ЭНЕРГИЯ ПЛАСТА Увеличение нефтеотдачи и КИН - ТЕХНОЛОГИИ
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
ТЕХНОЛОГИИ
ЭНЕРГИЯ ПЛАСТА
Увеличение нефтеотдачи и КИН
Сергей Угловский, Рассмотрим для примера пласт, источниками пластовой энергии
Генеральный директор расположенный на глубине 1200 м, являются: сила тяжести, напор
объемом 10 млн т с добычей 1,3 краевой и подошвенной вод,
ООО «НПО Кинематика»
тыс. т / сутки (15 кг/c). Средняя давление газа газовой шапки
температура пласта 40°C, и растворенного газа в нефти
Мусрет Намазов, среднегодовая температура после его выделения из раствора,
Директор воздуха 4,4°C (г. Альметьевск), упругость пласта и насыщающих
ООО «НПП «ЭкоЭнергоМаш» теплоемкость воды 4,2 кДж / кг·К. его флюидов (нефти, воды, газа).
Для поддержания пластового Повышение температуры пласта
давления производится закачка сопровождается повышением
воды в пласт со среднегодовой пластового давления. Температура
температурой 15°C, таким образом, является важнейшим параметром,
Как коэффициент извлечения нефти происходит непрерывная потеря определяющим состояние
(КИН) связан с общей энергией тепловой энергии в количестве: флюида (газ, жидкость) в пласте.
пласта и какие существуют Повышение температуры
варианты для увеличения КИН, а пласта вызывает снижение
также значительного продления вязкости нефти и повышение
срока рентабельной добычи? вязкости газа. С изменением
Авторы предлагают рассмотреть температуры изменяется
КИН как величину, коррелирующую соотношение газообразной и
За счет взаимодействия пласта жидкой фаз. Фактически, пласт
с общей энергией пласта, либо как
с окружающими его подземными представляет собой замкнутый
функцию общей энергии пласта.
породами эта энергия восполняется объем, содержащий жидкость и
Рассмотрим пласт в целом как лишь частично. газ при давлении порядка 10 МПа.
единую систему. Представим Таким образом, при увеличении
Кроме тепловой, происходит также
общую энергию пласта как сумму массы газа в пласте на 2 – 3 %
потеря упругой энергии пласта
слагаемых: прирост пластового давления
за счет уменьшения количества
вещества в пласте и, как следствие, может составлять порядка 200
снижения пластового давления. кПа. Увеличение температуры
где – тепловая энергия Закачка воды в пласт направлена углеводородов на 2 – 3°С приводит к
пласта, – упругая энергия на компенсацию потери этой части росту давления насыщенного пара
пласта. энергии пласта. на 0,1 атм. В свою очередь, после
снижения пластового давления
В процессе добычи и извлечения Фундаментальное влияние на газовой залежи на 200 кг/см2 можно
нефти пласт теряет энергию: общая пластовую энергию оказывают ожидать понижения пластовой
энергия пласта уменьшается. две величины: гравитация температуры на 2 – 3°С за счет
Оценим, что происходит при и температура. Основными адиабатического охлаждения
добыче. всей залежи [2]. Разработка
68 ~ Neftegaz.RU [11 – 12]
ТЕХНОЛОГИИ
РИС. 1. Падение энергии пласта с течением РИС. 2. График изменения во времени дебита нефти (1) и воды (2),
времени получаемых из элемента однорядной системы разработки [1]
РИС. 3. Данные дебитов нефти, накопленной добычи, дебитов воды, обводненности и накопленной добычи воды по одной из скважин
месторождения South Arne в Северном море за период 1999 – 2013 гг.
Источник: www.ens.dk
нефтяного месторождения стадию резко падающей добычи В общем виде падение энергии
проходит несколько стадий: нефти, когда при постоянной пласта с течением времени
начальную, когда его разбуривают или несколько растущей добыче разработки изображено на рис. 1.
и обустраивают; среднюю или жидкости быстро уменьшается С течением времени уровень
основную, соответствующую выходу добыча нефти и при заводнении добычи месторождения падает, что
разработки месторождения на растет обводненность продукции видно из рис. 2.
запроектированные показатели; скважин; завершающую стадию,
в течение которой наблюдаются Видим, что рис. 1 и рис. 2 полностью
сравнительно медленное, но коррелируют.
стабильное падение добычи нефти Также приведем данные по
и такой же рост обводненности месторождению South Arne
продукции. Примером может в Северном море за период
служить Ромашкинское 1999 – 2013 гг. На графике слева
месторождение: в период 1962 – приведены дебиты нефти и
1972 гг. среднегодовая добыча накопленная добыча, на графике
нефти на одну дополнительную справа – дебит воды, обводненность
скважину росла, в последующие и накопленная добыча воды по
годы (1973 – 1979 гг.) наблюдалось одной из скважин.
ее снижение. В 1988 г. добыча
Видно, что через некоторое время
снизилась по сравнению с 1979 г.
после начала активной закачки
с 2 – 11,2 тыс. т. (по группам)
воды дебит нефти резко упал
до 1,1 – 6,6 тыс. т. в год на одну
и продолжает снижаться, при
скважину, несмотря на применение
постоянной закачке воды в пласт.
закачки воды для интенсификации
нефтеотдачи и уплотнение сетки Общеизвестны случаи
скважин. восстановления нефтеносности
[11 – 12] Neftegaz.RU ~ 69
ТЕХНОЛОГИИ
РИС. 4. Поддержание энергии пласта с течением времени для роста нефтеотдачи пластов,
содержащих нефть увеличенной
вязкости. Кроме того, при закачке
в пласт горячей воды или водяного
пара из нефти при соответствующих
условиях испаряются легкие
фракции углеводородов и
переносятся потоками пара и воды
по пласту к забоям добывающих
скважин, дополнительно
способствуя увеличению
извлечения нефти из недр [1].
Достоинство этого способа в том,
что его использование не требует
перестройки и изменений
в инфраструктуре
нефтепромысловых предприятий
и может быть начато в кратчайшие
сроки. Также, достоинством
является утилизация теплоты
1 – добыча без поддержания пластовой энергии; 2 – добыча с закачкой воды в пласт; сгорания ПНГ и неиспользуемых
3 – добыча с поддержанием пластовой энергии
остатков.
В качестве второго варианта
предлагается закачка в пласт
некоторых законсервированных Соотношение подвижностей нефти
дистиллятов.
скважин после продолжительного и воды изменяется в лучшую
периода отсутствия добычи. Это сторону. Этот экспериментально Разновидностью второго варианта
может быть связано, в первую установленный факт – главная может быть нагрев дистиллята
очередь, с восстановлением причина использования закачки при его закачке в пласт. Несмотря
энергии (и, следовательно, в пласт воды с повышенной на дополнительные затраты
температуры) пласта естественным температурой или водяного пара на нагрев, положительный
способом. Поскольку приток
тепла естественным способом
происходит весьма медленно
(величина теплового потока РИС. 5. Схема однократной и двукратной переработки мазута М-200 с использованием
составляет в среднем 45 мВт/м2), реактора «ЯРУС»
можно предположить, что при
искусственном интенсивном
нагнетании тепла восстановление
скважин может происходить
значительно быстрее.
Рассмотрим варианты
решения задачи поддержания
энергии пласта на уровне,
максимально приближающемся к
первоначальному (рис. 4).
В качестве первого варианта
можно предложить закачку воды
с температурой, соответствующей
внутрипластовой для данного
месторождения. В этом случае
тепловая энергия пласта полностью
сохраняется. Учитывая высокую
теплоемкость воды и громадные
затраты на нагрев воды до значений
60 °C и выше, можно предложить
использовать попутный нефтяной
газ (ПНГ) и неиспользуемые остатки
в качестве источника нагрева.
С повышением температуры
вязкости нефти и воды
уменьшаются. При этом вязкость
нефти, если она в обычных
пластовых условиях значительно
превышала вязкость воды,
снижается более существенно.
70 ~ Neftegaz.RU [11 – 12]
ТЕХНОЛОГИИ
РИС. 6. Схема переработки ВВН и ПБ с использованием реактора «ЯРУС» пространстве. В результате
переработки происходит
значительное увеличение доли
легких фракций.
Большая доля выхода легких
фракций позволяет осуществлять
рекуперацию газовой фазы,
используя различные варианты:
закачкой газа через систему
законтурных или внутриконтурных
нагнетательных скважин, возвратом
попутных газов после их отделения
от нефти и компримирования, либо
в качестве источника подогрева
дистиллята, закачиваемого в пласт,
либо для обеспечения собственного
нагрева установки «ЯРУС».
При разработке месторождения
при добыче нефти пласт теряет
эффект может оказаться более Капиталоемкость оценивается на тепловую и упругую энергию, в том
значительным за счет более уровне 3 – 5 млн руб. за установку числе, в виде:
активного взаимодействия объемом переработки 10 тыс. т в • удельной энергии охлаждения
закачиваемого дистиллята с год при промышленном способе (нагрева) нефти: 64 кДж / кг;
нефтью внутри пласта, общего производства.
• удельной энергии охлаждения
снижения вязкости, увеличения Один из вариантов применения (нагрева) воды: 149,5 кДж / кг;
доли легких углеводородов внутри «ЯРУС»: на месте добычи
пласта, создания газовой шапки, • удельной энергии
для закачки дистиллята
повышения внутрипластового парообразования (конденсации)
непосредственно в пласт в качестве
давления, дополнительного легких фракций: 360 – 484,5
растворителя тяжелой нефти
тепловыделения за счет реакции кДж / кг;
для повышения коэффициента
растворения. нефтеотдачи. • работы изотермического сжатия
В качестве третьего варианта (расширения) легких фракций:
«ЯРУС» представляет собой
предлагается закачка в пласт 206 – 748 кДж / кг.
компактную установку,
продуктов переработки сырой позволяющую перерабатывать Итого, считая для простоты, что
нефти на оборудовании «ЯРУС». газовый конденсат, сырую нефть, добываемое сырье содержит нефти
«ЯРУС» может применяться для мазут, высоковязкую и битумную и воды 50 / 50 % масс., получим,
переработки высоковязкой нефти нефть в одну стадию без системы что пласт теряет 390 – 723 кДж / кг
и природных битумов (ВВН и ПБ) оборотного водоснабжения, а также энергии.
с получением полусинтетических производить моторные топлива Расчеты показывают, что сжигание
и синтетических нефтей непосредственно на месте добычи. попутного газа в количестве около
непосредственно на месте добычи; Одной из особенностей «ЯРУС» 3,5% масс. от исходного количества
компаундирование исходного сырья является комбинация способов нефти (теплота сжигания 45 – 55,5
с фракцией н.к. 110°С до 10% воздействия (гидродинамическое, МДж / кг) компенсирует данные
масс. позволяет снизить вязкость термическое, волновое и др.) потери энергии в двукратном
и приготовить нефтепродукт, в одном технологическом размере, либо полностью – с учетом
пригодный для транспортировки в
трубопроводе.
Переработка ВВН и ПБ с
использованием «ЯРУС»
осуществляется в одну стадию
без предварительной подготовки
сырья. Для увеличения выхода
бензиновой фракции и практически
полного удаления серы возможно
проведение двукратной
переработки.
Предварительные испытания
переработки образцов
тяжелой нефти Ашальчинского
месторождения и мазута М-200
показали успешность работы
«ЯРУС» с такими продуктами.
«ЯРУС» отличается низкой
удельной стоимостью и высокой
окупаемостью (менее 30 дней).
[11 – 12] Neftegaz.RU ~ 71
ТЕХНОЛОГИИ
Удельная работа
Удельная энергия Удельная теплота Минимальная
изотермического
парообразования сгорания действительная Теплоемкость
сжатия
(конденсации) низшая / (высшая) работа сжижения
(расширения)
кДж / кг МДж / кг кДж / кг кДж / кг кДж / кг • К
Метан 484,5 49,8/ 55,5 748 2700 – 4320 2,2
Пропан 424 46,4 / 50,3 272 288 –
Бутан 395 – / 49,5 206 – –
Пентан 360 – – – 2,45
Попутный нефтяной газ – – / 45 – – –
Нефть – – 1,5 – 1,8
Вода 2300 4,2
среднегодовая температура воздуха г. Альметьевск 4,4°C
средняя температура пласта 40°C (313K);
пластовое давление 100 – 200 атм
КПД использования тепловой Особенности конструкции «ЯРУС», закачки подогретой воды, закачки
энергии сжигания 50%. а также большая доля выхода дистиллята или с использованием
Справочные данные, легких фракций, позволяют оборудования «ЯРУС», – снижение
использованные при расчете, использовать попутные газы падения энергии пласта должно
приведены в Таблице. для полностью автономного увеличить срок рентабельной
энергообеспечения процесса добычи месторождения, а также
Передача тепловой энергии, переработки. увеличить КИН (Рис. 7).
полученной при сжигании попутного
газа, в пласт может осуществляться Достоинство третьего варианта Поддержание энергии пласта
за счет подогрева потоков веществ, в том, что он не требует больших видится перспективным
закачиваемых в пласт (воды, затрат тепловой энергии и большого решением задачи увеличения
нефтяного дистиллята, газов), парка оборудования (установок КИН и значительного продления
конденсацией в скважине газов, подготовки нефти, подогрева воды, срока рентабельной добычи
возвращаемых в пласт. резервуаров), поэтому может с скважин. Предложенный подход
успехом применяться в том числе может использоваться для
При закачке в пласт нефтяного малыми нефтяными компаниями, восстановления выработанных
дистиллята и более простых либо на малых месторождениях. скважин, месторождений с сильной
химических веществ, полученных обводненностью, проблемных
в результате переработки сырой В любом случае, целью является
поддержание общей энергии месторождений.
нефти, энергия пласта также
может увеличиваться за счет роста пласта, говоря точнее, – снижение
химической энергии потенциального неизбежного падения общей
энергии пласта в процессе Литература
взаимодействия. Эта энергия
добычи. Независимо от способа 1. Желтов, Ю. П. Разработка нефтяных
не учитывается, но может иметь месторождений. – М.: Недра, 1986.
весьма значительную величину. компенсации – с помощью
2. Чекалюк, Б. Э. Термодинамика нефтяного пласта.
– М.: Недра, 1965.
РИС. 7. Увеличение срока рентабельной добычи месторождения
ООО «НПП «ЭкоЭнергоМаш»
420095 г. Казань,
ул. Восстания 100
НТЦ ОАО «Татнефтехиминвест-
холдинг»
Тел./ф.:+7 (843) 212 5307, 212 5305
www.eemkzn.ru
E-mail:ekoenergomash@mail.ru
Директор Намазов М.О.
ООО «НПО Кинематика»
420061, Казань,
ул. Н.Ершова, д.29 А
Тел.: +7 (495) 681-7700
info@npo-kinematika.com;
npo-kinematika.com
1 – добыча без поддержания пластовой энергии; 2 – добыча с поддержанием Генеральный директор
пластовой энергии; t1 – срок рентабельной добычи по варианту 1 С.Е. Угловский
72 ~ Neftegaz.RU [11 – 12]Вы также можете почитать
