РАЗРАБОТКА И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
УДК 622.276.5:661.939
© Коллектив авторов, 2014
Высокоэффективная технология повышения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти на основе внутрипластовой генерации СО2
High efficiency EOR and IOR technology on in-situ CO2 generation
A.Kh. Shakhverdiev
(Institute of System Studies of the Oil-and-Gas
Production Processes, RF, Moscow),
G.M. Panahov, E.M. Abbasov
(Institute of Mathematics and Mechanics
of Azerbaijan National Academy of Science,
Azerbaijan, Baku),
R. Jiang
(Beijing New Horizon Energy Technology Co., LTD, PRC,
Beijing),
S. Bakhtiyarov
(New Mexico Institute of Minung and Technology, USA, Socorro)
E-mail: eldarab@gmail.com
Key words: carbon dioxide, porous medium, displacement, gas-generation, supercritical fluid, fringe.
Enhanced oil recovery by injecting carbon dioxide CO2 as a tertiary hydrocarbon recovery mechanism under the water flooding is one of the ways to improve oil recovery, extend the oil field life and increase the efficiency of the oil field development in general. Despite the significant advantages of CO2 injection the risks associated with capturing, transportation and storage of carbon dioxide significantly reduce the possibility of its application in EOR and IOR processes. In this paper we present the results of longstanding experimental, theoretical and field research on the development and wide implementation of high-technology industrial method of in-situ generation of CO2 gas-liquid slug has been shown. This process provides effectively regulation of the dynamic processes during oil displacement. Adjustability of gas generation dynamics of gas by controlling of carbon dioxide phase state, depending on the mineralization of water-based reactive agents under reservoir conditions. Laboratory tests demonstrate the technology efficiency in the processes of oil displacement on the core models. As a result of the widespread implementation of the technology on the oil fields of TNK, LUKOIL, SLAVNEFT (Russian Federation); SOCAR (Azerbaijan); Sinopec, CNOOC and PETROCHINA (China); GTT (United States, Oklahoma) significant results of additional oil recovery and increasing of oil recovery factor has been achieved. First developed technology of residual oil recovery by the water flooding based on the in-situ formation of carbon dioxide under the process of sequential injection gas generating chemicals. Technology provides the implementation of gas generation process on the on-shore and off-shore development of oil fields. Efficiency and economic profitability of technology is determined by the special conditions of the gas-liquid creation slug no need to find industrial volumes of CO2 sources and of pipeline infrastructure construction; making operations in remote areas, oil and gas regions with complicated climatic conditions; no need to build additional communications and power supply for CO2 injection.
А.Х. Шахвердиев, д.т.н, (Институт системных исследований процессов нефтегазодобычи), Г.М. Панахов, д.т.н., Э.М. Аббасов, к.т.н. (Институт математики и механики НАН Азербайджана), R. Jiang
(Beijing New Horizon Energy Technology Co., LTD), S. Bakhtiyarov
(New Mexico Institute of Minung and Technology)
Адрес для связи: eldarab@gmail.com
Ключевые слова: диоксид углерода, вытеснение, газогенерация, пористая среда, сверхкритический флюид, оторочка.
Увеличение коэффициента извлечения нефти (КИН) за счет разработки и комплексного внедрения новых технологий повышения нефтеотдачи пластов (ПНП) и интенсификации добычи нефти (ИДН) остается наиболее актуальной проблемой, решение которой позволяет не только стабилизировать темпы снижения добычи углеводородов, но и увеличить ее. К технологиям, обеспечивающим экономически рентабельный рост ожидаемого КИН, можно отнести методы газового воздействия на нефтяной пласт (закачку азота, углеводородных газов, диоксида углерода), полимерное заводнение, закачку ПАВ, термоокисление и термопаро-воздействие.
Как показывает промысловый опыт, технологии ПНП, включая методы заводнения с использованием СО2, применяемые на месторождениях США, позволяют дополнительно извлекать до 650 тыс. баррелей/сут нефти, что составляет почти 13 % ее суммарной добычи [1]. США являются ведущей страной по использованию ТО^технологий, что подтверждается преимущественной (на уровне 94 %) реализацией промышленных проектов закачки этого газа в пласт [2]. Несмотря на существование в США развитой инфраструктуры трубопроводов для перекачки (около 3100 км), возникающие при этом риски, сопряженные с улавливанием, транспортом и хранением ТО2, существенно снижают возможности его использования в указанных процес-
сах [1, 3, 4-7]. Исходя из накопленного опыта применения технологий ПНП с использованием СО2 основные ограничения широкого применения данных технологий [8-10] связаны с геолого-техническими и финансово-экономическими проблемами.
Итогом многолетних экспериментальных, теоретических и промысловых исследований стали создание и широкое промышленное применение высокоэффективной технологии внутрипластовой генерации газожидкостной оторочки на основе СО2, позволяющей эффективно регулировать динамические процессы вытеснения нефти водой [9-10]. Разработанный реогазохимический метод внутрипластовой генерации СО2, исключающий закачку агента из наземных коммуникаций, обладает не только технологической, но и значительной экономической эффективностью [10, 11]. Важным преимуществом метода является возможность генерации СО2 в пластовых условиях в результате стехиометрической реакции последовательно закачиваемых в пласт водных растворов газообразующих и газовыделяющих химических реагентов. Выделяемый в результате химической реакции СО2 участвует в генерации газожидкостной оторочки в процессе заводнения нефтяного пласта. Метод технологичен, легко адаптируем к изменяющимся термобарофизиче-ским условиям залежей, обладает высоким энерго- и ресурсосберегающим потенциалом и рентабельностью по сравнению с традиционной технологией закачки СО2.
В данной статье приведены обобщающие результаты широких аналитических и лабораторно-промысловых исследований технологии внутрипластовой генерации СО2 с с подтвержденной экономической эффективностью.
Теоретические предпосылки и лабораторные
эксперименты
Внутрипластовая генерация СО2 и образование газожидкостной смеси - сложный физико-химический процесс, сопровождающийся рядом неравновесных эффектов и повышением давления в системе [12-14]. Генерация СО2 более эффективна с точки зрения изменения термобарических условий продуктивного пласта и естественным образом нарушает устойчивость фильтрационного процесса, изменяя вязкостное соотношение жидкостей, объемный коэффициент нефти, остаточную нефтенасыщенность и др. Сепарация зародышевых газовых пузырьков, уменьшающих объем водной фазы га-зовыделяющего раствора, согласно принципу Ле-Ша-телье-Брауна повышает давление в системе (Я.И. Френкель, 1975 г.).
В лабораторных экспериментах по реохимической газогенерации в пористой среде было протестировано влияние количественных соотношений и физико-химических характеристик реагирующих растворов на объем генерируемого газа и динамику давления в процессе реакции газовыделяющего и газообразующего растворов. Результаты стехиометрической реакции между газовы-деляющими водными растворами, приготовленными на дистиллированной, пресной и пластовой водах, показали, что баро- и волюметрические характеристики реакции различаются в зависимости от типа водной фазы, участвующей в реакции. Это различие выражено в темпе изменения давления при выделении СО2 в объеме реагирующих флюидов (рис. 1).
120
100
80
60
а
40
20
¿г" 3
— -- —
( (у 2 —~
/ /
1/
г
20
30 40 50 Время, мин
60
70
Рис. 1. Динамика давления в процессе реакции газовыделения при различной минерализации реагирующих растворов:
1, 2, 3 - газовыделяющий раствор, приготовленный соответственно на дистиллированной, пресной и пластовой воде
При реакции растворов, приготовленных на дистиллированной и пресной водах в присутствии пористой среды (составленной из 95 % кварцевого песка и 5 % монтмориллонитовой глины) обнаруживается различие в динамике давления: в начальный момент оно растет до экстремального значения, а затем уменьшается. Связь между давлением и газовыделением имеет существенно неравновесный характер, поскольку изменение давления приводит к медленным процессам выделения газа в виде зародышей пузырьков и их растворения после реакции (рис. 2, кривые 1, 2). При наличии породы в реакционной среде газовыделяющего раствора, водной фазой которого является пластовая вода, динамика давления имеет монотонный характер (см. рис. 2, кривая 3).
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что быстрое выделение газа позволяет достичь наилучшего результата в процессе распределения насы-щенностей воды и нефти в зоне вытеснения. Интенсивное газовыделение на начальном этапе реакции несколько уменьшает скорость движения переднего скачка насыщенности и, следовательно, темпы обводнения пласта (В.М. Ентов, А.Ф. Зазовский, 1989 г.).
Газогенерация дает возможность регулировать фронт вытеснения путем формирования в высокопроницаемой
Рис. 2. Динамика давления при реакции газовыделяющих и газообразующих растворов в пористой среде:
1, 2, 3 - пористая среда насыщена соответственно дистиллированной водой, газовыделяющий раствор на дистиллированной воде; пресной водой, газовыделяющий раствор на пресной воде; пластовой водой, газовыделяющий раствор на пластовой воде
промытой зоне пористой среды блокирующей газожидкостной системы (ГЖС) с образованием барьера, обеспечивающего отклонение вытесняющей жидкости в направлении низкопроницаемых интервалов. Газожидкостная оторочка, формируемая в пласте в результате реакции водных растворов химических реагентов с включениями полимера, блокирует высокопроницаемые прослои и устраняет фрактальность переднего фронта вытеснения, что интенсифицирует движение жидкости через низкопроницае
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.