Методы интенсификации внутрипластового горения нефти применительно к условиям месторождения Каражанбас тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

РГВ V) и

, -- » > * • >

! ЮШИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Институт проблем горения

На правах рукописи УДК 622. 276. 654+536. 46

КОИКИНОВ Жумакадир Ауесханович

МЕТОДЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВНУТРИПЛАСТОВОГО ГОРЕНИЯ ПЕфТИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО 1С УСЛОВИЯМ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАРАХАНБАС

01. 04. 17 - химическая физика, в тем числе Физика горения и взрыва

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Апматм - 1993

Работа выполнена в Институте проблей горения Министерства образования Республики Казахотан

Научные руководители: лауреат госпремии Республики Казахстан, доктор химических наук, профессор Г.И.Ксяздоцуло|

лауреат госпрешш Республики Казахотан, кандидат химических наук А.А.Сагайдаков

Официальные оппоненты I лауреат госсгремии Республики Казахстан,

доктор химических наук ' 3.А.Мансуров)

кандидат технических наук Й.С.Бзбкин

Ведущая организация: Казахский политехнический институт имена В.И.Ленина, г. Алматм

Защита состоится "13" иая 19ЭЗ г. в 14 часов на заседании специализированного Совета К 058.07.01 при Институте проблем горения (480012, г.Алма-Ата, ул.Богонбай Сатира 172).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем горения.

Автореферат равоолан " 13 " апреля 1993 г»

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат химических наук

ОБЩДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА' РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема иаксиыального извлечения нефти зз недр с кандым годом становится все более актуальйой. Это обус-ГОШ1СНО тем, что с приростом абсолэтного количества добываеыой ноф-ги степень использования природных запасов нефти - коэффициент нефтеотдачи - повышается «¿юдяенно, вследствие чего количество оставля-(иой в пластах нефти прогрессивно возрастает. В спяза с этим особый пггерес у исследователей и специалистов вызывает цвтод внутрпплзо-■ового горения, как один из наиболее перспективных катодов повыиа-яя нефтеотдачи пластов высоковлзкиж кофтой.

Исследования процесса внутршхлаотового горения последних лот видетольствуюг о дискуссполностн ряда теоретических концепций, но ыощзх надвитого экспериментального обоснования. Поэтому харзкто-астшш п параметры проведения процесса для нефти и условий кон-ротного ыостороядшшя иогут быть спроделаны только акопвргамнталъ-ш4 путеы.

Для внутришгастового горения, так и для всех процессов гора-ия, посыла характерно наличие продольных явлений. В атой салол зецифика внутрипластового горения нефти, заклвчапщаяся в больной зопределенности исходных условий организации процесса, предпояага-г создание "запаса прочности" по ряду ключевых параметров п, прен-з всего, по температурным условиям, так как снятаа кинетических фвннчений обеспочиваот проведение процесса в выгодной для управляя с поверхности фильтрационном режике.

Перспективы широкого промышленного применения внутриплас->вого горения в настоящее вреыл связаны с его интенсификацией, что шзт быть достшпуто применением обогащенного кислородом воздуха в тстве окпслнтоля и путей реагентного воздействия на процесс.

Целью работы явилось изучение:

- макрокинетических характеристик внутрипластового горения;

- четодов интенсификации процесса с применением обогащенного кислородом воздуха и химическими реагентами;

- физико-химических характеристик получаемых продуктов;

Научная новизна и практическая ценность работа. Проведены систематические^исследования основных характеристик процесса внутрипластового горения применительно к нефти и условиям месторождения Караханбас, где осуществляется крупнейшее в мире промышленное испытанно метода. Показано, что определящим параметром процесса является температура волны горения, уровнем которой во многом определяется такие важные химико-технологические характеристики процесса как коэффициент вытеснения нефти, степень потребления кислорода и остаточного топлива. Для различных плотностей потока окислителя определены оитниальныв значения водовоздушного отношения, при которых возможно протекание процесса в высокотемпературном режиме. Установлено, что режимы сверхвлажного горения характеризуется низкии коэффициентом вытеснения нефти. В этой связи предложен способ доиз-влеченмя нефти из участков, ранее эксплуатировавшихся в режиме сверхвлажного горения. Изучены характеристики внутрипластового горения с применением обогащенного кислородом воздуха в качеств! окислителя. Показано, что при этом происходит интенсификация про цесса в расширение пределов по закачке окислителя и водовоздуинои отношению. Установлена возможность интенсификации процесса путе применения раствора нитрата аммония в качестве теплоносителя. Про ведены опытно-промысловые испытания технологии интенсификации вну тригшастового горения о применением нитрата аммония.

Апробация работы. Результаты работы представлялись на коифе ршщии молодых ученных МГУ (Москва, 1388), на III Международном се

ишшро по структура оламоки (Алма-Ата, 1909), на Международной конференции "Нестационарные процессы в катализе (Новосибирск, 1990), на XI, XII Международном симпозиуме по процессам горения (Польша, 19В9, 1991), на 23 Международной симпозиуме по горегаю (Франция, 1990), на 16 Международном семинаре по пиротехника (Швеция, 1990), Всесоюзном симпозиуме по герению и взрыву (Черноголовка, 1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 2 авторских свидетельства СССР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка цитированной литературы. В первой главе - обзоре литературы- отражено современное состояние процесса внутрипластового горения и возможные пути его интенсификации. Во второй главе приведены описания использованных установок п методик. Третья глава посвящена обсуждении получешпшх результатов. В четвертой глвво приведены результаты опытно-промысловых испытания интенсификации внутрипластового горения с применением нитрата ашзо-1шл. Заключают работу выводи и список цитированной литературы. В приложении приведены протокол и акт опытно - промысловых испытаний.

Объем диссертации составляет 122 стр., включая 4 таблиц и 32 рисунка. Список цитированной литературы содераит 92 ноццинования.

Методы исследования. В качестве объекта исследования была ио-польвована нэфтесодержащая порода месторождения Каражанбас (о неф-те- и водонасшценностьв 41,2 и 4,5%, соответственно ).

Для исследования процесса внутрипластового горения применялись линейная и радиальная модели пласта. Основные результаты получены на линейной модели, которая представляет собой теплообменник типа "труба в трубе". Нефтенасшдогашй коллектор помечался во внутрогапп тонкостенную трубу (толп^ша стенок 1,5 ми) внутренним диаметром БО ни, которая в свои очередь помещалась в толстостенный кокух. Давло-

ние в кожухе и внутри кернодержателя поддерживалась одинаковой. При изучении влажного внутрипластового горения и реагентного воздействии для подачи воды или других жидкостей в модель использовали под-жимку и дозирухщее устройство.

Опыты выполнялись при давлении 2,0 МПа. Температура в ходе опытов измерялась с помощью 4-х стационарно расположенных ХА^д-термопар. Количество топлива, остаацегося в породе после прохождения тепловой волны, определялось посредством анализа материала коллектора на содержание углерода на приборе АН-7529. Другие параметры процесса - концентрация сгорающего топлива, коэффициент использования кислорода - рассчитывались из анализа состава отходящих газов.

Состав газообразных продуктов научавшихся процессов анализировался газохроматографическим методом. Для анализа жидких продуктов применялись методы ИК-спектроскопии, вискозикетрии, потенциометрии.

Результату и их обсуждение.

Сухое горение. В опытах по сухому горению Сило изучи® влияний плотности потока (скорости фильтрации) воздухе А на химика-технологические параметры процесса: скорость перемещения фронта горения Уф; коэффициент использования кислорода Кд,^; коэффициент вытеснения нефти Кд! температуру тепловой волны Тф. Увеличение плот-тоста потока окислителя приводит, в целом,к интенсификации внутри-пластового горения, в то же время оно по разному влияет на параметры процесса. Так,о увеличением плотности потока окислителя от 14С до 430 ш^/(^*час) линейно возрастает скорость распространения тепловой волны (рис. I). Высокая температура тепловой волны и линейная эавасаагооть Ч^ от А свидетельствует о фильтрационном режиме протекания процесса. Коэффициент использования кислорода в интерва-£0 плотности потока от 140 до 240 нм3/(и2-час) повышается от 60 д( ВЗХ а в дальней¡кем не и вменяется (рис. 2). Аналогичная вависимост)

получека для средней тешэратуры волка горшщя от Д. Наиболее резкое повышение температуры пшет из сто оря увелпчонка А до 300 тР/(иР-час), в дзльнейгигы рост тсипсрятурц закздалется п наступает "насыщенно". Коэффацонт вытаезеошя нефти повыяается от 603 прз 140 тР/(ьР-чвс) до 79% при 300 иУ3/(ц2*чос). Пра зтем содэрааннз остз-точного нэвыгоревязйго углерода в материала жшшкторэ посла прохов-деннл водны горзшзя не правшгшло 4-6% от первоначального содераазш» углерода в исходной нефтзнасьщзнной порода. Ход взканэкая сродкеа тешературы тепловой волны и коэффициента использования зшелорода свидетельствует о существовазша покоторыг прздэяышх «значений после которого рост температура и гСисц ^пряктггчэскя пракрзцзэтеи. Следует откатить, что прз значениях к гага 140 тР/^-чвв) кэ удалось получить устойчивой тепловой волны.

Такай образом, увалнчакие шюткоотн потока воздуха до еарэдэ-логаюго продола праводат к улучхэзшэ воох паршгэтрсо оухого вцутра-плаотового горшгая.

20 16 12 Q 4

V, ií-1/issi

200 300 400

¡ A,ic^/(^.чэо)

?пс. I. Завасякооть скорости заспроотракэшя то плевой вопш jt плотности потока воздуха

S0 80 70 60

1сисп

„аг-йв—41 -

550 S0O 850 800 7SQ

200 300 400 БШ

А.га^/^-чао)

Рас. 2. Вяшашэ плотности потока воздуха на коэффициент еспользозв-зеиз кислорода п орэдкзга ташерату-ру тепловой волны

Влажное и сверхвлажное горение. При оухом внутрнплаотовоы горении значительная часть тепла, генерируемого во фронте горения, иг:пользуется неэффективно ввиду низкой теплоемкости закачиваемого воздуха. Для переноса тепла из выжженной зоны пласта вместе с воздухом закачивается иода (влажное и сверхвлахное горения). С целью выяснения сравнительной эффективности данных модификаций виутрипла-стового горения было изучено влияния величины водовоздушного отношения на основные характеристики процесса. При аначвниях водовоздушного отношения 0,14-0,80-Ю""3 ьР/тР процесс горения близок по своим характеристикам варианту сухого горения. Однако, введение небольших количеств вода при прочих равных условиях приводит к увели- ченшо количества извлекаемой нефти. Так, если при оухом горении (А=240 ны3/ (м2-час)) Кн составляет 6335, то в тех же условиях при Bs0.80.ID"3 чР/тР Кд достигает 73Х. Дальнейшее повышение В приводит к резкому повышенно Уф (рте. 3). Температура тепловой волны до

900

700

500

Т,К

V,мм/мин х

16 100 80 12 60 40 8 20

V *

0,4 0,8 1,2 1,6

2,0

Рис. 3. Зависимость температуры а скорости распространения тепловой волны от величины водовоздушного отношения (4=240 ю*3/О^.чво))

0,4 0,8 1,2 1,6 2

В-103, •Л'т^

Рис. 4. Влияние водовоздушного отношения на коэффициент вытеснения нефти при влажном горения (Д*240 ни3/(и5-час))

оиредоляююго значения В нв иеняетоя и лишь при превышении некоторого критического значения наблюдается переход влажного горония в сверхвлажное, приводящее к резкому снижению температуры волны горения. Это объясняется том, что в этих условиях кислород не успевает потребляться в волне горения и происходит его проскок б зоны впереди фронта горения. Окисление углеводородов нефти в этих слоях происходит по наиболее ревкционноспоообным периферийным участкам молекул о незначительным тепловыделением (горение по "бахроме"), что приводит, в конечном итоге, к существенному возрастанию скорости распространения волны окисления. При этой позади волны горения остаются значительные количества нефти в виде неподвижного коксопо-добного остатка, что сопровождается значительным сшсгениеи коэффициента вытеснения нефти (рас.4).

В связи о эпш изучена возмокность доизвлечения нефти путей организации повторной, высокотемпературной тепловой волны на материале коллектора, предварительно подвергшегося сверхвлажному горению. Была проведена серил двухстадиЯных опытов, где на второй ста-

Рнс. 5. Температурные профили по дяинэ иодвла сверхвлвиюго (I) п повторной волны сухого горения (II)

даи наблюдалось образованна устойчивой высокотемпературной волны горения. Эта повторная волна распространялась за счет сгорания кок-спцодобных углеводородов нефти, оставайся в материале коллектора поело первой стадии опытов, а извлекавшаяся нефть образовывалась за счет крекинга этого остатка (рис. б}. Суммарный коэффициент вытеснения нефти составил Б5Ж (посла первой стадии КН-36Х). В реальных пластовых условиях еле дут ожидать большего эффекта за счет прогрева зон, ранее не охваченных тепловым воздействием.

Вкутрипластовое горение нефти с применением обогащенного кислородом воздуха. В отличив от обычного сухого внутрипластового горения с использованием воздуха образование стабильного фронте горе кия в случае прииененил обогащенного кислородом воздуха нпблада-етсл при более низких плотностях потока. Так, при плотности потока ниже 140 ни3/(и2-час) с использованием воздушного дутья не удавалось организовать фронт горения, в то время как при использование обогащенного воздуха, концентрация кислорода в котором составляло 93,2 об.%, устойчивое горение имеет место при плотности потока газа 21 км3/(м2*час).

Важной характеристикой при внутрипластовом горении является температура тепловой волны, т.к. именно она определяет величину зоны охвата пласта тепловым воздействием, в также . степень вытеснения нефти.При трех плотностях потока газа-окислителя (60, 125, 150 ни3/м2,час) изучена зависимость температуры фронта горения от концентрации кислорода в закачиваемом в модель окислителе (ршз. 6). Характер изменения температуры существенно различаются для разных плотностей потока газа-ока ели теля. Так, при плотности потоке окислителя равном 125 ш^/(м2*час) (кривая I) ата зависимость носит линейный характер и в диапазоне концентрации от 30 до 78 об.Х кислорода средняя температура увеличивается от 750 до В7БК. Аналогичная

зависимость получена и для плотности потока 60 mi3/(и2» час).

При плотности потока окислителя равном 150 нм3/(м2'Ч8С) завясн-ность температуры тепловоз волны от концентрации кислорода носит ' нелинейный характер. По-вадяиоцу, в условиях высокой скорости фильтрация окислителя значения температуры волны горения определяются не только диффузией кислорода в зону горения, но и интенсивностью протекания химических реакций.

Вяилнио водовоздупного отношения на сроднил температуру а скорость распространения волны дяя двух различных концентраций кислорода приведено на рио. 7. До некоторого значения водовоздупного отколе пил температура тепловой полны практически не изменяется. Затеи, нпблвдаотсл тенденция к во резкому падешю. Снижение температури свидетельствует о перехода на реюш сверхплавного горения. Нотою заметить, что пра различных концентрациях кислорода в окнелп-

.900

800

700 -

о6%

900 800 700 600 500

Т,К

7,ии/чвя

17 13 9 5

20

60

60

Рис. 6. Вяшшио концентрации кяслорода на среднюэ тегаерату-ру тепловой волны х х х- 60 ни3/(ы2-час) о о о-125 щА^и^чэс) а а а-150 2С)

12 3 4

В-103, mfW*

Рис. 7. Зяенсеыостп теипэратурм и скорости распространения тепловоз волны от В.

Плотность потока окислителя!

1- 95 mi3/(и3-час), CQ =42,Ъ% ай%

2- £5 юР/о/'Чзс) CqJWO о5%

твлв переход к сворхвлаююиу горению осуществляется при резных значениях водовоздушного отношения. Так, критические значения для вла-гногс внутрипластового горения о концентрацией кислорода 70,0 об.Я в окислителе составляет 2,0'Ю-3 ¡^/¡оР, а при концентрации 42,5 обХ эта величина скисается до 1,5-Ю-3 м^/нм3.

Таким образом, использование обогащенного кислородом воздуха приводит к интенсификации процесса внутрипластового горения. Расширяется предел по водовоздушному отношение и увеличивается степень потребления кислорода.

Изучение структуры фронта внутрипластового горения. Структура фронта горения исследовалась при различных вариантах внутрипластового горения. На рис. 8 и 9 приведет распределение температуры, 02» СО и С0£ е тепловой волне сухого и влажного горения, соответственно. Водно, что максимальное потребление кислорода имеет место во фронте тепловой волны шириной 40-50 мы. При сухом горении мэксицум потребления кислорода несколько опережает максимум температуры, но в то ко время он совпадает с максимумами концентрацией диоксида и ыонооксида углерода (рис. 8). Кривая потребления кислорода в случае влажного горения имеет более пологий вид м его максимум приходится на зону паровоого плато (рио. 9). Как при оухом, так и при влажном горении концентрация ыонооксида углерода достигает максимума и затем практически не изменяется, в то время как содержание углекислого газа мокет снижаться впереди по потоку от фронта горения, что, по-видимому, связано с растворением диоксида углерода в гоне нефтяного вала.

Практически во всех экспериментах после максимального потребления кислорода во фронте горения наблодается дальнейшее повышение концентрации кислорода. Повышение содержания кислорода в "низкотемпературной" зоне волны может являться следствием вытеснения перво-

60 40 20 расстояние, сы

Рас. 8. Профиль температуры и распределение концентраций 0.,, СО и С02 во фронта сухого внутрипластового горения. А=240 тА^-час), вва- 02, о о о- СО, XXX- С0~

60 40 20 расстояние, си

Рнс. 9. Профиль температуры а расйределение концентраций газовых компонентов во фронте влажного горения. А«240 шА^и^-час), В=0,68.10~3 ы3/™3,» - и- 02, о о о- СО, х х х- С0?

начально растворявшегося в нефти гсзслородо диоксидом углврода. Воэ-цозно также образование кислорода пра низкотемпературном окисления нефти в результате реакций« НО2+ ЙО^—-»02 + 2Н0

ио2 + ко2

о2+

В целом, изучение распределения тешературы и концентраций газовых компонентов в тепловой водно указывает на слоззюоть процесса внутриплаотового горения. Очевидно, что полный механизм химических аревравдэний нефти пра внутришгаотовои горении вкявчает в себя ком-хяоко роакцгЭ, протекащих одновременно при различных температурах I, возисзно, на локализующихся в узкой зоне, щшикап^гй к цохсзыу-12 тешературы тепловой ваши.

Исследование физихо-химическах свойств добываемой нефти и из-

менение динамики выхода продуктов при различных режимах внутриплас-тоного горения. Динамика изменения свойств нефти по мере вытеснения ее из модели пласта является важной характеристикой внутрипластово-го горения. Особенно это важно при ведении внутришгастового горения с использованием обогащенного кислородом воздуха, так как в этом случае значительно возрастает интенсивность взаимодействия нефти о окислителем.

Динамика выхода нефти из модели пласта изучалась при различных режимах внутриалостового горения оухоо и влажное горение с примененном воздуыного дутья, а также оухое и влажное горение с применением обогащенного кислородом воздуха (рис. 10). Водовоздушное отноше-

80 €0 40 го

V

0,928 0,926

0,924

0,922

0,920

0,918

pf, Г/см3

о!1

10

20 30 40 время, мин

50

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 суммарный объем вытесненной неф;

Рис.10. Динамика вытеснения неф- Рис.11. Изменение плотности добываемой нофти о обогащенным воздухом при различных плотностях потока

ти иэ модели при рашогашх режимах горения, A-18Q ли3/ (sí2-час) я и в-сухоо (воздух) о о о-влагное (воздух, В=1,0.ю~3 iP/mP) а а а- суХОО (КОНЦ. О2 52,0%) ххх- вяааиое (конц. 02 52,0%, IbI,ü°I0~3 «З/ны3)

окислителя (конц. 42,ЬЖ) из^/О^-ЧЕс):

о о о-64, х х х-50, » « я-125, о о а—155, д л л-180

иие поддерживалось на уровне 1,0* Ю-3 i/VhU3, что позволило вести процесс в высокотемпературной ресиые. Как видно из этих данных, наиболее высокие темпы вытеснения нефти из модели достигаются в случае влажного горения о окислителем имепциы повышенное содержание кислорода (кривая 4), наименьшие (примерно 1,5-2 раза) в режимах горения с использованием воздушного дутья (кривые I и 2).

Кривые изменения плотности добываемой нефти п ходе внутрчпляс-тового горения с применением обогащенного кислородом воздуха (концентрация кислорода 42,5% об.) для различных плотностей потока окислителя (64, 95, 125, 155 и 180 нэ^/О^-час)) приведены на рис. II. Полученные данные показывает, что характер изменения плотности нефти зависит от температуры процесса, которая в своп очередь определяется скоростью фильтрации окислителя. На начальных стадиях отбора происходят залетное снигенае плотности нефти. Это связано, по-видимоиу, увеличением доли легких углеводородов из-за протекяютя перед фронтом горения процессов дистилляция и испарения. В последующих пробах плои гость нофти растет. Причем этот рост болоо значителен для рогпмп внутрипластового горонил с йолео низкой температурой тепловой вешал. С ростом температуры процесса наблюдается тенденция к сшгаення роста плотности и при температуре тепловой волны 830-85DK происходит равномерное снижение плотности по мере отбора нефти из модели пласта.

Танаш образом, изучение физико-хикнческих характеристик добываемой продукции от условий проведения процесса позволяет ¡га только глубге понимать процессы, происходящие пря внутрапластовом горения, но и более обоснованно выбрать технология и технику добыча нефти.

Исследование методов реагектного воздействия на влаззгое я свергвлаяное горение с цельа интенсификации процесса. Перспективы широкого использования ми то да внутрипластового горения в промыто-

вой практике связаны с его интенсификацией путей реагектного воздействия на процосс. В атой связи наыи изучено влияние растворов нитрита аммония различных концентраций на основные характеристики внутриплаотового горения. Следует отметить,что в отличие от известных способов, где растворы нитратов рекомендуют закачивать до начала процесса, в каких экспериментах закачку нитрата производили после образования в модели устойчивого фронта горения. На рис. 12, 13 приведены профили температур влажного горения а горения с использованием 402-ого раствора нитрата аммония в качестве теплоносителя. При влажном горении в гоыент инициирования процесс фронт имел температуру 660-670К (рис. 12). Однако последующая закачка вода привела к снижению температуры тепловой волны до значений, характерных для свсрххишшюго горения (430-470К). При атом процесс протекал о низким коэффициентом использования кислорода (373), а коэффициент

20 40 60 60

расстояние, см

Рис .12. Профили температуры пра осуществлении влажного горения Л =240 гаг3/(Ы2-час), В^иб-ЮТ^/нИ3

20 40 60 60

расстояние, си

Рио.13. Профили температуры процесса с использованием 40%-ного раствора МН^Шд, ¿=240 ну3/(м2-час), В=1,5.Ю"3М3/ни3

вытеснения нефти составил около 24%. При испольэовпшш в качество теплоносителя 40%-ного раствора нитрата аммония о тем хв водогюз-душным отношением отмочено распространение устойчивого высокотемпературного фронта горения (рис. 13). Процесс протекает с достаточно высоким коэффициентом использования кислорода (60S), а коэффициент вытеснения нефти составил 59,4Ж. В табл. I приведены экспериментальные результаты по закачке в модель растворов нитрата аммония различной концентрации. Применение 10%-ого раствора нитрата аимолня дает те же результаты; что закачка в модель в качество теплоносителя воды. Дальнейшее повышение содержания нитрата вшошя в растворе приводит к повышению устойчивости процесса горения, что вьграгмется в увеличении температуры тепловой волны о, как следствие этого, возрастает коэффициент вытеснения нефти, достигающей в случаях использования 50-602-ого растворов 76,Эй.

Промотируицее действий нитрата аыиония связано с разложением его при температуре 443К по уравнениям:

Ш4К03 -► N20 +■ 2HgO + 36,5 кДя

NH4N03 -► Nz + 2Н20 + \ 02 + 121,0 кДх

2.VH4N03 -. N2 + ill^O + 2N0 + 56,0 кДз

Так как в зоне термораспада имеется нагнетаеиый в пласт кислород, то происходит окисление N0 до NOg. Окислы азота, являясь сильными окислителями, реагируют с углеродом остаточного топлива и о нефтью, образуя углекислый газ (частично СО) и азот.

Тогам образом, тепло выжженной зоны пласта можно использовать не только для испарения воды (чисто теплотехнический прием) и прогрева коллектора в зоне впереди фронта горения, но и для эндотермического "запуска" реакция разложения нитрата амыокпя, сопровождающегося выделением тепла и, cauco главное, веществ, ускоряхщах ану-трапластового горение нефти - окислов азота п кислорода (фазт*ко-

Таблица I. Влияние концентрации закачиваемого раствора нитрате аммония на показатели процесса внутрипластового горения нефти (А= 240тгУ (ы^чве))

Концантрация раствора,® Отношение объема закачиваемого раствора Ш4К03 к объему воздуха, 1р/шг Температура фронта горения, Т,К Коэффициент вытеснения нефти,% Коэффициент использования кислорода,X Количество сгорающего топлива.кг/м3

-3

вода 1,50-10 _д гашение процесса 24,0 37,0 15,9

10 1,50-10 то ке 40,0

-3

20 1,45-10 700-710 49,0 72,5 27,1

30 1,53-Ю"3 740-770 52,4 68,0 27,3

40 1,53-Ю-3 780-790 59,4 80,0 28,2

50 1,50-Ю"3 790-800 76,9 74,6 31,9

60 1,50-Ю-3 790-800 76,9 78,2 31,9

химический прием).

О возможности организации циклического горения. Одна иэ проблем, связанных с использованием тяжелых нефтсй заключается в тс?«, что такие нефти часто нуждаются в облагораживании ещо до начала их переработки. Сущность предложенного нами метода, названного циклическим виутрипластовым горением, заключается в следующем. После удаления высокотемпературной волны прямоточного горения на нвкото-роо расстояние от нагнетательной скважины, подача окислителя прекращается и снижением давления в нагнетательной скважине осуществляется дренирование нефти червз прогретую до высокой температуры выжженную зону, в результате чего происходит дистилляция легких и тор-модоотрухция тяжолых компонентов нефти. В дальнейшем, пооло отбора продуктов дясотилллции и термического разложения нефти ыокот быть обеспечено самопроизвольное инициирование повторного цикла прямоточного внутришгастового горения путем закачки окислителя.

На радиальной модели пласта было осуществлено 4 цикла нагнета-шя-дренирования. В результате на первых этапах добывалась осветленная нефть, состоящая преимущественно из керосиновой фракции. По мере увеличения времени дренирования, вследствие снижения температуры в вызженной зоне, получали болев тяжелую нефть. Общее количвс-тво извлеченной нефти 0,21 кг, иэ них 0,08 кг составила осветвлэя-ная нефть.

Важной особенностью организации циклического горения является появление возможности предварительного насыщения породы выжженной зоны катализирующими процесс крекинга добавками, вводимыми в пласт на этапе прямоточного горения с потоком водовоздушной смеси. Это обстоятельство создает благоприятное условие для поиска различных методов целенаправленной переработки углеводородов нефти непосредственно в пласте и, таких образом, циклическое внутрипластовое го-

рение может стать своебразным подземным аналогом химического реак тора периодического действия.

Опытно-промысловые испытания интенсификации добычи нефти о применением нитрата аиимония. В 1989-1990 гг. на участке ВВГ 03 НГДУ "Каражанбастермнефть" были проведены опытно-промысловые испытания по эакачко раствора нитрата аммония для интенсификации процесса сверхвлажного горения. Закачку 9 м3 БОХ-ного раствора нитрата аммония осуществили 22 мая 1990 г на нагнетательной скважине 1823. Эффективность технологии оценивалась по показателям добывающих скважин 1824 В и 2233 БГ.

Анализ работы указанных скважин до начала испытаний показал, что процесс внутрипластового горения на данном участке протекает в низкотемпературном режиме. Наблюдались частые прорывы воздуха в добывающие скважины, которые продолжались некоторое время и после закачки нитрата аммония. Концентрация двуокиси углерода и кислорода в газовой продукции скважины 1824 составила 10 и 3 об.X, а скважины 2233- 3 и 12,Б об.Х, соответственно. Скважины работали с невысоким добитом, не превышающим 1-2 т/оут.

С августа 1990 г. в газах горения, извлекаемых аз скважины 1В24, отмечено уотойчивов оивжеине концентрации хиолорода. Так о декабря 1990 г. по декабрь 1991 г. содержание кислорода не превышало I,Б-2,О об.Х. Одновременно в газообразных продуктах горения от-I чено повышение концентрации углекислого газа. Максимальная концентрация последнего, зарегистрированная нами в мае 1991 г., составила 12,4 об.Х. Следует отметить, что такая высокая концентрация углекислого газа не была зафиксирована за все время эксплуатации добывающей скважины.

Насколько позже качала реагировать на процесс скважина 2233. Начиная с января-февраля 1991 г. частые прорывы воздуха в эту сква-

жину прекратились, что свидетельствует о стабилизации процесса. Со держание кислорода в газах горения снизилось в марте 1991 г. до 1,6-2,0 об.Х и в дальнейшем (декабрь 1991 г) не отмечено его повышение. Максимальная концентрация двуокиси углерода (16,6 об.Х) зарегистрирована в октябре 1991 г.

Таким образом, результаты анализ газовой продукции покапывают, что с помощью закачки в пласт оторочки водного раствора нитрата аммония удалось стабилизировать и интенсифицировать процесс внутрипластового горения на данном элементе пласта, повысив температуру тепловой волны. Это также подтверждается замером температуры на забое добывающей скважины 1824. Если до начала испытаний она составляла 29ЭК, то проведенный в марте 1991 г замер температуры показал ее рост до ЗЮК. Еще более высокого значения температура достигла в сентябре 1991 г. - 332К.

По результатам опытно-промысловых испытаний технологии составлены протокол и акт испытаний и утвержден руководящий документ па технологии интенсификации процесса внутрипластового горения о применением нитрата аммония.

Выводи

1. Проведены систематические исследования особенностей внутрипластового горения применительно к условиям месторождения Каракан-бас. Показано, что определяпцин параметром процесса является температура волны горения, уровнем которой определяются коэффициенты вытеснения нефти и использования кислорода. Определены диапазоны во-довоадушных отношений, при котормх процесс протекает в высокотемпературном режиме.

2. Установлено, что режим сверхвлажного горения характеризуется низкими значениями температуры волны горения и, вследствие ">то-

го, 1шзкиии значениями коэффициента вытеснения нефти. Предложен ые тод доизвлечения нефти из участков, ранее эксплуатировавшиеся в та-ревиме, путей организации повторного высокотемпературного фронта горения (A.c. СССР Й1615340, УКИ5 E2IB 43/243).

3. Исследованы закономерности внутрипластового горения с применением обогащенного кислородом воздуха в качестве окислителя. Показано, что зто приводит к интенсификация процесса, расширению пределов по закачке окислителя и водовоздушкоыу отношение.

4. Предложен способ интенсификации внутрипластового горения с приианакаеы нитрата аьыония. Установлено, что использование в качество теплоносителя 50-65%-ного раствора нитрата енмония позволяет добиться улучшения всех показателей процесса. При атом коэффициент вытеснения нефти достигает 77% (A.c. СССР *1645475, ШИ5 E2IB 43/243).

5. Изучение динамики выхода нефти при различных вариантах процесса внутрипластового горения показало, что характер изменения свойств извлекаемой нефти зависит от условий проведения процесса. Наиболее высокие темпы вытеснения нефти достигаются при приысноик обогащенного кпслородсы возду^ч. в реальных условиях это шяшт привести к сокращенна срока разработка нефтяного месторождения.

6. На моеторогдшщп КорагякЗзс проведена (лштно-проиыелошв испытания способа интенсификации процесса внутрипластового горения $з, nt .iuaкошем нитрата ешотая, которые показала его эффективность.

Основное содарганиа работа отражено в следующих публикациях:

1. Коикинов S.A., Антшов D.B. Изучение некоторых ввконоивр-ноотей процесса внутрипластового горения нефти месторождения Кара-канбас//Кокфара1щия молодых ученых хеш. факультет МГУ им. U.B.Ломоносова. -43. - 10 о. -Дэп. в ВКНИИ 25.07.88 JSS83I-BB3.

2. Дктипоз В.В., Коекшгов S.A., Сегиндаков A.A.. Использование

иитрата аммония для интенсификации процесса внутрипластового горения нефти с целью повышения нефтеотдачи пластов//Исследование про цесоов технологического горения ДСП. -Алма-Ата, 1988. С. 35-41.

3. A.c. ÄI615340 СССР, ЫКИ5 E2IB 43/243. Способ разработки нефтяного местороядения/Сагиндыков A.A., Иванов В.А., Кснндопуло Г.И., Активов Е.В., Симонов В.А., Мурзагалиев А., Кошкинон S.A. (СССР).- 4 с.

4. A.c. Ш645475 СССР, МКИ5 E2IB 43/243. Способ рвзруйотгся нефтяного месторождения методом внутрипластового горения/Ксандопуло Г.И., Иванов В.А., Сагиндаков A.A., Антипов D.B., Симонов В.А., Кошкинов I.A., Мурзагалиев А. (СССР).- 4 с.

5. A.A.Saglndykov, J.V.Antipov, A.Murzagallev, Zh. A.Koshklnov

Chemical Changes Features oi Oil Hydrocarbons In In-Sltu Combustion Process.//XIth International Symposium on Combustion Ргосеввев:АЬ-stracts. -Uledzyzdroje, 1989. P. 22.

6. A.A.Sagindykov, J.V.Antipov, A.Murzagallev, Zh.A.Koshklnov Study oi In-Suty Combustion of Rarazhanbas Deposit 011//23rd International Symposium CombustlonsAbstracte Symp. Pap. and Abet. Poster Sees Preseut. -Orleans, July 22-27, 1990. - Pittsburgh,1950. -P. 431.

7. A.A.Sagindykov, J.V.Antipov, Zh.A.Koshklnov Non-Stationary (Cyclic) Conditions ol In-Sltu Coradustion Ргосовв.// Papers International Conference Unsteady State Processes in Catalyslsi Abstracts. -Novosibirsk, 1990. -P. 209-210.

8. A.A.Sagindykov, J.V.Antipov, A.Burzagaliev, Zh.A.Koshklnov Study oi Birring ol Front Struoturo In In-Suty Corobuetlon Ргосевз// Flame Structure. -NovoBlblrek: Nauka. Sib.Branch, 1991. -vol. 2. -P. 547-550.

9. A.A.Sagindykov, BotovaV.I., Zh.A.KoBhklnov ESR- Spectros-

copie Investigation of Active Particle Distribution at the Buring of Front oi In-Suty Combustion Process// Plane Structure. -Novosi bIraki Nauka. Sib.Branch, 1991. -vol. 2. -P. 651-554.

10. A.A.Saglndykov, Zh.A.Koohkinov, A.K.Sulelraenova, J.V.Antl-pov. Enchanced Recovery oi Karazhanbaa Oil with Oxigen-Brirlchhed In-Sltu CombuBtlon//XII International Symposium on Combuation Process« Abstracts oi Papers. - Blelsko-Blala, 16-19 September, 1991. -P. 27.

11. A.A.Saglndykov, Zh.A.Koahkinov, A.K.Suleimenova, J.V.Anti-pov. Dynamics of Oil Troperty Change at In-Sltu Combustion Process. //XII International Symposium on Combustion ProcesBsAbstraots oi Papers. -Bleleko-Biala, 16-19 September, 1991. -P. 28-29.

12. A.Sagindykov, Yu.Antipov, Zh.Koshkinov. The Use "oi Алгоо-nlura Hitrate ior the Increasing of Eiiectivlty oi In-Sltu Oil Com-buatlon//XVI Iternational Workshop on Pyrotechnics, Sweden, 1991, p.336-346

13. Кошкшюв Ж.А., Сулейыанова А.К., Мурзагалиев А. Исследований некоторых закономерностей процесса внутриплчстового горения нефти с использованием обогащенного кислородом воздуха//Х1У конференция истодах ученых КазГУ«Твз.док. -Алма-Ата, 1990. С. 136.

14. Сагиндыков А.А., Кошданов S.A., Сулойшнова А.К. Внутри-штстовое горение нефти шюторскдения Кара*анбас//Х сшшозиуи : эз.док. -Черноголовка, 1992. С. 157.