МЕТОД ВЛАЖНОГО И СВЕРХВЛАЖНОГО ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ
Сущность метода влажного горения заключается в том, что закачиваемая с воздухом в определенных количествах вода, испаряясь на фронте горения, переносит генерируемое тепло в область, опережающую фронт горения, образует в этой области обширные, развивающиеся зоны прогрева, насыщенные паром и сконденсированной горячей водой. Образующиеся при этом зоны насыщенного пара являются одним из важнейших условий влажного горения, в значительной мере определяющим механизм вытеснения нефти из продуктивных пластов.
Метод влажного горения реализуется лишь в определенном диапазоне соотношений закачиваемых в пласт объемов воды и воздуха, равном от 1 до 5 м3 воды на 1000 м3 воздуха. Воздушный фактор нагнетаемой смеси, равный отношению объема воды к объему воздуха, должен составлять величину порядка (1— 5)*103 м3/нм3. При меньшем его значении перенос тепла в область фронта горения уменьшается, эффективность теплового воздействия на пласт и процесс извлечения нефти снижаются. Если же воду закачивают в больших количествах, то метод влажного горения переходит в другие модификации комбинированного воздействия на пласт горением и заводнением. Использование метода при водовоздушном факторе, превышающем указанный, не прекращает окислительных экзотермических процессов в пласте даже при отсутствии высокотемпературной зоны горения.
Одно из основных достоинств метода сверхвлажного горения состоит в том, что в пласте одновременно участвуют и сосуществуют почти все известные процессы, а именно: вытеснение нефти паром, водой при различных температурах, смешивающее вытеснение и вытеснение нефти газом. На извлечение нефти оказывают влияние продукты горения и низкотемпературного окисления нефти в пористой среде, а также физико-химические превращения самой породы коллектора. В процессе горения образуется значительное количество углекислого газа и происходит вытеснение им нефти. Кроме того, углекислый газ вместе с нефтью и водой образует пену, которая ускоряет вытеснение. При горении образуются также поверхностно-активные вещества, альдегиды, кетоны, спирты, что может обусловить проявление механизма вытеснения нефти эмульсиями. Понятно, что все эти процессы и образующиеся вещества потенциально опасны для окружающей среды, воздуха, воды и почвы. Это означает, что метод сверхвлажного горения является наиболее типичным среди методов повышения нефтедобычи пластов с точки зрения их опасности по загрязнению окружающей среды.
Учитывая, что диапазон температур в зоне горения изменяется в пределах от 350—1000 °С, можно ожидать плавления, спекания, коренного изменения состава, структуры и свойств окружающих пород. Возможно термогенное проседание поверхности земли, зданий и сооружений.
Реакции термических превращений нефти могут сопровождаться реакциями изомеризации, полимеризации, мономолекулярного распада.
Таким образом, при влажном и сверхвлажном внутрипластовом горении могут образовываться: газообразные парафиновые углеводороды, серный ангидрид SO3, сернистый ангидрид SO2, аэрозоль серной кислоты, сероводород Н2S, хлористый водород
НСl, окись углерода СО, двуокись углерода CO2, фенол С6Н5ОН, формальдегид и бенз(а)пирен С2 0Н12.
Образующиеся при горении компоненты в пласте взаимодействуют с нефтью, водой, породами, составляющими пласт. При этом наиболее характерны растворение, химические превращения и сорбционные процессы. Сорбция образующихся вредных примесей возможна различными породами, в том числе карбонатными и песчаниками. Сорбционные процессы могут привести к длительному загрязнению недр. Особенно опасно образование серусодержащих газов для карбонатных пород. Сернистый и серный ангидрид при реакции с водой образуют серную кислоту:
SO2 + ½ O2 + H2O ® H2SO4
SO3 + H2O ® H2SO4
Возможно некоторое разрушение карбонатных пород за счет вымывания водой сульфата кальция.
Несмотря на поглощение загрязнителей коллекторами, нефтью, водой из-за обратимости химических реакций, процессов расгворения и выделения из растворов, сорбции и десорбции, возможен выброс на поверхность образующихся в процессе горения нефти вредных веществ (табл.1).
Таблица 1
Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в воздухе
Вещества |
Класс опасности |
Предельно допустимая концентрация ПДК, мг/м3 |
||||
|
в населенных пунктах максимальная разовая |
среднесу- точная |
в рабочей зоне ежеднев- но (при 8-часовом рабочем Дне) |
агрегатное состояние |
|||
|
Бенз(а)пирен |
1 |
- |
0,000001 |
0,00015 |
Аэрозоль |
|
|
Сероводород |
2 |
0,008 |
0,008 |
10 |
Газ |
|
|
Серный ангидрид |
2 |
0,3 |
0,1 |
1,0 |
Газ |
|
|
Сернистый ангидрид |
3 |
0,5 |
0,05 |
10 |
Газ |
|
|
Окись углерода |
4 |
3 |
1 |
20 |
Газ |
|
|
Фенол |
3 |
0,01 |
0 01 |
5 |
Аэрозоль |
|
|
Формальдегид |
2 |
0,035 |
0,012 |
0,5 |
Газ |
Физико-химические методы повышения нефтеотдачи пластов (закачка растворов ПАВ, ПАА, СО2 и др) в силу ряда причин, особенно вследствие неоднородности коллекторов, не принесли ожидаемых результатов. Кроме того, следует отметить существенные экологические и экономические проблемы применения физико-химических технологий. Поэтому наиболее перспективно, по мнению Асфагана и Бердина, совершенствование гидродинамических методов повышения коэффициента извлечения углеводородов из пласта.
Одним из современных методов является технология разработки нефтегазовых залежей СИСТЕМАМИ скважин с горизонтальным окончанием ствола: горизонтальных (ГС), разветвленно-горизонтальных и многозабойных.
История применения ГС для повышения нефтеотдачи пластов и темпов разработки месторождения насчитывает около 50 лет. Ранее к этому методу прибегали тогда, когда всеми известными методами разработки (вторичные, третичные) не достигали цели. Однако, это был опыт проводки и эксплуатации отдельных ГС, но не разработки системами ГС.
В посление годы разработка нефтяных месторождений с помощью ГС стала бурно развиваться за рубежом. Насчитывается более 60 различных фирм, занимающихся ГС. Одной из первых активизировала исследования фирма ELJ Aquitrane в содружестве с Французским институтом нефти.
За 1979-83гг. в Европе пробурено в общей сложности несколько десятков ГС.
В настоящее время в РФ пробурено более 200 МГС, РГС и ГС, причем наибольшее число из них пробурено в Башкирии. Это также был опыт проводки и эксплуатации отдельных ГС, но не систем скважин.
Первоначальные дебиты ГС, как правило, выше дебита вертикальных скважин в 2-12 раз, т.к. в ГС поверхность вскрытия пласта на несколько порядков выше, чем у вертикальных.
Практика и теоретические исследования показывают, что ГС могут быть эффективно использованы для целей доразведки, разработки и доразработки на большинстве нефтяных, газовых и нефтегазовых месторождений, имеющих благоприятные геолого-физические и гидродинамические условия. ГС могут применяться при разработке подгазовых нефтяных залежей, морских месторождений нефти и газа; для добычи высоковязких нефтей; для третичной добычи остаточной нефти. Кроме того, ГС могут применяться при разработке залежей не доступных для разбуривания в силу экологических причин – находящихся в пойменной зоне, под водоемами, горами, заповедниками, населенными пунктами, лесными угодьями, в санитарно-защитной зоне и др.
Особенно эффективны ГС при разработке месторождений, в которых нефть содержится в трещинах и карствых полостях, образующих узкие протяженные зоны среди основного поля плотных пород. Вертикальными скважинами попасть в эти зоны весьма трудно или невозможно, а ГС, пробуренные в крест направления таких зон, успешно вскрывают их и являются высокопродуктивными.
Эффективным может быть использование ГС для выработки запасов нефти из тупиковых зон, образующихся у тектонических экранов тектонически экранированных залежей.
Расчеты и накопленный опыт убедительно подтверждают высокую эффективность технологий разработки системами ГС, которые позволяют повысить интенсивность добычи углеводородов, увеличить коэффициент нефтеотдачи пластов и снизить капитальные затраты. Установлено, что даже при существующей стоимости строительства ГС, которая в 2-2.5 раза выше, чем вертикальных, объем капитальных вложений в разработку снижается в 1.5-2 раза, срок окупаемости – в 2-2.5 раза.
При этом фонд действующих скважин сокращается в 7-8 раз, дебит скважин увеличивается в 6-7 раз.
К преимуществам перед традиционной схемой разработки залежей углеводородов следует отнести то, что происходит снижение поступления в скважину нежелательных пластовых флюидов за счет проявления качественно нового эффекта конусообразования и снижения депрессии на пласт.
Первая ГС на Оренбургском НГКМ пробурена в 1990г.
В настоящее время на Оренбургском НГКМ пробурено – 11 газовых и 7 нефтяных ГС; в эксплуатации – 9 газовых и 6 нефтяных ГС.
Бурение сосредоточено в той части месторождения, где продуктивная толща представлена одним объектом эксплуатации, характеризующимся низкопроницаемым коллектором и низкими продуктивными характеристиками вертикальных (газовых) скважин.
Ярким примером эффективности горизонтального бурения является УКПГ-10, где среднесуточная добыча по восьми ГС составляет 34% от суточной добычи газа по всей установке при действующем фонде скважин – 86. По добычи нефти: пять ГС дают 47% суточной добычи нефти УКПГ-10 при действующем фонде в 52 сважины.
Таким образом, (на примере ОГКНМ) экологические ограничения при выборе мест для строительства скважин приводят к необходимости внедрения современных методов бурения скважин. В частности, безамбарного метода бурения с проводкой горизонтальных стволов скважин. Это дает:
Ø Сокращение строительства новых скважин за счет увеличения их продуктивности;
Ø Возможность строительства скважин в пойменной зоне рек;
Ø Возможность кустового размещения скважин;
Ø Уменьшение площадей земель, изымаемых в постоянное и временное пользование.
