16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/22/6233888.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 01 (22) февраль 2016 года

Термогазовая технология разработки и добычи трудноизвлекаемой нефти

Оборудование и технологии Владимир ДУДЫШЕВ, Владимир КИРЯЧЕК, Николай БОЛОТИН
Термогазовая технология разработки и добычи трудноизвлекаемой нефти

Добыча нефти все более усложняется в связи с истощением запасов в уже освоенных скважинах. Для ее интенсификации нужны новые прогрессивные технологии.

Сущность авторской разработки состоит в термической обработке нефтеносных пластов мощным факелом пламени от оригинальной модернизированной подземной горелки. Причем эффективность горения факела пламени достигается в ней путем электрической активации топлива и воздуха. Одним из перспективных вариантов является применение оригинального газогенератора газа Брауна, получаемого из воды с добавлением попутного нефтяного газа.


Проблема добычи

Высоковязкая и тяжелая нефть входят в категорию трудноизвлекаемых запасов, на долю которых сегодня приходится около 36 процентов от общих объемов добычи нефти в России, а по прогнозам экспертов к 2020 году этот показатель вырастет до 77 процентов. Для добычи одной тонны такой нефти необходимо ввести в разработку от двух до пяти раз больше трудноизвлекаемых запасов и пробурить в два-пять раз больше скважин по сравнению с залежами активных запасов. Коэффициент извлечения высоковязкой и тяжелой нефти, как правило, в два-три раза ниже.

Кроме того, во всех известных способах разработки не учитывается естественная энергетика месторождения, и предполагается изменение термодинамики призабойной зоны внесением энергии извне (с поверхности), что не способствует достижению максимально возможной нефтеотдачи и существенно ухудшает экономичность.

Традиционный подход не может обеспечить эффективное извлечение нефти. В этой связи следует указать на чрезвычайно широкий диапазон фильтрационно-емкостных характеристик литотипов пород баженовской свиты, неравномерность их развития как по латерали, так и по вертикали. Следствием такой неоднородности фильтрационно-емкостных свойств является неравномерность распространения зон дренирования, часто непредсказуемый характер их гидродинамической связи.

Такой нетривиальный характер является одной из главных причин неудовлетворительных показателей эксплуатации месторождений баженовской свиты в предшествующие три десятилетия. Именно поэтому традиционное заводнение также оценивается как малоперспективный способ разработки таких месторождений.

В этой связи следует выделить важную особенность этих месторождений, согласно которой содержащаяся в матрице (микротрещиноватой части пород) легкая нефть практически не может быть извлечена при традиционных способах разработки (естественный режим, заводнение). Очевидно также, что этими методами невозможно вовлечь в разработку углеводородные ресурсы органического вещества – керогена.


О термогазовой технологии


Технология термогазового способа легкой нефти с обычными коллекторами предусматривает формирование в пласте эффективного смешивающегося с нефтью вытесняющего агента за счет самопроизвольных внутрипластовых окислительных процессов при закачке в пласт воздуха. Поэтому основным критерием реализации такой технологии является начальная пластовая температура, уровень которой должен быть выше 65°С.

Промысловый опыт подтвердил, что закачка воздуха действительно приводит к формированию в пласте эффективного вытесняющего агента, что обеспечивает достижение нефтеотдачи до 60 процентов и выше на месторождениях с низкопроницаемыми коллекторами.

Реализация термогазового воздействия на месторождениях баженовской свиты может повысить эффективность извлечения нефти из дренируемых зон.


Постановка задач

Для эффективной разработки месторождений необходимо решение следующих задач:

– обеспечить максимально возможное извлечение легкой нефти из недренируемой матрицы, а также углеводородов из керогена, содержащегося как в недренируемых, так и в дренируемых породах;
– обеспечить максимально возможное развитие зоны дренажа не только в матрице, но и в макротрещиноватых породах;
– обеспечить эффективное вытеснение легкой нефти из дренируемых зон.

Для решения этих задач технология термогазового воздействия на породы баженовской свиты должна характеризоваться следующими параметрами:

– внутрипластовые окислительные процессы должны обеспечить формирование в дренируемых литотипах пород перемещающиеся зоны генерации тепла;
– размеры зоны генерации тепла, скорость ее перемещения к добывающим скважинам, а также уровень температуры в ней должны быть не ниже 250‑350°С, при этом извлекается не меньше 40‑50 процентов содержащейся в матрице легкой нефти.

Одновременно с увеличением скорости перемещения тепловой оторочки в дренируемой зоне уменьшается глубина прогрева примыкающей к ней недренируемой зоны.

В свою очередь размер теплогенерируемой оторочки в дренируемой зоне и скорость ее перемещения в значительной степени определяются темпом закачки кислородсодержащей смеси, в частности воздуха и воды, и водо-воздушным отношением. При этом если темп закачки рабочих агентов приводит к увеличению размеров зоны теплогенерации, то водо-воздушное отношение может приводить как к ее увеличению, так и к ее сокращению.

Задачей является совершенстование термогазовой технологии, получение максимального КПД горения факела в скважинном подземном газогенераторе.


Устройство для реализации

Устройство для разработки трудноизвлекаемой нефти содержит нагнетательную скважину, в которой установлена обсадная колонна, имеющая вертикальный и горизонтальный участки. В горизонтальном участке обсадной колонны установлен скважинный газогенератор c активатором горючего и ионизатором, установленным на входе в него. В верхней части обсадной колонны, в устье (т. е. выше поверхности), выполнен коллектор. Горизонтальный участок находится в пределах нефтеносного пласта.

Резервуар горючего соединен трубопроводом с компрессором горючего, имеющим привод, и далее с колтюбингом. Колтюбинг гибким трубопроводом соединен через активатор горючего со скважинным генератором.

Кроме того, устройство содержит катушку с кабелем, один конец которого соединен с активатором топлива, а другой – с выходом блока высокого напряжения, ко входу которого присоединены низковольтные провода, соединенные с источником электроэнергии. Второй выход из блока высокого напряжения заземляющим проводом соединен с обсадной колонной.

В устройстве функционирует система подачи воздуха, содержащая компрессор с приводом. К компрессору присоединен регулятор расхода, к выходу из которого присоединен отсечной клапан. Далее система подачи присоединена к коллектору.

Скважинный газогенератор предназначен для сжигания горючего в воздухе. Чтобы полностью сжечь горючее и чтобы не осталось кислорода воздуха, необходимо обеспечить их стехиометрическое соотношение.

Стехиометрическое соотношение между компонентами топлива (окислитель и горючее) является лишь теоретической мерой при оценке действительного состава топлива. Действительное соотношение между компонентами топлива оценивается через коэффициент избытка окислителя α.

При α > 1 топливо содержит избыток окислителя, а при α < 1 – избыток горючих элементов.

С точки зрения термодинамики предпочтительно сжигать горючее при α = 1.

Однако из‑за неточности регулирования расходов компонентов топлива и неполноты сгорания целесообразно допустить небольшой избыток горючего.

В верхней части обсадная колонна закрыта герметичной крышкой, в отверстиях которой проходят гибкий трубопровод и кабель.

Для добычи нефти и газа предназначена эксплуатационная колонна со скважинными фильтрами на горизонтальном участке, откачивающий насос, сепаратор и фильтр, соединенные последовательно трубопроводом. Выход из фильтра соединен с нефтепроводом.

Второй выход сепаратора трубопроводом соединен с емкостью горючего. К третьему выходу сепаратора присоединен трубопровод слива воды.

Устройство содержит блок управления. К нему электрически присоединены приводы, регулятор расхода и отсечной клапан.


Газогенератор для подземной горелки

Газогенератор представляет из себя корпус в виде стальной трубы c верхним и нижним ниппелями, имеющими конические резьбы и муфту на верхнем торце корпуса. Верхний торец муфты по конической резьбе закрыт заглушкой, через которую проходят гибкий трубопровод и кабель. В центр заглушки ввернут ниппель, к которому присоединена форсунка горючего. В заглушке выполнены отверстия для прохождения воздуха. На ней установлена свеча зажигания, соединенная каналом с полостью внутри корпуса. На верхнем торце свечи зажигания выполнен электрический разъем, который проводом соединен с кабелем. К ниппелю присоединен активатор горючего, который выходом соединен с гибким трубопроводом. Активатор горючего имеет электрод, который проводом соединен с кабелем. В нижней части корпуса установлено сужающееся сопло. В полости может быть установлен катализатор.

Озонатор воздуха представляет собой металлический корпус цилиндрической формы и присоединен к заглушке. Сверху он закрыт крышкой, имеющей отверстия для прохождения воздуха. Внутри установлен электрод кольцевой формы, к нему присоединен радиальный держатель, установленный в изоляторе. Радиальный держатель соединен проводом с кабелем.


Использование топливного газа Брауна

Газ Брауна (химическая формула – ННО) – это газ, состоящий из двух частей газообразного водорода и одной части кислорода. В таких же пропорциях эти химические элементы находятся и в водяном паре. Однако газ Брауна имеет существенное отличие по сравнению с промышленными водородом и кислородом.

Обычные водород и кислород существуют в виде Н<sub>2</sub> и O<sub>2</sub> (то есть молекулы обоих газов имеют по два атома). Такое состояние для кислорода и водорода является более устойчивым, чем состояние отдельно существующих атомов в виде заряженных ионов. Однако перед превращением в воду (Н<sub>2</sub>O) газы должны быть разложены на атомы.

Именно в газе Брауна молекулы водорода и кислорода находятся в одноатомном состоянии (один атом на молекулу). А уникальность газа Брауна заключается в том, что при сгорании водорода и его реакции с кислородом выделяется в 3,8 раза больше энергии по сравнению с процессом горения молекулярного водорода.

Процесс электролиза происходит в генераторе (электролизере). Он состоит из электродов, выполненных из нержавеющей стали и разделенных диэлектриком. Электропроводность воды повышена за счет электролита (гидроксида калия или натрия). Электрический ток подается от автомобильного аккумулятора. При этом используется только избыточная энергия автомобиля. Производительность по газу измеряется в литрах в минуту (л / м). Производительность, равная 1 л / м, считается базовой. Водяной газ, поступающий из электролизера, подается в двигатель через воздушный коллектор. Меньшие по размеру молекулы водяного газа сталкиваются с большими по размеру предварительно нагретыми молекулами топлива и разрушают их ковалентные связи. Происходит более тонкое распыление топлива, которое сжигается в виде пара, а не крупных капель, как оно обычно подается в двигатель.


Работа устройства

При помощи колтюбинга на гибком трубопроводе скважинный газогенератор опускают в обсадную колонну на максимальную глубину в забой скважины. Горючее поступает в скважинный газогенератор через колтюбинги по гибкому трубопроводу и активатор топлива, где происходит его частичная конверсия в водород и радикалы и ионизация.

Подают напряжение по кабелю на свечу зажигания, в результате чего горючее воспламеняется в полости, являющейся камерой сгорания. Продукты сгорания истекают из сужающегося сопла в нагнетательную скважину. Они прогревают нефтеносный пласт. Включают привод откачивающего насоса и из эксплуатационной колонны откачивают смесь нефти, газа и воды, которые разделяют на фракции в сепараторе. После фильтра очищенная нефть идет к потребителю, например в нефтепровод. В нефтепровод могут подаваться и сжиженные фракции, полученные в результате добычи нефти попутно с ней. Контроль за процессом осуществляют автоматически или вручную. Для этого используют показания расходомеров. По показаниям расходомера воздуха и горючего поддерживают оптимальное соотношение компонентов топлива. При этом время прогрева заданного объема уменьшается примерно в тридцать раз.

Закачка в пласт с поверхности земли или с морской платформы перегретой воды с высоким избыточным давлением происходит без кипения и без образования пара непосредственно на поверхности, но с образованием большого количества пара в призабойной или забойной зоне скважины.

За счет давления водяного столба в подающей трубе, высота которой может составлять несколько километров, будет образовываться дополнительное давление теплоносителя – воды порядка 100‑300 атмосфер. Это уменьшит нагрузку на насос воды и уменьшит энергетические затраты на его привод.

В случае применения системы подмешивания газа Брауна к воздуху в системе подачи воздуха на электроды электролизера подают напряжение от источника электроэнергии. Вода разлагается на атомарные водород и кислород, которые образуют газ Брауна. Если с электролизером трубопроводом соединена емкость с водой, то из нее вода постоянно поступает в электролизер по мере ее разложения.

Аналогично работает система подмешивания газа Брауна к горючему. Если применено устройство с подогревателем воздуха, который установлен в системе подачи воздуха, и с подогревателем горючего, который установлен в трубопроводе горючего, то подогреваются воздух и горючее.


Преимущества применения


Применение изобретения позволяет:

1. Увеличить полноту сгорания топлива в скважинном газогенераторе, полностью исключив попадание окислителя (кислорода) в нефтеносный пласт и исключить взрывы из‑за накопления кислорода и его вступления в реакцию с углеводородами за счет использования активатора топлива и / или озонатора воздуха.

2. Увеличить полноту сгорания топлива до 100 процентов за счет применения газа Брауна.

3. На участке разработки с использованием предлагаемого метода можно достичь нефтеотдачи до 70 процентов.

4. Уменьшить время прогрева нефтеносного пласта до 250ºС с месяцев до пятнадцати дней.

5. Использовать одновременно с другими методами воздействия на нефтеносный пласт акустическое воздействие, что улучшит проницаемость нефтеносного пласта и приведет к образованию в нем микро- и макротрещин.

6. Использовать для скважинного газогенератора несамовоспламеняющиеся компоненты топлива за счет применения свечи зажигания.

8. Одновременно с добычей нефти добывать и утилизировать газообразные углеводороды для собственных нужд и для потребителя.

9. Улучшить экологию процесса добычи нефти путем исключения выброса или сжигания газа в атмосфере.

10. Использовать попутный нефтяной газ в качестве топлива для скважинной горелки.

11. Осуществить относительно дешевый прогрев нефтеносного пласта посредством получения из воды дешевого топливного газа Брауна без использования дорогого топлива и дополнительной тепловой энергии.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 01 (22) февраль 2016 года:

  • Механические потери энергии в газотурбинных агрегатах и оценка работы системы смазки
    Механические потери энергии в газотурбинных агрегатах и оценка работы системы смазки

    Для снижения утечек и повышения надежности концевых, торцевых уплотнений в турбокомпрессорах создают противодавление снаружи торцевых уплотнений с помощью воздуха, отбираемого с последней ступени осевого компрессора (ОК) ГТА.

  • Термогазовая технология разработки и добычи трудноизвлекаемой нефти
    Термогазовая технология разработки и добычи трудноизвлекаемой нефти

    Добыча нефти все более усложняется в связи с истощением запасов в уже освоенных скважинах. Для ее интенсификации нужны новые прогрессивные технологии.

  • Основы надежной эксплуатации теплообменного оборудования
    Основы надежной эксплуатации теплообменного оборудования

    Сегодня энергоэффективность и энергосбережение являются одним из пяти стратегических направлений приоритетного технологического развития Российской Федерации.

  • Аварии на теплосетях стали нормой?
    Аварии на теплосетях стали нормой?

    Зима – традиционное время, когда в России в разных регионах происходят крупные и маленькие аварии в теплоснабжении. Надо сказать, что этот год, к счастью, пока не поражает их количеством и масштабами.

    Хотя от этого не легче тем, кто зимой оставался без тепла. Все эти аварии, а их все равно было достаточное количество, заставляют задуматься, в какой степени изношены теплосети и что наконец надо сделать, чтобы исправить ситуацию.

    Если говорить об авариях, то для начала имеет смысл вспомнить прорванные трубы, с которых началась зима в Северной столице России. В самом начале декабря прорвало трубу в Невском районе Петербурга. В результате аварии кипятком затопило большую площадь. Кроме того, дома, расположенные в районе коммунальной аварии, остались без централизованной подачи тепла. Примечательно, что до того, как произошла авария, в близлежащие дома горячая вода не подавалась в течение почти суток. <br>

  • «Фортум» нацелен на развитие и прибыль
    «Фортум» нацелен на развитие и прибыль

    Одним из главных событий начала 2016 года в теплоэнергетике России стала продажа принадлежащей корпорации Fortum Тобольской ТЭЦ мощностью 665 МВт «СИБУРу» – крупнейшему газоперерабатывающему и нефтехимическому предприятию в России.

    << | < 1
  • 1
  • 2
  • >>