Обоснование технологий комплексного теплового и физико-химического воздействия на залежах высоковязких нефтей

Актуальность темы

Значительная часть месторождений большинства нефтяных компаний России характеризуются высокой выработкой запасов нефти и, следовательно, отборы углеводородного сырья по ним снижаются. Для поддержания высоких уровней добычи на современном этапе рациональным является ввод в эксплуатацию месторождений нефти с трудноиз-влекаемыми запасами. Ранее разработка залежей со сложным геологическим строением и высоковязкими нефтями была малоэффективна по причине отсутствия технологий, обеспечивающих максимально возможное и экономически целесообразное извлечение углеводородов из недр. Из всех современных технологий, направленных на повышение нефтеотдачи, а в частности X добычу высоковязких нефтей, наиболее подготовленными являются термические методы. Их применение может быть направлено на извлечение углеводородов в сложных геолого-физических условиях с вязкостью нефти до 10 000 мПа-с. При этом конечная нефтеотдача увеличивается с 6−20 до 3050%, что недоступно сегодня никаким другим методам. Возможность комбинирования термических методов с гидродинамическими, физико-химическими, физическими методами позволяет значительно увеличить степень положительного влияния на пласт, насыщенный твердыми, жидкими, газообразными компонентами.

Термические методы повышения нефтеотдачи пластов не имеют в настоящее время альтернативы при разработке нефтяных месторождений, содержащих высоковязкие нефти, и являются приоритетными среди других методов. Тепловое воздействие является комплексным: уменьшается вязкость нефти, увеличивается ее подвижность, ослабевают структурно-механические свойства, улучшаются условия для капиллярной пропитки и смачиваемости вытесняющего агента, что приводит к увеличению коэффициента вытеснения и конечной нефтеотдачи.

Нефти месторождений Поволжья по своим свойствам неодинаковы, не малую их долю можно охарактеризовать как высоковязкие, тяжелые, высокосернистые. Среди административных районов представляющих данный регион, наибольший процент трудноизвлекаемых запасов (ТрИЗ) приходится на республику Татарстан, в т. ч. 29% запасов высоковязких нефтей.

В Татарстане структура остаточных извлекаемых запасов представлена следующим образом: доля активных -20,4%- ТрИЗ -79,6%, в том числе на высоковязкие приходится 39,5%. Отдельные месторождения Татарстана можно полностью отнести к залежам нефти с трудноизвлекаемыми запасами. Среди таких выделяется Степноозерское месторождение, которое является пятым в Татарстане по величине извлекаемых запасов.

Цель работы. Обоснование технологий комплексного теплового и физико-химического воздействия на залежах высоковязких нефтей, разработка методики расчета и оптимизации парогазоциклического воздействия, теоретический анализ тепловых потерь из скважин при различных типах их теплоизоляции.

Основные задачи исследований:

1. Систематизация технологий освоения трудноизвлекаемых запасов, приуроченных к залежам высоковязких нефтей. Классификация залежей высоковязких нефтей.

2. Исследование процессов теплового воздействия на пласт при циклической закачке парогаза. Разработка методики расчета и оптимизации парогазоциклического воздействия: периода закачки теплоносителя в пласт, распределение температуры, прогноз скорости конденсации пара, расчет степени повышения продуктивности скважины и закономерностей падения дебита.

3. Теоретический анализ тепловых потерь из скважины и влияние различных типов их теплоизоляции.

4. Прогнозирование с применением геолого-математического моделирования импульсно-дозированного теплового и полимерно-термического воздействия.

5. Оценка эффективности применения парогазоциклического воздействия на продуктивных объектах Степноозерского месторождения.

Методы исследования:

Анализ отечественных и зарубежных публикаций, теоретические, лабораторные и промысловые исследования, численное моделирование и расчеты на ЭВМ, математическое моделирование сложных геологических объектов с привлечением аппарата геолого-статистического анализа.

Научная новизна:

1. Разработана методика расчета и оптимизации парогазоциклического воздействия на залежах высоковязких нефтей, основанная на интегральном подходе к анализу суммарного теплового баланса потоков теплоносителя через скважину и пласт в окружающие породы с учетом скрытой теплоты конденсации пара.

2. Предложена математическая модель тепловых потерь из работающей скважины в окружающие породы и установлено влияние различных типов теплоизоляции насосно-компрессорных труб при прокачке теплового агента. Установлено, что теплозащита труб базальтовым волокном сопоставима с двойным покрытием Thermo Coat.

3. Теоретически с привлечением аппарата геолого-математического моделирования обоснованы и оптимизированы технологии импульсно-дозированного теплового (ИДТВ) и полимерно-термического (ПТВ) воздействия для условий залегания продуктивных отложений Степноозерского месторождения. Установлено, что применение парогазоциклического воздействия приводит к увеличению нефтеотдачи по сравнению с проектным значением в два и более раз.

Основные защищаемые положения:

1. Методика расчета и оптимизации парогазоциклического воздействия на залежах высоковязких нефтей.

2. Математическая модель тепловых потерь из работающей скважины при прокачке теплового агента.

3. Геолого-математическая: модель импульсно-дозированного теплового и полимерно-термического воздействия на залежах высоковязких нефтей Степноозерского нефтяного месторождения.

Практическая ценность и внедрение результатов работы:

Полученные результаты могут быть использованы при обосновании освоения трудноизвлекаемых запасов залежей высоковязких нефтей с применением циклического теплового воздействия. В том числе и в комбинации с гидродинамическими, физико-химическими и физическими методами увеличения нефтеотдачи пластов. Разработаннаяметодика расчета и математическая модель могут быть использованы при составлении проектов разработки, технологических схем, проектов пробной эксплуатации и опытно-промышленных работ месторождений с высоковязкими нефтями.

На основе проведенных исследований подготовлена и утверждена на Территориальной комиссии по разработке нефтяных месторождений Республики Татарстан «Технологическая схема разработки Степноозерского месторождения», утвержденная Протоколом РКР № 199 от 26 декабря 2001 г.

В соответствии с этим документом рекомендовано проведение опытно-промышленных работ на экспериментальном участке данного месторождения.

Апробация работы.

Основные научно-методические положения диссертационной работы и результаты проведенных исследований доложены и апробированы на научно-технических совещаниях ЗАО «Татнефтеотдача» (2001;2005 г. г.), Территориальной Комиссии по разработке нефтяных месторождений республики Татарстан (г. Казань, 2002;2005 г. г.), 3-й Всероссийской НТК «Моделирование и управление процессом нефтяной и газовой добычи» (г.Тюмень, 2002 г.), международной технической конференции. «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья (г.Екатеринбург, 2003 г.), 12-ом Европейском симпозиуме «Повышение нефтеотдачи пластов. Освоение трудноиз-влекаемых запасов нефти» (г.Казань, 2003 г.), 4-ой Международной НТК «Освоение ресурсов трудноизвлекаемых и вязких нефтей» (г.Анапа, 2003 г.), XVII-ом Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г.Казань, 2003 г., Международном семинаре «Разработка нефтяных месторождений на поздней стадии эксплуатации (г. Тюмень, 2004 г.), Международной конференции «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий (г.Москва, 2004 г.).

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 18 печатных работ, в числе которых 1 монография, 13 статей, 4 тезиса докладов. Кроме того получено 2 патента РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертационной работы содержит 124 страниц, в том числе 28 рисунков, 11 таблиц, список использованных источников насчитывает 78 наименований.

Заключение

.

По результатам проведенных исследований получены следующие результаты и выводы:

1. На основе обзора и анализа отечественных и зарубежных публикаций систематизированы технологии освоения залежей с высоковязкими неф-тями. Выделено две группы технологий: закачка теплоносителей в пласт (горячая вода, пар, парогаз, вода с высокими термодинамическими параметрами — терморастворитель), создание тепла в пласте — внутрипластовое горение (сухое, влажное, сверхвлажное). Выполнена систематизация и группирование залежей высоковязких нефтей СНГ, выделено двадцать наиболее представительных и однородных по геолого-промысловым параметрам групп объектов.

2. Разработана методика расчета и оптимизации парогазоциклического воздействия, основанная на интегральном подходе — суммарном тепловом балансе потоков теплоносителя через скважину из пласта в окружающие породы, с учетом скрытой теплоты конденсации пара, определении основных технологических параметров и эффективности парогазоциклического воздействия на призабойную зону скважины.

3. Разработана модель расчета тепловых потерь из работающей скважины для различных типов теплозащиты насосно-компрессорных труб при прокачке теплового агента (теплоизоляция вакуумированным прослоем, содержащим базальтовые волокна и защитный слой Thermo Goat). Сопоставление распределения температур по глубине скважины показывает, что теплозащита труб базальтовым волокном сопоставима с двойным покрытием Thermo Coat.

4. Выполнено геолого-математическое моделирование импульсно-дозированного (ИДТВ) и полимерно-термического воздействия (ПТВ) на залежах высоковязких нефтей Степноозерского нефтяного месторождения. При циклическом тепловом воздействии расход горячей воды нагретой от пластовой температуры (23−25°С) до температуры 140 °C составляет 0,8 порового объема участка, холодной воды — 1 поровой объем. При циклическом полимерно-тепловом воздействии расход полимерного раствора составляет 0,2- расход горячей воды 0,8 порового объема.

5. Прогноз теплового воздействия на Степноозерском месторождении весьма оптимистичен. Увеличение нефтеотдачи превышает проектное значение в два и более раз. Разработаны и внедрены для регулирования процесса заводнения, в том числе и с применением парогазоциклического воздействия, новые реагенты и технологии.