СПОСОБ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ
METHOD OF IN-SITU COMBUSTION

Настоящее изобретение относится к способу извлечения смеси углеводородов, в частности смеси тяжелых углеводородов, из подземного пласта путем внутрипластового горения.
Из уровня техники известен способ внутрипластового горения для извлечения смеси углеводородов, тяжелых углеводородов, из подземного пласта, описанный в патенте (USA 5456315 С2,10.10.1995).
Недостаток известного технического решения заключается в том, что для его осуществления требуется обогащенный кислородом газ, что усложняет и удорожает процесс.
2
Известен также способ внутрипластового горения, описанный в патенте (RU 2564425 С2, 27.09.2015), и принятый за прототип, в котором в верхней части пластового резервуара выполняются ряд вертикальных нагнетательных скважин, кроме того, выполняется также по меньшей мере одна газовая эксплуатационная скважина, отделенная в боковом направлении от ряда нагнетательных скважин, и горизонтальная эксплуатационная скважина, расположенная ниже нагнетательных скважин, кислородсодержащий газ, как правило, воздух, нагнетают через каждую нагнетательную скважину и производят зажигание, углеводороды добывают из горизонтальной эксплуатационной скважины, лежащей ниже нагнетательного интервала, а чтобы инициировать и поддерживать горение в пластовом резервуаре для нагнетания используют обогащенный кислородом газ, например смесь кислорода и CO.
Недостаток прототипа состоит в том, что так же, как и у аналога, при избытке нефтяного кокса и при малом количестве связанной воды такое мероприятие может привести к некоторому понижению температуры в зоне горения и переносу теплоты в зону, расположенную впереди фронта горения, за счет испарения воды и последующей ее конденсации. Кроме того, для его осуществления, как и аналога, требуется обогащенный кислородом газ, что усложняет и удорожает процесс.
Задачей изобретения является повышение равномерности охвата пласта горением, снижение вязкости находящихся в пласте нефти, снижение расхода воздуха и снижение избыточного количества кокса, а также обеспечение более равномерного фонта горения на месторождениях, содержащих тяжелую высоковязкую нефть, и снижение стоимости добычи.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении производительности скважины, снижении расходов на эксплуатацию и увеличении дебета нефтепродуктов.
Технический результат получают за счет того, что в способе, в котором выполняют ряд вертикальных нагнетательных скважин, достигающих пластового резервуара, выполняют также по меньшей мере одну газовую эксплуатационную скважину, отделенную в боковом направлении от ряда нагнетательных скважин, и горизонтальную эксплуатационную скважину, расположенную ниже пластового резервуара и нагнетательных скважин, в каждую нагнетательную скважину подают кислородсодержащий газ, производят зажигание и добывают полученный продукт из эксплуатационной скважины, а газы, образующиеся в результате внутрипластового горения, получают через пластовый резервуар, согласно изобретению в одну из вертикальных нагнетательных скважин, предпочтительно в ближайшую к центру горизонтальной нагнетательной скважины, через промежутки времени вводят на некоторую глубину датчик температуры, по результатам показаний датчика вводят под давлением порцию сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки и после начала горения стружки в ту же вертикальную нагнетательную скважину на некоторое время подается кислородосодержащий газ.
Указанный технический результата достигается и за счет того, что по сигналам упомянутого датчика температуры, повторно вводят порцию сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки.
Введение в одну из вертикальных нагнетательных скважин порций сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки способствует повышению температуры внутри горизонтальной нагнетательной скважины за счет горения стружки, что обеспечивает повышение равномерности охвата пласта горением, снижение вязкости находящихся в пласте нефтепродуктов, снижение расхода воздуха и снижение избыточного количества кокса, а также обеспечение более равномерного фронта горения на месторождениях, в том числе и на месторождениях, содержащих тяжелую высоковязкую нефть.
Подача кислородосодержащего газа в скважину, где происходит горение алюминиевой стружки, приводит к распределению высокой температуры по большему объему камеры.
Повторное введение порции сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки по сигналам датчика температуры приводит к увеличению положительного эффекта от горения алюминиевой стружки.
Способ внутрипластового горения иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема внутрипластового горения внутри скважины; распределение нефтенасыщенности; распределение водонасыщенности; распределение температуры и показаны несколько зон, образующихся в результате горения.
Схема, иллюстрирующая предложенный способ, выглядит следующим образом.
При внутрипластовом горении в пласте формируется несколько зон.
1 - нагнетательная скважина; 2 - добывающая скважина; 3 - распределение нефтенасыщенности; 4 - распределение водонасыщенности; 5 - распределение температуры.
При этом можно выделить несколько зон, расположенных по горизонтали:
I. Выгоревшая зона со следами несгоревшей нефти или кокса, в которой закачанный воздух нагревается теплотой, оставшейся в этой зоне после прохождения фронта горения.
II. Зона горения, в которой максимальная температура достигает 1500-2500°C. Теплота в этой зоне передается главным образом за счет конвекции.
III. Зона испарения, в которой происходит возгонка нефти на фракции и крекинг остаточной нефти в результате ее нагрева горячими газами, поступающими из зоны горения. Пластовая и связанная воды в этой зоне превращаются в сухой пар, разложившийся под влиянием высокой температуры на атомарный кислород и водород.
2
2
2
2
4
IV. Зона конденсации, в которой происходит конденсация углеводородов и паров воды вследствие понижения температуры. Нефть и вода проталкиваются к добывающим скважинам несконденсировавшимися газами и газами, образовавшимися в результате горения, такими как СО, СО и N, также О, Н, О, Н СН и другими газообразными продуктами.
V. Зона увеличенной водонасыщенности, содержащая все три компонента - нефть, воду и газы.
VI. Зона увеличенной нефтенасыщенности, образующаяся в результате перемещения нефти из предыдущих зон и содержащая маловязкую нефть вследствие обогащения ее легкими фракциями углеводородов.
VII. Невозмущенная зона, в которой пластовая температура практически остается первоначальной, а поэтому и вязкость вытесняемой нефти низкой.
Сплошными линиями показаны параметры, имеющиеся в традиционном способе, и пунктирными линиями обозначены прогнозируемые параметры при заявленном способе. На чертеже также показаны датчик температуры 7 и шланг 8 для подачи пульпы, содержащей измельченную стружку с добавлением сатурированной воздухом воды.
Способ осуществляется следующим образом.
Выполняют ряд вертикальных нагнетательных скважин, доходящих до пластового резервуара, выполняют также по меньшей мере одну газовую эксплуатационную скважину, отделенную в боковом направлении от ряда нагнетательных скважин, и формируется горизонтальная эксплуатационная скважина, расположенная ниже пластового резервуара и нагнетательных скважин. Затем в одну из вертикальных нагнетательных скважин, предпочтительно в самую близкую к центру горизонтальной нагнетательной скважины, вводят на стержне датчик температуры 7. В каждую нагнетательную скважину подается кислородсодержащий газ, и производят зажигание. Благодаря горению нефтегазовых продуктов внутри пластового резервуара датчик 7 показывает повышение температуры. Обычно температура внутри пластового резервуара несколько превышает 300-400°C. При определенном значении показаний датчика 7 в ту же скважину, где находится датчик, вводят шлаг 8. и по этому шлангу вводят под давлением порцию сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки. Как известно, алюминиевая стружка самовозгорается при температурах 250°-300°C. При горении алюминиевой стружки внутри пластового резервуара температура повышается до значений, превышающих 2500°C. При этом датчик температуры 7 сигнализирует о дальнейшем повышении температуры внутри пластового резервуара, что свидетельствует о возгорание стружки.
Затем производят подачу кислородосодержащего газа в скважену, где происходит горение алюминиевой стружки, что приводит к распределению высокой температуры по большему объему резервуара. Образовавшийся водяной пар способствует выдавливанию нефтепродуктов вдоль пластового резервуара. В то же время при такой высокой температуре водяной пар с наличием горящего алюминия разлагается на кислород и водород. Кислород в свою очередь вступает в реакцию с нефтяным коксом. Интенсивно горящий кокс способствует поддержанию температуры на высоком уровне. При высоких температурах продолжается возгонка кокса с выделением из него более легких фракций. В то же время водород может вступать в реакцию с углеродом кокса, образуя смесь газов, состоящих из метана, этана, пропана и т.д. При этом горящий алюминий выполняет функции катализатора. В результате высокотемпературного крегинга из кокса дополнительно выделяются высокомолекулярные жидкости (от пентанов и выше) и различного состава и фазового состояния. По мере происходящих внутри пластового резервуара процессов порция введенной в него алюминиевой стружки выгорает и температура начинает спадать. Это фиксирует датчик 7. На основе полученного ранее опыта или по желанию оператора или при снижении дебета нефтяных продуктов, в пласт вводят дополнительную порцию сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки. Повторяется описанный ранее процесс.
Легкие, газообразные фракции вместе с водородом попадают газовую эксплуатационную скважину, и выводятся из нее для дальнейшей переработки.
Нагретые тяжелые углеводороды, имеющие меньшую вязкость, чем природные углеводороды, стекают вниз под действием силы тяжести в горизонтальную эксплуатационную скважину, откуда и выкачиваются наружу для дальнейшей переработки и использованию.
2
Таким образом, введение в одну из вертикальных нагнетательных скважин порций сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки и дополнительная подача воздуха способствуют повышению температуры внутри горизонтальной нагнетательной скважины за счет горения стружки, обеспечивает повышение равномерности охвата пласта горением, снижению вязкости находящихся в пласте нефти, снижению расхода воздуха и снижению избыточного количества кокса. При этом существенно повышается продуктивность и производительность скважины, снижается поступление наружу углекислого газа, снижаются расходы на эксплуатацию и снижается расход воздуха. Это позволяет добывать и использовать углеводороды более эффективно и производить при этом меньшее воздействие на окружающую среду, в частности выбрасывать меньше СО.
Метод внутрипластового горения - один из наиболее сложных по своему механизму, условиям реализации, моделированию и прогнозу возможной эффективности.
Предварительный термодинамический и гидродинамический расчеты показывают, что предложенный способ приводит к облагораживанию нефти (термический крекинг, пиролиз и т.д.).