автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Разработка технологии внутрипластового горения в неоднородных коллекторах с применением химических реагентов

ГОСУДАРСТВЕННАЯ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА ИМЕНИ И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. №

ИБРАГИМОВ АЛИЖАН ХАЛМАТОВИЧ

УД 622.276.654

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ 3 НЕОДНОРОДНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ

Специальность 05.15.06 - Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых иесторогдений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1991 П :'>?•> -Н?. ЮО |

СЬ'ЧО л!

Работа выполнена в Государственной ордена Октябрьской

«

Революции и ордена Трудового Красного Знавени Академии нефти к газа имени К.М.Губкина.

Научные руководители:

Официальные оппоненты

кандидат технических наук, доцент

Нагорный Л .А.

кандидат технических наук, доцент Стригоь й.Н.

доктор технических наук,

Еданов С.А. кандидат технических наук, Татьянин А.К.

Ведущее предприятие

ЦНИЛ ПО "Укрнефть"

Защита диссертации состоится _" ноября 1ЭЭ1 г.

б 15 часов 00 минут на заседании специализированного Совета К.053.27.08 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при Государственной Академии нефти и газа имени И.М.Губкина.по адресу: 11791?, ",осква, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией ыокно ознакомиться в библиотеке Государственной Академии нефти и газа ии. И.К.Губкин а.

Автореферат разослан

„ Ч „ омп^/ия-- тсс

Ученый секретарь специализированного Совета., кандидат технических наук

'А. С. Палий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Широкое внедрений современных методов повышения нефтеотдачи пластов является одним из зазяей-ших направлений в решении задачи обеспечения страны нефтью. К числу перспективных методов повышения нефтеотдачи относятся тепловые методы, в том числе .внутрипластовое горение (ЗГ).

Накопленный исследовательский материал и промысловый опыт свидетельствуют о том, что ВГ является эффективным методом разработки нефтяных месторождений и применяется, в основном, для извлечения высоковязких нефтей. Однако имеется ряд недостатков, которые сдерживают широкое внедрение ВГ з промысловых условиях. Это связано со значительными трудностями, возникающими при инициировании горения-нефти в пласте и при регулировании процесса.

Метод ВГ характеризуется в большинстве случаев низким охватом пласта процессом, особенно при его проведении в неоднородном коллекторе. Это связано со значительной'разницей вязкости закачиваемого воздуха и насыщающих пласт флюидов, что приводит к фильтрации воздуха по наиболее проницаемым участкам. В результате снижается эффективность процесса ВГ л его безопасность.

При реализации ВГ на месторождениях, содержащих тяжелую высоковязкуя нефть, образуется избыточное количество остаточного топлива, что приводит к росту удельных расходов воздуха и уменьшению скорости перемещения фронта горения.

Ка месторождениях, содержащих легкую маловязкую нефть, применение метода ВГ сдерживается из-за малой коксообразующей

способности нефегей, которая приводит к затуханию фронта горения по пере его продвижения вглубь пласта.

Таким образом, повышение эффективности ВГ и расширение

/

области его применения является вакной и актуальной задачей, решение которой позволит сократить сроки разработки объектов к увеличить степень извлечения нефти из недр.

Данная работа является составной частью научно-исследова-телъских работ кафедры разработки и эксплуатации нефтяных мес-тороЕдений Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина, проводимых в рамках общесоюзной научно-технической программы на 1986-1990 гг. 0.02.01 "Создание прогрессивных технологических процессов и технических средств по добыче нефти, обеспечивающих высокую степень извлечения углеводородов из недр, подготовку и транспорт нефти и попутного газа", согласно Постановлению Госкомитета СССР по науке и технике от 30 октября I9S5 г. te 555.

Цель работы. Разработка на экспериментальной основе технологии извлечения нефти из коллекторов с высокой степенью неоднородности методом -ВГ с использованием химических реагентов, которая позволит повысить эффективность процесса ВГ за счет сокращения времени создания фронта горения в пласте к увеличения охзата пласта процессом горения.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач.

1. Поиск и исследование нефтерастворимкх катализаторов

и интексификаторов процесса окисления углеводородов в пористой среде.

2. Экспериментальное исследование влияния катализаторов

и интенсификаторов на показатели процзсса ВГ в моделях неоднородного пласта.

3. Ка основе экспериментальных исследований разработать технологии применения катализаторов и интенсификатороз для повышения эффективности процесса ВГ в неоднородных коллекторах.

Научная новизна.

1. .Исследована новая группа нефтерастворимых и нетоксичных катализаторов процесса окисления углеводородов - кислородо-содернащие модификации алкилферроценоз. Зыявлены наиболее эффективные модификации алкилфврроценов для различных систем "нефть + порода". Установлена термодинамическая устойчивость системы "нефть + алкилйерроцены" при закачке в пористую среду.

2. Найден и исследован высокоэффективный тампонирующий агент, хорошо окисляющийся при низких пластозых температурах и активизирующий окислительные процессы при ВГ - отход производства стирола "ОПС".

3. Разработаны композиции различного состава для инициирования высокотемпературного фронта горения в пласте без дополнительного ввода тепла в призабойнуа зону сквакпны.

4. Эксперименты на модели неоднородного треуиннс-порового коллектора показали высокую эффективность технологии, предусматривающей закачку оторочки нефти, активированную алкилферро-ценаыи. Найден предельно эффективный оиъем оторочки. Установлено, что наличие в трещинах воды не приведет к значительному ухудшению технологических показателей процесса ВГ, при закачке оторочки активированной нефти.

- Ц -

5. Эксперименты на подели пласта месторождения Луква показали, что при разработке неоднородных терригенных коллекторов, содержащих легкую маловязкую нефть методом ВГ при высо-

/

кой газонасыщенности пласта, закачка воды или отхода "ОПС" в высокопроницаемые прог.ластки и трещины будет способствовать увеличению охвата пласта процессом ВГ и снизит вероятность прорывов газа-окислителя к добывающим скванинаи.

6. На основе экспериментальных исследований разработаны комбинированные технологии извлечения нефти из коллекторов с высокой степенью неоднородности методом ВГ с использованием химических реагентов.

Практическая ценность я реализация результатов.

1. Для неоднородны?: мощных карбонатных коллекторов предложены комбинированные технологии ВГ, предусматривающие применение исследованных з диссертации катализаторов окисления.

2. С целью поЕшекия охвата неоднородных т,еррпгенных коллекторов вытесняющим агентов при ВГ разработаны комбинированные технологии с применением оторочки легкоокисляемого тампонирующего состава.

3. Предложен способ инициирования высокотемпературного фронта горения, который позволяет значительно сократить время воспламенения нести, за счет применения элективных катализаторов.

4. Результаты экспериментальных исследовании по поиску элективных композиций для инициирования процесса БГ без дополнительного ввода тепла в пласт послужили основой для создания "Временной инструкции по проведению испытаний х:::.;;:чес-

кого способа инициирования внутрипластового горения на Гне-динцевском месторождении в скважине й 175".

5. Результаты экспериментального изучения возможности применения алкилферроценов для интенсификации процесса ВГ послужили основой для создания "Инструкции на ком-

бинированную технологию теплового воздействия на основе внугрипластового горения с применением закачки тампонирующего состава и щелочного раствора на залежи нефти в карбонатном коллекторе".

Апробация работы. Основные результаты диссертации "опубликованы з 10 печатных работах, в 5 отчетах по хоздоговорной тематике с грифом "Для служебного пользования" и доложены на:

- Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Роль молодежи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны",

пос. Красный Курган, июнь 1989 г.;

- Научно-технической конференции "Современные тенденции развития газовой промышленности УССР", г. Харьков, сентябрь 1989 г.;

- XXI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ТатКИПИнефть, г.Бугульма, апрель 1990 г.;

- Всесоюзном научно-техническом семинаре "Химические реагенты для нефтяной и газовой промышленности", г.Москва, май 1990 г.;

- Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, пос. Красный Курган, июнь 1991 г.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения.

Общий объем работы составляет ]6ä страниц, включая страниц машинописного текста, 27 рисунков, 24 таблицу списка литературы из 136 наименований ка 13 страницах и приложения на 1 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель исследований и излагается сущность проделанной работы.

В первой главе дается краткий обзор теоретических, экспериментальных и промысловых исследований, посвященных вопросам изучения механизма процесса внутрипластового горения. Проанализированы основные результаты работ в этом направлении Аыели-на И.Д., Байбакова Н.К., Бернштейна A.M., Боксермана A.A., Гарушева А.Р., Еелтова Ю.П., Кданова С.А., Золотухина A.B., Коробкова Е.И., Кочешкова A.A., Малофеева Г.Е., Мехтибейли Р.К., Нагорного Л.А., Оганова К.А., Палия А.О., СтриноБа И.Н., Сергеева А.И., Иейнана A.B., Александера, Бае, Бурже, Бусайда, Бургера, Вайдемы, Перкккса, Сахо, Рэш, Тадзмы, Фасиии к других авторов.

Анализ исследований показал, что в целом механизм внутрипластового горения изучен достаточно хорошо. Выяьлекы основные закономерности протекания процесса ВГ, изучено влияние различна факторов на основное показатели процесса, указаны возиок-ные пути повышения его эффективности.

Широкое распространение метода ВГ для увеличения нефтеотдачи привело к поискам путей интенсификации и расширению гра-

ниц его применимости. Совместная закачка с воздухом воды, использование в качестве окислителя воздуха, обогащенного кислородом (60-90%), а также ввод с воздухом углеводородных га- . зов позволили повысить эффективность внутрипластового горения.

Много работ посвящено^ изучению механизма окисления углеводородов, а также интенсификации окислительных процессов при помощи химических реагентов. Анализ литературных источников позволил выявить значительное количество разнообразных химических веществ, которые могут быть использованы в качестве катализаторов или интенсификаторов процесса окисления. Однако, имеющиеся в патентной литературе данные говорят о малой эффек-тивностч действия катализаторов, что обусловлено, в первую очередь, сложной технологией их ввода в пласт. Многие катализаторы находятся в твердом состоянии - отсюда их низкая эффективность и слабый охват пласта воздействием.

3 настоящее время увеличилось количество работ, направленных на поиск путей увеличения эффективности процесса ВГ в неоднородных коллекторах различного типа. Одним из таких путей является применение химических реагентов, предназначенных для тампонирования высокопроницаемых пропластков и трещин с целью выравнивания фильтрационных сопротивлений в неоднородных по проницаемости участках пласта.

Имеется ряд работ, в которых для увеличения охвата пласта процессом ВГ рекомендуется разрабатывать залежь предварительно на резине растворенного газа. По мере эксплуатации залежи на режиме истощения увеличивается газонасыщенность и газопроницаемость по всему объему пласта. Кроме того, предварительная эксплуатация залежи на режиме истощения приводит к

значительному снижению пластового давления и, соответственно, к смыканию в пласте трещин, которые способствуют прорывам закачиваемого воздуха в добывающие скважины.

Продолжительность процесса инициирования в значительной степени зависит от начальной пластовой температуры. Для большинства ыесторокдекий этот параметр имеет низкие значения. Поэтому даке в условиях значительного охвата пласта процессом фильтрации воздуха стадия инициирования ЗГ монет быть весьма продолжительной. Интенсифицировать окислительные процессы в пласте можно, в частности, за счет его предварительного прогрева. Однако используемые для этой цели в настоящее время забойные нагреватели различных типов малоэффективны в условиях больших глубин залегания и толщин пласта. Наиболее универсальными и эффективными для любых горно-геологических условий являются химические методы инициирования, основанные на использовании катализаторов или иктенсификаторов процесса окисления, уьэличивающих скорость реакции окисления углеводородов при начальных пластовых условиях.

Таким образом, на основании анализа литературных данных определены направления создания эффективной технологии извлечения нефти из пластов с высокой степенью неоднородности путем предварительной разработки залежи на режиме растворенного газа с последующим применением внутриплзстового горения нефти с использованием химических, реагентов, которая позволит повысить эффективность процесса ВГ за счет сокращения времени создания фронта горения в пласте и увеличения охвата пласта процессом горения.

Бо второй главе приводится описание экспериментальной

- ? -

установки и методики определения основных показателей процесса окисления нефтей в элементарном объеме пгаста, приведены результаты исследований по поиску катализаторов и янтенсифика-торов окислительных процессов. Установка по изучению окислительных процессов реакции^в элементарном объеме - проточного типа и изготовлена по известной для подобных исследований схеме. Она состоит из системы подачи флюидов в модель пористой среды, кернодарясателай, помещенных в муфельную печь, системы сбора и сепарации выходящей из кернодержателя продукции, системы замера и анализа продукции, системы контроля и регулирования процесса. Отличительной особенностью применяемой установки является то, что в ней используются два кернодержателя: один - эталонный, другой - с исследуемой моделью пористой среды. Осевые те^рмопары, расположенные знутри керно-держателей, включены по дифференциальной схеме, что позволяет оценивать тепловые эффекты реакции окисления.

Эксперименты по термическому анализу нефти проводились з неизотермическом реаиые при постоянной скорости нагрева керно-держателей в интервале температур 293-873 К.

По результатам термического анализа нефти определялись следующие параметры: энергия активации - Е, количество сгоревшего топлива - тепловой эффект от сгорания топлива -Н0, водородно-углеродное отношение сгоревшего топлива -Н/С, молярное отношение С0/С0£ газов горения, температура начала активного поглощения кислорода - ТН>1Ь и температура начала активного выделения СО2 - Тн>в>

Задача создания достаточно простой и эффективной технологии разработки нефтяных месторождений методом ВГ с исполь-

У

- 10 -

зованием катализаторов и интенсификаторов процесса обусловила поиск нефтерасуворимых веществ.

3 данной работе в качестве таких веществ исследовались следующие соединения:

- алкилферроцены различной модификации (С4-П, Ф4-П-1, Ф4-П-2, №-П-3, С4-П-4);

—органические вещества (льняное пасло, изомасляный альдегид);

- бороорганическое соединение (^В. МН^);

- отход химического производства стирола "ОПС".

Из литературы известно, что алкилферроцены являются эффективными катализаторами окисления различных нефтяных топлив. Ранее проведенные исследования выявили наиболее эффективную модификацию алкилферроценов - "Ф4-П".

В присутствии "<Й-П" для всех.исследованных нефтей наблюдалось снижение энергии активации, уменьшение количества сгорающего топлива, увеличение тепловыделения в низкотемпературной и высокотемпературной областях, снижение температуры начала активного взаимодействия нефти с кислородом воздуха.

Как известно, наличие в нефти кислород^содвркацих соединений способствует развитию процесса окисления углеводородов. ^ связи с этим представлялось целесообразным на основ е "14-П" синтезировать кислород-содераащие модификации. Соединения алкилферроценов, исследованные в этой работе,, синтезированы впервые.

В качестве объекта исследования была выбрана несть месторождения Гнединцы со слабой коксуемостью (1,5$). Эксперименты проводились на кварцевом песке Люберецкого карьера к породе месторождения Гнединцы. Исследования алкилферроценов на квар-

цевом песке проводились для того, чтобы исключить влияние природных катализаторов на эффективность действия алкилферро-ценов. Оптимальная концентрация, при которой алкилферроцены действуют наиболее эффективно, составляет 0,5% масс.

Результаты экспериментов по окислению нефти месторождения Гнединцы на кварцевом песка б присутствии кислородсодержащих модификации алкилферроценов показали высокую эффективность данных катализаторов. Бо всех экспериментах с алкилферроцена-ми наблюдалось увеличение количества сгорающего топлива на 6-22%, теплового эффекта на 10-71%, снижение энергии активации на 30-36%, уменьшение температуры начала активного поглощения 02 на 15-48 К, уменьшение температуры начала актизного выделения С02 на 12-32 К. Наиболее эффективной кислородсодержащей модификацией "Ф4-П" сказался катализатор "Ф4-П-3". 3 эксперименте с данным катализатором количество сгоревшего топлива увеличилось на 22%, а тепловой эффект на 71%. Столь высокая тепловая эффективность процесса окисления обусловлена рядом причин. Во-первых, катализатор способствует образованию дополнительного количества топлива. Во-вторых, в присутствии "<¿4-113" процесс окисления углеводородов идет более глубоко, о чем свидетельствуют данные по водородно-углеродному отношению сгоревшего топлива. Величина Н/С в эксперименте с "С4-П-3" увеличилась з 1,5 раза. В-треа'ьих, процесс окисления углеводородов идет более полно.Иолярное отношение СО/СО2 газов горения снизилось в 3,4 раза по сравнению с экспериментом без катализатора.

В экспериментах на породе характер процесса окисления нефти месторождения Гнединцы в присутствии алкилферроценов несколько изменился по сравнению с аналогичными эксперимента-

)

- 12 -

ми на кварцевой песке. Расширилась область формирования остаточного топливй, что привело к увеличению количества сгорающего топлива на 25-Й% и теплового эффекта на 28-83/5. Наибольший эффект отмечен в эксперименте с катализатором "Й-П-1" , в котором количество сгорающего топлива увеличилось на (А%, а количество выделившегося тепла на 83%. Несмотря на высокую эффективность кислородсодержащих модификаций "Ф4-П" на породе, тем не менее следует отметить, что в низкотемпературной области порода сникает эффективность действия алкилферроценов, что объясняется каталитическими свойствами самой породы.

Для полноты исследований влияния минералогического состава пород на эффективность действия алкилферроценов были проведены эксперименты на различных моделях пористой среды. Кроме породы месторождения Гнединцы, в качестве модели пористой среды использовались породы месторождений Луква и Узень, а такие мрамор 97% карбонатности.

Исследования показали, что, хотя минералогический состав пористой среды влияет на окислительные процессы, характер действия алкилферроценов не меняется.

Эксперименты по окислению нефтей различного состава показали, что алкилферроценк одинаково влияют на скорость реакции нести с кислородом воздуха, т.е. снижается энергия активации низкотемпературного окисления на 33-43/5, что, в свою очередь, приводит к снижению температуры начала активного поглощения 02 на 23-47 К и температура начала активного выделения СС>2 на 32-42 К, возрастает скорость реакции как в области низких, так и высоких температур. Увеличение скорости реакции приводит к увеличению скорости тепловыделения, ¡{роге того,

алкилферроцены влияют на процессы, протекающие в зоне формирования остаточного топлива. Причем влияние катализаторов для нефтей различного состава неоднозначно. В экспериментах с тяжелыми нефтяыи ( р = 932 «- 965 кг/ы^) в присутствии алкил-ферроценсв происходит снижение количества сгорающего топлива, что, очевидно, происходит за счет углубления деструкции тяжелых компонентов нефяи, являющихся материалом для формирования остаточного топлива.

• В экспериментах с легкими нафтями ( р - 830 * 834- кг/и^) в присутствии алкилферроценов наблюдается обратное явление -увеличение количества сгорающего топлива.

Механизм действия кислород^содврзащих модификаций "Ф4—П" при использовании их в качестве катализаторов процесса знутри-пластсзого горения нефти, по-видимому, аналогичен механизму действия производных ферроцена как катализаторов горения различных нефтяных топлив. То есть при распаде молекулы ферроцен-содержащегс соединения из органической части образуются активные радикалы, дающие начало цепям реакций низкотемпературного окисления. Кроме того, из состава катализатора выделяется железо в активной форме (пирофорное), которое распределено в нефти на молекулярном уровне, так как полностью растворено в ней.

На хроматографе "Биохром-1" методом обращенной хроматографии проводились исследования по прогнозированию термодинамической устойчивости системы "нефть + алкилферроцены" при за-хачко в пласт и контакте с породой пласта. Полученные данные дают основание полагать, что алкилферроцены при растворении в нефти и закачке в пласт не будут адсорбироваться на скелете

породы, а будет фильтроваться вместе с нефтью.

При реализации процесса ВГ на месторождениях с неоднородным тредано-поровым коллектором сталкиваются с такой проблемой как прорыв газа-окислителя к добывающим скважинам. Образующаяся при этом в пласте газовая смесь, состоящая из углеводородных газов и кислорода, может создать взрывоопасную обстановку в добывающих скважинах. Для того, чтобы снизить количество кислорода, поступающего в добывающие скважины, увеличить тепловую эффективность процесса ВГ и степень охвата пласта процессом вытеснения в данной работе предлагается закачивать в пласг легкоокисляюцуюся тампонирующую жидкость, активированную катализатором окисления.- Для этих целей использовался отход химического производства стирола "ОПС".

Исследования отхода "ОПС" на установке по термическому анализу совместно с породой и нефтью месторождения Луква ( уэ20 = 834 кг/и5, у^20 = 9,0 ыПа-с) выявили концентрацию "СПС", при которой его действие наиболее эффектна; о - 30% масс. В экспериментах с данной концентрацией наблюдается максимальное снижение энергии активации реакций низкотемпературного окисления (на ЪЪ%),и значительное увеличение количества выделившегося тепла (на 5855), больиая часть которого приходится на низкотемпературную область.

Результаты экспериментов по окислению нефтей различного составе показали, что отход действует на процессы окисления неоднозначно. В экспериментах с тяжелыми и средними по плот-кости нзфтякн (нефти месторождений Усинское, Русское, Архангельской) отмечено снижение количества сгорающего топлива (на

2-21%), которое произошло, •. ведено за счет активизации реакции пиролиза тяжелых компонентов углеводородов катализаторами, присутствующими в "ОПС". Для легкой и маловязкой нефти месторождения Гнединцы количество сгорающего топлива, напротив, увеличилось (на 36%), что..произошло очевидно как за счет увеличения в смеси доли высокомолекулярных соединений, входящих в состав "ОПС", так и за счет более полного окисления углеводородов нефти. Кроме того, в экспериментах о "ОПС" отмечено:

- увеличение количества выделившегося тепла на 6-88$;

- снижение энергии активации на 19-44$;

- снижение температуры качала активного поглощения 0£ на 36-72 К и температуры начала активного выделения СО2 на 16-34 К;

- снижение молярного отношения СО/СО? газов горения,

Исследования показали, что минералогический состав породы не оказывает существенного влияния на эффективность действия "ОПС".

Таким образом, можно сказать, что использование отхода "ОПС" для интенсификации процесса окисления углеводородов в пластах даст положительные результаты. Наибольший, эффект аог-но ожидать на месторождениях с легкой и маловязкой нефтью.

Как было отмечено выше, одной из самых серьезных технологических проблем при реализации процесса БГ является проблема инициирования высокотемпературного фронта горения. С целью сокращения времени инициирования БГ самовоспламенением в данной работе предлагается использовать алкилферроцены и отход "ОПС".

Результаты проведенных экспериментов показали, что использование алкилферроценов исследозанных модификаций и отхода "ОГО" для инициирования ВГ на месторождениях Усинское и Луква приведет к сокращению времени воспламенения нефти з 4-5 раз.

Для обеспечения надежности розжига пласта необходимо поднять температуру в призабойноЯ зоне скважины до температуры воспламенения нефти. Наиболее перспективным методом повышения температуры в ПЗС является метод с использованием химических реагентов, хороио окисляющихся при Пластовых температурах.

В данной работе приведены результаты исследований по поис-. ку химических реагентов для инициирования ВГ без дополнительного ввода тепла в пласт. В качестве реагентоз была исследована группа химических соединений, таких, как льняное масло, изомас-ляный альдегид, ампносодернаций алкилборат, "54-П-1" и композиции на основе зьгаепесечисленных реагентов.

Опыты прозодилпсь с нефтямп л породами месторождений Гне-динцы и Луква. Анализ полученных результатов показал, что для месторождения Гнедикцы наиболее эффективна композиция состава: нефть данного месторождения, льняное масло, пзомасляный альдегид и "С4-П-1". Температура, при которой композиция начинает активно окисляться с выделением тепла, составила ЗСЗК. Тепловой эффект процесса окисления композиции оптимального состава в 2,4 раза больше, чем чистой нефти.

Для месторождения Луква наиболее приемлема композиция состава: нефть данного месторождения и алкилборат. В экспериментах с данной композицией процесс окисления начинался практически сразу поело подачи воздуха в модель. При этом температура в модели поднималась до максимального значения Т =

890 К за достаточно короткоз время —56-ыин.-------

В третьей глазе приводится описание экспериментальной установки по изучению процесса внутрипластового горения на линейной модели пласта. Представлены результаты исследования влияния алкил&ерроцгнов к отхода "ОПС" на основные показатели процесса ВГ при моделировании различных геолого-физических условий и на характер вытеснения нефти при термохимическом воздействии.

Оценка эффективности действия алкилферроцзнов на процесс ВГ проводилась на модели пласта Усинского месторождения, отхода "ОПС"-на модели пласта месторождения Луква.

Исследования на модели пласта Усинского месторождения без применения катализаторов показали, что в данных условиях прот цесс ВГ осуществить невозможно. Фронт горения, не доходя до середины модели, прекращал свое существование, для того чтобы интенсифицировать процесс ВГ, в модель закачивалась оторочка нефти, активированной кислороди-содеряащим алкилфзрроценом "<М-!Ы" (0,5% масс.). Объем оторочки изменялся от 0 до 2С$ от объема перового пространства трещины. Эксперименты показали, что с увеличением объема оторочки активированной нефти улучшаются технологические показатели процесса ВГ. Наиболее оптимальной является оторочка активированной нефти объемом 35)», так как далънейпее увеличение ее объема не способствует улучшению показателей процесса.

Результаты расчетов технологических параметров процесса горения нефти показали, что применение оптимального объема оторочки нефти привело к сникзниа количества сгорающего топлива в 2 раза, что, з свою очередь, привело к соответствующему увеличению скорости перемещения фронта горения. Кз 25£ увели-

чился коэффициент использования кислорода. В 3,5 раза снизилось воздухо-нефтяное отношение. В результате этого коэффициент вытеснения увеличился на 31,8% по сравнении с экспериментом без оторочки активированной нефти (44,0%) и составил 75,8%.

Таким образом, использование кислородсодержащих модификаций алкилферроценов позволило успешно осуществить процесс горения на модели карбонатного трещинно-порового коллектора Усинского месторождения, что объясняется прежде всего повышением эффективности процесса горения благодаря наличию на границе блок-трещина активной нефти, при окислении которой выделяется большое количество тепла.

Ввиду того, что на Усинсксм месторождении в настоящее время ведется закачка пара з пермокарбоновую залежь, возникла необходимость в проведении экспериментов с различной водонасы-щенностьа трещин. Были проведены эксперименты с нефтенаскщен-ностью трещин от 0 до 100^. Все эксперименты проводились с закачкой оторочки нефти, активированной элкилферроценом. Эксперименты показали, что наличие воды в трещинах при осуществлении внутрипластового горения на пермокарбоновой залежи Усинского месторождения не приведет к существенному ухудшению технико-экономических показателей процесса.

Экспериментальные исследования на линейкой модели пласта месторождения Луква проводились с целью отработки комбинированной технологии воздействия на пласт с применением метода ВГ и тампонирующего агента.

Анализ опыта применения ЗГ показывает, что его эффективность во многом зависит от истории разработки залежи до внедрения процесса ВГ. Так, например, если до начала реализации

процесса ВГ залежь- разрабатывалась на естественной режиме (режим растворенного газа), то в результате к моменту начала реализации ВГ коллектор будет газонасыщен, что обеспечит поступление закачиваемого воздуха по всему объему пласта. Однако, как показывают промысловые исследования, гззонасыщенность пласта еще не гарантирует высокого охзата и отсутствие прорывов газа-окислителя. С целью повышения охвата пласта окислительным процессом и снижения вероятности прорывов газа-окислителя необходимо осуществить закупорку высокспроницаемых зон. С этой целью закачивают попеременно с воздухом тампонирующую жидкость, которая снижает проводимость участков пласта с хорошими коллек-торскими свойствами.

В данной работе для увеличения охвата пласта месторождения Луква процессом окисления и для снижения доли окислителя, поступающего в добывающие сквакины з качестве тампонирующих агентов исследовались пластовая зода месторождения Луква и отход "ОПС".

Исследования показали, что невозможно создать высокотемпературный фронт горения в модели трецинно-псрового коллектора месторождения Луква, если не принять меры по выравниванию фильтрационных сопротивлений трец::к и блоков по газу. Так, в экспериментах без закачки б модель воды и отхода "СПС" процесс горения прекращал свое существование, не пройдя 1/3 длины модели.

В эксперименте с закачкой в модель воды фронт горгния боль суд часть де:ны модели пробел с достаточно высокой температурой (в среднем 670 К).

Использование вместо воды отхода "ОПС" привело к значительному улучшению технологических показателей процесса БГ.

Так, например, снизилось количество сгорающего топлива на 18%,

/

что, в свою очередь, привело к уменьшению потребности воздуха на выжигание I м^ породы на 20%. Коэффициент использования кислорода вырос с 75,8% до 92,1%. Скорость перемещения фронта горения увеличилась на 22%. Снижение количества сгорающего топлива и улучшение условий вытеснения способствовало увеличению коэффициента вытеснения с 63,9 до 80,2%.

Увеличение скорости перемещения фронта горения и козффици-----

ента вытеснения при прочих разных условиях способствовало уменьшению такого важного экономического показателя, как гоздухо-нефтяное отнопение (на 32%).

Серия экспериментов с различным объемом оторочки "ОПС" позволила определить наиболее оптимальный объем оторочки отхода,который лежит в пределах 50-100% от порового объема трещины.

В четвертой главе.приводятся основы технологий воздействия на неоднородные карбонатные и терригенные коллектора трещинно-порового типа методом внутрипластового горения с использованием химических реагентов.

Для разработки мощных продуктивных отложений, представляющих собой единый объект, таких, как пласты Усинского месторождения, может быть эффективным использование процесса внутрипластового горения нефти. Основным ограничивающим моментом является то, что в пластах значительной толщины приходится сталкиваться с проявлением сегрегации, приводящей к преимущественной фильтрации окислителя вдоль кровельной части пласта, а при совместной закачке воды и воздуха к фильтрации воды в основном вдоль подошвенной части пласта. Это в первую очередь относится к трещинно-

перовым коллекторам, в вертикально направленных трещинах которых сегрегация проявляется особенно сильно. Причем из-за снижения охвата пласта окислителем возможно затухание процесса горения на некотором расстоянии от нагнетательной скважины.

В данной работе с целью увеличения охвата пласта вытеснением, а также обеспечения устойчивости процесса ВГ, предлагается использовать естественный процесс сегрегации.

Поставленная цель достигается тем, что при разработке мощных пластов методом ВГ закачка воздуха ведется одновременно-раздельно с закачкой воды. При этом воздух нагнетается в нижнюю часть продуктивного пласта, а вода в верхнюю часть пласта. За счет разницы удельного веса воды, нефти и воздуха в пласте происходит постепенное перераспределение направлений фильтрации: вода - в нижнюю часть пласта, воздуха - в верхнюю часть пласта. Прорыв воздуха и газов' горения з верхнюю часть пласта будет происходить менее интенсивно и на болъпеы расстоянии от нагнетательной скважины, чем в случае ведения процесса по всей толщине пласта. Процесс обводнения нижних участков пласта будет также менее интенсивным за счет восходящей фильтрации ьоздуха и газов горения.

Таким образом, увеличение газонасыщенности и водонасыщеннос-ти пласта и, следовательно, фазовых проницаемостей по газу и воде будет происходить более равномерно по всей толщине пласта. Это, в свою очередь, будет способствовать вовлечению в процесс большей части залежи и увеличении охвата пласта вытеснением.

Инициирование ВГ осуществляется в нижней части продуктивного горизонта после предварительной закачки оторочки нефти, активированной алкилферроценами или отходом "СПС".

Для геолого-промысловых условий месторождения Луква и подобных ему была разработана комбинированная технология воздействия

на пласт с применением внутрипластового окисления нефти в сочетания с закачкой в Еысокодрошщаеше трещины легкоокясляемого тампонирующего состава.

Суть данной технологии закликается в следующем. Залежь с трещишо-поровым типом коллектора эксплуатируется сначала на режиме растворенного газа до такого момента, при котором ыаловязкий газообразний окислитель способен фильтроваться по блокам с расходом, необходимым для поддержания устойчивого процесса горения в пласте. Если после снижения пластового давления и разгазярования нефти в коллекторе проводимость трещин еще высока, то для их закупорки в для предотвращения прорыва кислорода в добывающие скважины в пласт до начала инициирования закачивают легкоокисляемый тампонирующий состаЕ. Объем его определяют исходя из проводимости трещин конкретной залежи. После закачки легкоокясляемого тампонирующего состава нуаного объема приступают к инициированию горения в пласте, а затем переходят к непрерывному нагнетанию окислитоля.

ОСНОВНИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. ИсследоЕана новая группа нефтерастворикых и нетоксичных катализаторов процесса окисления углеводородов - кислородсодержащие модификация алкилферроценов. Выявлено, что наиболее эффективными являются "Ф4-П-3" (на кварцевом песке) и "Ф4-П-1П (на породах месторождений Гнединцы, Усинсксе, Луква и Узень).

2. Установлено, что в присутствии алкилферроценов происходит снижение температуры начала активного взаимодействия углеводородов

с кислородом воздуха я увеличивается количестЕО выделившегося тепла. При этом в опытах с легкими малоЕЯзкими нефтямг масса сгорающего топлива возростает в опытах с тяжелыми и средними по плотности нефтяыи - снижается.

3. Экспериментально установлено, что при закачке оторочки нефти с алкилферроценоы в пласты катализатор не будет адсорбироваться на породах, а будет фильтроваться вместе с нефтью.

Ь. Лабораторные исследования показали, что в качестве катализатора и интенсификатора окислительных процессов при ВГ ноиет быть использован отход химического производства стирола "ОПС". Установлена концентрация "ОПС" в__кефти, при которой наблюдается наибольший эффект - 30% масс. Выявлено, что минералогический состав пористой среды не оказывает существенного влияния на эффективность действия "ОПС".

5. Применение алкилферроценоз и отхода "ОПС" для инициирования процесса ВГ на месторождениях Гсикское и Луква позволит сократить продолхительность этого процесса в 4-5 раз.

6. Получены композиции различного состава для инициирования процесса ВГ на месторондениях Гнедпнцы и Луква без дополнительного ввода тепла в пласт.

7. Экспериментально показано, что при разработке методом ВГ неоднородных карбонатных коллекторов трещинно-порового типа применение оторочки нефти, активированной алкилферроценами, позволит существенно улучиить эффективность процесса ВГ- Установлено, что высокая' водонасыценность трещин не приведет к значительному ухудшению технологических показателей процесса ВГ при использовании технологии, предусматривающей закачку оторочки нести, активированной катализатором.

8. Экспериментально показано, что при разработке методом ВГ истощенных неоднородных террпгекк;^: коллекторов, содержащих легкую маловязкую нефть, периодическая закачка воды будет способствовать существенному увеличению охвата пласта процессом. Установлено, что использование вместо воотхода "ОПС" позволит значи-

тельно увеличить безопасность а эффективность процесса в целом.

9. Разработаны комбинированные технологии воздействия на пласт большой толщины с неоднородным карбонатным коллектором, содержащим тяжелую высоковязкуэ нефть методом ВГ, с применением активированной катализатором оторочки нефти.

10. Разработаны комбинированные технологии воздействия на пласт, с неоднородным терригенным коллектором, содержащим легкую маловязкую нефть методом ВГ с применением оторочки легкоокисляе-мого тампонирующего состава.

По теме диссертации опубликованы след.уззпе работы:

1. Вишнякова Т.П., Соксллнская Т.А., Соколове:-; ИЙ Н .ш • , Нагорный Л.А., Ибрагимов А.Х. Алкилферроцены - эффективные каталитические добавки в процессе ЗПГ. - В кн.: Химические реагенты для нефтяной и газовой промышленности. Сб. трудов Всесоюзного семинара г.Москва, 1990 г., в печати.

2. Ибрагимов А.Х., Егина С.А. Пути повы-енля эффективности процесса ВГ применительно к месторождениям, содержащим легкую нефть. - В кн.: XXI научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. Тез. дскл. кон., Бугульыа, 1590, С.23.

3. Ибрагимов А.Х., Егина С.А. Влияние породы на эффективность дейстзия катализаторов при окислении нефти Гнедлнцевского месторождения. - В кн.Современные тенденции развития газовой промышленности УССР. Тез.докл.конф., Харьков, 1989, С.54.

4. Ибрагимов А.Х., Щукин В.В. Влияние катализаторов на образование "кокса" в пористой среде. - В кн.: Рель молодежи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны. Тез. докл. Всесоюзн.конф., Красный Курган, 1969, С.191.

5. Ибрагимов'А.X. О возможности инициирования ВГ на месторождении ЛукЬ&^хймическим способом. - В кн.: Проблемы развития' нефтегазового комплекса страны". Тез.докл.Всесоюзн.конф., Красный Курган, 1991, с.34.

6. Михалева В.А., Белов П.С., Кзрташова 3.5., Ибрагимов А.Х. Инициаторы низкотемпературного окисления углеводородов нефти и использование их при термическом воздействии на пласт. - В кн.: Химические реагенты для нефтяной и газовой промышленности. Сб. трудов Всесоюзн.семинара, Москва, 1390, в печати.

7. Нагорный Л.А., Ибрагимов А.Х., Вишнякова Т.П., Соколинс-кая Т.А., Блох С.С., Соколовский Я.Е. Применение химических реагентов для интенсификации внутрипластозых окислительных процессов. - В кн.: Химические реагенты для нефтяной и газовой промышленности. Сб. трудов Всесовзн.семинара, Москва, 1530, в печати.