Внутрипластовое горение

Сущность процесса сводится к образованию и перемещению по пласту высокотемпературной зоны срав­нительно небольших размеров, в которой тепло генерируется в результате экзотермических окислительных реак­ций между частью содержащейся в пласте нефти и кислородом нагнетаемого в пласт воздуха.

В качестве топлива для горения расходуется часть нефти, остающаяся в пласте после вытеснения ее газами горения, водяным паром, водой, испарившимися фракциями нефти впереди фронта горения и претерпевающая из­менения вследствие дистилляции, крекинга и других сложных физико-химических процессов. Выгорает 5-25% за­пасов нефти (коксоподобные остатки наиболее тяжелых ее фракций). Теоретическими и промысловыми исследо­ваниями установлено, что с увеличением плотности и вязкости нефти расход сгорающего топлива увеличивается, а с увеличением проницаемости уменьшается.

Процесс внутрипластового горения имеет следующие разновидности по направлению движения окислите­ля:

Q прямоточный процесс, когда движение зоны горения и окислителя совпадают;

О противоточный процесс, когда зона горения движется навстречу потоку окислителя.

Технология процесса заключается в следующем. Сначала компрессорами закачивают воздух. Если в тече­ние первых месяцев не обнаруживается признаков экзотермических реакций (по данным анализов газа и темпера­туры в добывающих скважинах), то приступают к инициированию горения. Его можно осуществить одним из ме­тодов:

• электрическим забойным электродвигателем, который опускается в скважину на кабеле и обду­вается воздухом;

• забойной газовой горелкой, опускаемой в скважину на двух концентричных рядах труб (для раз­дельной подачи топлива и воздуха);

• использование теплоты химических окислительных реакций определенных веществ (пирофо-ров);

• подачей катализаторов окисления нефти.

Затраты энергии, связанные с созданием фронта горения, могут быть довольно значительными. Поэтому важно как можно раньше определить момент воспламенения нефти в пласте. Время, в течение которого воспламе­няется пласт и создается фронт горения, зависит от характеристики пласта, физико-химических свойств пластовой нефти, способа зажигания, конструкции и мощности глубинного нагревателя, устройства забоя зажигательной скважины и др.

После создания фронта горения в призабойной зоне нагнетательной скважины дальше его поддерживают и перемещают по пласту закачкой воздуха предусматривается постоянно возрастающий расход воздуха в соответ­ствие с расширением фронта и удалением его от нагнетательной скважины. Устьевое давление закачки воздуха обычно в 1,5-2 раза выше пластового давления.

После того, как процесс горения стабилизировался, в пласте по направлению от нагнетательной скважины к добывающим можно выделить несколько характерных зон (рис. 7.8):

Между забоем нагнетательной скважины и фронтом горения размещается выжженная зона 1. При нор­мальном течение процесса в ней остается сухая, свободная от каких-либо примесей порода пласта. У кровли и по­дошвы пласта в данной зоне после прохождения фронта горения может оставаться нефтенасыщенность 2, так как в связи с потерями тепла в кровлю и подошву температура в этих частях может оказаться недостаточной для вос­пламенения топлива. Лабораторными и промысловыми исследованиями установлено, что зона фронта горения 3 имеет сравнительно малые поперечные размеры и не доходит до кровли и подошвы пласта. Непосредственно пе­ред фронтом горения в поровом пространстве породы движется зона 4 коксообразования и испарения сравнитель­но легких фракций нефти и связанной воды. Нагрев этой области пласта осуществляется за счет теплопроводности и конвективного переноса тепла парами воды, нефти и газообразными продуктами горения. Температура в этой зоне падает от температуры горения до температуры кипения воды (в смеси с нефтью) при пластовом давлении. .

Перед зоной испарения движется зона 5 конденсации паров воды и нефти. Температура зоны равна темпе­ратуре кипения смеси воды и нефти. Впереди этой зоны движется зона 6 жидкого горячего конденсата нефти и во­ды. Температура в зоне 6 снижается от температуры конденсации до пластовой. Впереди зоны конденсата нефти и

воды может образоваться "нефтяной вал" 7 (зона повышенной нефтенасыщенности) при температуре равной пла­стовой.

Последняя зона 8 - зона нефти с начальной нефтенасыщенностью и пластовой температурой, через кото­рую фильтруются оставшиеся газообразные продукты горения.

Рис. 7.8. Принципиальная схема внутрипластового горения

Эффективная реализация процесса внутриплас­тового горения зависит от правильного подбора нефтяной залежи и всестороннего обоснования признаков, влияющих на успешное и экономичное применение такого способа.

При этом необходимо учитывать глубину залегания и толщину пластов, запасы нефти, обводненность пла­стов, плотность нефти и ее фракционный состав, пластовое давление, геологическое строение и коллекторские свойства пластов, первоначальную нефтеотдачу.

Метод рекомендуется применять для залежей глубиной до 1500 м. Чем больше глубина залегания, тем ниже основные затраты, связанные с подачей в пласт окислителя.

Для внутрипластового горения наиболее благоприятны продуктивные пласты толщиной 3-25 м. Остаточ­ная нефтенасыщенность должна составлять 50-60%, а первоначальная обводненность не более 40%. Вязкость и плотность нефти могут варьироваться в широких пределах: вязкость не менее 5 мПа-с, плотность не ниже 820 кг/м . пористость пласта 20-43% и более. Пористость пласта существенно влияет на скорость продвижения фронта горения и потребное давление для окислителя. Проницаемость более 0,1 мкм².

Метод внутрипластового горения сопряжен с большими недостатками. Из-за высокой температуры выхо­дящих газов и содержания в них большого количества азота, оксида углерода, сернистого и углекислого газов, а иногда и сероводорода, возникает необходимость решения сложных технических проблем по охране окружающей среды, утилизации продуктов горения, обеспечения безопасного ведения работ, предотвращению выноса песка из скважин, образованию песчаных пробок, водонефтяных стойких эмульсий, коррозии оборудования, возможности проявления гравитационных эффектов, снижающих охват пласта тепловым воздействием.

Метод внутрипластового горения - один из наиболее сложных по своему механизму, условиям реализа­ции, моделированию и прогнозу возможной эффективности. Неравномерное выгорание пласта сильно изменяет его свойства, что усложняет применение в дальнейшем каких-либо других методов извлечения остаточной нефти.