СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ С ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫМИ ЗАПАСАМИ НЕФТИ
DEVELOPMENT METHOD OF MINE WITH HARD-TO-RECOVER OIL DEPOSITS

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяной залежи.
Известен способ разработки нефтяного месторождения, который включает нагнетание кислородосодержащей смеси через нагнетательную скважину и создание в пласте зоны окисления нефти. При температуре пласта выше 65°C создают в нем зону окисления с радиусом (R) зоны полного потребления кислорода в пласте при перемещении зоны окисления по направлению к добывающей скважине. Расстояние (2σ) между нагнетательной и добывающей скважинами и радиус (R) зоны полного потребления кислорода выбирают из условия 2σ≥R. Нагнетание кислородосодержащей смеси прекращают при подходе зоны окисления к добывающей скважине на расстояние не менее чем σ/π (патент РФ №2139421, опублик. 1999.10.10).
Известный способ пригоден только для разработки месторождений с пластовой температурой более 65°C, что ограничивает использование способа.
Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти, согласно которому размещают на залежи нагнетательные и добывающие скважины, в нагнетательные скважины закачивают оторочки воздуха и воды для создания в пласте внутрипластового горения. При этом при разработке залежи с запасами нефти нормальной вязкости из продукции добывающих скважин выделяют попутные нефтяные газы и газы горения. Эти газы отдельно или совместно с попутными нефтяными газами нагнетают в нагнетательные скважины. Закачку оторочек воздуха чередуют с нагнетанием вышеуказанных газов и разделяют их закачкой технических оторочек воды. Соотношение объемов закачки оторочек воздуха и воды выбирают из условия поддержания на фронте горения температуры 300-400°C (патент РФ №2109133, опублик. 1998.04.20 - прототип).
Одним из основных недостатков известных способов разработки является то, что их применение ограничивается только залежами с пластовой температурой 65°C и более. Такое ограничение обосновывается тем, что при применении на залежах с меньшей пластовой температурой трансформация закачиваемого в пласт воздуха в эффективный вытесняющий нефть агент не происходит. Вследствие этого эффект от применения известных способов разработки по повышению нефтеотдачи не достигается.
3
Другим недостатком известных способов разработки месторождений нормальной нефти, предусматривающих закачку воздуха, является значительный объем добываемого газа с превалирующим содержанием азота, а также значительный расход закачиваемого воздуха на добычу нефти, нередко превышающий 1000 нм на тонну добытой нефти. Закачка с воздухом газов горения и попутных газов может не только усилить эти недостатки, но и привести к ухудшению охвата воздействием, а значит, и к снижению нефтеотдачи.
В предложенном изобретении решается задача повышения нефтеотдачи залежи, снижения энергозатрат и уменьшения объемов закачки воздуха.
Задача решается тем, что в способе разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти путем размещения нагнетательных и добывающих скважин, закачки через нагнетательные скважины воздуха, воды, газов горения и попутных нефтяных газов, выделенных из продукции добывающих скважин, и отбора нефти, газов горения и попутных нефтяных газов через добывающие скважины, согласно изобретению предварительно анализируют свойства и образцы породы продуктивного пласта, по начальной пластовой температуре и энергетическому потенциалу пласта с учетом наличия в породе катализаторов окисления нефти кислородом определяют способность пласта обеспечить активные внутрипластовые окислительные процессы, при наличии такой способности пласта в качестве воздуха закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30-90% в объеме 10-40% от перового объема.
Совместно с воздухом, обогащенным кислородом, возможна закачка попутного нефтяного газа и/или газов горения, выделенных из продукции добывающих скважин, и/или воды.
Совместно с водой возможна закачка попутного нефтяного газа и/или газов горения, выделенных из продукции добывающих скважин.
Сущность изобретения
При разработке залежи нефти с применением внутрипластового окисления и/или горения весьма важным показателем является пластовая температура. При температуре 65°C и более процесс инициирования окисления или горения протекает достаточно интенсивно, и разработка залежи сопровождается достижением высоких значений нефтеотдачи. При пластовой температуре залежи менее 65°C нефтеотдача снижается из-за низкой активации процесса горения и окисления. В предложенном изобретении решается задача повышения нефтеотдачи залежи с пластовой температурой менее 65°C. Задача решается следующим образом.
3
Для реализации известных способов разработки нефтяных залежей используется важная энергетическая особенность значительной части месторождений, которые характеризуются не только высоким пластовым давлением, но и повышенными пластовыми температурами порядка 65°C и более. Такие температуры при закачке воздуха в результате высокой скорости процесса расходования кислорода воздуха на окисление нефти гарантируют безопасное ведение процесса и обеспечивают внутрипластовую генерацию высокоэффективного вытесняющего газового агента, обеспечивающего кардинальный прирост нефтеотдачи. Однако активные самопроизвольные окислительные процессы могут происходить и при более низких температурах, так как реальные пласты нередко содержат катализаторы реакции взаимодействия нефти и кислорода, такие как CuO, MnO, CrO, NiO, CoO и др. Быстрое инициирование активных внутрипластовых окислительных процессов является одним из важнейших следствий использования энергетики пласта для организации закачки воздуха на месторождениях легкой нефти. В предложенном способе разработки залежи с запасами легкой нефти и пластовой температуре ниже 65°C предлагается предварительно определить по керну наличие катализаторов и при их наличии провести исследования влияния этих катализаторов на кинетику внутрипластовых окислительных процессов. На основании этих исследований устанавливается возможность реализации внутрипластовой трансформации кислородосодержащих смесей, закачиваемых в конкретную залежь с начальной пластовой температурой ниже 65°C, в эффективный смешивающийся с пластовой нефтью вытесняющий агент. После установления такой возможности необходимо разместить нагнетательные и добывающие скважины. Для реализации предлагаемого способа разработки через нагнетательные скважины первоначально прокачивают 0,1-0,3%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти, сходных по составу с катализаторами в пласте, в объеме до 50-100 м, что позволяет гарантированно активизировать процесс окисления нефти в пласте кислородом, закачиваемым вслед. Затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30-90% в объеме 10-40% от порового объема и воду в объеме 20-50% перового объема.
Такие объемы закачки кислородосодержащей смеси согласно численным исследованиям позволяет сформировать оторочку смешивающегося с пластовой нефтью вытесняющего агента в размере 0,1-0,2 от порового объема, что обеспечивает эффективное вытеснение пластовой нефти на всем пространстве от нагнетательных до добывающих скважин.
Лабораторные исследования показали, что использование при внутрипластовом горении в качестве окислителя кислорода или обогащенного кислородом воздуха может обеспечить как технологические, так и экономические преимущества. Например, при обогащении воздуха кислородом существенно уменьшается объем добываемого газа по сравнению с закачкой обычного воздуха, что в свою очередь снижает проблемы в добывающих скважинах, связанные с пескопроявлениями, эрозией, работой глубинных насосов и с необходимостью добычи больших количеств газа. Другое преимущество связано с образованием в пластовых условиях значительных количеств углекислого газа, что благоприятно сказывается на эффективности процесса вытеснения нефти. Согласно численным и экспериментальным исследованиям формирующийся в результате самопроизвольных окислительных процессов в пласте вытесняющий агент обеспечивает высокую степень вытеснения пластовой нефти до 93-95%. Уменьшение в добываемом газе азота позволяет облегчить и удешевить процесс разделения газов с целью повторного использования углекислого газа для повышения эффективности вытесняющего агента.
Экономика процесса внутрипластового горения в значительной степени определяется расходами на закачку в пласт окислителя. При закачке в пласт воздуха большой составляющей стоимости процесса является его компримирование. Стоимость применения кислорода при внутрипластовом горении в основном зависит от давления и объемов закачки.
3
3
Генераторы кислорода мембранного типа потребляют на производство 1 нмкислорода около 1 кВт·ч электроэнергии. Сравнение с поршневым компрессором высокого давления, потребляющим около 0.3 кВт·ч на компрессию 1 нм воздуха до 40 МПа, показывает, что при расчете на единицу объема закаченного в пласт окислителя экономия электроэнергии при закачке кислорода по сравнению с закачкой воздуха наступает при давлении нагнетания свыше 12-15 МПа.
3
На чертеже представлена зависимость потребляемой мощности криогенной установкой на получение кислорода и компримирование воздуха в зависимости от рабочего давления. Видно, что затраты энергии на производство кислорода с помощью криогенных установок, начиная с давления 12 МПа и выше, становятся меньше энергетических затрат на компрессию объема воздуха, необходимого для проведения процесса внутрипластового горения. Точка пересечения на графике соответствует расходу кислорода 115 тыс. нм/сут.
Согласно представленных на чертеже данных очевидно уменьшение расходов на компрессию обогащенного кислородом воздуха. В этой связи следует подчеркнуть, что применение предлагаемого способа разработки предполагается в основном на месторождениях с глубиной залегания продуктивных пластов, превышающих 1,0-1,5 км, т.е. при пластовых давлениях, превышающих 10 МПа. При таких давлениях потребление топлива на закачку кислорода будет значительно меньше, чем на закачку воздуха.
3
Обогащение кислородом воздуха в промышленных масштабах может быть осуществлено с помощью криогенных и мембранных установок. Они включают в себя блок компрессоров, очистное устройство и холодильную камеру с фракционными колоннами. Это означает, что затраты на обогащение воздуха кислородом до 30-50%, предусмотренные настоящим изобретением, составит 7-25 долларов США на 1000 мобогащенного кислородом воздуха. Если учесть, что затраты на обогащение кислородом воздуха увеличиваются с увеличением степени обогащения, максимальная стоимость кислорода, изготовленная с помощью промышленной установки, составляет примерно 70-80 долларов США на тысячу кубических метров. Криогенные установки могут быть размещены непосредственно на промысле. Если учесть, что затраты обогащенного кислородом воздуха на добычу нефти уменьшаются в 1,5-2,5 раза, то стоимость обогащенного кислородом воздуха, необходимого для добычи 1 т нефти, снизится примерно до 3-10 долларов США.
В свете сказанного выше следует отметить следующие основные преимущества использования обогащенного кислородом воздуха по сравнению с применением воздуха:
- уменьшение объема добываемого газа (до 3,5 раз) и связанных с этим проблем;
2
- образование большего количества CO (пропорционально объемной доле кислорода в газовой смеси), способствующего повышению эффективности процесса вытеснения;
- увеличение интенсивности окислительных процессов, способствующих ускорению формирования оторочки смешивающегося с нефтью вытесняющего агента;
- снижение удельных энергозатрат на компримирование кислорода;
- сокращение объема закачки кислородосодержащей смеси (до 4-4,5 раз), необходимого для формирования оторочки смешивающегося с пластовой нефтью вытесняющего агента, что позволяет более эффективно использовать интеграцию водогазового воздействия для повышения охвата воздействием, а значит, и нефтеотдачи.
Предложенный способ осуществляют следующим образом.
3
На залежи размещают нагнетательные и добывающие скважины. Анализируют свойства и образцы породы продуктивного пласта. По начальной пластовой температуре и энергетическому потенциалу пласта с учетом наличия в породе катализаторов окисления нефти кислородом определяют способность пласта обеспечить активные внутрипластовые окислительные процессы. При наличии такой способности пласта первоначально прокачивают через каждую нагнетательную скважину 0,1-0,3%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти, сходных по составу с катализаторами в пласте, в объеме до 50-100 м, затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30-90% в объеме 10-40% от перового объема и воду в объеме 20-50% порового объема.
Совместно с воздухом, обогащенным кислородом, возможна закачка газов горения, выделенных из продукции добывающих скважин.
Совместно с водой возможна закачка газов горения и/или попутных нефтяных газов, выделенных из продукции добывающих скважин.
Через добывающие скважины отбирают нефть, газы горения и попутный нефтяной газ.
Примеры конкретного выполнения
2
2
3
3
3
3
3
3
Пример 1. Разрабатывают нефтяную залежь со следующими характеристиками: глубина 2450 м, эффективная нефтенасыщенная толщина 7 м, пористость 19%, проницаемость по горизонтали 0,02 мкм, проницаемость по вертикали 0,002 мкм, нефтенасыщенность 54%, растворимость газа в нефти 52 м/м, вязкость в пластовых условиях: нефти 1,18 мПа·с, воды 0,41 мПа·с, воздуха и газов горения 0,042 мПа·с, плотность в пластовых условиях: нефти 756 кг/м, воды 1013 кг/м, воздуха 340 кг/м, газов 352 кг/м, начальные пластовые: давление 25 МПа, температура 40°C, давление закачки воды 17 МПа, воздуха и газов 35 МПа, давление на устьях добывающих скважин 1,5 МПа. Залежь разрабатывают по обращенной девятиточечной схеме с центральной нагнетательной скважиной.
3
Анализируют свойства и образцы породы продуктивного пласта. По начальной пластовой температуре и энергетическому потенциалу пласта с учетом наличия в породе катализаторов окисления нефти кислородом типа СuО, МnО определяют способность пласта обеспечить активные внутрипластовые окислительные процессы. Устанавливают такую способность пласта. Через нагнетательные скважины закачивают 0,1%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти типа CuO, MnO в объеме 100 м. Затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30 об.%, в объеме 40% порового объема. Прекращают закачку воздуха и закачивают воду в объеме 20% порового объема. Через добывающие скважины отбирают сначала нефть, а затем еще и попутный нефтяной газ и газы горения.
По мере поступления через добывающие скважины попутного нефтяного газа и газов горения их закачивают совместно с воздухом и водой.
3
Пример 2. Выполняют, как пример 1. Через нагнетательные скважины закачивают 0,2%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти типа CuO, MnO, в объеме 75 м. Затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 60 об.%, в объеме 20% порового объема. Прекращают закачку воздуха и закачивают воду в объеме 40% порового объема.
3
Пример 3. Выполняют, как пример 1. Через нагнетательные скважины закачивают 0.3%-ную водную дисперсию катализаторов типа CuO, MnO в объеме 50 м. Затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 90 об.%, в объеме 10% порового объема. Прекращают закачку воздуха и закачивают воду в объеме 50% порового объема.
Таким образом, продолжают разработку залежи до выработки запасов нефти.
По результатам расчетов установлено, что по сравнению с прототипом применение предложенного способа позволяет:
- повысить нефтеотдачу с 39% (прототип) до 43-47%. При этом нефтеотдача при заводнении может составить не более 24%;
- снизить удельные энергозатраты на компремирование окислителя на 15-35%;
- уменьшить объем закачки воздуха в 2-4 раза.
Применение предложенного способа позволит повысить нефтеотдачу залежи, снизить энергозатраты и уменьшить объемы закачки воздуха.