Внутрискважинный твердотопливный теплогазогенератор аспекты технологического развития

8 ДОБЫЧА 26 (46) ноябрь 2007 г. ЭКСПОЗИЦИЯ

Извлечение высоковязких нефтей (ВВН) и природных битумов (ПБ) из недр представляет собой непростую задачу, даже при относительно небольших глубинах залегания. Вязкость углеводородов (УВ) в подобных залежах в пластовых условиях настолько велика, что даже при очень частой сетке скважин вытеснить УВ из породы обычными методами разработки не представляется возможным.

ВНУТРИСКВАЖИННЫЙ

ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ ТЕПЛОГАЗОГЕНЕРАТОР

АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ

Перепад давления, необходимый для начального сдвига ВВН в направлении добывающей скважины, превышает значение горного давления, что ведет к разрыву пласта и уходу вытесняющего агента по вновь образованным трещинам. Разница в вязкостях вытесняющего и вытесняемого агента различается на порядки, что ведет к кинжальным прорывам и отсутствию охвата пласта воздействием. Для снижения вязкости УВ на практике используют повышение температуры, в основном с использованием паротеплового воздействия. Практически единственный рентабельный проект в странах бывшего СССР - это Ярегское месторождение в Республике Коми, разрабатываемое термошахтным способом. Опытные закачки теплоносителя с поверхности не дают таких хороших результатов в связи с высокими потерями энергии теплоносителя при его доставке на забой скважины.

При осуществлении внутрипластового горения (ВПГ) имеет место комплексное проявление факторов, которые стимулируют быстрое накопление пластовой энергии и улучшают фильтрационные свойства флюидов, насыщающих поровое пространство пласта-коллектора. Однако в настоящее время широкому применению метода в промысловых условиях препятствуют серьезные затруднения, возникающие при инициировании горения в зажигательных скважинах, отсутствие обоснованных данных для проектирования систем сбора и утилизации товарной продукции, а также слабая изученность механизма физико-химических превращений углеводородов при воздействии высоких температур и давлений.

В середине 70-х годов прошлого века в Татарстане группой исследователей под руководством А.В.Талантова (КАИ), А.М.Кле-ева и Е.С.Смерковича (КФ ТатНИПИнефть) проводились опытно-промышленные работы по разработке горелочных устройств, инициированию ВПГ и разработке технологии добычи битумов. За короткий срок был разработан и успешно испытан как на стендах, так и в промысловых условиях термогазовый генератор (ТГГ), позволяющий инициировать ВПГ даже в залежах ПБ с вязкостью более 1 млн.спз /1/.

На Сугушлинском опытном участке, битумы которого характеризуются высоким содержанием асфальтенов и асфальто-смолистых веществ и низким содержанием парафинов /2/, при проведении опытно-промысловых работ был создан устойчивый очаг горения и добыты первые тонны продукции, представляющей собой нефтепродукт, близкий по составу к продуктам, полученным в результате окислительного, каталитического и термического крекинга /3/.

Отработка технологии ВПГ позволила получить определенные результаты по термическому воздействию на ВВН в карбонатных коллекторах и при наличии подстилающей воды /1/.

В настоящее время в НИИнефтпромхим проводятся работы в этом направлении с учетом возможной добычи продукции, пригодной к использованию на НПЗ, за счет совершенствования как технических средств, так и технологий осуществления внутрипластового горения.

Разработка технических средств для организации процесса ВПГ проводится на основе принципов, заложенных в забойном

термогазогенераторе, использующем камеры сгорания авиационного типа. Камеры сгорания этого типа характеризуются:

• устойчивой работой в широком диапазоне по соотношению компонентов и расходов воздуха

• равномерным и наперед заданным полем температур и скоростей газов за камерой сгорания

• высокой полнотой сгорания топлива

• большим ресурсом работы

• быстрым и надежным запуском.

Рис.1 Принципиальная схема применения теплогазогенератора.

ЭКСПОЗИЦИЯ 26 (46) ноябрь 2007 г. ДОБЫЧА 9

Горелочные устройства, построенные на принципах работы камер сгорания авиационных газотурбинных двигателей, обеспечивающие инициирование процесса горения в призабойной зоне скважины, одновременно являются эффективными генераторами вытесняющего агента. Возможность одновременного ввода воды за камеру сгорания позволяет создать высокотемпературную парогазовую смесь непосредственно на забое скважины.

Технологические аспекты разработки залежей ПБ и ВВН с использованием забойных теплогазогенераторов (рис1.) зависят как от условий залегания, физико-химических свойств флюидов, так и от перспектив дальнейшей переработки полученной продукции. Различные виды внутри-пластового крекинга требуют регулируемой подачи окислителя, воды и катализаторов процесса. Перед началом работ проводят структурно-групповой анализ исходного битума, моделируют процессы крекинга в лабораторных условиях и определяют возможный состав добываемой продукции.

Необходимо отметить, что при осуществлении ВПГ в пласте развиваются высокие температуры, вызывающие целый комплекс химических реакций, приводящих к глубокому преобразованию органического вещества породы, потере ценных компонентов и образованию набора экологически вредных продуктов разложения, в том числе растворимых в воде/3/. Попадание в воду углеводородов ароматического ряда и их

производных, обладающих высокой реакционной способностью, повышает опасность её применения в системе питьевого водоснабжения, где в целях обеззараживания используют хлорирование, приводящее к образованию хлор-замещенных ароматических соединений, включая диоксины/4/.

Однако разработанные нами принципы теплогазового воздействия, особенно в карбонатных коллекторах, позволили значительно снизить разогрев пласта, что должно привести к снижению экологической нагрузки на окружающую среду.

Необходимо также отметить, что применение ВПГ особо актуально для битумных месторождений малой мощности, где другие методы извлечения (воздействие паром) становятся нерентабельны в связи со значительными потерями тепла по кровле и подошве продуктивного пласта.

О.В. ЛУКЬЯНОВ, Б.Я. МАРГУЛИС, А.Ф. ШАГЕЕВ, М.А. ШАГЕЕВ, Г.В. РОМАНОВ, Н.А. ЛЕБЕДЕВ «ОАО НИИнефтепромхим»

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Талантов А.В., Клеев А.М., Смерко-вич Е.С. Розжиг битумных пластов Казань.: Татарское книжное издательство, 1982. 88с.

2. Айгистова С.Х., Карамуллина Ф.З., Даишева Д.И. и др. Физико-химическая характеристика битуминозной нефти Татарии. // РНТС ВНИИОЭНГ, «Нефтепромысловое дело» 1976, №5

3. Вигдергауз М.С. Продукты термического воздействия на битуминозный пласт. Саратов: Университет, 1986. 104с.

4. Семкин В.И., Маргулис Б.Я., Вася-син Г.И., Романов Г.В. Экологические аспекты разработки природных битумов // Международная конференция «Проблемы комплексного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти и природных битумов(добыча и переработка)», 4-8 октября 1994г. Сборник трудов, Казань с.1760-1766.

Необходимо также отметить, что применение ВПГ особо актуально для битумных месторождений малой мощности,

где другие методы извлечения (воздействие паром) становятся нерентабельны в связи со значительными потерями тепла по кровле и подошве продуктивного пласта.