы», «отработавший газ», «отработавшие газы». Примером газообразного топлива (то есть топлива в газообразном состоянии) может служить, например, газообразный углеводород (например, метан, или этан, или пропан, или бутан или тому подобный) или, например, смесь, содержащая газообразные углеводороды. Кроме того, газообразное топливо может содержать негорючие вещества, например, азот, диоксид углерода, влагу (воду и/или водяной пар), твердые частицы и тому подобные. В качестве окислителя, например, может быть использован воздух. Примером отходящих газов может служить газообразная смесь, которая образуется при сжигании газообразного топлива с воздухом. При сжигании газообразного топлива (содержащего по крайней мере один углеводород) с воздухом отходящие газы содержат азот, диоксид углерода, влагу (водяной пар). Кроме перечисленных веществ, отходящие газы могут содержать кислород, окислы азота, сажу, твердые частицы, несгоревшие углеводороды, серосодержащие вещества, оксид углерода и тому подобное.
Инертный газ - любой негорючий газ. Термины «инертный газ» и негорючий газ» взаимозаменяемы. Примером инертного газа является любой газ из следующих: азот, диоксид углерода, отходящие газы, аргон, любая смесь из перечисленных газов и подобное. Предпочтительно термин «инертный газ» используется в отношении азота, диоксида углерода, отходящих газов или смеси, содержащей азот и/или диоксид углерода.
Углекислотная установка - установка (или устройство, или аппарат, или станция, или технологическая линия, или любая комбинация из них, или тому подобное), в которой из смеси газов извлекают содержащий диоксид углерода компонент упомянутой смеси. То есть после упомянутого извлечения содержащего диоксид углерода компонента концентрация диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте выше, чем в упомянутой смеси газов. Например, если из отходящих газов извлекают содержащий диоксид углерода компонент отходящих газов, то концентрация диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте выше, чем в отходящих газах. Концентрация диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте зависит от технологии его извлечения из смеси. Термин «содержащий диоксид углерода компонент» охватывает то же понятие, что и термин «компонент, обогащенный диоксидом углерода». Также, например, «компонент, содержащий 99,9 об. % диоксида углерода», означает то же, что и «диоксид углерода с чистотой 99,9 об. %» или «диоксид углерода с концентрацией 99,9 об. %». Термин «содержащий диоксид углерода компонент» означает то же, что и термин «компонент, содержащий диоксид углерода».
Устройство сжижения - установка (или устройство, или аппарат, или станция, или технологическая линия, или любая комбинация из них, или тому подобное), в которой вещество или смесь веществ сжижают, иными словами переводят вещество или смесь веществ в жидкое состояние. Например, изменяя в устройстве сжижения давление и/или температуру вещества в газообразном состоянии (или смеси веществ в газообразном состоянии), переводят вещество (или смесь веществ) в жидкое состояние. Или, например, изменяя в устройстве сжижения давление и/или температуру сверхкритического флюида, переводят сверхкритический флюид в жидкое состояние.
Закачивающее устройство - любое устройство (или установка, или машина, или агрегат, или механизм, или узел, или деталь, или любая комбинация из них, или тому подобное), с использованием которого осуществляют закачку газа, и/или жидкости, и/или сверхкритического флюида в залежь по крайней мере через одну скважину. В пределах настоящего описания и формулы изобретения термин «скважина» охватывает понятие «буровая скважина».
Термин «отделенный газ» означает газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, иными словами термин «отделенный газ» является сокращенным наименованием понятия «газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида». Термин «отделенный газ» и термин «газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида» взаимозаменяемы.
Термин "тяжелый углеводород" используется для обозначения углеводорода, имеющего два атома углерода в молекуле или более.
Термин "жидкий углеводород" используется для обозначения углеводорода, имеющего пять атомов углерода в молекуле или более.
Любой из следующих терминов: «содержащий», «содержит», «включающий», «включает», «заключает в себе», «заключающий в себе» - является инклюзивным (то есть открытым), и не исключает дополнительных, не перечисленных элементов или действий.
Союз «и/или» отражает значение как союза «и», так и союза «или». Иными словами, союз «и/или» указывает на возможность наличия всех (двух) субъектов (признаков, действий, элементов, возможностей и т.п.), указанных по обе стороны союза «и/или», так и одного (любого) из двух субъектов (признаков, действий, элементов, возможностей и т.п.), указанных по обе стороны союза «и/или».
Приведенные определения терминов и приведенные примеры не являются исчерпывающими. Значения приведенных терминов и приведенные примеры дополняются и поясняются в описании изобретения и на иллюстрирующих предлагаемый способ схемах (фиг. 1. и фиг. 2), а также наиболее широким определением, приведенным по крайней мере в одной публикации или патенте. Кроме этого, описание предлагаемого способа не ограничивается терминами, приведенными в описании и формуле изобретения. Все синонимы упомянутых терминов, их эквиваленты, новые разработки и технические решения, которых служат той же или аналогичной цели, считаются включенными в объем формулы изобретения.
Также отметим следующие свойства газообразных углеводородов:
- при сжатии газообразных углеводородов их объемная теплота сгорания увеличивается (практически пропорционально) давлению /Чугунов М., Хомич А., Справочник работника газовой промышленности. Транспорт и использование природных и сжиженных газов. Минск: Наука и техника, 1965, с. 23/;
- при сжатии газообразных углеводородов их пределы воспламенения расширяются. Например, пределы воспламенения смеси природного газа и атмосферного воздуха при повышении давления от 0,1 МПа до 1 МПа расширяются приблизительно в 2 раза /Льюис Б., Эльбе Г., Горение, пламя, взрывы в газах. М.: Мир, 1968, с. 575/;
- при горении газообразных углеводородов скорость реакции увеличивается пропорционально давлению /Иссерлин А.С., Основы сжигания газового топлива. М.: Недра, 1987, с. 64/.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Указанный выше технический результат достигается при осуществлении предлагаемого способа. Предлагаемый способ добычи углеводородов включает извлечение содержащего углеводороды флюида из залежи углеводородов, отделение газа от содержащего углеводороды флюида, причем газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают с воздухом в энергосиловой установке с возможностью образования сжатой газовоздушной смеси до упомянутого сжигания, при этом упомянутая сжатая газовоздушная смесь содержит воздух и газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, кроме того, отходящие газы выпускают из энергосиловой установки, содержащий диоксид углерода компонент отходящих газов извлекают из отходящих газов, содержащий диоксид углерода компонент сжижают, а затем содержащий диоксид углерода компонент закачивают в залежь углеводородов по крайней мере через одну скважину.
Закачка негорючего газа (такого, как диоксид углерода, или азот, или отходящие газы) в залежь углеводородов (в дальнейшем в настоящем описании для сокращенного обозначения залежи углеводородов будет использоваться термин «залежь») приводит к увеличению добычи углеводородов, однако сопровождается значительным повышением концентрации балласта (негорючего газа) в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида. Значительное повышение концентрации диоксида углерода, также как и повышение концентрации азота (который преобладает в отходящих газах), приводит к снижению теплоты сгорания, затрудняет сжигание газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Однако, в отличие от азота, повышение концентрации диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, влечет повышение метанового числа (соответственно детонационной стойкости) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Например, метановое число попутного нефтяного газа (который содержит 75 об. % метана, 20 об. % этана и 5 об. % пропана) при его разбавлении на 25 об. % диоксидом углерода повышается более чем на 50% /расчеты выполнены с использованием соотношений, приведенных в работе Иванов С.С., Тарасов М.Ю. Требования к подготовке растворенного газа для питания газопоршневых двигателей. Нефтяное хозяйство, 2011, №1, с. 102-105/.
2
2
Для повышения детонационной стойкости газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, в предлагаемом способе закачивают в залежь содержащий диоксид углерода компонент после его сжижения. Извлечение содержащего диоксид углерода компонента из отходящих газов и сжижение содержащего диоксид углерода компонента позволяют получить содержащий диоксид углерода компонент с высокой концентрацией диоксида углерода. Высокая концентрация диоксида углерода и низкая концентрация азота в содержащем диоксид углерода компоненте обусловлена незначительной растворимостью азота в жидком диоксиде углерода. Причем растворимость азота в жидком диоксиде углерода значительно ниже растворимости азота в нефти. Например, в условиях парожидкостного равновесия системы «жидкий диоксид углерода + азот» при температуре около 303,156 К (30,006°С) и давлении около 7,4035 МПа доля диоксида углерода в жидкой фазе достигает 0,9945 /Westman S.F., et al. Vapore-liquid equilibrium data for the carbon dioxide and nitrogen (CO+N) system at the temperatures 223, 270, 298 and 303 K and pressures up to 18 MPa. Fluid Phase Equilibria, V. 409, 15 February 2016, Pages 207-241/.
При закачке в залежь содержащего диоксид углерода компонента с такими высокими концентрациями диоксида углерода (и низкими концентрациям азота) отрицательное влияние азота на детонационную стойкость газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, практически отсутствует. Тогда как значительные концентрации диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, при осуществлении такой закачки обеспечивают повышение детонационной стойкости газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.
Повышение детонационной стойкости газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, обеспечивает возможность осуществления эффективного сжигания данного газа под давлением, что позволяет осуществить работу энергосиловой установки на номинальной (полной) мощности. А именно, благодаря повышению детонационной стойкости газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, образование упомянутой сжатой газовоздушной смеси до упомянутого сжигания обеспечивает расширение пределов воспламенения, увеличение скорости сгорания и повышение объемной теплотворной способности газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Таким образом достигается повышение генерируемой мощности и количества, вырабатываемой энергии.
Также благодаря тому, что в предлагаемом способе для закачки в залежь осуществляют извлечение содержащего диоксид углерода компонента из отходящих газов и сжижение содержащего диоксид углерода компонента, обеспечивается повышение нефтеотдачи при разработке нефтяных месторождений (и повышение конденсатоотдачи при разработке газоконденсатных месторождений) и снижение энергозатрат на процесс закачки.
Повышение нефтеотдачи (конденсатоотдачи) достигается не только за счет того, что предлагаемый способ предусматривает закачку в залежь содержащего диоксид углерода компонента с высокой концентрацией диоксида углерода, который значительно более эффективно воздействует на залежь по сравнению, например, с отходящими газами или подобным. А также благодаря тому, что закачку содержащего диоксид углерода компонента в залежь производят после его сжижения. Так, если пластовая температура ниже критической температуры диоксида углерода, то, ввиду значительных пластовых давлений (которые обычно превышают критическое давление диоксида углерода), обеспечивается вытеснение пластовых флюидов содержащим диоксид углерода компонентом в жидком состоянии. Плотность диоксида углерода в жидком состоянии сопоставима с плотностью пластовых флюидов. Поэтому в данных условиях между пластовыми флюидами и диоксидом углерода гравитационная сегрегация отсутствует, что повышает эффективность воздействия на залежь. Если пластовая температура равна или выше критической температуры диоксида углерода, то после закачки в залежь содержащего диоксид углерода компонента при фильтрации по пласту температура диоксида углерода будет повышаться. Также при фильтрации по пласту диоксид углерода на фронте вытеснения обогащается углеводородами. В связи с чем в процессе фильтрации происходит значительное увеличение объема обогащенного углеводородами диоксида углерода, поскольку диоксид углерода при значениях температуры и давления, равных или выше критических значений, имеет высокий коэффициент объемного теплового расширения. Например, при давлении 150 бар объем диоксида углерода увеличивается более чем в 2 раза при повышении температуры от 305 К до 360 К /расчеты выполнены с использованием данных работы Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. М.: Издательство стандартов, 1975, с. 347/. При таком увеличении объема обогащенного углеводородами диоксида углерода (который при расширении дополнительно обогащается углеводородами) на фронте вытеснения значительно возрастают размеры зоны обогащенного углеводородами диоксида углерода, свойства которого близки к свойствам пластового флюида. В связи с чем повышается устойчивость фронта вытеснения, что повышает эффективность воздействия на залежь.
Более того, поскольку согласно предлагаемому способу содержащий диоксид углерода компонент сжижают, то при закачке в залежь содержащего диоксид углерода компонента энергия на сжатие не расходуется. Затраты энергии на сжижение содержащего диоксид углерода компонента и его нагнетание (например, насосом) значительно меньше по сравнению с затратами энергии на сжатие до давления закачки в залежь того же количества содержащего диоксид углерода компонента в газообразном состоянии. Например, если давление содержащего диоксид углерода компонента после его извлечения из отходящих газов составляет 0,1 МПа, то при давлении закачки 30 МПа затраты энергии на сжижение содержащего диоксид углерода компонента и его закачку в залежь углеводородов по сравнению с затратами энергии на закачку такого же количества содержащего диоксид углерода компонента в газообразном состоянии будут меньше примерно на 40%.
Таким образом, осуществление предлагаемого способа обеспечит повышение нефтеотдачи при разработке нефтяных месторождений (и повышение конденсатоотдачи при разработке газоконденсатных месторождений), снижение затрат энергии на процесс закачки, а также повышение генерируемой мощности и увеличение количества вырабатываемой энергии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Схемы (фиг. 1 и фиг. 2) приведены для пояснения настоящего изобретения и иллюстрации его преимуществ. Приведенные на схемах (фиг. 1 и фиг. 2) варианты осуществления предлагаемого способа не исчерпывают все варианты, воплощающие настоящее изобретение, и, которые не обязательно выполнены в масштабе. Для обозначения тех же или подобных элементов на схемах (фиг. 1 и фиг. 2) используются те же номера.
Фиг. 1 схематически иллюстрирует вариант осуществления предлагаемого способа, который включает сжигание газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, с воздухом в энергосиловой установке, извлечение из отходящих газов содержащего диоксид углерода компонента отходящих газов, сжижение содержащего диоксид углерода компонента, а также после сжижения закачку содержащего диоксид углерода компонента в залежь углеводородов.
Фиг. 2 схематически иллюстрирует вариант осуществления предлагаемого способа, который включает подготовку газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, сжигание газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, с воздухом в энергосиловой установке, очистку отходящих газов, извлечение из отходящих газов содержащего диоксид углерода компонента отходящих газов, сжижение содержащего диоксид углерода компонента, а также после сжижения закачку содержащего диоксид углерода компонента в залежь углеводородов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение может быть осуществлено во многих вариантах. Отдельные варианты осуществления изобретения описаны в деталях. Однако настоящее описание должно рассматриваться как иллюстрация принципов и описанные ниже варианты не исчерпывают все варианты осуществления изобретения.
На фиг. 1 показаны залежь 8, в которую пробурены добывающая скважина 9, и нагнетательная скважина 5; сепаратор 7, выполненный с возможностью сообщения с добывающей скважиной 9; закачивающее устройство 2, выполненное с возможностью сообщения с нагнетательной скважиной 5; энергосиловая установка 1, которая содержит двигатель внутреннего сгорания 3, имеющий вход 4 для воздуха; приводимое устройство 11; углекислотная установка 6; устройство 10 сжижения.
Углекислотная установка 6 и устройство 10 сжижения могут быть выполнены, например, в виде самостоятельных блоков оборудования, или в виде единого блока оборудования, или в виде единого устройства, или в виде комплексной установки (которая содержит углекислотную установку 6 и устройство 10 сжижения), или тому подобного.
Вариант предлагаемого способа, схема которого приведена на фиг. 1, осуществляется следующим образом. Содержащий углеводороды флюид извлекают из залежи 8 через добывающую скважину 9, в которой размещены насосно-компрессорные трубы. Залежь 8 представляет собой залежь углеводородов, например: нефтяную залежь, или газонефтяную залежь, или нефтегазовую залежь, или газоконденсатную залежь, или нефтегазоконденсатную залежь, или газоконденсатно-нефтяную залежь. Например, при разработке нефтяной залежи содержащий углеводороды флюид обычно содержит нефть, газ, воду. При разработке, например, газоконденсатной залежи содержащий углеводороды флюид обычно содержит газовый конденсат, газ, воду.
После извлечения из залежи 8 через добывающую скважину поток 12 содержащего углеводороды флюида поступает в сепаратор 7, который имеет необходимые технические средства (например, вход в виде впускного отверстия, или, например, в виде приемного патрубка) для обеспечения возможности поступления в него содержащего углеводороды флюида. В сепараторе 7 отделяют газ от содержащего углеводороды флюида. Сепаратор 7, например, может быть двухфазным (в котором газ отделяют от жидкости) или, например, трехфазным (в трехфазном сепараторе могут разделять содержащий углеводороды флюид на газ, нефть и воду). Сепаратор 7 имеет необходимые технические средства (например, выпускное отверстие, или, например, выпускной патрубок) для выхода газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Сепаратор 7 является одним из возможных вариантов выполнения сепаратора, выполненного с возможностью отделения газа от содержащего углеводороды флюида. Под термином «сепаратор, выполненный с возможностью отделения газа от содержащего углеводороды флюида» в пределах описания и формулы изобретения понимается любое техническое средство (установка, устройство, любая их комбинация и тому подобное) для отделения газа от содержащего углеводороды флюида. Вместо сепаратора 7 может быть использовано любое техническое средство для отделения газа от содержащего углеводороды флюида. Примерами таких технических средств могут служить устройства для отделения газа от содержащего углеводороды флюида в добывающей скважине такие, как скважинный сепаратор (на фиг. 1 не показано), или газовый якорь штангового насоса (на фиг. 1 не показано), устройство для извлечения газа из затрубного пространства скважины (на фиг. 1 не показано), или устройства, содержащие любые комбинации перечисленного. Кроме этого, могут быть использованы такие технические средства, в которых газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, получают, например, с использованием скважины, пробуренной в газовую шапку (на фиг. 1 не показано) газонефтяной залежи (или, например, нефтегазовой залежи).
Газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, содержит по крайней мере один газообразный углеводород. Например, если газ отделяют от флюида, содержащего нефть, то такой газ (то есть попутный нефтяной газ) содержит метан. Также попутный нефтяной газ может содержать по крайней мере один тяжелый углеводород, например, тяжелый углеводородный газ (например, такой, как этан, пропан, бутан и подобные), и, например, по крайней мере один жидкий углеводород. Кроме этого, попутный нефтяной газ может содержать серосодержащее вещество, азот, диоксид углерода, твердые частицы, влагу и другие составляющие. В начальный период применения предлагаемого способа диоксид углерода может отсутствовать в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, или присутствовать в данном газе в незначительной концентрации. А последующем, как уже отмечалось выше, концентрация диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, возрастает и может достигать 90% и более.
Из сепаратора 7 поток 14 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, поступает в энергосиловую установку 1. Также возможны иные варианты осуществления предлагаемого способа (на фиг. 1 не показаны), в которых поток 14 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, может поступать в энергосиловую установку 1, например, от любых из упомянутых выше технических средств для отделения газа от содержащего углеводороды флюида.
В энергосиловой установке 1 газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают с воздухом. При этом до упомянутого сжигания образуют сжатую газовоздушную смесь, которая содержит газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, и воздух. В энергосиловой установке 1 вырабатывают механическую энергию, и/или электроэнергию, и/или тепловую энергию (теплоту). Энергосиловая установка 1 содержит двигатель внутреннего сгорания 3. В связи с чем упомянутое сжигание осуществляют в двигателе внутреннего сгорания 3, который выполнен с возможностью работы посредством упомянутого сжигания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, с воздухом. Соответственно, газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, используют в качестве газообразного топлива, а воздух используют в качестве окислителя. Воздух поступает в двигатель внутреннего сгорания 3 через вход 4. Двигатель внутреннего сгорания 3 имеет необходимые конструктивные элементы для работы (и приведения в действие) посредством упомянутого сжигания. Также двигатель внутреннего сгорания 3 выполнен с возможностью упомянутого образования сжатой газовоздушной смеси (которая содержит воздух и газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида) до упомянутого сжигания. В пределах настоящего описания и формулы изобретения термин «сжатая газовоздушная смесь» обозначает газовоздушную смесь, находящуюся под давлением, то есть, иными словами, газовоздушную смесь, давление которой выше атмосферного давления. Газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, содержит значительный процент диоксида углерода, поэтому обеспечивается высокое метановое число данного газа. Благодаря этому упомянутое образование сжатой газовоздушной смеси (до упомянутого сжигания) позволяет эффективно осуществлять упомянутое сжигание.
Механическую энергию, вырабатываемую двигателем внутреннего сгорания 3, используют для приведения в действие приводимого устройства 11. Для соединения вала приводимого устройства 11 с валом двигателя внутреннего сгорания 3 могут использовать, например, муфту, или ременную передачу, или зубчатую передачу или подобное (на фиг. 1 не показано). Приводимое устройство 11 может быть выполнено, например, в виде электрического генератора, или насоса, или компрессора, или насосно-компрессорной установки или подобного. Если приводимое устройство 11 выполнено в виде электрического генератора, то генерируемая электрическим генератором электроэнергия может быть использована, например, для питания углекислотной установки 6, и/или сжижающего устройства 10, и/или закачивающего устройства 2, и/или электродвигателей, и/или другого промыслового оборудования, и/или для питания других потребителей, при этом генерируемая электроэнергия может быть трансформирована и передана через электрическую сеть, в том числе, удаленным потребителям. В этом случае, если приводимое устройство 11 выполнено в виде компрессора (или в виде насосно-компрессорной установки), то компрессор (или насосно-компрессорную установку) могут использовать, например, для сжатия газа или газов. В этом случае, если приводимое устройство 11 выполнено в виде насоса (или в виде насосно-компрессорной установки), то насос (или насосно-компрессорную установку) могут использовать, например, для нагнетания диоксида углерода после его сжижения (при этом в сжиженном диоксиде углерода могут присутствовать растворенные в нем такие вещества, как, например, азот, и другие), или, например, для закачки в залежь 8 воды, или, например, для нагнетания жидкости, или тому подобного.
В качестве двигателя внутреннего сгорания 3 может быть выбран, например, газовый двигатель или, например, газотурбинный двигатель.
Если двигателем внутреннего сгорания 3 является газовый двигатель, в котором газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают с использованием воздуха в качестве окислителя. Тогда при работе газового двигателя газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, и используемый в качестве окислителя воздух смешивают с образованием газовоздушной смеси (например, в смесителе), а затем газовоздушную смесь сжимают (например, поршнем (поршнями) в цилиндре (в цилиндрах) газового двигателя с получением сжатой газовоздушной смеси до сжигания (в процессе воспламенения или перед воспламенением). Также, в газовом двигателе могут сжимать газовоздушную смесь еще до подачи ее в цилиндры, например, осуществляя наддув (то есть подавать в цилиндры газового двигателя газовоздушную смесь под давлением, например, турбокомпрессором). При этом после сжатия турбокомпрессором газовоздушную смесь могут охлаждать перед подачей в цилиндры газового двигателя. Давление сжатой газовоздушной смеси устанавливают в зависимости от состава газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, а также с учетом метанового числа газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Сжатую газовоздушную смесь воспламеняют в камере сгорания газового двигателя 3, например, используя искровое зажигание, или, например, используя форкамерно-факельное зажигание (или, например, лазерное зажигание).
Если двигателем внутреннего сгорания 3 является газотурбинный двигатель, в котором газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжигают с использованием воздуха в качестве окислителя. Тогда при работе газотурбинного двигателя поток 14 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, подают в газотурбинный двигатель под давлением. Если давление газа, отделенного содержащего углеводороды флюида, необходимо повысить, то газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, сжимают в нагнетателе в виде компрессора. В газотурбинном двигателе газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, и используемый в качестве окислителя воздух (который подают под давлением компрессором газотурбинного двигателя), смешивают, образуя сжатую газовоздушную смесь, до сжигания (в процессе воспламенения или перед воспламенением) в камере сгорания газотурбинного двигателя.
При сжигании газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, в двигателе внутреннего сгорания 3 поддерживают (используя, например, смеситель) рациональное значение коэффициента избытка воздуха. Между воздухом и горючими веществами в сжатой газовоздушной смеси могут устанавливать пропорцию, при которой сжатая газовоздушная смесь содержит теоретически необходимое количество воздуха для окисления горючих веществ или сжатая газовоздушная смесь содержит больше воздуха, чем теоретически необходимо для окисления горючих веществ в сжатой газовоздушной смеси (в частности, для обеспечения наиболее полного сгорания горючих веществ). В том случае, когда добиваются снижения процентного содержания кислорода в продуктах сгорания, в сжатой газовоздушной смеси могут поддерживать содержание воздуха меньше, чем теоретически необходимо для окисления горючих веществ.
Энергосиловая установка 1 выполнена с возможностью выпуска (или выхлопа) отходящих газов, образующихся в результате упомянутого сжигания. Для выпуска отходящих газов энергосиловая установка 1 имеет выход (например, выпускное отверстие) для отходящих газов, а также может быть оснащена выпускным трубопроводом или, например, выхлопной системой, или подобным. Отходящие газы представляют собой газообразную смесь, образующуюся при работе энергосиловой установки 1 посредством упомянутого сжигания газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, с воздухом. Состав отходящих газов зависит от конструктивных особенностей энергосиловой установки 1, значения коэффициента избытка воздуха, состава воздуха, состава газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, и тому подобного. Отходящие газы содержат азот, диоксид углерода, водяной пар. Кроме этого, отходящие газы могут содержать кислород, окислы азота, сажу, твердые частицы, несгоревшие углеводороды, серосодержащие вещества, оксид углерода и тому подобное. Если энергосиловая установка 1 содержит двигатель внутреннего сгорания 3, который является газотурбинным двигателем, то отходящие газы могут содержать, например, около 2-5% диоксида углерода. Или, если энергосиловая установка 1 содержит двигатель внутреннего сгорания 3, который является газовым двигателем, то отходящие газы могут содержать, например, около 5-10% диоксида углерода. Азот преобладает в отходящих газах. Если газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, содержит только углеводородные компоненты, то при сжигании данного газа в двигателе внутреннего сгорания 3 концентрация азота в отходящих газах может составлять, например, около 71-75%. После удаления водяного пара концентрация азота в отходящих газах может составлять, например, около 82-88%.
Температура отходящих газов может составлять около 350-450°С и более, если, например, энергосиловая установка 1 содержит двигатель внутреннего сгорания 3, который является газовым двигателем. Температура отходящих газов может достигать 500°С и более, если, например, энергосиловая установка 1 содержит двигатель внутреннего сгорания 3, который является газотурбинным двигателем. Для выработки тепловой энергии (теплоты) энергосиловая установка 1 может содержать теплообменник, подсоединенный к системе охлаждения, или, например, котел-утилизатор (на фиг. 1 не показано), в котором нагревают теплоноситель (например, воду) посредством передачи теплоносителю (например, воде) по крайней мере части тепловой энергии (теплоты) отходящих газов.
Отходящие газы выводят (выпускают) из энергосиловой установки 1 и поток 15 отходящих газов направляют в углекислотную установку 6, которая выполнена с возможностью извлечения из отходящих газов содержащего диоксид углерода компонента отходящих газов. В углекислотной установке 6 могут использовать различные технические средства для извлечения содержащего диоксид углерода компонента из отходящих газов. Например, для извлечения содержащего диоксид углерода компонента из отходящих газов в углекислотной установке 6 могут использовать криогенную технику, применять фракционную конденсацию, фракционное испарение, ректификацию сжиженных газов, абсорбционную технологию, адсорбционную технологию и тому подобное. Представленные примеры технических средств приведены для иллюстрации и не исчерпывают всех возможных вариантов выполнения углекислотной установки 6.
С использованием любой из упомянутых или подобных технологий в углекислотной установке 6 из отходящих газов извлекают содержащий диоксид углерода компонент отходящих газов. После извлечения содержащего диоксид углерода компонента остаток отходящих газов представляет собой содержащий азот компонент. Таким образом отходящие газы разделяют на два компонента: содержащий диоксид углерода компонент и содержащий азот компонент. В содержащем диоксид углерода компоненте обычно преобладает диоксид углерода. Содержащий диоксид углерода компонент может содержать, например, до 75-99% диоксида углерода и более, например, 99,9% и более. Концентрация диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте зависит от технологий, используемых в углекислотной установке 6 и устройстве 10 сжижения. В дополнении к диоксиду углерода в содержащем диоксид углерода компоненте могут присутствовать азот, кислород, влага (вода и/или водной пар) и другие вещества, присутствующие в отходящих газах. Также от применяемой технологии извлечения зависит давление и температура получаемого содержащего диоксид углерода компонента. При этом давление и температура содержащего диоксид углерода компонента не ограничены какими-то определенными значениями. Например, давление полученного в углекислотной установке 6 содержащего диоксид углерода компонента может принимать значения от 0,1 МПа до 15 МПа, а температура от -20°С до +350°С. При этом давление и температура полученного в углекислотной установке содержащего диоксид углерода компонента могут принимать как меньшие, так и большие значения.
В содержащем азот компоненте преобладает азот. В дополнении к азоту в содержащем азот компоненте могут присутствовать кислород, водяной пар и другие вещества, присутствующие в отходящих газах. Из углекислотной установки 6 содержащий азот компонент выпускают в атмосферу или используют, как представлено ниже.
Из углекислотной установки 6 поток 16 содержащего диоксид углерода компонента направляют в устройство 10 сжижения, которое выполнено с возможностью сжижения содержащего диоксид углерода компонента. В устройстве 10 сжижения содержащий диоксид углерода компонент сжижают. При этом сжижение содержащего диоксид углерода компонента могут обеспечивать при концентрации диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте, например, до 90-99%, или, например, до 99,9% (или более высокой). Также сжижение могут осуществлять при меньшей концентрация диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте, например, при 75-90%. После сжижения содержащий диоксид углерода компонент может содержать, например, не менее 95% диоксида углерода, или, например, не менее 99%, или, например, не менее 99,9%. Технически возможно после сжижения получить концентрацию диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте, например, 99,99% и выше. Закачка в залежь углеводородов содержащего диоксид углерода компонента с высокой концентрацией диоксида углерода, обеспечит эффективное вытеснение содержащего углеводороды флюида и повышение детонационной стойкости газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. А в связи с незначительной концентрацией других веществ (например, таких как азот), которые могут присутствовать в содержащем диоксид углерода компоненте, данные вещества не оказывают отрицательного влияния на взаимодействие содержащего диоксид углерода компонента с пластовыми флюидами и на детонационную стойкость газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида.
В устройстве 10 сжижения используют различные технические средства для сжижения содержащего диоксид углерода компонента. Чтобы осуществить сжижение, обеспечивают соответствующее давление содержащего диоксид углерода компонента и температуру не более критической температуры диоксида углерода (около 31°С). Например, если давление содержащего диоксид углерода компонента не менее критического (около 7,38 МПа), то при высокой концентрации в нем диоксида углерода для сжижения может быть установлена температура содержащего диоксид углерода компонента незначительно ниже 31°С. В этом случае устройство 10 сжижения может содержать, например, теплообменник (холодильник), в котором содержащий диоксид углерода компонент охлаждают водой. Соответственно при давлениях содержащего диоксид углерода компонента ниже критического для его сжижения устанавливают более низкую температуру содержащего диоксид углерода компонента. Для этого устройство 10 сжижения может содержать, например, холодильную машину, с использованием которой содержащий диоксид углерода компонент охлаждают для сжижения. Устройство (или аппарат), в котором при сжижении охлаждают содержащий диоксид углерода компонент, может быть выполнено, например, в виде конденсатора. Конденсатор представляет собой теплообменник, в котором конденсируется содержащий диоксид углерода компонент в процессе охлаждения. Возможны варианты выполнения устройства 10 сжижения, в которых содержащий диоксид углерода компонент сжимают, например, компрессором для сжижения или, например, сжимают для повышения давления перед охлаждением содержащего диоксид углерода компонента. Устройство 10 сжижения может содержать емкость для хранения содержащего диоксид углерода компонента после сжижения. Также возможен вариант исполнения устройства 10 сжижения и углекислотной установки 6, когда углекислотная установка 6 и устройство 10 сжижения выполнены с возможностью осуществления сжижения содержащего диоксид углерода компонента в процессе извлечения содержащего диоксид углерода компонента из отходящих газов. Для этого, например, могут применять фракционную конденсацию. В этом случае осуществляют конденсацию (сжижение) содержащего диоксид углерода компонента при ступенчатом охлаждении в процессе извлечения содержащего диоксид углерода компонента.
Устройство 10 сжижения выполнено с возможностью поступления содержащего диоксид углерода компонента (для обеспечения снабжения) из устройства 10 сжижения в закачивающее устройство 2 после сжижения содержащего диоксид углерода компонента. Устройство 10 сжижения может содержать подающий насос, который выполнен с возможностью нагнетания содержащего диоксид углерода компонента после его сжижения. Например, подающий насос могут включать в состав устройства 10 сжижения, если давление содержащего диоксид углерода компонента необходимо повысить после сжижения. В качестве подающего насоса может быть использован, например, поршневой насос (плунжерный насос), винтовой насос, роторный насос или тому подобный. В том случае, если после сжижения давление содержащего диоксид углерода компонента имеет необходимое значение, то подающий насос могут не включать в состав устройства 10 сжижения.
После сжижения содержащий диоксид углерода компонент из устройства 10 сжижения поступает (обеспечивают снабжение) в закачивающее устройство 2, которое выполнено с возможностью закачки содержащего диоксид углерода компонента в залежь 8 через нагнетательную скважину 5. Поток 17 содержащего диоксид углерода компонента поступает из устройства 10 сжижения в закачивающее устройство 2, с использованием которого содержащий диоксид углерода компонент закачивают в залежь 8 через нагнетательную скважину 5.
Закачку содержащего диоксид углерода компонента могут осуществлять в истощенную часть, или в обводненную часть, или в выбранную для закачки насыщенную углеводородами часть залежи, или подобным образом. Например, если залежь углеводородов представляет собой нефтяную залежь, закачку содержащего диоксид углерода компонента могут производить, например, в газовую шапку нефтяной залежи, или, например, в насыщенную нефтью часть нефтяной залежи, или например, в обводненную часть нефтяной залежи.
Чтобы осуществить закачку могут быть использованы различные технические средства для закачки содержащего диоксид углерода компонента. Если на выходе устройства 10 сжижения давление содержащего диоксид углерода компонента превышает пластовое давление и позволяет производить закачку содержащего диоксид углерода компонента в залежь 8, то в этом случае закачивающее устройство 2 могут выполнять, например, в виде трубопровода, оборудованного необходимой трубопроводной арматурой, или насосно-компрессорных труб, или фитинга, или любой комбинации из них, или тому подобного. Например, закачивающее устройство 2 может включать в себя трубопровод и насосно-компрессорные трубы. В этом случае насосно-компрессорные трубы размещают в нагнетательной скважине 5, а через трубопровод сообщают нагнетательную скважину 5 и выход устройства 10 сжижения.
Если для закачки в залежь 8 необходимо повысить давление содержащего диоксид углерода компонента, то в состав закачивающего устройства 2 включают устройство (или установку, или агрегат, или тому подобное) для повышения давления содержащего диоксид углерода компонента. Например, закачивающее устройство 2 может содержать нагнетательный насос для нагнетания содержащего диоксид углерода компонента. В качестве нагнетательного насоса может быть использован, например, поршневой насос (плунжерный насос), винтовой насос, роторный насос или тому подобный, любой из которых могут приводить в действие, например, электродвигателем, или например, двигателем внутреннего сгорания 3. Закачивающее устройство 2 может содержать другие известные технические средства, чтобы осуществлять закачку содержащего диоксид углерода компонента в залежь 8 через нагнетательную скважину 5. Кроме этого, закачивающее устройство 2 может содержать емкость для хранения содержащего диоксид углерода компонента.
С использованием закачивающего устройства 2 содержащий диоксид углерода компонент могут закачивать в залежь 8 через добывающую скважину 9 (на фиг. 1 не показано), например, для обработки призабойной зоны добывающей скважины 9. Так могут осуществлять «Huff and Puff» процесс, например, выполнять циклическую закачку содержащего диоксид углерода компонента в залежь 8 через добывающую скважину 9, чередуя период закачки, период выдержки для реагирования (смешивания) диоксида углерода с пластовыми флюидами в призабойной зоне добывающей скважины 9 (в течение данного периода закачку и добычу не осуществляют) и период извлечения содержащего углеводороды флюида из залежи 8 через добывающую скважину 9. Также возможно применение подобного или иного варианта «Huff and Puff» процесса.
Также возможно осуществление технологии закачки, при которой осуществляется закачка и извлечение циклами. Например, в течение первого цикла осуществляют закачку содержащего диоксид углерода компонента в залежь 8 через нагнетательную скважину 5, а извлечение содержащего углеводороды флюида осуществляют из добывающей скважины 9. А в течение следующего цикла, например, осуществляют закачку содержащего диоксид углерода компонента в залежь 8 через добывающую скважину 9 (на фиг. 1 не показано), а извлечение содержащего углеводороды флюида осуществляют из нагнетательной скважины 5 (на фиг. 1 не показано).
На фиг. 2 показаны залежь 8; добывающая скважина 9, которая пробурена в залежь 8 и выполнена с возможностью сообщения с сепаратором 7; нагнетательная скважина 5, которая пробурена в залежь 8 и выполнена с возможностью сообщения с закачивающим устройством 2; нагнетательная скважина 46, пробуренная в залежь 8; блок 20 подготовки газа, который содержит устройство 13 очистки газа, устройство 18 обработки газа, устройство 19 для нагрева газа; энергосиловая установка 21, которая содержит двигатель внутреннего сгорания 24; углекислотная установка 28; блок 31 очистки; устройство 37 сжижения; компрессорное устройство 43; устройство 47 для закачки воды.
Добывающая скважина 9, показанная на фиг. 2, подобна добывающей скважине 9, показанной на фиг. 1. Нагнетательная скважина 5, показанная на фиг. 2, подобна нагнетательной скважине 5, показанной на фиг. 1. Сепаратор 7, показанный на фиг. 2, подобен сепаратору 7, показанному на фиг. 1. Закачивающее устройство 2, показанное на фиг. 2, подобно закачивающему устройству 2, показанному на фиг. 1.
Вариант предлагаемого способа, схема которого приведена на фиг. 2, осуществляется следующим образом. Содержащий углеводороды флюид извлекают из залежи 8 через добывающую скважину 9. После извлечения из залежи 8 поток 12 содержащего углеводороды флюида поступает в сепаратор 7, выполненный с возможностью получения содержащего углеводороды флюида от добывающей скважины 9. Показатели (состав, температура, давление и тому подобное) содержащего углеводороды флюида в потоке 12, показанном на фиг. 2, идентичны показателям (составу, температуре, давлению и тому подобному) содержащего углеводороды флюида в потоке 12, показанном на фиг. 1.
В сепараторе 7 отделяют газ от содержащего углеводороды флюида.
Из сепаратора 7 поток 14 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, поступает в блок 20 подготовки газа. Показатели (состав, температура, давление и тому подобное) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, в потоке 14, показанном на фиг. 2, идентичны показателям (составу, температуре, давлению и тому подобному) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, в потоке 14, показанном на фиг. 1.
В блоке 20 подготовки газа производят подготовку газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, для сжигания в энергосиловой установке 21. Для осуществления такой подготовки в блоке 20 подготовки газа из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, удаляют серосодержащее вещество, и/или твердые частицы, и/или влагу (воду и/или водяной пар), и/или по крайней мере часть тяжелых углеводородов, и/или часть диоксида углерода, а также нагревают газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида.
Блок 20 подготовки газа содержит устройство 13 очистки газа, в котором из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, удаляют (снижают концентрацию) влагу, твердые частицы, серосодержащие вещества, жидкие углеводороды и тому подобное. Например, устройство 13 очистки газа может включать в себя такое устройство, как газовый сепаратор для удаления влаги, твердых частиц, жидких углеводородов и тому подобного. Также для удаления влаги из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, устройство 13 очистки газа может содержать установку (или аппарат, или устройство) гликолевой осушки газа и/или, например, установку (или аппарат) осушки посредством охлаждения газа. Для удаления серосодержащих веществ и/или азота устройство 13 очистки газа может включать в себя, например, мембранную установку (или устройство). Или, например, для удаления серосодержащих веществ могут применять скруббер содовой очистки, или технологии с использованием аминов, или тому подобное.
Блок 20 подготовки газа содержит устройство 18 обработки газа. В устройстве 18 обработки газа обрабатывают газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, для удаления по крайней мере части тяжелых углеводородов и/или части диоксида углерода. Данную часть диоксида углерода могут удалять в случае избыточного содержания диоксида углерода в газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида. Для удаления части диоксида углерода из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, и/или для удаления по крайней мере части тяжелых углеводородов в состав устройства 18 обработки газа могут включать, например, установку (аппарат) низкотемпературной сепарации для фракционного разделения газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Чтобы удалить из газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, часть диоксида углерода и/или по крайней мере часть тяжелых углеводородов могут использовать, например, установку (аппарат) низкотемпературной сепарации, в которой при понижении давления в процессе расширения газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, понижается его температура. Это приводит к конденсации по крайней мере части тяжелых углеводородов и/или части диоксида углерода. Сконденсировавшиеся тяжелые углеводороды, полученные в устройстве 18 обработки газа, могут направлять, например, для дальнейшей переработки и/или в закачивающее устройство 2 для закачки в залежь 8 (на фиг. 2 не показано). А сконденсировавшийся диоксид углерода, полученный в устройстве 18 обработки газа, могут подавать, например, в устройство 37 сжижения и/или закачивающее устройство 2 для закачки в залежь 8 (на фиг. 2 не показано).
Блок 20 подготовки газа включает в себя устройство 19 (например, теплообменник) для нагрева (повышения температуры) газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида. Также нагрев газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида могут производить в энергосиловой установке 21 (на фиг. 2 не показано). Блок 20 подготовки газа имеет необходимые технические средства (например, выпускное отверстие, или, например, выпускной патрубок) для выхода газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, после его подготовки в блоке 20 подготовки газа.
Из блока 20 подготовки газа поток 22 газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, подают (подача газа может осуществляться под давлением) в энергосиловую установку 21, которая содержит двигатель внутреннего сгорания 24. В двигателе внутреннего сгорания 24 при его работе сжигают газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, с воздухом для выработки механической энергии. Отходящие газы, образующиеся при упомянутом сжигании газа, отделенного от содержащего углеводороды флюида, выводят (выпускают) из энергосиловой установки 21.
Энергосиловая установка 21 является одной из возможных модификаций энергосиловой установки 1. Двигатель внутреннего сгорания 24 является одной из возможных модификаций двигателя внутреннего сгорания 3. Устройство и работа энергосиловой установки 21 и двигателя внутреннего сгорания 24 подобны устройству и работе энергосиловой установки 1 и двигателя внутреннего сгорания 3, которые описаны выше. Отличие двигателя внутреннего сгорания 24 от двигателя внутреннего сгорания 3 состоит в том, что двигатель внутреннего сгорания 24 выполнен с возможностью работы на газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, при поступлении данного газа от блока 20 подготовки газа, а двигатель внутреннего сгорания 3 выполнен с возможностью работы на газе, отделенном от содержащего углеводороды флюида, при поступлении данного газа от сепаратора 7. Данное отличие может заключаться в применяемых материалах, степени сжатия и других конструктивных особенностях, которые описаны в технической литературе и известны специалистам. Кроме этого, отличия энергосиловой установки 21 и двигателя внутреннего сгорания 24 от энергосиловой установки 1 и двигателя внутреннего сгорания 3 заключаются в том, что энергосиловая установка 21 и двигатель внутреннего сгорания 24 дополнены техническими средствами для понижения концентрации кислорода в отходящих газах и техническими средствами для добавления части содержащего диоксид углерода компонента в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида. Данные отличия будут представлены ниже.
Из энергосиловой установки 21 поток 23 отходящих газов направляют в кипятильник 26. Кипятильник 26 может быть выполнен, например, в виде теплообменника. В кипятильнике 26 от отходящих газов получают тепловую энергию (теплоту) для использования в десорбере 27. Соответственно, в кипятильнике 26 температура отходящих газов понижается.
Из кипятильника 26 поток 30 отходящих газов поступает в блок 31 очистки. В блоке 31 очистки из отходящих газов удаляют сажу, и/или твердые частицы, и/или влагу, и/или окислы азота, и/или несгоревшие углеводороды, и/или кислород, и/или оксид углерода. Также в блоке 31 очистки отходящие газы охлаждают. Например, блок 31 очистки может содержать следующие устройства (аппараты, установки): фильтр нейтрализатор (например, платиновый) для удаления из отходящих газов сажи; механический фильтр (или например, электрофильтр, или, например, скруббер) для удаления из отходящих газов твердых частиц; газовый сепаратор (или, например, скруббер) для удаления из отходящих газов влаги и твердых частиц; каталитический реактор (например, с орошением карбамидом) для удаления из отходящих газов окислов азота, а также устройства (например, с использованием каталитического дожигания) для удаления из отходящих газов несгоревших углеводородов и/или оксида углерода, и/или кислорода. Причем фильтр нейтрализатор (например, платиновый) для удаления из отходящих газов сажи может быть также установлен в энергосиловой установке 21 (например, в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания 24). Также блок 31 очистки может содержать скруббер для очистки и охлаждения отходящих газов, в котором отходящие газы при промывке водой очищают и охлаждают до необходимой температуры.
Из блока 31 очистки поток 32 отходящих газов подают (например, вентилятором или газодувкой, или, например, дымососом) в углекислотную установку 28. Углекислотная установка 28 является одной из возможных модификаций углекислотной установки 6. Углекислотная установка 28 выполнена с возможностью получения содержащего азот компонента отходящих газов в процессе извлечения из отходящих газов содержащего диоксид углерода компонента. Углекислотная установка 28 содержит технические средства для абсорбции и десорбции содержащего диоксид углерода компонента. Углекислотная установка 28 включает в себя абсорбционную подсистему, содержащую абсорбер (который также называют абсорбционной колонной) 29, и десорбционную подсистему, содержащую десорбер (который также называют десорбционной колонной или отпарной колонной) 27 и кипятильник 26. В углекислотной установке 28 содержащий диоксид углерода компонент извлекают из отходящих газов следующим образом. В абсорбере 29 содержащий диоксид углерода компонент поглощается из отходящих газов раствором (раствором абсорбента), в результате этого получают обогащенный диоксидом углерода раствор. Содержащий диоксид углерода компонент содержит диоксид углерода и другие вещества (например, азот, и/или кислород, и/или другие), которые могут быть поглощены вместе с диоксидом углерода раствором (раствором абсорбента). Концентрация упомянутых веществ зависит от свойств абсорбента, технологических режимов углекислотной установки 28 и подобного. Для поглощения содержащего диоксид углерода компонента могут быть использованы амины (например, водный раствор моноэтаноламина), водный раствор аммиака и тому подобное. После упомянутого поглощения остаток отходящих газов представляет собой содержащий азот компонент. Таким образом в углекислотной установке 28 получают содержащий азот компонент. Содержащий азот компонент содержит азот, а кроме этого может содержать кислород, в незначительной концентрации диоксид углерода и другие вещества. Поток 33 содержащего азот компонента выводят из абсорбера 29, а обогащенный диоксидом углерода раствор направляют в десорбер 27.
В десорбере 27 содержащий диоксид углерода компонент выделяют из обогащенного диоксидом углерода раствора при значениях температуры и давления, необходимых для десорбции. Например, для выделения содержащего диоксид углерода компонента обогащенный диоксидом углерода раствор могут нагревать с использованием тепловой энергии (теплоты) отходящих газов. В этом случае в процессе выделения содержащего диоксид углерода компонента для нагрева обогащенного диоксидом углерода раствора в кипятильнике 26 и десорбере 27 передают обогащенному диоксидом углерода раствору по крайней мере часть тепловой энергии отходящих газов. После выделения содержащий диоксид углерода компонент выводят (выпускают) из десорбера 27. Углекислотная установка 28 может содержать нагревающее устройство (на фиг. 2 не показано), в котором нагревают теплоноситель (например, воду) с использованием тепловой энергии (теплоты) содержащего диоксид углерода компонента. Для нагрева теплоносителя (например, воды) нагревающее устройство выполняют с возможностью передачи теплоносителю (например, воде) по крайней мере части тепловой энергии содержащего диоксид углерода компонента после извлечения содержащего диоксид углерода компонента из отходящих газов. В нагревающем устройстве температура содержащего диоксид углерода компонента понижается. В связи с чем в нагревающем устройстве конденсируются водяной пар и абсорбент, который может присутствовать в виде пара в содержащем диоксид углерода компоненте. Подробные описания конструкций и работы углекислотных установок описаны в технической литературе и известны специалистам.
Из углекислотной установки 28 поток 34 содержащего диоксид углерода компонента поступает в устройство 37 сжижения. Устройство 37 сжижения является модификацией устройства 10 сжижения. Устройство 37 сжижения содержит технические средства (например, устройство) для сжатия содержащего диоксид углерода компонента; технические средства (например, устройство) для осушки содержащего диоксид углерода компонента; технические средства (например, устройство) для охлаждения содержащего диоксид углерода компонента; технические средства (например, устройство) для нагнетания (или подачи) содержащего диоксид углерода компонента.
В устройстве 37 сжижения содержащий диоксид углерода компонент сжимают в компрессоре 35. Устройство 37 сжижения может содержать скруббер для промывки (очистки и охлаждения) водой содержащего диоксид углерода компонента до сжатия в компрессоре 35. После сжатия в компрессоре 35 содержащий диоксид углерода компонент поступает в устройство 36 осушки, в котором удаляют влагу (воду и/или водяной пар) с использованием, например, гликолевой осушки, или, например, адсорбентов, или тому подобного. После осушки содержащий диоксид углерода компонент поступает в конденсатор 38, охлаждаемый холодильной машиной. В конденсаторе 38 содержащий диоксид углерода компонент охлаждают. При охлаждении в конденсаторе 38 содержащий диоксид углерода компонент сжижается. То есть диоксид углерода переходит в жидкое состояние. При этом незначительное количество неконденсирующегося газа (или газов), например, такого как азот, и/или кислород, и/или подобного может быть растворено в сжиженном диоксиде углерода. Не растворившуюся часть неконденсирующегося газа (или газов) удаляют из конденсатора 38, например, с использованием клапана для продувки (на фиг. 2 не показан). Таким образом обеспечивают повышение концентрации диоксида углерода в содержащем диоксид углерода компоненте. В содержащем диоксид углерода компоненте, полученном в устройстве 37 сжижения, концентрация диоксида углерода может составлять, например, 99,9% и более. Содержащий диоксид углерода компонент в жидком состоянии поступает в подающий насос 39, который выполнен с возможностью нагнетания содержащего диоксид углерода компонента после его сжижения.
Также устройство 37 сжижения может содержать терморегулирующее устройство (на фиг. 2 не показано), с использованием которого после сжижения или в процессе сжижения содержащего диоксид углерода компонента устанавливают необходимую температуру содержащего диоксид углерода компонента. Установление необходимой температуры содержащего диоксид углерода компонента требуется для того, чтобы, например, избежать неблагоприятного воздействия на оборудование при низких температурах (например, при -20°С и ниже) содержащего диоксид углерода компонента или, например, для того, чтобы избежать образования ледяных пробок в трубопроводах. В терморегулирующем устройстве содержащий диоксид углерода компонент нагревают, если, например, температура содержащего диоксид углерода компонента ниже необходимой при закачке содержащего диоксид углерода компонента в залежь 8. В терморегулирующем устройстве содержащий диоксид углерода компонент охлаждают, например, чтобы обеспечить поступление содержащего диоксид углерода компонента в жидком состоянии в подающий насос 39, если температура содержащего диоксид углерода компонента после сжижения близка к критической температуре диоксида углерода. Терморегулирующее устройство могут размещать в устройстве 37 сжижения или выполнять в виде отдельного устройства (на фиг. 2 не показано).
Содержащий диоксид углерода компонент из устройства 37 сжижения подают в закачивающее устройство 2 подающим насосом 39. Поток 40 содержащего диоксид углерода компонента из устройства 37 сжижения поступает под давлением в закачивающее устройство 2. С использованием закачивающего устройства 2 содержащий диоксид углерода компонент закачивают в залежь 8 через нагнетательную скважину 5 (клапан 41 закрыт).
До закачки в залежь 8 в содержащий диоксид углерода компонент могут добавлять (на фиг. 2 не показано) по крайней мере часть тяжелых углеводородов и/или диоксид углерода, полученных в устройстве 18 обработки газа. Устройство (например, такое как смеситель), выполненное с возможностью добавления в содержащий диоксид углерода компонент тяжелых углеводородов и/или диоксида углерода могут размещать в устройстве 37 сжижения, или в закачивающем устройстве 2, или выполнять, например, в виде отдельного блока. К данному устройству подсоединяют трубопровод для поступления содержащего диоксид углерода компонента и трубопровод для поступления, например, смеси, которая содержит диоксид углерода, полученный в устройстве 18 обработки газа, и/или тяжелые углеводороды, полученные в устройстве 18 обработки газа.
В залежь 8 в дополнение к содержащему диоксид углерода компоненту могут закачивать по крайней мере часть содержащего азот компонента следующим образом. После закачки в залежь 8 через нагнетательную скважину 5 (с использованием закачивающего устройства 2) содержащего диоксид углерода компонента в количестве достаточном для формирования в залежи 8 оторочки диоксида углерода (содержащего диоксид углерода компонента) поток 42 содержащего азот компонента из углекислотной установки 28 направляют (клапан 44 закрыт) в компрессорное устройство 43. Компрессорное устройство выполнено с возможностью закачки содержащего азот компонента в залежь 8 через нагнетательную скважину 5. Могут быть использованы различные технические средства для закачки содержащего азот компонента. Например, компрессорное устройство 43 может содержать по крайней мере одно из следующих технических устройств: компрессор (или насосно-компрессорную установку), трубопровод, насосно-компрессорные трубы, фитинг и подобное оборудование. С использованием компрессорного устройства 43 осуществляют закачку в залежь 8 содержащего азот компонента через нагнетательную скважину 5 (клапан 41 открыт) для продвижения оторочки диоксида углерода, например, к добывающей скважине 9. При этом обеспечивают технические мероприятия (например, ограничивают давление при закачке содержащего азот компонента) для предотвращения прорыва азота в любую добывающую скважину, пробуренную в залежь 8.
Как отмечалось выше в содержащем азот компоненте может присутствовать кислород. Для понижения концентрации кислорода в отходящих газах (соответственно и в содержащем азот компоненте) могут использовать часть содержащего азот компонента, или часть содержащего диоксид углерода компонента, или часть отходящих газов. Например, поток 45 части содержащего азот компонента направляют (клапан 44 открыт) из углекислотной установки 28 в энергосиловую установку 21. В энергосиловой установке 21 (например, в двигателе внутреннего сгорания 24) добавляют часть содержащего азот компонента в используемый в качестве окислителя воздух (и/или в сжатую газовоздушную смесь). При этом пропорцию между воздухом и газом, отделенным от содержащего углеводороды флюида, устанавливают таким образом, чтобы обеспечить сжигание горючих веществ (которые содержит газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида) и понижение концентрации кислорода в отходящих газах. Тогда сжатая газовоздушная смесь содержит воздух в количестве не меньшем чем теоретически необходимо для окисления горючих веществ. А поддержание требуемой температуры в камере сгорания осуществляют не посредством регулирования коэффициента избытка воздуха, а путем добавления необходимого количества содержащего азот компонента. Вместо части содержащего азот компонента в используемый в качестве окислителя воздух (и/или в сжатую газовоздушную смесь) могут добавлять часть содержащего диоксид углерода компонента и/или часть отходящих газов. Устройство для добавления части содержащего азот компонента и/или части отходящих газов (и/или части содержащего диоксид углерода компонента) в воздух и/или в сжатую газовоздушную смесь могут размещать, например, в энергосиловой установке 21, или, например, предусматривать в конструкции двигателя внутреннего сгорания 24. Например, до упомянутого сжигания часть содержащего азот компонента, и/или часть содержащего диоксид углерода компонента, и/или часть отходящих газов могут добавлять в воздух (и/или в сжатую газовоздушную смесь) с использованием любого из таких устройств, как, например, смеситель, нагнетатель, клапан-смеситель или подобных.
В начальный период закачки в залежь 8 содержащего диоксид углерода компонента, а именно до прорыва диоксида углерода в добывающие скважины, газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, имеет низкую детонационную стойкость. В течение данного периода, например, в энергосиловой установке 21 (например, в двигателе внутреннего сгорания 24) для повышения детонационной стойкости в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, могут добавлять часть содержащего диоксид углерода компонента. Для этого часть содержащего диоксид углерода компонента могут направлять (на фиг. 2 не показано) в энергосиловую установку 21, например, от углекислотной установки 28 и/или от устройства 37 сжижения. Могут быть использованы различные устройства для добавления части содержащего диоксид углерода компонента в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, и/или в используемый в качестве окислителя воздух, и/или в сжатую газовоздушную смесь, содержащую воздух и газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида. Например, до упомянутого сжигания часть содержащего диоксид углерода компонента могут добавлять в газ, отделенный от содержащего углеводороды флюида, (и/или в используемый в качестве окислителя воздух, и/или в сжатую газовоздушную смесь) с помощью такого устройства, как смеситель, или, например, нагнетатель, или клапан-смеситель, или подобного.
В залежь 8 через нагнетательную скважину 46 закачивают воду. Предназначенная для закачки в залежь 8 вода поступает в устройство 47 для закачки воды, выполненное с возможностью закачки воды в залежь 8 через нагнетательную скважину 5. Устройство 47 для закачки воды содержит насос (или насосно-компрессорную установку), который нагнетает воду в залежь 8 через нагнетательную скважину 46. В том случае, если, исходя из геолого-физической характеристики месторождения, необходимо повысить температуру воды, то воду до закачки в залежь 8 могут нагревать например, в нагревающем устройстве, и/или в котле-утилизаторе, и/или в теплообменнике системы охлаждения (на фиг. 2 не показано). Для нагрева в котле-утилизаторе передают воде по крайней мере часть тепловой энергии (теплоты) отходящих газов (на фиг. 2 не показано). Котел-утилизатор может входить в состав энергосиловой установки 21. Энергосиловая установка 21 может содержать систему охлаждения с теплообменником системы охлаждения, в котором для нагрева передают воде по крайней мере часть тепловой энергии (теплоты) системы охлаждения. Также воду могут нагревать в нагревающем устройстве (на фиг. 2 не показано), в котором для нагрева передают воде по крайней мере часть тепловой энергии (теплоты) содержащего диоксид углерода компонента после извлечения содержащего диоксид углерода компонента из отходящих газов. Такое нагревающее устройство могут размещать, например, в углекислотной установке 28.
Воду и содержащий диоксид углерода компонент могут закачивать в залежь 8 поочередно, осуществляя какой-либо вариант «Water-Alternating-Gas» процесса. Также воду и содержащий диоксид углерода компонент могут закачивать в залежь 8 одновременно. При этом содержащий диоксид углерода компонент и воду могут закачивать в залежь 8 не только через разные нагнетательные скважины, например, содержащий диоксид углерода компонент через нагнетательную скважину 9, а воду через нагнетательную скважину 46. Также содержащий диоксид углерода компонент и воду могут закачивать (поочередно или одновременно) в залежь 8 через одну нагнетательную скважину (на фиг. 2 не показано).
3
Пример: Содержащий углеводороды флюид извлекают из нефтяной залежи. Газ (попутный нефтяной газ) отделяют от содержащего углеводороды флюида. Попутный нефтяной газ в количестве 1700 м/час поступает в 3 энергосиловые установки, каждая из которых содержит газовый двигатель и электрический генератор. Попутный нефтяной газ сжигают с воздухом в газовых двигателях, каждый из которых выполнен с возможностью работы посредством упомянутого сжигания попутного нефтяного газа. Газовые двигатели приводят в действие электрические генераторы, которые вырабатывает электроэнергию.
Из отходящих газов газовых двигателей в углекислотной установке извлекают содержащий диоксид углерода компонент отходящих газов. Содержащий диоксид углерода компонент сжижают в сжижающем устройстве. Энергосиловая установка и углекислотная установка содержат теплообменники для генерирования тепловой энергии (теплоты).
Состав попутного нефтяного газа после прорыва диоксида углерода в добывающие скважины: метан 49%, этан 11,9%, пропан 7%, бутан 2,1%, диоксид углерода 30%. Метановое число данного попутного нефтяного газа составляет более 75. Указанное значение метанового числа (более 75) выше типового минимально допустимого значения для газового двигателя, значение которого принимают равным 52 /см. Иванов С.С., Тарасов М.Ю. Требования к подготовке растворенного газа для питания газопоршневых двигателей. Нефтяное хозяйство, 2011, №1, с. 102-105/.
Электрическая мощность, генерируемая энергосиловыми установками, составляет около 5,5 МВт, из которых около 0,5 МВт расходуется на сжижение и закачку (при давлении 30 МПа) содержащего диоксид углерода компонента в нефтяную залежь.
Генерируемая тепловая мощность составляет около 5,7 Гкал/час, из которых 1,8 Гкал/час расходуется в углекислотной установке при извлечении содержащего диоксид углерода компонента из отходящих газов.
В углекислотной установке и устройстве сжижения получают содержащий диоксид углерода компонент в жидком состоянии в количестве около 3800 кг/час (технологические потери учтены) при концентрации диоксида углерода 99,9%.
Из устройства сжижения содержащий диоксид углерода компонент поступает в закачивающее устройство. С использованием закачивающего устройства содержащий диоксид углерода компонент закачивают (под давлением 30 МПа) через нагнетательные скважины в нефтяную залежь.
Возможны многие модификации и вариации осуществления изобретения, исходя из раскрытых вариантов осуществления изобретения, материалов и технических средств, не выходя за рамки сущности и объема изобретения. Соответственно, объем формулы изобретения, приведенных в формуле изобретения признаков и их функциональных эквивалентов не должен быть ограничен конкретными вариантами осуществления, которые описаны и показаны в описании изобретения, так как эти варианты приведены в качестве примера.