Технология импульсно-дозированного теплового воздействия на пласт (ИДТВ)

В порово-трещинных коллекторах, содержащих высоковязкую нефть, проблема увеличения нефтеотдачи связана с извлечением нефти главным образом из низкопроницаемых пористых матриц. Поскольку фильтрация жидкостей в подобных пластах происходит в основном по системе трещин, необходимо при разработке месторождения создать условия, обеспечивающие интенсивный массообмен между трещинами и низкопроницаемыми пористыми матрицами. В системе трещин основное влияние на эффективность вытеснения оказывает фактор улучшения отношения вязкостей вытесняемой и вытесняющей фаз, в то время как эффективность вытеснения нефти из низкопроницаемых матриц преимущественно определяется факторами теплового расширения и проявления молекулярно-поверхностных эффектов. Поэтому, нефтеотдачу такого пласта можно увеличить, создав благоприятные условия для усиления проявления двух последних факторов в процессах массообмена между трещинами и блоками. В монографии В.И. Кудинова "Совершенствование тепловых методов разработки месторождений высоковязких нефтей" (М.: Нефть и газ, 1996. — 282 с.) было обосновано, что такие условия создаются в пласте при организации термоциклических процессов путем чередующейся закачки в пласт порций теплоносителя и ненагретой воды. Было выполнено моделирование процесса тепломассообмена в пласте и исследовано влияние термоколебаний на нефтеотдачу отдельной низкопроницаемой матрицы, окруженной системой высокопроницаемых каналов (трещин)

При многократном воздействии на матрицу циклами “нагрев – охлаждение” механизм нефтеотдачи сводится к следующему. В период нагрева матрицы эффекты термического расширения жидкостей и породы пласта совместно с капиллярными эффектами способствуют вытеснению нефти и воды из матрицы в систему трещин. В период охлаждения свободный поровый объем матрицы, образующийся вследствие уплотнения жидкостей и увеличения пористости, заполняется водой (в силу ее большей смачиваемости) из системы трещин. Таким образом, к концу полного цикла “нагрев – охлаждение” устанавливается некоторое новое состояние насыщения матрицы флюидами. В период нагрева матрицы во втором цикле эффекты расширения жидкостей и уменьшения пористости вновь способствуют вытеснению нефти и воды из матрицы в объемах, пропорциональных коэффициентам подвижности флюидов. В период охлаждения вода из трещин впитывается в матрицу. И так от цикла к циклу происходит постепенное нарастание нефтеотдачи матрицы. При десятикратном повторе циклов смены температур величина нефтеотдачи достигает 46% (в технологиях ВГВ и ПТВ нефтеотдача матрицы 23%).

Итак, сущность технологии ИДТВ заключается в циклическом попеременном вводе в пласт теплоносителя и ненагретой воды (с формированием волнового теплового фронта) в строго расчетных пропорциях.

Авторы технологии ИДТВ исходили из идеи использования понятия так называемой “эффективной температуры” — Т_эф пласта. Основой для определения Т_эф служат графики зависимости вязкости пластовой нефти от температуры.

За Т_эф принимается та температура, прогрев пласта выше которой не приводит к существенному приросту подвижности нефти и связан с непроизводительными расходами на производство и нагнетание теплоносителя, которые не компенсируются технологическим приростом добычи нефти. Для каждой конкретной залежи нефти существует своя “эффективная температура” — Т_эф.

Понятие Т_эф было положено в основу определения необходимых объемов теплоносителя и холодной воды для эффективной разработки месторождения в режиме ИДТВ. Отношение объемов теплоносителя и холодной воды Q(T)/Q(X) определяется из решения уравнения энергетического баланса, в котором Т_эф используется в качестве средней температуры участка разработки:

где V_пор — объем порового пространства пласта, м³;

m — пористость пласта, доли единицы;

T_эф — эффективная температура, °С;

T₀ — начальная температура пласта, °С;

r_ж, r_т, r_х — плотности соответственно добываемой жидкости, теплоносителя и холодной воды, кг/м³;

i_ж, i_т, i_х — теплосодержание соответственно добываемой жидкости, теплоносителя и холодной воды, кДж/кг;

M — объемная теплоемкость пласта с насыщающими его жидкостями, кДж/(м³×°С);

l₀ — коэффициент теплопроводности окружающих пород, кДж/(м×ч×°С);

С₀ — объемная теплоемкость окружающих пород, кДж/(м³×°С);

Н — толщина пласта, м;

Q — темп нагнетания вытесняющего агента в пласт, м³/ч;

b — коэффициент, характеризующий долю прогреваемой части пласта (b£1, значение b = 1 соответствует прогреву всего пласта);

a — коэффициент, характеризующий объем суммарной закачки в пласт вытесняющих агентов

.

Схема выбора режима ИДТВ включает:

определение значения Т_эф;

определение параметров теплоносителя на входе в пласт с учетом используемых теплогенерирующих средств и оборудования нагнетательных скважин;

определение общего объема теплоносителя Q(T), достаточного для прогрева пласта до температуры Т_эф;

определение отношения суммарных объемов нагнетания Q(T)/Q(X) расчетным путем по приведенной выше формуле и выбор на этой основе величины отношения импульсов закачки теплоносителя и холодной воды И(Т)/И(Х) в циклическом процессе;

задание величины одного из импульсов И(Т) или И(Х);

выбор темпа нагнетания вытесняющих агентов и определение количества и продолжительности циклов на этапе ИДТВ.

Этап ИДТВ заканчивается по завершению ввода в пласт всего объема тепла Q(T). Затем осуществляется этап проталкивания тепловой оторочки к добывающим скважинам путем непрерывной закачки в пласт холодной воды. Многократное повторение циклов "нагрев-охлаждение" пласта в технологии ИДТВ приводит к значительному приросту нефтеотдачи.

В технологии ИДТВ достигается значительный эффект энергосбережения. Во-первых, в пласт закачивается строго расчетное количество теплоносителя, определяемое из условия создания и поддержания в пласте эффективной температуры. Во-вторых, циклический процесс ИДТВ препятствует рассеиванию тепловой энергии в горные породы, окружающие ствол скважины. В-третьих, в технологии ИДТВ меньше теплопотерь и в самом пласте, связанных с уходом тепла в окружающие пласт (верхние и нижние) горные породы. Удельные затраты на 1 т дополнительно добываемой нефти при ИДТВ составляют 3,4 т/т против 6,2 т/т при ВГВ.

При использовании технологии ИДТВ достигаются более высокие темпы охвата объекта разработки тепловым воздействием. Циклический процесс позволяет использовать теплогенерирующие установки для большего по сравнению с ПТВ и ВГВ числа нагнетательных скважин.

Таким образом, к числу главных отличительных особенностей технологии ИДТВ от методов тепловых оторочек больших объемов (ПТВ и ВГВ) относятся:

достижение более высокого текущего и конечного коэффициента нефтеизвлечения (приращение на 5 – 7 %);

энергосбережение за счет закачки в пласт минимально необходимого количества теплоносителя, определяемого температурой Т_эф.;

сокращение удельных затрат теплоносителя на 1 т добываемой;

повышение тепловой эффективности процесса (увеличение коэффициента теплоиспользования до 10 %);

увеличение темпа развития теплового воздействия на пласт в два раза при одинаковой вооруженности теплогенерирующими средствами;

преодоление "барьера" 1000 м как предельной глубины для эффективного применения методов вытеснения нефти теплоносителями;

снижение на 25 % капитальных вложений и на 27 % эксплуатационных затрат по сравнению с технологией воздействия горячей водой (ВГВ).

В техническом исполнении ИДТВ особых дополнительных (к ВГВ или ПТВ) конструкций и установок не требует, при ИДТВ используются стандартные паронагнетательные скважины, внутрискважинное, устьевое и наземное оборудование.