Заводнение с углекислотой

Метод основан на том, что диоксид углерода (СО;), растворяясь в нефти, увеличивает ее объем и умень­шает вязкость, с другой стороны, растворяясь в воде, повышает ее вязкость. Таким образом, растворение СО; в нефти и воде ведет к выравниванию подвижности нефти (k/Цн) и воды (k/Цв)» что создает предпосылки к получе­нию более высокой нефтеотдачи, как за счет увеличения коэффициента вытеснения, так и коэффициента охвата.

Растворимость COi в воде увеличивается с повышением давления и уменьшается с повышением темпера­туры. С ростом минерализации воды растворимость СО; в ней снижается. При растворении в воде двуокиси угле­рода вязкость ее несколько увеличивается, однако это увеличение незначительно. Образующаяся при растворении СО; в воде угольная кислота НгСОз растворяет некоторые виды цемента и породы пласта и повышает проницае­мость. В присутствии двуокиси углерода снижается набухаемость глинистых частиц. Двуокись углерода растворя­ется в нефти в 4-10 раз лучше, чем в воде, поэтому она может переходить из водного раствора в нефть. Во время перехода межфазное натяжение между ними становится очень низким и вытеснение приближается к смешиваю­щемуся.

Двуокись углерода в воде способствует размыву и отмыву пленочной нефти, покрывающей зерна породы, и уменьшает возможность разрыва водной пленки. Вследствие этого капли нефти при малом межфазном натяже­нии свободно перемещаются в поровых каналах и фазовая проницаемость нефти увеличивается.

Увеличение объема нефти в 1,5-1,7 раза при растворении в ней С02 вносит особенно большой вклад в по­вышение нефтеотдачи пластов при разработке месторождений, содержащих маловязкие нефти. При вытеснении высоковязких нефтей основной фактор, увеличивающий коэффициент вытеснения, - уменьшение вязкости нефти при растворении в ней COz.

Важное условие технологии вытеснения нефти СО-г - его чистота, от которой зависит смесимость с неф­тью. Чистый СО; (99,8-99,9%) имеет минимальное давление смесимости, лучше смешивается с нефтью и вытесня­ет ее, а при сжижении может закачиваться в пласты насосами без осложнений и необходимости удаления газов. При содержании в смеси с COz большого количества легких углеводородных и инертных газов нагнетание смеси возможно только в газообразном состоянии.

Если в пласт закачивается СО; в смеси с метаном (природный газ) или азотом (дымовые газы), то давление смесимости будет очень высоким, а эффективность вытеснения нефти сниженной. Это объясняется тем, что метан или азот препятствуют смесимости нефти и СО-г.

Для вытеснения нефти одним COz требуется его большой расход для ощутимого увеличения нефтеотдачи. Ввиду большой разницы вязкостей и плотностей COz и нефти возможны быстрые прорывы СО; к добывающим скважинам по высокопроницаемым слоям, гравитационное разделение их и значительное уменьшение охвата по

сравнению с заводнением. Вследствие этого эффект повышения вытеснения нефти СОз может быть меньше потерь в нефтеотдаче за счет снижения охвата вытеснением. С целью экономии СО;, предотвращения его прорывов к до­бывающим скважинам, снижения гравитационных эффектов и увеличения коэффициента охвата, применение СО;

целесообразно сочетать с заводнением.

Диоксид углерода может подаваться в пласт по следующим технологическим схемам:

^ в виде водного раствора заданной концентрации - карбонизированная вода;

^" разовой оторочки реагента, продвигаемой по пласту карбонизированной или обычной водой;

> чередующихся оторочек диоксида углерода, продвигаемых по пласту закачиваемой водой.

Закачиваемая карбонизированная вода на контакте с нефтью обедняется диоксидом углерода, который пе­реходит в нефть. В дальнейшем нефть вытесняется водой с низким содержанием реагента, что существенно снижа­ет эффективность процесса. При создании разовой оторочки СО; с проталкиванием ее водой в связи с тем, что жидкий СО; обладает малой вязкостью, отмечается вязкостная неустойчивость в перемещении водонефтяного контакта с прорывом оторочки в добывающие скважины. Попеременной закачкой СО; и воды создается несколько чередующихся оторочек. Растворение углекислоты в нефти и воде снижает отрицательный эффект в вязкостной неустойчивости при перемещении ВНК. Поэтому более предпочтителен метод чередующейся закачки углекислоты и воды.

Применение СО; для увеличения нефтеотдачи пластов не предъявляет особых требований к системе раз­работки, но она обязательно должна быть внутриконтурная, либо должны применяться различные модификации площадного заводнения. Предпочтение должно быть отдано активным, т. е. малорядным системам разработки.

Основной недостаток метода извлечения остаточной нефти при помощи СО; заключается в снижении ох­вата пластов вытеснением по сравнению с обычным заводнением, особенно при неполной смесимости его с неф­тью. Если бы удалось обеспечить охват пластов вытеснением COz такой же, как при заводнении, то можно было бы получить существенное увеличение нефтеотдачи пластов, так как в зоне, где проходит СО;, смешивающийся с нефтью, остается очень мало остаточной нефти — 3—5 %. Уменьшить снижение охвата пластов вытеснением можно разными способами — улучшением условий смесимости чередующимися оторочками воды и газа, измене­нием их размера, селективной изоляцией определенных интервалов пластов для выравнивания продвижения СО;, циклическим воздействием на пласты, соответствующим размещением скважин и вскрытием в них пластов и др.

Другим недостатком метода, видимо, следует считать то, что COz при условиях неполной смесимости с нефтью экстрагирует из нее легкие углеводороды, уносит их, а тяжелые фракции нефти остаются в пласте. Извлечь их в последующем будет труднее, так как они становятся менее подвижными и, возможно, выпадают на поверх­ность пор, изменяя смачиваемость среды.

Ограничением для применения COz с целью повышения нефтеотдачи пластов, помимо геолого-физических критериев, будет наличие ресурсов СО; в районе нефтяных месторождений или доступных для транс­портировки к месторождениям при благоприятных экономических показателях. Можно считать, что удаление ис­точника СО; от месторождения более чем на 400— 600 км, стоимость его (на устье нагнетательных скважин) и низкая цена на нефть будут серьезными помехами для применения СО;.

К самым сложным проблемам, возникающим при использовании СО; для увеличения нефтеотдачи пла­стов, относятся возможность коррозии нагнетательных и добывающих скважин и нефтепромыслового оборудова­ния, необходимость утилизации COz—удаления из добываемых углеводородных газов на поверхности и повтор­ной инжекции в нефтяные пласты. Чистый СО; (без влаги) не опасен в отношении коррозии. Но при чередовании с водой в нагнетательной скважине или после смешивания с ней в пласте и при появлении в добывающих скважинах и на поверхности он становится коррозионно-активным.

Сложной технической проблемой является транспорт жидкой СО;, распределение ее по скважинам, тре­бующие специальных труб, качества сварки и т. д.

При использовании совместно с COz воды, несовместимой с пластовой, создаются более благоприятные условия для выпадения солей в пластах, призабойных зонах скважин, подъемных трубах, поверхностном оборудо­вании и пр.

Существенным недостатком, ограничивающим внедрение метода, является относительно большое погло­щение COz пластом - потери достигают 60—75 % от общего объема закачки. Они обусловлены удержанием COz в тупиковых порах и застойных зонах. Все это приводит к большому удельному расходу СО; на тону дополнительно добытой нефти.

В целом из всех известных методов увеличения нефтеотдачи пластов использование COz наиболее уни­версально и перспективно.