способ разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти

Формула изобретения

1. Способ разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти путем размещения нагнетательных и добывающих скважин, закачки через нагнетательные скважины воздуха, воды, газов горения и попутных нефтяных газов, выделенных из продукции добывающих скважин, и отбора нефти, газов горения и попутных нефтяных газов через добывающие скважины, отличающийся тем, что предварительно анализируют свойства и образцы породы продуктивного пласта, по начальной пластовой температуре и энергетическому потенциалу пласта с учетом наличия в породе катализаторов окисления нефти кислородом определяют способность пласта обеспечить активные внутрипластовые окислительные процессы, при наличии такой способности пласта первоначально прокачивают через каждую нагнетательную скважину 0,1-0,3%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти, сходных по составу с катализаторами в пласте, в объеме до 50-100 м³, затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30-90 об.% в объеме 10-40% от порового объема, и воду - в объеме 20-50% порового объема.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что совместно с воздухом, обогащенным кислородом, закачивают газы горения, выделенные из продукции добывающих скважин, и/или воду.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что совместно с водой закачивают попутный нефтяной газ и/или газы горения, выделенные из продукции добывающих скважин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при разработке нефтяной залежи.

Известен способ разработки нефтяного месторождения, который включает нагнетание кислородосодержащей смеси через нагнетательную скважину и создание в пласте зоны окисления нефти. При температуре пласта выше 65°C создают в нем зону окисления с радиусом (R) зоны полного потребления кислорода в пласте при перемещении зоны окисления по направлению к добывающей скважине. Расстояние (2 ) между нагнетательной и добывающей скважинами и радиус (R) зоны полного потребления кислорода выбирают из условия 2 R. Нагнетание кислородосодержащей смеси прекращают при подходе зоны окисления к добывающей скважине на расстояние не менее чем / (патент РФ № 2139421, опублик. 1999.10.10).

Известный способ пригоден только для разработки месторождений с пластовой температурой более 65°C, что ограничивает использование способа.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти, согласно которому размещают на залежи нагнетательные и добывающие скважины, в нагнетательные скважины закачивают оторочки воздуха и воды для создания в пласте внутрипластового горения. При этом при разработке залежи с запасами нефти нормальной вязкости из продукции добывающих скважин выделяют попутные нефтяные газы и газы горения. Эти газы отдельно или совместно с попутными нефтяными газами нагнетают в нагнетательные скважины. Закачку оторочек воздуха чередуют с нагнетанием вышеуказанных газов и разделяют их закачкой технических оторочек воды. Соотношение объемов закачки оторочек воздуха и воды выбирают из условия поддержания на фронте горения температуры 300-400°C (патент РФ № 2109133, опублик. 1998.04.20 - прототип).

Одним из основных недостатков известных способов разработки является то, что их применение ограничивается только залежами с пластовой температурой 65°C и более. Такое ограничение обосновывается тем, что при применении на залежах с меньшей пластовой температурой трансформация закачиваемого в пласт воздуха в эффективный вытесняющий нефть агент не происходит. Вследствие этого эффект от применения известных способов разработки по повышению нефтеотдачи не достигается.

Другим недостатком известных способов разработки месторождений нормальной нефти, предусматривающих закачку воздуха, является значительный объем добываемого газа с превалирующим содержанием азота, а также значительный расход закачиваемого воздуха на добычу нефти, нередко превышающий 1000 нм³ на тонну добытой нефти. Закачка с воздухом газов горения и попутных газов может не только усилить эти недостатки, но и привести к ухудшению охвата воздействием, а значит, и к снижению нефтеотдачи.

В предложенном изобретении решается задача повышения нефтеотдачи залежи, снижения энергозатрат и уменьшения объемов закачки воздуха.

Задача решается тем, что в способе разработки залежи с трудноизвлекаемыми запасами нефти путем размещения нагнетательных и добывающих скважин, закачки через нагнетательные скважины воздуха, воды, газов горения и попутных нефтяных газов, выделенных из продукции добывающих скважин, и отбора нефти, газов горения и попутных нефтяных газов через добывающие скважины, согласно изобретению предварительно анализируют свойства и образцы породы продуктивного пласта, по начальной пластовой температуре и энергетическому потенциалу пласта с учетом наличия в породе катализаторов окисления нефти кислородом определяют способность пласта обеспечить активные внутрипластовые окислительные процессы, при наличии такой способности пласта в качестве воздуха закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30-90% в объеме 10-40% от перового объема.

Совместно с воздухом, обогащенным кислородом, возможна закачка попутного нефтяного газа и/или газов горения, выделенных из продукции добывающих скважин, и/или воды.

Совместно с водой возможна закачка попутного нефтяного газа и/или газов горения, выделенных из продукции добывающих скважин.

Сущность изобретения

При разработке залежи нефти с применением внутрипластового окисления и/или горения весьма важным показателем является пластовая температура. При температуре 65°C и более процесс инициирования окисления или горения протекает достаточно интенсивно, и разработка залежи сопровождается достижением высоких значений нефтеотдачи. При пластовой температуре залежи менее 65°C нефтеотдача снижается из-за низкой активации процесса горения и окисления. В предложенном изобретении решается задача повышения нефтеотдачи залежи с пластовой температурой менее 65°C. Задача решается следующим образом.

Для реализации известных способов разработки нефтяных залежей используется важная энергетическая особенность значительной части месторождений, которые характеризуются не только высоким пластовым давлением, но и повышенными пластовыми температурами порядка 65°C и более. Такие температуры при закачке воздуха в результате высокой скорости процесса расходования кислорода воздуха на окисление нефти гарантируют безопасное ведение процесса и обеспечивают внутрипластовую генерацию высокоэффективного вытесняющего газового агента, обеспечивающего кардинальный прирост нефтеотдачи. Однако активные самопроизвольные окислительные процессы могут происходить и при более низких температурах, так как реальные пласты нередко содержат катализаторы реакции взаимодействия нефти и кислорода, такие как CuO, MnO, CrO, NiO, CoO и др. Быстрое инициирование активных внутрипластовых окислительных процессов является одним из важнейших следствий использования энергетики пласта для организации закачки воздуха на месторождениях легкой нефти. В предложенном способе разработки залежи с запасами легкой нефти и пластовой температуре ниже 65°C предлагается предварительно определить по керну наличие катализаторов и при их наличии провести исследования влияния этих катализаторов на кинетику внутрипластовых окислительных процессов. На основании этих исследований устанавливается возможность реализации внутрипластовой трансформации кислородосодержащих смесей, закачиваемых в конкретную залежь с начальной пластовой температурой ниже 65°C, в эффективный смешивающийся с пластовой нефтью вытесняющий агент. После установления такой возможности необходимо разместить нагнетательные и добывающие скважины. Для реализации предлагаемого способа разработки через нагнетательные скважины первоначально прокачивают 0,1-0,3%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти, сходных по составу с катализаторами в пласте, в объеме до 50-100 м³, что позволяет гарантированно активизировать процесс окисления нефти в пласте кислородом, закачиваемым вслед. Затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30-90% в объеме 10-40% от порового объема и воду в объеме 20-50% перового объема.

Такие объемы закачки кислородосодержащей смеси согласно численным исследованиям позволяет сформировать оторочку смешивающегося с пластовой нефтью вытесняющего агента в размере 0,1-0,2 от порового объема, что обеспечивает эффективное вытеснение пластовой нефти на всем пространстве от нагнетательных до добывающих скважин.

Лабораторные исследования показали, что использование при внутрипластовом горении в качестве окислителя кислорода или обогащенного кислородом воздуха может обеспечить как технологические, так и экономические преимущества. Например, при обогащении воздуха кислородом существенно уменьшается объем добываемого газа по сравнению с закачкой обычного воздуха, что в свою очередь снижает проблемы в добывающих скважинах, связанные с пескопроявлениями, эрозией, работой глубинных насосов и с необходимостью добычи больших количеств газа. Другое преимущество связано с образованием в пластовых условиях значительных количеств углекислого газа, что благоприятно сказывается на эффективности процесса вытеснения нефти. Согласно численным и экспериментальным исследованиям формирующийся в результате самопроизвольных окислительных процессов в пласте вытесняющий агент обеспечивает высокую степень вытеснения пластовой нефти до 93-95%. Уменьшение в добываемом газе азота позволяет облегчить и удешевить процесс разделения газов с целью повторного использования углекислого газа для повышения эффективности вытесняющего агента.

Экономика процесса внутрипластового горения в значительной степени определяется расходами на закачку в пласт окислителя. При закачке в пласт воздуха большой составляющей стоимости процесса является его компримирование. Стоимость применения кислорода при внутрипластовом горении в основном зависит от давления и объемов закачки.

Генераторы кислорода мембранного типа потребляют на производство 1 нм³ кислорода около 1 кВт·ч электроэнергии. Сравнение с поршневым компрессором высокого давления, потребляющим около 0.3 кВт·ч на компрессию 1 нм³ воздуха до 40 МПа, показывает, что при расчете на единицу объема закаченного в пласт окислителя экономия электроэнергии при закачке кислорода по сравнению с закачкой воздуха наступает при давлении нагнетания свыше 12-15 МПа.

На чертеже представлена зависимость потребляемой мощности криогенной установкой на получение кислорода и компримирование воздуха в зависимости от рабочего давления. Видно, что затраты энергии на производство кислорода с помощью криогенных установок, начиная с давления 12 МПа и выше, становятся меньше энергетических затрат на компрессию объема воздуха, необходимого для проведения процесса внутрипластового горения. Точка пересечения на графике соответствует расходу кислорода 115 тыс. нм³/сут.

Согласно представленных на чертеже данных очевидно уменьшение расходов на компрессию обогащенного кислородом воздуха. В этой связи следует подчеркнуть, что применение предлагаемого способа разработки предполагается в основном на месторождениях с глубиной залегания продуктивных пластов, превышающих 1,0-1,5 км, т.е. при пластовых давлениях, превышающих 10 МПа. При таких давлениях потребление топлива на закачку кислорода будет значительно меньше, чем на закачку воздуха.

Обогащение кислородом воздуха в промышленных масштабах может быть осуществлено с помощью криогенных и мембранных установок. Они включают в себя блок компрессоров, очистное устройство и холодильную камеру с фракционными колоннами. Это означает, что затраты на обогащение воздуха кислородом до 30-50%, предусмотренные настоящим изобретением, составит 7-25 долларов США на 1000 м ³ обогащенного кислородом воздуха. Если учесть, что затраты на обогащение кислородом воздуха увеличиваются с увеличением степени обогащения, максимальная стоимость кислорода, изготовленная с помощью промышленной установки, составляет примерно 70-80 долларов США на тысячу кубических метров. Криогенные установки могут быть размещены непосредственно на промысле. Если учесть, что затраты обогащенного кислородом воздуха на добычу нефти уменьшаются в 1,5-2,5 раза, то стоимость обогащенного кислородом воздуха, необходимого для добычи 1 т нефти, снизится примерно до 3-10 долларов США.

В свете сказанного выше следует отметить следующие основные преимущества использования обогащенного кислородом воздуха по сравнению с применением воздуха:

- уменьшение объема добываемого газа (до 3,5 раз) и связанных с этим проблем;

- образование большего количества CO₂ (пропорционально объемной доле кислорода в газовой смеси), способствующего повышению эффективности процесса вытеснения;

- увеличение интенсивности окислительных процессов, способствующих ускорению формирования оторочки смешивающегося с нефтью вытесняющего агента;

- снижение удельных энергозатрат на компримирование кислорода;

- сокращение объема закачки кислородосодержащей смеси (до 4-4,5 раз), необходимого для формирования оторочки смешивающегося с пластовой нефтью вытесняющего агента, что позволяет более эффективно использовать интеграцию водогазового воздействия для повышения охвата воздействием, а значит, и нефтеотдачи.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

На залежи размещают нагнетательные и добывающие скважины. Анализируют свойства и образцы породы продуктивного пласта. По начальной пластовой температуре и энергетическому потенциалу пласта с учетом наличия в породе катализаторов окисления нефти кислородом определяют способность пласта обеспечить активные внутрипластовые окислительные процессы. При наличии такой способности пласта первоначально прокачивают через каждую нагнетательную скважину 0,1-0,3%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти, сходных по составу с катализаторами в пласте, в объеме до 50-100 м³, затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30-90% в объеме 10-40% от перового объема и воду в объеме 20-50% порового объема.

Совместно с воздухом, обогащенным кислородом, возможна закачка газов горения, выделенных из продукции добывающих скважин.

Совместно с водой возможна закачка газов горения и/или попутных нефтяных газов, выделенных из продукции добывающих скважин.

Через добывающие скважины отбирают нефть, газы горения и попутный нефтяной газ.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1. Разрабатывают нефтяную залежь со следующими характеристиками: глубина 2450 м, эффективная нефтенасыщенная толщина 7 м, пористость 19%, проницаемость по горизонтали 0,02 мкм², проницаемость по вертикали 0,002 мкм², нефтенасыщенность 54%, растворимость газа в нефти 52 м³/м³, вязкость в пластовых условиях: нефти 1,18 мПа·с, воды 0,41 мПа·с, воздуха и газов горения 0,042 мПа·с, плотность в пластовых условиях: нефти 756 кг/м³, воды 1013 кг/м³, воздуха 340 кг/м³, газов 352 кг/м³, начальные пластовые: давление 25 МПа, температура 40°C, давление закачки воды 17 МПа, воздуха и газов 35 МПа, давление на устьях добывающих скважин 1,5 МПа. Залежь разрабатывают по обращенной девятиточечной схеме с центральной нагнетательной скважиной.

Анализируют свойства и образцы породы продуктивного пласта. По начальной пластовой температуре и энергетическому потенциалу пласта с учетом наличия в породе катализаторов окисления нефти кислородом типа СuО, МnО определяют способность пласта обеспечить активные внутрипластовые окислительные процессы. Устанавливают такую способность пласта. Через нагнетательные скважины закачивают 0,1%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти типа CuO, MnO в объеме 100 м³. Затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 30 об.%, в объеме 40% порового объема. Прекращают закачку воздуха и закачивают воду в объеме 20% порового объема. Через добывающие скважины отбирают сначала нефть, а затем еще и попутный нефтяной газ и газы горения.

По мере поступления через добывающие скважины попутного нефтяного газа и газов горения их закачивают совместно с воздухом и водой.

Пример 2. Выполняют, как пример 1. Через нагнетательные скважины закачивают 0,2%-ную водную дисперсию катализаторов окисления нефти типа CuO, MnO, в объеме 75 м³. Затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 60 об.%, в объеме 20% порового объема. Прекращают закачку воздуха и закачивают воду в объеме 40% порового объема.

Пример 3. Выполняют, как пример 1. Через нагнетательные скважины закачивают 0.3%-ную водную дисперсию катализаторов типа CuO, MnO в объеме 50 м³ . Затем закачивают воздух, обогащенный кислородом до 90 об.%, в объеме 10% порового объема. Прекращают закачку воздуха и закачивают воду в объеме 50% порового объема.

Таким образом, продолжают разработку залежи до выработки запасов нефти.

По результатам расчетов установлено, что по сравнению с прототипом применение предложенного способа позволяет:

- повысить нефтеотдачу с 39% (прототип) до 43-47%. При этом нефтеотдача при заводнении может составить не более 24%;

- снизить удельные энергозатраты на компремирование окислителя на 15-35%;

- уменьшить объем закачки воздуха в 2-4 раза.

Применение предложенного способа позволит повысить нефтеотдачу залежи, снизить энергозатраты и уменьшить объемы закачки воздуха.