Воздействие на ПЗП тепловыми полями
Прогрев ПЗП и ствола скважины позволяет снизить вязкость и увеличить подвижность нефти за счет расплавления и удаления парафино- и асфальтосмолистых отложений.
Теплота может передаваться кондуктивным способом (теплопередача в пласт по скелету породы и насыщающей жидкости от источника теплоты, расположенного в скважине), и конвективным теплопереносом (нагнетание в скважину и пласт теплоносителей).
Для стационарного кондуктивного прогрева в скважине вместе с подземным оборудованием устанавливают электронагреватель, который работает в интервале пласта непрерывно или по заданному режиму в процессе отбора нефти.
При конвективном тепломассопереносе в пзп закачивается теплоноситель, способный расплавлять или растворять смолопарафинистые отложения в призабойной зоне. Наибольшей эффективностью обладают жидкости на углеродной основе, которые, несмотря на их меньшую теплоемкость по сравнению с водой, совмещают функции теплоносителя и растворителя и не вызывают отрицательных побочных явлений (например, набухания глин, снижения фазовой проницаемости для нефти и др.).
При глубине скважин до 1500 м широко применяется циклическая паротепловая обработка прискважинной зоны. Эффективность паротепловой обработки скважин зависит от темпа закачки и удельного объема пара, его параметров, величины водонасыщенности нефтяного пласта и продолжительности паропропитки. Практика показала, что минимальная температура пара для прогрева прискважинной зоны обводненного пласта 120-125 °С, при температуре пара 100 °С эффективность процесса резко снижается. Для уменьшения тепловых потерь и глубокого прогрева призабойной зоны пласта необходимо закачку пара производить с расходом не ниже 3-5 т/ч в течение 10-15 суток. Операции по закачке пара в скважину весьма энергоемки: на 1 т дополнительно добытой нефти затрачивается до 6 т пара. Для ускорения реагирования добывающих скважин на закачку и снижения расхода пара к нему периодически добавляют химические реагенты, которые при высокой температуре, распадаясь, выделяют большой объем газа.
Наиболее простой и технологичный тепловой метод – прокачка горячей нефти с температурой 80-100 °С – позволяет в лучшем случае очистить НКТ от отложений парафина и промыть забой. Длительная (в течение 20-25 ч) прокачка горячей нефти способна поднять температуру на 3-5 °С выше пластовой и только в ограниченной части стенок скважины, что недостаточно и экономически нецелесообразно.
Тепловые методы дороги и трудно реализуемы. Эффективность их применения в немалой степени зависит от наличия специальной промысловой теплоэнергетической техники. Техника первого поколения не отвечала поставленным задачам и существенно уступала мировым образцам по температуре выходящего теплоносителя и КПД, кроме того имела завышенные расход топливно-энергетических ресурсов на собственные циклы и металлоемкость.
В настоящее время проводятся испытания новых энергосберегающих технологий на базе теплогенерирующих установок, вырабатывающих рабочий агент – парогазовый теплоноситель для комплексного термического и термохимического воздействия на нефтяной пласт. Парогазовая смесь является комбинированным теплоносителем, содержащим 50-60 % воды, газообразные агенты (до 38 % азота и до 12 % углекислого газа), реагенты гидрофобизации и гидрофилизации ПЗП. Широкий диапазон физико-химических свойств, которые можно придать теплоносителю, позволяет обоснованно выбирать наиболее эффективный вариант повышения нефтеотдачи для конкретного объекта с учетом геолого-технических условий на различных стадиях разработки.
Одним из направлений повышения эффективности тепловых технологий, исключающих опасность для окружающей среды, снижающих эксплуатационные расходы и сохраняющих коллекторские свойства ПЗП, является использование автономных модульных скважинных нагревателей на основе высококалорийных безгазовых топливных систем с инертными добавками. Скважинный тепловой модуль можно опускать до заданного интервала на тросе или кабель-тросе, предназначенном для геофизических скважинных приборов.
В настоящее время разработано несколько различных высококалорийных безгазовых топливных систем, в том числе термитных. Безгазовое топливо (БГТ) образует группу веществ органического и неорганического происхождения, которые, взаимодействуя между собой при определенных условиях, образуют полностью конденсированные продукты сгорания. В качестве безгазовых топливных составов могут использоваться топливные композиции на основе Al, Mg, Ti. Наибольшей технологичностью обладают смеси «титан + углерод» и «алюминий + оксид железа». К классу безгазовых топлив относится термит – группа двухкомпонентных твердых веществ в порошкообразном состоянии, содержащих восстановитель (химически активный металл), окислитель (оксид металла), инертную добавку и связующую композицию. Реакция горения железоалюминиевого термита с инертной добавкой протекает в конденсированной фазе без газификации исходных компонентов по схеме
Fe2O3 + 2Al + nAl2O3 = 2Fe + nAl2O3 + 3122 кДж.
При высокой температуре горения (1800-2400 °С) удельные объемы исходных и конечных продуктов реакции практически неизменны. Воспламенение термита происходит при нагреве до 1000 °С, полнота сгорания достигает 95-98 %. Компоненты железоалюминиевого термита не растворяются в воде, малотоксичны, термостабильны в широком диапазоне эксплуатационных температур. Стоимость компонентов термита невысока, поскольку они относятся к числу широко распространенных в природе веществ, а их производство хорошо налажено. Выбранные модельные топливные составы широко используются в научно-исследовательской практике и отличаются высокой взрыво- и пожаробезопасностью. Высокий тепловой эффект реакции не сопровождается взрывом из-за отсутствия газообразных продуктов горения.
  Рис.3.4. Модульный скважинный термитный теплоизлучатель |
Сотрудниками ВНИМИ и Санкт-Петербургского горного института запатентована конструкция автономных скважинных модулей-излучателей с ограниченными габаритами, обеспечивающих необходимое тепловое поле в ПЗП без газодинамического и взрывного воздействия. Скважинный нагреватель (рис.3.4) размещен в цилиндрическом корпусе 6 со съемными крышками, верхней 7 и нижней 1. На верхней крышке с помощью резьбового соединения установлена штанга 5 трубчатой формы. Изолированные проводники 3 предназначены для подачи электропитания на нагревательный элемент 4 от герметизированного кабельного разъема 2, подключенного к источнику питания ИП. На штанге 5 жестко закреплен кольцевой упор 9, на который при установке опирается топливный элемент 10, размещенный вокруг штанги. Топливный элемент может быть выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек, который устанавливается с помощью нижнего кольцевого упора 11 гайкой 12 на нижнем конце штанги. В качестве топливного элемента в нагревателе применяется железоалюминиевый термит с инертной добавкой (оксид алюминия), в результате реакции горения которого образуются твердые (порошкообразные) продукты реакции и выделяется большое количество тепла.
Применение скважинного термитного излучателя наиболее эффективно в сочетании с физико-химическими методами многофакторного воздействия на ПЗП для стимуляции фильтрационных процессов. Скважинный нагреватель опускается в скважину на кабеле 8.