способ создания очага горения в нефтяном пласте

Формула изобретения

Способ создания очага горения в нефтяном пласте, включающий предварительный нагрев паром призабойной зоны скважины, подачу горючего материала и воздуха, отличающийся тем, что пар и воздух с кислородом подают одновременно, затем выдерживают в течение 24-96 ч, процесс подачи и выдержки повторяют несколько раз до получения приемистости скважины, позволяющей закачать горючий материал при давлении ниже давления гидроразрыва пласта, после чего подают горючий материал с последующим его нагревом паром до температуры самовоспламенения и одновременной подачей воздуха до установления устойчивого очага горения, а в качестве горючего материала используют жидкую фракцию пиролиза шин или печное нефтяное топливо в количестве 1-10 м³ на 1 м нефтенасыщенной толщины пласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к разработке залежей сверхвязкой нефти или битума с применением термических способов.

Известен способ создания очага горения в нефтяном пласте (а.с. № 99447, опубл. в БИ № 12 за 1954 г.), согласно которому призабойную зону нагнетательной скважины нагревают до температуры, превышающей температуру воспламенения газовоздушной смеси, затем тепло призабойной зоны переносят вглубь пласта путем закачки холодного воздуха, после чего нагнетают в пласт газовоздушную смесь, которая воспламеняется от соприкосновения с нагретой породой пласта и продолжает гореть со скоростью и температурой, определяемыми качеством и количеством нагнетаемой смеси. Недостатком способа является охлаждение первоначально нагретой призабойной зоны пласта закачиваемым холодным воздухом, а также повышенная взрывоопасность процесса, связанная с использованием легковоспламеняющейся газовоздушной смеси.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ создания в нефтяном пласте очага горения, согласно которому зона пласта, расположенная вокруг дна скважины, подвергается предварительному нагреву паром, затем с потоком пара в пласт подают льняное масло и далее подают воздух. Пар смешивается с воздухом, и происходит самовозгорание льняного масла (патент США № 3379254, кл. 166-38, опубл. в 1968 г.). Недостатком указанного способа является разрушающее действие высокой температуры от закачиваемого пара на цементное кольцо крепи скважины и образование трещин, соединяющих нефтенасыщенный пласт с водонасыщенным, при превышении давления закачки горючего материала над давлением гидроразрыва пласта при низкой приемистости скважины.

Задачей изобретения является снижение отрицательного влияния пара на ствол скважины и исключение образования трещин, способствующих уходу закачиваемых материалов в водонасыщенный пласт.

Поставленная задача достигается тем, что при создании очага горения в нефтяном пласте в зажигательную скважину первоначально нагнетают пар и воздух для нагрева призабойной зоны скважины. Нагнетание пара в скважину производят по насосно-компрессорным трубам с одновременной закачкой воздуха по затрубному пространству между эксплуатационной колонной и колонной насосно-компрессорных труб для защиты эксплуатационной колонны и цементного камня от воздействия высокой температуры. После технологической выдержки скважину открывают на излив, разрежая давление в призабойной зоне. При этом нефть или битум, продукты их окисления и сконденсировавшийся пар под действием повышенного давления в призабойной зоне фонтанным способом извлекаются на поверхность в емкость или нефтепровод. После прекращения самостоятельного фонтанирования оставшуюся разогретую нефть или битум извлекают каким-либо известным способом, например компрессорным. Операция по снижению давления в призабойной зоне и отбору нефти или битума необходима для увеличения приемистости зажигательной скважины, а также для создания определенной нефтенасыщенности в выработанной после нагнетания пара и воздуха части пласта. Снижение давления и отбор флюидов создает условия для перетока нефти из недренированных (с высокой нефтенасыщенностью) областей пласта в выработанную призабойную зону пласта за счет действия гидродинамических капиллярных сил. Перетоки нефти будут происходить также в результате реализации процессов вытеснения нефти расширяющимся воздухом. Также будет наблюдаться обратная фильтрация оттесненной вглубь пласта нефти. Циклы «закачка пара и воздуха - технологическая выдержка - фонтанирование - отбор пластовой жидкости» повторяют до тех пор, пока приемистость зажигательной скважины не позволит осуществить закачку легко окисляемого горючего материала в необходимых количествах и при давлениях, не превышающих давления гидроразрыва пласта. В качестве горючего материала для инициирования горения используют жидкую фракцию пиролиза шин, представляющую собой смесь алифатических, ароматических углеводородов и алкенов, получаемую в результате переработки автомобильных шин. Можно также использовать печное нефтяное топливо. При достижении необходимой приемистости зажигательной скважины в нее закачивают оторочку горючего материала, после чего ее продавливают паром в пласт. Объем оторочки горючего материала составляет 1-10 м³ на 1 м нефтенасыщенной толщины пласта. Затем начинают нагнетать пар для увеличения температуры призабойной зоны и горючего материала и ускорения процесса окисления; и воздух - для внесения в пласт необходимого кислорода и поддержания процесса окисления. Закачку пара и воздуха осуществляют непрерывно в количестве, необходимом для самопроизвольного окисления закаченной ранее оторочки химического реагента. Легко окисляемые составляющие оторочки горючего материала под действием высокой температуры окисляются закачиваемым кислородом, начинается экзотермическая реакция с выделением большого количества тепла и повышением температуры до значений, необходимых для окисления пластовой нефти или битума. Под действием внесенного с воздухом кислорода нефть или битум окисляются, поддерживая экзотермическую реакцию, и создают в пласте устойчивый очаг горения. После стабилизации процесса горения, о чем судят по анализам газов из зажигательной скважины и повышению температуры в призабойной зоне, переходят на закачку воздуха. Постоянной закачкой воздуха продвигают фронт горения вглубь пласта от зажигательной скважины к добывающим.

Пример 1. В скважине, предназначенной для инициирования очага горения, интервал перфорации составляет 10 м, нефтенасыщенность пласта 78%, пористость 27%, плотность нефти 958 кг/м³, вязкость нефти 1520 мПа·с, пластовая температура 17°С. Для нагрева призабойной зоны осуществляют закачку пара расходом 3-5 т/ч от 3-х передвижных парогенераторных установок и воздуха расходом 480-540 н.м³/ч от передвижной компрессорной станции при давлении нагнетания 38 атм и температуре пара 210-230°С, закачав при этом 31 т пара и 5400 н.м³ воздуха. Сразу после окончания закачки определяют температуру на забое скважины, составляющую 137,7°С. Скважину закрывают и выдерживают в течение 48 часов, затем открывают на излив, при этом она фонтанирует водонефтяной эмульсией обводненностью 26% с температурой жидкости на устье скважины 56°С, суммарное количество выброшенной жидкости составило 10 м³. После прекращения самостоятельного фонтанирования через 4 часа производят операцию по компрессорному способу извлечения нефти из скважины при помощи передвижной компрессорной станции, добыв при этом еще 3 м³ водонефтяной эмульсии. Через 16 часов повторяют операцию по компрессорному способу извлечения нефти из скважины, затем приступают ко второму циклу закачки пара и воздуха. При этом давление нагнетания снизилось и составило 37 атм. Повторяют по аналогии с первым циклом. Всего проводят 8 циклов «закачка пара и воздуха - технологическая выдержка - фонтанирование - отбор пластовой жидкости», причем при последнем процессе нагнетания пара и воздуха давление составило 30 атм. Затем производят закачку жидкой фракции пиролиза шин (ТУ 2451-004-0136353-2003) в объеме 23,5 м³ при давлении 32 атм и продавливают ее вглубь пласта закачкой 30 т пара и 5200 н.м³ воздуха при давлении 30 атм. Закрывают скважину на технологическую выдержку на 72 часа, затем открывают закачку воздуха от стационарного воздуховода продолжительностью 72 часа и расходом 10000-12000 н.м³/сут. После технологической выдержки в течение 72 часов измеряют температуру на забое скважины, составляющую 212,5°С, производят химический анализ газов из скважины: содержание кислорода составляет 1,4%, углекислого газа 25,25%. Эти данные в совокупности позволяют судить о начале внутрипластового горения. После этого переходят на постоянную закачку воздуха с технологическими перерывами для определения забойной температуры, через 31 день забойная температура составляет 392,9°С, что свидетельствует об устойчивом фронте горения.

Пример 2. В скважине, выбранной для инициирования очага горения, интервал перфорации составляет 14,8 м. Нефтенасыщенность пласта изменяется от 60 до 94%, пористость 27%, плотность нефти 965 кг/м³, вязкость нефти 1700 мПа·с, пластовая температура 8°С. Для нагрева и дренирования призабойной зоны производят 2 цикла «закачка пара и воздуха - технологическая выдержка - фонтанирование - отбор пластовой жидкости» по аналогии с первым примером при давлении нагнетания 35 атм, температура пара составляет 205-210°С. Затем производят закачку печного нефтяного топлива (ТУ 0258-049-00151638-2003) в объеме 15,1 м ³ при давлении 31 атм и продавливают вглубь пласта закачкой 41 т пара и 8000 н.м³ воздуха при давлении 30 атм. Сразу после закачки пара и воздуха производят измерение температуры на забое скважины 127°С. После технологической выдержки в течение 28 часов измеряют температуру на забое скважины 272,6°С. Производят химический анализ газов из скважины: содержание кислорода составляет 1,9%, углекислого газа 21,5%. После этого переходят на постоянную закачку воздуха.

Использование предлагаемого способа позволяет достигнуть устойчивого очага горения в нефтяном пласте даже при малой реакционной способности нефти или битума, исключить отрицательное влияние пара на ствол скважины и сохранить при этом коллекторские свойства пласта.

Таблица 1
Скважина	Толщина пласта, м	Кол-во циклов	Горючий материал	Объем, оторочки горючего материала, м3	Устьевое давление закачки горючего материала, атм	Максимальная температура на забое, °С
Скв. по примеру 1	10,0	8	жидкая фракция пиролиза шин	23,5	32	392,9
Скв. по примеру 2	14,8	3	печное нефтяное топливо	15,1	30	272,6