книги из ГПНТБ / Кошко, И. И. Техника воздействия на нефтяной пласт горением

И. И. КОШКО

ТЕХНИКА ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ

ГОРЕНИЕМ

ИЗДАТЕЛЬСТВО КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

1974

Научный редактор — проф. М. А. Пудовкин

В работе кратко изложен опыт добычи нефти с помощью внутрипластового горения в СССР и за рубежом (в США, Канаде, Румынии, Чехословакии). Приведены основные данные об оборудовании, применяемом при тепловом воздействии на пласт движущимся фронтом горения.

Описаны важнейшие особенности установок для иниции­ рования горения, оборудования устья скважин, компрессорных и насосных станций для нагнетания воздуха и воды в пласт.

Дан анализ конструкции оборудования и приведены ос­ новные требования, предъявляемые к нему.

Книга предназначена для инженерно-технических работ­ ников нефтедобывающих предприятий, научно-исследователь­ ских и проектных институтов, работающих в области повы­ шения нефтеотдачи, а также может быть полезна студентам нефтяных вузов.

30802-029 К зак.-74

075(02)-74

ТатНИИнефтемаш. 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971— 1975 годы намелен дальнейший значительный подъем топливной и химической промышленности. Планом пред­ усматривается ускоренное развитие нефтедобывающей промышленности. Намечено усилить работы по изыска­ нию новых, более эффективных методов разработки нефтяных месторождений, значительно повысить степень извлечения нефти из недр.

Нефть является важнейшим промышленным сырьем и одним из дешевых видов топлива. Себестоимость тон­ ны нефти в 3 раза ниже чем тонны угля.

В связи с повышением темпов производства в нашей стране непрерывно возрастает потребность в топливе и,

что объем потребления нефти за ближайшие 10 лет увеличится более чем в 2 раза. С каждым .годом .воз­ растает роль нефти в структуре топливного баланса, что позволяет экономить для народного хозяйства значитель­ ные средства как по капитальным вложениям, так и по экоплуатациониым расходам.

Указанный рост добычи топлива должен обеспечи­ ваться как вводом новых, так и более полным извлече­ нием нефти из разрабатываемых месторождений.

Из всех разведанных мировых запасов нефти к 1960 г. было добыто 15 млрд, г, а количество нефти, не.под­ дающееся извлечению, составило 45 млрд, т [71].

Запасы нефти являются невосполнимым природным ресурсом, которые необходимо разрабатывать с макси­ мальным извлечением из недр. Проблема повышения нефтеотдачи является одной из важнейших в нефтедо­ бывающей промышленности.

3

В СССР имеется обширный фонд месторождений с огромными запасами вязкой нефти. Значительные за­ пасы вязкой нефти обнаружены © верхних отложениях на территории Татарской АССР. На месторождениях с вязкой нефтью, даже при использовании современных систем разработки, суммарный коэффициент нефтеотда­ чи, обычно не превышает 10—20%, поэтому новые неф­ тяные месторождения, содержащие значительные запасы вязкой нефти, либо не вводятся в разработку, либо эксплуатируются с низкими технико-экономическими показателями. Для повышения коэффициента нефтеот­ дачи пластав в подобных условиях советские ученые разработали метод внутриплаетавого горения. В настоя­ щее время этот метод применяется на промыслах СССР, а также в Чехословакии, Румынии, США и других странах.

Высокая эффективность метода обеспечивается уни­ версальным воздействием на пласт ряда факторов: сни­ жение вязкости нефти за счет нагрева и растворения СОг, вытесняющего эффекта многофазной эмульсии, градиент давления, образованного нагнетаемым возду­ хом и др. На первой стадии внедрения метод внутрипластового горения преду|СМ1атривалоя для разработки месторождений с вязкой нефтью.

За последние годы разработан ряд новых модифика­ ций процесса внутрипластового горения: влажный, цик­ лический, противоточный и др. Усовершенствованные мо­ дификации этого метода могут быть успешно применены для разработки или доразработки месторождений, со­ держащих маловязкую нефть. При этом имеется возмож­ ность значительного увеличения коэффициента нефтеот­ дачи. С целью снижения энергоемкости компримирова­ ния воздуха и использования тепла, остающегося за фронтом горения, целесообразно рассмотреть возмож­ ность комбинации внутрипластового горения с заводне­ нием.

С целью удовлетворения быстро растущей потреб­ ности страны в топливе и сырье для химической про­ мышленности необходимо создание новых технических средств и приемов добычи нефти. Результаты примене­ ния новых методов, как правило, в значительной степени зависят от показателей используемого оборудования.

4

ОПЫТ ОСВОЕНИЯ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ в СССР

Советским ученым принадлежит приоритет ib поста­ новке проблемы теплов-ого воздействия на пласт движу­ щимся фронтом горения, проведении лабораторных и теоретических исследований и организации опытов

впроизводственных условиях.

В1933—1934 гг. на одном из месторождений «Майнефти» [12, 20, 105] впервые в мире были проведены опытно-экспериментальные работы по воздействию на

пласт фронтом горения.

Подобные исследования проводились в дальнейшем и -в других нефтяных районах (Чусовские Городки, Гроз­ ный и др.).

Однако в то время не было достаточных предпосылок для внедрения этого метода.

С 1966 года опытно-промышленные работы по осу­ ществлению внутрипластового движущегося фронта горе­ ния проводятся «а месторождении Павлова Гора Крас­ нодарского края [9, 10, 12, 88].

Работы проводятся на залежи вязкой нефти запад­ ного залива I майкопского горизонта.

Нефтяной пласт в районе опытного участка залегает на глубине 250 м и имеет мощность около 8 м, пори­ стость— 25%, проницаемость— 1,1 дарси и нефтенасы-

виях — 170 спз.

На участке пробурена нагнетательная, пять наблю­ дательных я 4 эксплуатационных скважин.

Эксплуатационные скважины на залежи Павлова Гора оборудованы глубинными насосами с приводом от станков-качалок.

Наблюдательные скважины служат для контроля за ходом процесса и наблюдения за передвижением фронта

6

горения. Принципиальная схема распределения воздуха и (газа, обора и сепарации 'Добываемой нефти показана на рис. 1.

Для распределения сжатого воздуха и газа .по сква­ жинам участка и сбора отходящих газов горения для сжигания на факел предусмотрен специальный узел управления.

Воздух к нагнетательной скважине подается для ра­ боты топочного агрегата, охлаждения продуктов горе­ ния и нагнетания в пласт для поддержания процесса горения.

Для обеспечения более точного регулирования рас­

нагнетательной оквпжиной снабжены обводами с 15 и 25 мм игольчатыми вентилями соответственно.

Воздух к эксплуатационным скважинам может пода­ ваться на случай затухания процесса и необходимости регулирования и интенсификации процесса горения.

Газ из эксплуатационных скважин собирается на узел распределения по специальной системе трубопро­ водов и совместно с газом от замерного и рабочего тра­ пов направляется на сжигание. Из-за высокого газового фактора часть скважин в отдельный период могут фон­ танировать.

Нефть из эксплуатационных скважин поступает либо на еепаритор, где отделяется от газа, либо на замерный трап, где наряду с отделением газа, производится замер дебита скважин. Для сбора нефти, поступающей из групповой установки, предусмотрен резервуар емкостью 25 м3, из которого нефть насосом перекачивается в про­ мысловый коллектор.

Ввиду токсичности отдельных компонентов газа (оки­ си углерода), система их сбора — герметичная.

В связи с высокой токсичностью и низкой теплотвор­ ной способностью выходящего газа предусмотрено спе­ циальное дожигающее устройство.

Для регулирования и контроля процесса горения пре­ дусмотрена специальная регулирующая и измерительная аппаратура. При этом измеряются и регулируются сле­ дующие основные параметры:

1. Расход газа и воздуха, подаваемых к забойному топочному агрегату на горение;

7

Рис. I. Принципиальная технологическая схема опытного участка.

2. Расход газа на дожигание углеводородов и СО

вотходящих газах на факел;

3.Расход воздуха на охлаждение забойной горелки и расход технологического воздуха на поддержание го­ рения в пласте;

4.Температура нагрева горелкой призабойной зоны;

5.Давление .на забое эксплуатационных скважин.

Для инициирования горения использовали специаль­ ный топочный агрегат.

Однако ноше двух суток работы забойный нагрева­ тель был выведан из строя, и внутрипластовый фронт горения создан за счет прогрессирующего окисления нефти закачиваемым воздухом. В процессе закачки воз­ духа был отмечен рост давления в наблюдательных и эксплуатационных скважинах. Через 20 дней давление в ряде эксплуатационных скважин поднялось с 0,2 до 4,5 кг/см2, при этом наблюдалось повышение приеми­ стости.

После 76 суток работы в наблюдательных скважинах было отмечено повышение пластовой температуры, свя­ занное с возникновением окислительных процессов в пласте. Наиболее интенсивно экзотермическая реакция окисления нефти протекала в течение 3—4 месяцев за­ качки воздуха.

Движущийся фронт горения был создан в конце мар­ та 1967 года, т. е. через 66 суток нагнетания воздуха, при этом было закачано 590 тыс. м3 воздуха.

Наличие фронта горения в пласте было установлено по данным анализа добываемых газов. Кроме того, на­ личие горения подтверждалось замерами температуры

вскважинах.

Вначальный период давление нагнетания воздуха составляло 25—35 кг/см2 .при темпе закачки около 30000 м3 в сутки. В дальнейшем давление нагнетания

воздуха снизилось и изменялось в пределах от 21 до

внутрипластового горения осуществляется на двух опыт­ ных участках. Влияние этого процесса сказывается на всю залежь. С начала термического воздействия на пласт до 1 января 1971 г. добыто более 20 тыс. тнефти. Анализ выходящих газов и сравнение температуры по

9