Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Основные особенности термогазового метода увеличения нефтеотдачи применительно к условиям сложнопостроенных коллекторов

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Основные особенности термогазового метода увеличения нефтеотдачи применительно к условиям сложнопостроенных коллекторов"

На правах рукописи УДК 622.276.65.001.57

ЯМБАЕВ МАРАТ ФАРГАТОВИЧ

Основные особенности термогазового метода увеличения нефтеотдачи применительно к условиям сложнопостроенных коллекторов (на основе численного моделирования)

Специальность 25.00.17. «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2006

Работа выполнена в ОАО «Всероссийский Нефтегазовый Научно-Исследовательский Институт им. акад. А.П. Крылова» и ОАО «Центральная Геофизическая Экспедиция».

Научный руководитель: академик РАЕН, доктор технических наук,

профессор Боксерман A.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Хисметов Т.В.

кандидат технических наук, доцент Стрижов И.Н.

Ведущая организация: Институт проблем нефти и газа РАН и Министерства образования РФ (И11Н1 РАН).

Защита диссертации состоится « 10 » марта 2006 г. в часов на заседании диссертационного Д.222.006.01 при ОАО «Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт им. акад. А.П. Крылова» по адресу: 125422, Москва, Дмитровский пр-д, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВНИИнефть».

Автореферат разослан ^¿^¿ast2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.г-м.н. liivA М.М. Максимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы.

Применение эффективных методов увеличения нефтеотдачи приводит к существенному росту извлекаемых запасов и добычи нефти без дополнительных затрат на геологоразведочные работы, а также экономии капитальных вложений на обустройство новых месторождений, развитие инфраструктуры.

Многолетние лабораторные и аналитические исследования, а также практический опьгг реализации, показали перспективность применения газовых методов увеличения нефтеотдачи на многих месторождениях отрасли. В качестве рабочих вытесняющих агентов, при реализации этих методов, чаще всего используются углеводородный газ или диоксид углерода. При этом следует считаться с высокой коммерческой стоимостью этих газов, что оказывает влияние на масштабы применения газовых методов.

В то же время разработан и успешно апробирован на промыслах термогазовый метод увеличения нефтеотдачи, при реализации которого в качестве рабочего агента используется воздух. Затраты на его подготовку для закачки в пласт незначительны.

Значительный опыт закачки воздуха в пласт накоплен при разработке месторождений высоковязких нефтей с применением метода внутрипластового горения. Применение этого метода в основном направлено на кардинальное снижение вязкости нефти за счет теплового воздействия и повышение степени ее вытеснения. Именно с этой целью в пласт вместе с воздухом закачивается вода, которая на фронте горения преобразуется в пар. Поэтому при реализации метода внутрипластового горения существенное значение придается созданию и поддержанию высокотемпературного фронта горения.

Принципиальная отличительная особенность термогазового метода заключается в том, что его применение направлено на повышение эффективности разработки месторождений маловязких нефтей на основе использования естественного энергетического потенциала, в частности, повышенной пластовой температуры (выше 65-70 °С). Многочисленные лабораторные исследования показали, что при таких температурах обеспечивается реализация самопроизвольных внутрипластовых окислительных процессов, в результате которых за-

БИБЛИОТЕКА

I

\

качиваемый в пласт воздух трансформируется в высокоэффективный вытесняющий газовый агент, частично или полностью смешивающийся с нефтью.

Высокая эффективность термогазового метода была подтверждена в результате его промысловых испытаний и освоения на месторождениях Украины, Азербайджана и США.

В этой связи важное значение для распространения термогазового метода имеет развитие исследований особенностей механизма его реализации в различных геолого-промысловых условиях. Результаты этих исследований актуальны для выбора и принятия решений при проектировании разработки конкретных месторождений.

Цель диссертационной работы.

Цель диссертационной работы заключается в том, чтобы на основе численного моделирования изучить основные особенности реализации термогазового метода увеличения нефтеотдачи применительно к конкретным геолого-физическим условиям.

Основные задачи исследований.

В работе были поставлены и решались следующие задачи:

1. Создание численной модели для изучения основных особенностей термогазового метода увеличения нефтеотдачи в различных геолого-фильтрационных условиях;

2. Изучение влияния толщины коллектора на эффективность термогазового воздействия;

3. Исследование особенностей извлечения нефти термогазовым методом из высокопродуктивных пластов после заводнения;

4. Исследование особенностей извлечения нефти термогазовым методом из низкопроницаемых пластов;

5. Оценка технологической эффективности применения технологии термогазового воздействия на пилотном участке реального месторождения на основе детального численного моделирования.

Методы решения поставленных задач.

Методами исследования являются:

- Анализ и обобщение литературных данных по термическим и газовым методам воздействия;

- Использование теоретических основ разработки нефтяных месторождений термическими (основанными на закачке воздуха в пласт) и газовыми методами;

- Численные исследования основных особенностей термогазового воздействия с применением гидродинамического симулятора «АЙюв-БшзЛ^еуу» (совместная разработка Французского Института Нефти и компании Веняр-Ргап1аЬ - Франция).

Научная новизна.

1. Создана неизотермическая трехфазная многокомпонентная с химическими реакциями численная модель для исследования механизма термогазового метода увеличения нефтеотдачи;

2. Созданная численная модель отражает основные особенности лабораторного изучения механизма термогазового метода и может использоваться для определения оптимальных технологических решений в различных геолого-фильтрационных условиях;

3. Исследованы основные особенности извлечения нефти термогазовым методом при изменении проницаемости и толщины пласта;

4. Обоснованы принципы реализации термогазового метода для конкретных геолого-промысловых характеристик месторождения:

- высокопродуктивные пласты, содержащие остаточную нефть после заводнения;

- низкопроницаемые пласты.

Практическая ценность.

Полученные в результате исследований основные технологические характеристики реализации термогазового метода в низкопроницаемых пластах и высокопродуктивных пластах после заводнения, могут быть использованы при проектировании разработки месторождений.

Применение численной модели термогазового метода увеличения нефтеотдачи позволяет оптимизировать технологию реализации метода для конкретных геолого-физических характеристик месторождений.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на:

- 12-й научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ТюменНИИГИПРОГАЗ, Тюмень, 2002 г.;

- Научном семинаре «Теория и практика разработки и эксплуатации нефтяных и нефтегазовых месторождений» ВНИИнефть, Москва, 2002 г.;

- 5-й научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2003 г.;

- 12-м Европейском симпозиуме «Повышение нефтеотдачи пластов», Казань, 2003 г.;

- Секции научно-технического совета ОАО Центральной Геофизической Экспедиции, Москва, 2004 г.

- Конференции Сотрудничества России и Европейского Союза «Инновационная и устойчивая эксплуатация углеводородов», Москва, 2004 г.

- 5-й международной научно-практической конференции «Освоение ресурсов трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей», Геленджик, 2005г.

Публикации.

По результатам выполненных научных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе 7 в материалах научных конференций.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и заключения. Общий объем работы составляет 153 страницы печатного текста, в том числе 17 таблиц, 68 рисунков. Список литературы включает 114 источников.

Автор благодарит своего научного руководителя д.т.н. проф. Боксермана A.A. за ценные идеи, которые легли в основу данной работы, творческую помощь при постановке исследований и анализе их результатов. Автор выражает глубокую признательность сотрудникам ОАО «ЦГЭ» к.т.н|Епишину В.Д] и Ве-личкиной Н.Ф. за всестороннюю помощь и ценные консультации, а также благодарит всех сотрудников 110-го Отделения ОАО «ЦГЭ» за участие и поддержку при подготовке диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, ставится основная цель исследований, излагается научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ некоторых разновидностей газового воздействия на пласты и их реализации на конкретных месторождениях, проведен анализ термических методов повышения нефтеотдачи, основанных на закачке воздуха в пласт и реализации внутрипластовых окислительных процессов. Также сформулированы основные принципы реализации технологии термогазового воздействия и постановка задачи исследования.

Традиционный метод закачки воздуха под высоким давлением известен с начала XX столетия. В течение длительного периода времени этот метод рассматривался как один из разновидностей термических методов добычи высоковязких нефтей путем создания движущегося фронта внутрипластового горения.

Большой вклад в изучение механизмов процессов, происходящих при закачке воздуха в пласт, внесли отечественные и зарубежные ученые: Абасов М.Т., Авдонин H.A., Айзикович О.М., Амелин Й.Д., Антониади Д.Г., Багиров М.А., Бернштейн А.М., Богопольский А.О., Боксерман A.A., Булыгин М.Г., Ва-жеевский А.Е., Гарушев А.Р., Жданов С.А., Желтов Ю.П., Зазовский А.Ф., Коробков Е.И., Кочешков A.A., Кутляров B.C., Малофеев Г.Е., Мигунов В.И., Мирзаджанзаде А.Х., Оганов К.А., Санкин В.М., Сафиуллин Р.Х., Степанов В.П., Стрижов И.Н., Хисметов Т.В., Шалимов Б.В., Шейнман А.Б., Brigham W.E., Burger J.G., Buxton T.S., Chu С., Coats, Dabbous M.K., Dietz 0., Gillham Т.Н., Gottfried B.S., Fassihi M.R., Fulton P,F., Keith H., Lemonnier P.A., Mamora D.D., Perkins Т.К., Ramey H., Sahuquet B.C., Smith F.W., Tadema H.J., Thiez P.A., Weijdema J., Yannimaras D.V. и другие.

Принципиально отличный подход к технологии закачки воздуха путем использования энергетического потенциала пласта для внутрипластовой конверсии закачиваемого воздуха в эффективный вытесняющий агент впервые был предложен A.A. Боксерманом в 1971 г. в нашей стране. Была показана возможность использования повышенных пластовых температур месторождений легких нефтей Западной Сибири для повышения эффективности их разработки на основе организации внутрипластовых окислительных процессов.

В результате обширных лабораторных исследований были изучены основные особенности внутрипластовых окислительных процессов, происходящих при закачке воздуха в пласты с легкой нефтью, которые сводятся к следующим положениям:

- Максимальный тепловой эффект реакций окисления составляет порядка 418.7 кДж/моль Ог, который достигается при температурах пласта на уровне 200 °С и выше. При температурах пласта до 65-70 "С тепловой эффект реакций окисления достигает значения порядка 85 % от максимального.

- При температурах пласта свыше 65 °С процесс самовоспламенения инициируется достаточно быстро и по времени составляет от 30 суток (при Тпл = 65 °С) до 10 суток (при Тпл = 110 °С).

Быстрое инициирование активных внутрипластовых окислительных процессов является одним из важнейших следствий использования энергетики пласта для организации закачки воздуха в месторождениях легкой нефти.

- В результате активных внутрипластовых окислительных процессов формируется тепловая оторочка повышенной температуры, где происходит утилизация закачиваемого в пласт кислорода воздуха.

- При температурах пласта свыше 65 °С при закачке воздуха размер зоны полного потребления кислорода будет кратно меньше расстояний между скважинами, применяемых на месторождениях легкой нефти. Это обстоятельство является определяющим фактором при формировании концепции закачки воздуха с соблюдением надежных условий безопасного ведения процесса.

При закачке воздуха на месторождениях легкой нефти с повышенной пластовой температурой интенсификация добычи нефти и увеличение нефтеотдачи связывается в основном с преимуществами газового воздействия, причем в самом эффективном его варианте, когда генерируемый в пласте газовый агент обеспечивает смешивающееся (частичное или полное) вытеснение нефти. В этой связи нет необходимости формировать высокотемпературный фронт горения. В этом случае задача проектирования процесса заключается не в обеспечении условий для создания фронта горения, а в создании такой системы разра-

ботки, при которой размер зоны полного потребления кислорода был бы кратно меньше расстояния между скважинами.

Во второй главе приводится описание численной модели для исследования термогазового метода, созданной с применением коммерческого гидродинамического симулятора. А также описаны, сформированные автором диссертации, методические основы численного исследования термогазового воздействия.

Данная модель позволяет моделировать механизм процесса вытеснения нефти термогазовым методом с учетом основных особенностей его реализации. Отличительной особенностью этой модели является то, что при ее создании были учтены следующие процессы, имеющие место при реализации термогазового метода: экзотермическая химическая реакция окисления нефти кислородом воздуха; образование в результате химической реакции продуктов окисления (СО и С02); фазовые переходы вследствие изменения термодинамического состояния системы; испарение и конденсация легких углеводородных фракций; растворение легких углеводородных фракций, монооксида (СО) и диоксида углерода (СОв нефти; изменение концевых точек и формы кривых относительных фазовых проницаемостей (ОФП) и капиллярного давления трехфазной системы от температуры и поверхностного натяжения; перенос тепла за счет теплопроводности и конвекции; теплопотери в кровлю и подошву пласта за счет теплопроводности.

Рассматривается гипотетический нефтенасыщенный пласт конечных размеров, залегающий на определенной глубине и имеющий определенную мощность. Пласт и окружающие его породы однородны и изотропны по латерали, имеют одинаковую и постоянную начальную температуру, но различаются по своим теплофизическим свойствам. Модель пласта - двумерная, блочно-центрированная 9-ти слойная, состоящая из 1800 гидродинамических блоков (ячеек) рис. 1.

Рис 1 Модель пласта для исследования основных закономерностей извлечения нефти с помощью термогазового метода

Добывающая Р\У1 и нагнетательная Ш1 галереи (скважины) располагаются в крайних ячейках модели, как показано на рисунке.

В зависимости от вида проводимого исследования нами рассматривались модели пластов различной толщины (таблица 1), при этом геолого-физические характеристики, указанные в таблице 2, от модели к модели не изменялись

Таблица 1

Характерные размеры моделей пластов.

Размер модели, м Размер ячеек, м. Размерность модели птстАХАУА2 Количество ячеек

Лс= 300 АХ 1.5 200x1*9 1800 узлов

1у= 1 АУ 10 0

ЛИ = Аг,.з 01 0.25 0.5 05 0.75

М4-5 0.2 05 10 Ш.4-4 1 0 1 5

¿¿6-8 03 0 75 1 5 м5.5 1 5 2 25

А29 0.4 1.0 2.0 4.0 60

Общая толщина пласта, м и " 2 5 ИЗ ж 20 30

и

Таблица 2

Геолого-физическая характеристика модели пласта

Параметры пласта ЕдаиШф да. Мереишг ' 1 ................... Среднее значение

Глубина кровли пласта м 2870

Сжимаемость коллектора МПа"1 6-10^

Теплоемкость коллектора кДяс/(м3-°С) 2350

Теплоемкость окружающих пород кДж/(м3'°С) 2000

Теплопроводность коллектора Вт/(м-°С) 1.8

Теплопроводность окружающих пород Вт/(м°С) 25

Пластовая температура °С 89

Пластовое давление МПа 30 1

В качестве граничного условия в модели задавался постоянный перепад давления: рабочий агент нагнетался в нагнетательную галерею (ЛГУ) с постоянным забойным давлением - 31.6 МПа, давление в зоне отбора (Р]¥1) поддерживалось на уровне 29.0 МПа Также для каждого вида исследований принимались следующие индивидуальные параметры фильтрационно-емкостные свойства пласта; насыщение пластовыми флюидами; функции относительных фазовых проницаемостей, температура нагнетаемого агента

Все расчеты проводились применительно к типичным условиям месторождений Западной Сибири, где возможно применение термогазового метода

Термодинамические процессы, происходящие в пласте в результате окисления нефти, сопровождаются значительными изменениями компонентного состава пластовых флюидов Пластовая нефть состоит из большого числа углеводородных и неуглеводородных компонентов. В принципе, существующие гидродинамические симуляторы позволяют учитывать до 20 углеводородных компонентов. Однако чрезмерная детализация компонентного состава приводит не только к существенным затратам машинного времени для расчета фазового состояния пластовой смеси, но и затруднениям, связанным с определением физических констант каждого компонента.

Поэтому при создании модели пластовой нефти необходимо было решить непростую задачу, связанную с выделением и группировкой исходных компонентов в псевдокомпоненты с соблюдением принципа преемственности физи-

ческих свойств реальной нефти При этом контролировались следующие физические характеристики:

- плотность пластовой нефти;

- плотность нефти при однократном раз газировании;

- объемный коэффициент при однократном разгазировании;

- вязкость пластовой нефти;

- газосодержание при однократном разгазировании;

- давление насыщения нефти газом.

Для создания модели пластовой нефти за основу была взята нефть объекта ЮК2-9 Талинской площади Красноленинского месторождения

В соответствии с общепринятой практикой решения задач неизотермической многокомпонентной фильтрации была создана модель пластовой нефти, адекватно отражающая физические свойства исходной нефти Таким образом, принято, что углеводородная составляющая модели пластовой нефти представляется следующими псевдокомпонентами.

• LO (Light Oil) - легкие углеводородные фракции Cj-Cs,

• МО (Middle Ой) - средние углеводородные фракции С ¿-Си;

■ НО (Heavy Ой) - тяжелые углеводородные фракции Си. в

Таблица 3

Свойства модели пластовой нефти

Параметры Значение

Пластовое давление, МПа 30 6

Пластовая температура, °С 89

Давление насыщения газом, МПа 16 5

Газосодержание при однократном разгазировании, м3/т 157 6

Объемный коэффициент при однократном (стандартном) разгазировании. 1 47

Плотность пластовой нефти, кг/м3 634 5

Плотность разгазированной нефти, кг/м3 793

Вязкость пластовой нефти, мПа-с 0.30

Теплоемкость, кДж/(кг°С) 1 97

Теплопроводность, Вт/(м-°С) 0 17

Также в нефти в небольшом количестве присутствуют и неуглеводородные компоненты, такие как азот (Лу и диоксид углерода (С02), которые необходимо учитывать. Закачиваемый воздух моделируется смесью двух компонентов -азота (N2 - 79 %) и кислорода (02- 21 %). Продуктами окислительных реакций являются монооксид (СО) и диоксид углерода (С02), а также вода (Н20).

Таким образом, принято, что в пласте фильтруются восемь компонентов: 3 углеводородных псевдокомпонента, вода, моно- и диоксид углерода, азот и кислород. Компоненты LO, МО, 02, N2, С02, СО фильтруются как в жидкой, так и в газовой фазах, фильтрация компонентов Н20 и НО происходит только в жидкой фазе.

Для реализации развитого процесса высокотемпературного окисления (горения) (ВТО) необходимо, чтобы в пласте образовывалось достаточное количество коксового остатка, кроме того, температура пласта в зоне реакции ВТО должна быть более 300 °С. Лепсие нефти плохо поддаются коксованию, поскольку температура процесса НТО характеризуется температурой реакции ниже 250 °С, а количество нефтяного остатка способного к коксованию недостаточно для развития устойчивого процесса ВТО. Следовательно, реакции образования и горения кокса в нашем случае можно не рассматривать. Таким образом, при реализации термогазового метода увеличения нефтеотдачи за фронтом окислительных реакций может содержаться в незначительном количестве остаточная нефть. Эта остаточная нефть в нашей задаче представлена одним псевдокомпонентом НО.

Учитывая вышеизложенное, для корректного описания процесса низкотемпературного окисления достаточно только одной реакции жидкофазного окисления:

Для реакции низкотемпературного окисления принимались следующие кинетические параметры:

СНц, + 1.43750, — 0.75 С02 + 0.25СО + 1.125 H¡0

(1)

Энергия активации Еа Предэкспоненциальный множитель Ао Порядок реакции по топливу Порядок реакции по кислороду

59920 Дж/моль

216-Ю8 M^/na-V и,= 1 п2 = 0.8

Тепловой эффект реакции (1) 429.072 кДж/мольОг.

Поскольку относительные фазовые проницаемости (ОФП) являются функцией ряда параметров, для наиболее полного описания факторов, влияющих на конечный результат, были учтены следующие основные зависимости:

- зависимость концевых точек и соответствующие им значения ОФП от температуры (для зоны окислительных реакций);

- зависимость концевых точек и соответствующие им значения ОФП от поверхностного натяжения (для зоны смешивающегося вытеснения).

В третьей главе диссертации приводятся результаты собственных численных исследований механизма термогазового метода увеличения нефтеотдачи. При этом для изучения основных особенностей реализации метода были проведены две серии расчетов.

Основная цель первой серии исследований сводилась к воспроизведению механизма извлечения нефти из пластов термогазовым методом. Существенное внимание уделялось также проблеме безопасной реализации метода в реальных пластовых условиях. Это связано с тем, что основной риск нагнетания воздуха или другого кислородосодержащего газа связан с прорывом кислорода в добывающие скважины. Это может привести к возникновению взрывоопасной ситуации. В связи с этим, для соблюдения условий безопасного ведения процесса необходимо четко придерживаться таких технологических параметров реализации процесса закачки кислородосодержащих газов, которые обеспечили бы полное потребление кислорода в зоне, размеры которой были бы значительно меньше расстояний между нагнетательными и добывающими скважинами.

Данный комплекс исследований был проведен на линейной модели однородного пласта без учета гравитационных эффектов (гидродинамическая связь по вертикали отсутствует). При этом для модели пласта принимались следующие геолого-физические параметры и параметры насыщения: нефтенасьпцен-ная толщина - Юм, проницаемость - 0.15 мкм2, пористость - 0.22, водонасы-щенность - 0.24, свободный газ в пласте отсутствует.

Расчеты проводились с различными, задаваемыми значениями удельного расхода (плотности потока) нагнетаемого воздуха 3-10 м^м2 •сут). Задача рассматривалась до прорыва газа в добывающую галерею Р1У1, после чего расчет останавливался. В результате проведенных исследований были выявлены следующие особенности:

- При реализации термогазового метода непосредственно в пласте образуется эффективный газовый агент, частично или полностью смешивающийся с нефтью. В результате в пласте формируется зона смешивающегося вытеснения, размер которой со временем увеличивается от 10 % до 15 % при прокачке воздуха в объеме 0.2 и 0.3 Упор соответственно. По мере продвижения фронта окислительных процессов впереди зоны окисления возникает зона повышенной водонасыщенности, размер которой постоянно увеличивается вследствие фильтрации воды из зоны реакций потоком газов.

- Увеличение расхода нагнетаемого воздуха приводит к увеличению максимальной температуры в зоне реакции, что связано с ростом интенсивности окислительных процессов. Так, при увеличении плотности потока воздуха от 3 до 10 м3/(м2-сут), максимальный уровень температуры возрастает со 145 °С до 170 °С, затем начиная с 10-12 м3/(м2-сут) она практически стабилизируется на уровне 176 °С. В целом уровень температуры не оказывает заметного влияния на конечную нефтеотдачу.

- Темпы закачки воздуха определяют только темпы добычи нефти и слабо влияют на коэффициент извлечения нефти.

- Повышенные пластовые температуры обеспечивают полное потребление кислорода в пределах зоны, размеры которой кратно меньше расстояния между нагнетательной и добывающей скважинами. Так, при увеличении плотности потока воздуха от 3 до 20 м3/(м2-сут) размер зоны полного потребления кислорода составил не более 5 метров. И только при существенном увеличении расхода закачиваемого воздуха до 30 м3/(м2-сут) размер зоны полного потребления кислорода составил ~ 8 м.

Поскольку увеличение нефтеотдачи связывается в основном с преимуществами именно газового воздействия, то становится нецелесообразно создавать высокотемпературный фронт горения и стремиться к «выжиганию» всего объема пласта. Для подтверждения этого положения были проведены специальные исследования по оценке влияния ограничения объемов закачки воздуха на КИН и определению оптимального объема оторочки формирующегося в пласте газового агента. На рис. 2 представлена зависимость КИН от объемов закачки воздуха (размера оторочки).

Результаты показывают, что для достижения максимальной эффективности процесса вытеснения нефти с помощью термогазового метода, достаточно ограничиться объемом закачиваемого воздуха в размере 25-30 % порового объема, после чего можно перейти к закачке другого вытесняющего агента, в част-

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Рис. 2. КИН в зависимости от объема закачки воздуха (объема оторочки).

Цель второй серии исследований заключалась в выявлении основных закономерностей извлечения нефти термогазовым методом из высокопроницаемых пластов после заводнения, и низкопроницаемых пластов в качестве первичного метода разработки. Эффективность технологии оценивалась путем сравнения с вытеснением нефти при обычном заводнении. Также в случае высокопроницаемых пластов был исследован механизм вытеснения нефти термогазовым методом при различных толщинах пласта.

Теоретические исследования и промысловый опьгг свидетельствуют о том, что вытеснение нефти водой происходит не по всей толщине пласта. В массивных высокопродуктивных залежах с хорошими фильтрационно-емкостными свойствами значительная часть нефти остается в прикровельных частях пласта, вследствие проявления гравитационных эффектов. При этом доля неохваченной заводнением толщины пласта увеличивается с удалением от нагнетательной скважины. В то же время гравитационные эффекты могут быть использованы для извлечения остаточной после заводнения нефти в монолитных продуктивных пластах большой мощности.

Данный комплекс исследований проводился на двумерной модели изотропного пласта с учетом гравитационных эффектов. При этом принимались следующие геолого-физические параметры и параметры насыщения пласта: нефтенасьпценная толщина - 10 м, проницаемость - 0.75 мкм2, пористость -0.28, водонасьпценность - 0.24, свободный газ в пласте отсутствует.

Через нефтенасыщенный пласт прокачивалась «холодная» (20° С) вода в объеме 1.0-1.2 Упор до достижения 98 % обводненности добываемой продукции. Затем разработка пласта прекращалась на период до 2.5 лет. В этот период наблюдалось перераспределение насыщенностей под влиянием гравитационных сил. После периода простоя разработка пласта возобновлялась путем нагнетания воздуха или водовоздушной смеси (водовоздушное отношение 14.36Т0"3 м3/м3) до прорыва газа в добывающую галерею или достижения обводненности 98%.

В результате этих расчетов помимо отмеченных ранее особенностей механизма извлечения нефти были определены следующие:

- Закачка воздуха в высокопродуктивные пласты после заводнения существенно повышает эффективность извлечения нефти на 3.8-5.7 %, однако, эффективность водогазового воздействия выше газового, т.к. при этом увеличивается охват воздействием; прирост нефтеотдачи составляет 9.6-11 %.

- Толщина пласта оказывает значительное влияние на нефтеотдачу высокопродуктивного пласта, как при вытеснении нефти водой, так и при термогазовом воздействии. При этом прирост КИН при толщинах до 20 м составляет 8-12 %, а при толщинах свыше 20 м практически не меняется и составляет « 8 %.

Исследования по оценке эффективности вытеснения нефти термогазовым методом из низкопродуктивного пласта проводились на двумерной модели анизотропного пласта аналогичной модели высокопроницаемого пласта толщиной 10 м, с соответствующими фильтрационно-емкостными характеристиками: горизонтальная / вертикальная проницаемость - 0.04 / 0.0015, пористость - 0.18.

Вытеснение нефти из нефтенасыщенного пласта (начальная водонасьпценность зт = 0.33) осуществлялось без предварительного заводнения, путем нагнетания «холодной» (20 °С) водовоздушной смеси (водовоздушное отношение

- 14.36-10"3 м'/м3) в нагнетательную галерею ПУ1 до достижения 98 % обводненности добываемой продукции, после чего расчет прекращался.

Вследствие низкой вертикальной проницаемости пласта гравитационные силы оказывают не столь заметное влияние на характер вытеснения нефти как в изотропном высокопроницаемом пласте. Газовая фаза распространяется по пласту более равномерно, чем в высокопроницаемом пласте, что обеспечивает больший охват воздействием. Так же, как и в случае высокопроницаемого пласта, нефтеотдача при вытеснении нефти термогазовым методом значительно (на 11.4-16.1%) выше, чем при обычном заводнении.

В слоисто-неоднородных пластах небольшой мощности гравитационные эффекты незначительны и практически не оказывают заметного влияния на процессы вытеснения нефти. Для оценки эффективности применения термогазового метода на подобных коллекторах были проведены расчеты на модели тонкого (Ь = 2 м) предельно анизотропного низкопроницаемого пласта. Методика проведения исследований осталась такой же, как и при исследовании анизотропного низкопроницаемого пласта.

В случае предельно анизотропного пласта вытеснение имеет поршневой характер. В результате нефтеотдача при вытеснении нефти термогазовым методом значительно выше, чем при обычном заводнении на 25 % и более.

Максимальная температура в зоне окислительных реакций в случае низкопродуктивного пласта значительно ниже температуры в высокопродуктивном пласте, однако это не влияет на размер зоны полного потребления кислорода и в обоих случаях она кратно меньше расстояний между скважинами.

Таким образом, по результатам проведенных исследований можно сделать вывод о том, что область эффективного применения термогазового метода может быть расширена путем модернизации метода и адаптации технологий его реализации к конкретным геолого-физическим условиям.

В четвертой главе диссертации проведен анализ текущего состояния разработки пласта ЮС 2 Восточно-Сургутского месторождения и описаны результаты исследования термогазового воздействия на трехмерной модели пилотного участка указанного объекта.

Для оценки эффективности термогазового воздействия на пилотном участке были проведены расчеты по вытеснению нефти водой, закачке воздуха и во-довоздушной смеси. Поскольку заводнение принято как основной механизм

воздействия на пласт ЮС'2, проведение расчетов по вытеснению нефти водой было необходимо для получения «эталонных» результатов, с которыми в дальнейшем сопоставляются результаты термогазового воздействия

Пилотный участок был выбран на основе имеющейся геологической модели пласта ЮС ' Восточно-Сургутского месторождения, как типичный объект со средними физико-геологическими параметрами (рис 3) Проницаемость изменяется в широком диапазоне' от 0.0001 до 0 288 мкм2, при среднем значении 0 011 мкм2 Емкостные свойства пород также варьируют в довольно широких пределах (от 9 до 25 %), при среднем значении пористости - 16.4 %.

Рис 3 ЗО вид геологической модели пилотного участка (проницаемость, мД) Схема расположения элемента симметрии в 9-ти точечном элементе

Размер пилотного участка был выбран исходя из параметров реализованной сетки скважин на участке ОПР пласта ЮС^ - 25 га/скв Пилотный участок представляет собой один 9-ти точечный обращенный элемент разработки с расстояниями между скважинами 500 м. В силу имеющихся ограничений, используемых вычислительных мощностей, было принято решение выделить элемент симметрии (1/4 часть 9-ти точечного элемента) с 1 нагнетательной и 3 добывающими скважинами, расположенными в угловых ячейках модели (рис. 4)

Размерность модели расчетного элемента - 25x25x3 = 1875 ячеек, размер одной ячейки 20x20 м.

П»1

абс отметки, м

Рис 4 Геометрия модели элемента симметрии пилотного участка пласта ЮС ^ Восточно-Сургутского месторождения принятой для расчетов

Начальное приведенное давление на глубине 2805 м (условная кровля) выше давления насыщения и принято равным 30.0 МПа. Пластовая температура принимается постоянной и равной 89 °С. Свойства пластовой нефти принимаются едиными, свободный газ в модели отсутствует, начальное газосодержание в фильтрационной модели принято равным 68.0 м3/т. Балансовые запасы нефти в модели пилотного участка оцениваются в 176.5 тыс.т

Работа скважин задавалась в соответствии с реальными данными эксплуатации залежи: максимальное давление на забое нагнетательной скважины П¥1 -46 МГГа, минимальное забойное давление добывающих РШ]-3 скважин - 20 МПа. Температура закачиваемого агента (воды, воздуха или водовоздушной смеси) принималась постоянной - 20 °С. Водовоздушное отношение принималось таким же, как и в предыдущих исследованиях - 14.36-10"3 м^м3.

Дополнительно задавалось ограничение на работу добывающих скважин: отключение скважин происходило по достижении обводненности 98 % или газового фактора 10 тыс.м^/м3.

Закачиваемый воздух моделировался смесью двух компонентов: азота (N2 - 79 %) и кислорода (02 - 21 %).

Таблица 4

Свойства модели нефти пласта ЮС' Восточно-Сургутского месторождения.

Пластовое давление, МПа 30.1

Пластовая температура, °С 89

Давление насыщения, МПа 11.5

Газосодержание, м3/т 68.0

Плотность в условиях пласта, кг/м3 790

Вязкость в условиях пласта, мПа-с 1.51

Коэффициент объемной упругости, 1/МПа-Ю"4 12

Объемный коэффициент при однократном (стандартном) разгазировании 1.182

Теплоемкость, кДж/(кг-°С) 1.97

Теплопроводность, Вт/(м-°С) 0.17

Результаты расчетов показывают, что при термогазовом воздействии значительно повышаются дебиты скважин и увеличивается нефтеотдача за счет реализации режима смешивающегося вытеснения. При этом кислород в продукции добывающих скважин практически отсутствует.

Закачка воздуха приводит к увеличению темпов добычи нефти в начальный период, однако, закачка водовоздушной смеси приводит к выравниванию фронта вытеснения и повышению охвата пласта воздействием, тем самым, уве-

личивая нефтеотдачу рис. 5. При этом КИН при вытеснении нефти водой, воздухом и водовоздушной смесью составляет 25.0 %, 35.2 % и 41.4 % соответственно.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

яиу^

Рис. 5. Динамика КИН при различных технологиях воздействия.

На представленном графике анализируемая величина добычи нефти не учитывает объем испарившихся легких углеводородных компонентов нефти, добытых вместе с газом. При закачке воздуха объем такой дополнительно добытой нефти в наших расчетах составил 9.8 тыс.т, а при закачке водовоздушной смеси - 2.2 тыс.т. С учетом этой дополнительно добытой нефти КИН составил 38.3 % и 42.1 % соответственно.

Динамика продвижения и увеличения размера оторочки высокоэффективного газового агента (нефтяной газ + легкие углеводородные компоненты нефти) показывает, что в целях снижения затрат на компремирование, целесообразно было бы ограничить закачку воздуха созданием оторочки в объеме 2530% от порового объема пласта и осуществить переход на более дешевый вытесняющий агент, например воду.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Создана численная модель термогазового метода увеличения нефтеотдачи, применение которой позволяет обосновать технологические решения реализации метода;

2. Начальная пластовая температура свыше 65-70 °С обеспечивает полное потребление закачиваемого в пласт кислорода воздуха за счет самопроиз-

вольных окислительных реакций, в зонах, размер которых кратно меньше расстояния между скважинами. Это положение гарантирует безопасность реализации термогазового метода увеличения нефтеотдачи на месторождениях легкой нефти с повышенной начальной энергетикой, в том числе на большинстве месторождений Западной Сибири;

3. Эффективность термогазового метода в основном определяется формированием вследствие внутрипластовых окислительных и термодинамических процессов зоны смешивающегося вытеснения нефти;

4. Реализация термогазового метода возможна при создании оторочки высокоэффективного газового агента путем закачки воздуха в объеме 25-30% Vn0p. Затем может быть осуществлен переход на другой вытесняющий агент, например воду;

5. На основе численных исследований показано, что термогазовый метод может быть использован как на низкопроницаемых глиносодержащих коллекторах, в качестве первичного метода разработки, так и на высокопроницаемых пластах после заводнения, где технологические решения реализации метода позволяют вовлекать в разработку невытесненную нефть из прикровельной части пласта.

6. Проведена оценка технологической эффективности термогазового метода на примере пилотного участка пласта K)Cj Восточно-Сургутского месторождения с использованием геолого-технологической модели.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Боксерман АЛ, Ямбаев М.Ф. Использование закачки воздуха на месторождениях легкой нефти как самостоятельного процесса повышения нефтеотдачи пластов. Сб. тезисов докладов 12-й научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири». (Тюмень, 14-16 мая 2002 года) - Тюмень, 2002, с. 82.

2. Боксерман A.A., Ямбаев М.Ф. Метод закачки и внутрипластовой трансформации нефти на месторождениях легкой нефти. Повышение нефтеотдачи пластов. Освоение трудноизвлекаемых запасов нефти. Труды 12-го Европейского симпозиума «Повышение нефтеотдачи пластов». (Казань, 8-10 сентября 2003 года) - Казань, 2003, с. 326-332.

3. Боксерман A.A., Ямбаев М.Ф. Термогазовый метод повышения нефтеотдачи месторождений легкой нефти. Сб. научн. тр. ВНИИнефть, вып. 129. Теория и практика разработки нефтяных месторождений. М.: 2003 г., с. 14-21.

4. Боксерман A.A., Ямбаев М.Ф. Основные результаты численного исследования технологии термогазового метода увеличения нефтеотдачи. Сборник докладов Конференции Сотрудничества России и Европейского Союза «Инновационная и Устойчивая Эксплуатация Углеводородов». (Москва 29-30 ноября 2004 года) - Москва, 2004, с. 20.

5. Боксерман A.A., Ямбаев М.Ф. Численное исследование процесса закачки и внутрипластовой трансформации воздуха на месторождениях легкой нефти. Сб. научн. тр. ВНИИнефть, вып. 130. Повышение эффективности извлечения нефти из пластов. М.: 2004 г., с. 28-42.

6. Боксерман A.A., Ямбаев М.Ф. Термогазовый метод увеличения нефтеотдачи пластов. Сборник тезисов докладов 5-й международной научно-практической конференции "Освоение ресурсов трудноизвлекаемых и высоковязких неф-тей". (Геленджик, 3-6 октября 2005 года) - Геленджик, 2005, с. 44.

7. Ямбаев М.Ф. Обоснование термогазового воздействия на низкопроницаемые глиносодержащие коллектора с применением геолого-технологической модели. Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России. Сб. тезисов докладов РГУ нефти и газа, 5-я научно-техническая конференция «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва 23-24 янв. 2003 года) Разработка и эксплуатация месторождений природных углеводородов. М.: 2003 г., с. 155.

8. Ямбаев М.Ф. Термогазовый метод увеличения нефтеотдачи пластов. «Oil & Gas Eurasia» №№11,12,2005 г., с. 24-34,28-33.

9. Boxerman A.A., Yambaev M.F. In-Situ Air Transformation Process into a Light-Oil Reservoir. 12th European Simposium Improved Oil Recovery, Sep. 8-10,2003, Kazan.

10. Pergament A.H., jEpishin V.D], Popov S.B., Yambaev M.F. The Difference Schemes for Multi-Phase Flow Conditioned Thermodynamically. 9th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, Aug. 30 - Sep. 02,2004, Cannes.

Соискатель Ямбаев М.Ф.

f

г

w

¡

I

i

i I

к исполнению 30/01/2006 Исполнено 01/02/2006

Заказ № 48 Тираж: 100 экз.

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Варшавское ш., 36 (495) 975-78-56 (495) 747-64-70 www.autoreferat.ru

JIOOCA

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ямбаев, Марат Фаргатович

ф Введение.

Глава 1. Общая характеристика термогазового метода увеличения нефтеотдачи.

1.1. Некоторые сведения об эффективности газовых методов увеличения нефтеотдачи пластов.

1.2. Механизм извлечения нефти с помощью внутрипластового горения. Низкотемпературное окисление нефти.

1.3. Термогазовый метод увеличения нефтеотдачи пластов.

1.4. Опыт применения метода закачки и внутрипластовой трансформации воздуха на месторождениях легкой нефти.

• 1.5. Постановка задачи исследования.

Выводы.

Глава 2. Методические основы численного исследования термогазового метода увеличения нефтеотдачи.

2.1. Состояние изученности процесса внутрипластового окисления углеводородов.

2.2. Модель для исследования основных закономерностей извлечения нефти термогазовым методом.

2.2.1. Описание модели пласта.

2.2.2. Компонентный состав фильтрующихся фаз.

2.2.3. Реакции низкотемпературного окисления.

2.3. Математическое описание физико-химических процессов, характеризующих термогазовый метод.

2.3.1. Относительные фазовые проницаемости.

Выводы.

Глава 3. Численное исследование основных закономерностей извлечения нефти термогазовым методом.

3.1. Исследование основных особенностей извлечения нефти термогазовым методом.

3.1.1. Механизм вытеснения нефти при термогазовом методе.

3.1.2. Влияние расхода нагнетаемого воздуха на механизм извлечения нефти термогазовым методом.

3.1.3. Оценка объема оторочки эффективного газового агента.

3.2. Исследование основных закономерностей извлечения нефти термогазовым методом из высокопроницаемых и низкопроницаемых пластов.

3.2.1. Извлечение нефти из высокопроницаемых пластов.

3.2.2. Определение влияния толщины пласта на механизм извлечения нефти термогазовым методом.

3.2.3. Извлечение нефти из низкопроницаемых пластов.

Выводы.

Глава 4. Технологические показатели добычи нефти с % применением термогазового метода на опытном участке пласта ЮС'2 Восточно-Сургутского месторождения.

4.1. Анализ разработки пласта ЮС'2 Восточно-Сургутского месторождения.

4.1.1. Краткая характеристика месторождения.

4.1.2. Анализ текущего состояния и эффективность применения технологии разработки.

4.2. Гидродинамическая модель пилотного участка пласта ЮС

Восточно-Сургутского месторождения.

4.2.1. Выбор типа фильтрационной модели.

4.2.2. Выбор пилотного участка и обоснование размерности сетки гидродинамической модели.

4.2.3. Относительные фазовые проницаемости.

4.2.4. Модель пластового флюида.

4.2.5. Начальное состояние. Модель насыщения.

4.2.6. Описание условий работы скважин.

4.3. Результаты прогнозных оценок технологических показателей добычи нефти на пилотном участке с применением термогазового метода.

4.3.1. Сопоставление прогнозных технологических показателей добычи нефти при различных технологиях воздействия.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Основные особенности термогазового метода увеличения нефтеотдачи применительно к условиям сложнопостроенных коллекторов"

Актуальность проблемы.

На всех этапах развития нефтедобывающей промышленности ее перспективы и стабильность определялись созданием надежной сырьевой базы за счет геологоразведочных работ, разработки и применения эффективных технологий для увеличения нефтеотдачи пластов. В течение последних трех десятилетий происходило непрерывное ухудшение качественного состояния сырьевой базы. Поздняя стадия разработки и структура остаточных запасов ряда крупных месторождений Западной Сибири, дает основание прогнозировать достижения по ним сравнительно низких величин КИН. Это обусловлено рядом факторов, одним из которых является сильная неоднородность кол-лекторских свойств и структурная сложность совместно залегающих низкопроницаемых продуктивных коллекторов. В этих условиях традиционные технологии разработки нефтяных месторождений на основе использования различных систем заводнения в целом не позволяют достичь первоначально запланированных коэффициентов охвата пластов вытеснением.

Применение эффективных методов увеличения нефтеотдачи приводит к существенному росту извлекаемых запасов и добычи нефти без дополнительных затрат на геологоразведочные работы, а также экономии капитальных вложений на обустройство новых месторождений, развитие инфраструктуры.

Многолетние лабораторные и аналитические исследования, а также практический опыт реализации показали, что в условиях месторождений Западной Сибири весьма перспективным, с точки зрения интенсификации нефтедобычи и увеличения КИН, является метод водогазовой репрессии [53, 59]. Для его применения обычно используются природный или углекислый газы. Природный газ имеет довольно высокую коммерческую стоимость, вследствие чего его объемы для закачки в пласт могут быть ограничены. Месторождения углекислого газа в нашей стране отсутствуют.

В то же время разработан и успешно апробирован на промыслах, принципиально отличный термогазовый метод интенсификации нефтедобычи и увеличения КИН на месторождениях с трудноизвлекаемыми остаточными запасами легкой нефти. Метод основан на закачке воздуха в пласт и его трансформации в эффективные вытесняющие агенты за счет низкотемпературных внутрипластовых окислительных процессов.

Закачка воздуха в пласт для реализации внутрипластового горения на месторождениях высоковязких нефтей уже доказала свою эффективность в промысловых условиях. Однако, эффективность закачки воздуха на месторождениях легких нефтей с повышенными пластовыми температурами (выше 65 °С) связывается с процессами отличными от реализуемых при внутри-пластовом горении. Основные особенности механизма вытеснения нефти с использованием этих процессов в достаточной степени изучены в лабораторных условиях и подтверждены в промысловых испытаниях.

Вместе с тем актуально изучение основных особенностей термогазового метода в различных геолого-фильтрационных условиях и создание для этих целей численной модели.

Основная цель диссертационной работы заключается в том, чтобы на основе численного моделирования исследовать основные особенности реализации термогазового метода увеличения нефтеотдачи применительно к конкретным геолого-физическим условиям.

Обоснование темы диссертации и задачи исследования.

К моменту постановки темы диссертационной работы имелись сформированные представления о механизме термогазового метода, полученные на основе лабораторных исследований и промысловых испытаний. Для исследования основных особенностей реализации термогазового метода в различных геолого-промысловых условиях залегания пластов необходимо создание численнои модели адекватно описывающем процессы, происходящие в пласте.

В связи с этим в работе были поставлены и решались следующие задачи:

1. Создание численной модели для изучения основных особенностей термогазового метода увеличения нефтеотдачи в различных геолого-фильтрационных условиях;

2. Изучение влияния толщины коллектора на эффективность термогазового воздействия;

3. Исследование особенностей извлечения нефти термогазовым методом из высокопродуктивных пластов после заводнения;

4. Исследование особенностей извлечения нефти термогазовым методом из низкопроницаемых пластов;

5. Оценка технологической эффективности применения технологии термогазового воздействия на пилотном участке реального месторождения на основе детального численного моделирования.

Методы решения поставленных задач. Методами исследования являются:

- Анализ и обобщение литературных данных по термическим и газовым методам воздействия;

- Использование теоретических основ разработки нефтяных месторождений термическими (основанными на закачке воздуха в пласт) и газовыми методами;

- Численные исследования основных особенностей термогазового воздействия с применением компьютерного моделирования.

Научная новизна.

1. Создана неизотермическая трехфазная многокомпонентная с химическими реакциями численная модель для исследования механизма термогазового метода увеличения нефтеотдачи;

2. Созданная численная модель отражает основные особенности лабораторного изучения механизма термогазового метода и может использоваться для определения оптимальных технологических решений в различных геолого-фильтрационных условиях;

3. Исследованы основные особенности извлечения нефти термогазовым методом при изменении проницаемости и толщины пласта;

4. Обоснованы принципы реализации термогазового метода для конкретных геолого-промысловых характеристик месторождения:

- высокопродуктивные пласты, содержащие остаточную нефть после заводнения;

- низкопроницаемые пласты.

Практическая ценность работы.

Полученные в результате исследований основные технологические характеристики реализации термогазового метода в низкопроницаемых пластах и высокопродуктивных пластах после заводнения, могут быть использованы при проектировании разработки месторождений.

Применение численной модели термогазового метода увеличения нефтеотдачи позволяет оптимизировать технологию реализации метода для конкретных геолого-физических характеристик месторождений.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на: - 12-й научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ТюменНИИГИПРОГАЗ, Тюмень, 2002 г.;

- Научном семинаре «Теория и практика разработки и эксплуатации нефтяных и нефтегазовых месторождений» ВНИИнефть, Москва, 2002 г.;

- 5-й научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2003 г.;

- 12-м Европейском симпозиуме «Увеличение нефтеотдачи пластов», Казань, 2003 г.;

- Секции научно-технического совета ОАО «Центральной Геофизической Экспедиции», Москва, 2004 г.

- Конференции Сотрудничества России и Европейского Союза «Инновационная и устойчивая эксплуатация углеводородов», Москва, 2004 г.

- 5-й международной научно-практической конференции «Освоение ресурсов трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей», Геленджик, 2005г.

Публикации. По результатам выполненных научных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе 7 в материалах научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и заключения. Общий объем работы составляет 153 страницы печатного текста, в том числе 17 таблиц, 68 рисунков. Список литературы включает 114 источников.

Заключение Диссертация по теме "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", Ямбаев, Марат Фаргатович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. ф 1. Создана численная модель термогазового метода увеличения нефтеотдачи, применение которой позволяет обосновать технологические решения реализации метода;

2. На основе численных исследований показано, что начальная пластовая температура свыше 65-70 °С обеспечивает полное потребление, закачиваемого в пласт, кислорода воздуха за счет самопроизвольных окислительных реакций, в зонах, размер которых кратно меньше расстояния между скважинами. Это положение гарантирует безопасность реализации термогазового метода увеличения нефтеотдачи на месторождениях легкой нефти с повышенной начальной энергетикой, в том числе на большинстве месторождений Западной Сибири;

3. Установлено, что эффективность термогазового метода в основном определяется формированием, вследствие внутрипластовых окислительных и термодинамических процессов, зоны смешивающегося вытеснения нефти;

4. Показано, что реализация термогазового метода возможна при создании оторочки высокоэффективного газового агента путем закачки воздуха в объеме 25-30 % Упор. Затем может быть осуществлен переход на другой вытесняющий агент, например воду;

5. На основе численных исследований показано, что термогазовый метод может быть использован, как на низкопроницаемых глиносодержащих ф коллекторах, в качестве первичного метода разработки, так и на высокопроницаемых пластах после заводнения, где технологические решения реализации метода позволяют вовлекать в разработку невытесненную нефть из прикровельной части пласта.

6. Проведена оценка технологической эффективности термогазового метода на примере пилотного участка пласта ЮС \ Восточно-Сургутского месторождения с использованием геолого-технологической модели.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ямбаев, Марат Фаргатович, Москва

1. Айзикович О.М., Булыгин М.Г. Тепловой эффект реакций окисления в процессе влажного внутрипластового горения. Нефтепромысловое дело и транспорт нефти. №11,1985, с. 4-6.

2. Байбаков Н.К., Брагин В.А., Гарушев А.Р. и др. Термоинтесификация добычи нефти. М.: Недра, 1971, 280 с.

3. Байбаков Н.К., Гарушев А.Р. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений. М.: Недра 1988, 343 с.

4. Балинт В., Бан А., Долешал Ш. и др. Применение углекислого газа в добыче нефти. М.: Недра, 1977, 240 с.

5. Баталин О.Ю., Брусиловский А.И., Захаров М.Ю. Фазовые равновесия в системах природных углеводородов. М.: Недра, 1992, 272 с.

6. Батурин Ю.Е., Комягина Ю.А., Методика выбора оптимального размера расчетной ячейки в горизонтальной плоскости при много мерном геологическом моделировании залежей. Нефтяное хозяйство №8, 2002, с. 5960.

7. Батурин Ю.Е., Булычев E.H., Селезнева JI.A. О некоторых вопросах проектирования разработки нефтяных и газонефтяных месторождений. Нефтяное хозяйство №2, 2004, с. 32-36.

8. Блюмберг Э.А., Лебедев В.А., Сафиуллин Р.Х. Химические аспекты процесса внутрипластового горения нефти. В сб. «Тепловые методы добычи нефти». М.: Наука, 1975, с. 124-134.

9. Боксерман A.A. Результаты и перспективы применения тепловых методов воздействия на пласт. В кн. Тепловые методы воздействия на пласт (Материалы межотраслевого семинара, г. Ухта, 5-8 октября 1971 г.), ВНИИОЭНГ, Москва, с. 10-16.

10. Боксерман A.A., Желтов Ю.П., Жданов С.А. и др. Внутрипластовое горение с заводнением. Труды ВНИИ. - М.: 1974, вып. 58, с. 168.

11. Боксерман A.A., Сафиуллин Р.Х., Кузьмина М.В. Разработка нефтяных месторождений с помощью внутрипластового горения. ВИНИТИ: вып. Горное Дело «Разработка нефтяных и газовых месторождений», 1969, с. 106-161.

12. Боксерман A.A., Ямбаев М.Ф. Термогазовый метод повышения нефтеотдачи месторождений легкой нефти. Сб. научн. тр. ВНИИнефть, вып. 129. Теория и практика разработки нефтяных месторождений. М.: 2003 г., с. 14-21.

13. Боксерман A.A., Ямбаев М.Ф. Численное исследование процесса закачки и внутрипластовой трансформации воздуха на месторождениях легкой нефти. Сб. научн. тр. ВНИИнефть, вып. 130. Повышение эффективности извлечения нефти из пластов. М.: 2004 г., с. 28-42.

14. Бондаренко В.В. Методы определения кинетических параметров низкотемпературного окисления нефтей в процессах внутрипластового горения. Диссер. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - М.: МИНХиГП им. И.М. Губкина, 1982, 129 с.

15. Брусиловский А.И. Фазовые превращения при разработке месторождений нефти и газа. М.: Грааль 2002, 575 с.

16. Булыгин М.Г., Зайцева В.А., Сафиуллин Р.Х. Химические реакции при внутрипластовом горении нефти. В сб. «Тепловые методы разработки нефтяных месторождений и обработка призабойных зон пласта». М.: ВНИИОЭНГ, 1971, с. 194-202.

17. Бурже Ж., Сурио П., Комбарну М. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. -М.: Недра, 1988,422 с.

18. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1972, 720 с.

19. Важеевский А.Е. Термодинамическое исследование процесса извлечения нефти путем сочетания заводнения и внутрипластового горения с учетом кинетики окислительных реакций. Диссер. На соискание ученой степени канд. техн. наук. - М.: 1981, 148 с.

20. Грайфер В., Лысенко В. Газовое заводнение как радикальное средство увеличения нефтеотдачи пластов на вовлекаемых в разработку нефтяных месторождениях Западной Сибири. М.: Нефть и Капитал, НТЖ Технологии ТЭК, февраль 2003, №1, с. 37-40.

21. Губанов В.Б., Ковач П., Намиот А.Ю. и др. Взаимная растворимость нефтей и двуокиси углерода. Сборник статей по результатам Советско

22. Венгерского сотрудничества в области геолого-поисковых работ и разработки нефтяных месторождений за 1972-1984 гг. Будапешт, 1984, с. 85-95.

23. Гуревич Г.Р., Брусиловский А.И. Справочное пособие по расчету фазового состояния и свойств газоконденсатных смесей. М.: Недра, 1984, 264 с.

24. Гиматудинов Ш.К., Борисов Ю.П., Розенберг и др. Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки. М.: Недра, 1983, 463 с.

25. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. М.: Недра, 1982, 311 с.

26. Динариев О. Ю. Многокомпонентные стационарные фильтрационные течения с фазовыми переходами. Прикладная математика и механика. 1994. Т. 58. Вып.6. с. 78-85.

27. Добрынин В.М., Ковалев А.Г., Кузнецов A.M. и др. Фазовые проницаемости коллекторов нефти и газа. (Обзор, информ. Сер. «Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений»), М.: ВНИИОЭНГ, 1988, 56 с.

28. Ентов В.М, Зазовский А.Ф. Гидродинамика процессов повышения нефтеотдачи. М.: Недра, 1989, 232 с.

29. Желтов М.Ю. Моделирование неизотермической многокомпонентной фильтрации применительно к расчету процесса внутрипластового горения нефти. Диссер. На соискание ученой степени канд. техн. наук. -М.: 1985, 154 с.

30. Кибаленко И. А. Эффективность применения водогазового воздействия в глиносодержащих нефтяных коллекторах. Диссер. на соискание ученой степени канд. техн. наук.-М.: 1993, 121 с.

31. Коробков Е.И. Теоретическое исследование неустановившихся стадий процесса внутрипластового горения. Диссер. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - М.: 1973, 116 с.

32. Марголис Л.Я. Окисление углеводородов на гетерогенных катализаторах. М.: Химия, 1977, 388 с.

33. Медведев Н.Я., Кос И.М., Ревнивых В.А. и др. Геология и нефтеносность Большого Сургутского месторождения на Сургутском своде. Нефтяное хозяйство №2, 2004, с. 64-69.

34. Методические указания по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений. Министерство энергетики Российской Федерации. М., 2001.

35. Мищенко И.Т., Кондратюк А.Т. Особенности разработки нефтяных месторождений с трудноизвлекаемыми запасами. М.: Нефть и газ, 1996, 190 с.

36. Намиот А.Ю., Фаткуллин А.А. Экспериментальные исследования вытеснения нефти азотом при высоких давлениях. В сб. «Перспективы применения газовых методов повышения нефтеотдачи пластов». М.: 1989-с. 33-35.

37. Оганов К.А. Экспериментальные и промышленные исследования тепловых методов повышения коэффициента извлечения маловязкой нефти. -Диссер. на соискание ученой степени доктора техн. наук. Киев, Укр-ГИПРОНИИнефть, 1978-1979, 338 с.

38. Оганов К.А., Бернштейн A.M. Результаты опытных работ по созданию внутрипластового очага горения на Сходницком месторождении. Нефтяное хозяйство №9, 1976, с. 36-39.

39. Опыт создания внутрипластового движущегося очага горения на месторождениях США. (Обзор зарубежной литературы). М.: ВНИИОЭНГ, 1989, 84 с.

40. Отчет ВНИИ нефти по теме «Разработка процессов горения нефти с получением газа вытеснителя высокого давления для закачки в скважины с целью повышения нефтеотдачи пласта». М.: 1964, 58 с.

41. Отчет ВНИИ нефти по теме №258 «Анализ отечественного и зарубежного опыта промышленных испытаний методов газового и водогазового воздействия». М.: 1988.

42. Палий А.О. Исследование механизма нефтеотдачи при вытеснении нефти газообразными продуктами горения. Диссер. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - М.: 1975, 196 с.

43. Промежуточный отчет ВНИИнефть по международному проекту «Применение метода нагнетания воздуха в пласт для разработки трудноиз-влекаемых запасов нефти». М.: 1995.

44. РД 153-39.0-047-00. Регламент по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений. Министерство топлива и энергетики Российской Федерации. М., 2000.

45. Ревнивых В.А. Отчет о НИР «Цифровая геологическая модель Восточно-Сургутского месторождения», ТО «СургутНИПИнефть», Тюмень, 2001 г, в 3-томах.

46. Рудкин Г.Н. и др. ТЭО коэффициентов нефтеизвлечения к подсчету запасов нефти Фаинского месторождения. Отчет по договору 201.02.05.92 ПО «Юганскнефтегаз», г. Нефтеюганск, 1993.

47. Санин В.П. Уточнение геологического строения моделей залежей, пересчет запасов нефти и газа Восточно-Сургутского месторождения, ПО «Сургутнефтегаз». Отчет о НИР, заключительный по договору Н.92.93.03.03, том 1., Сиб-НИИНП, Тюмень, 1993, 279 с.

48. Смит Ч.Р. Технология вторичных методов добычи нефти. М.: Недра, 1971,288 с.

49. Современные методы повышения нефтеотдачи пластов. Сб. научн. трудов -М.: Наука. 1992,136 с.

50. Сонич В.П. Отчет о научно-исследовательской работе «Проект опытно-промышленных работ по воздействию на пласт ЮС2 Восточно-Сургутского месторождения». Договор 97.97.ТФ-75. Книга 1. ТФ «СургутНИПИнефть», г. Тюмень, 1998, 409 с.

51. Стрижов И.Н. Исследование процесса внутрипластового горения для усовершенствования методики проектирования. Диссер. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: МИНХиГП им. И.М. Губкина, 1977, 140 с.

52. Стрижов И.Н. Исследование процесса низкотемпературного окисления нефтей кислородом воздуха. М.: ВНИИОЭНГ, РМНТС, Нефтепромысловое дело, 1976, №1, с. 24-27.

53. Сургучев MJL, Горбунов А.Т., Забродин Д.П. и др. Методы извлечения остаточной нефти. М.: Недра, 1991, 347 с.

54. Тадема Г.Дж. Механизм нефтеотдачи при движущемся очаге горения в пласте. V международный конгресс. Бурение скважин и добыча нефти. Гостоптехиздат, 1961 (См. РЖ Горн, дело, 1962, 5Г88).

55. Татьянин А.И. Создание методов интенсификации окислительных процессов при инициировании внутрипластового горения в нефтяных пластах. Диссер. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - М.: 1986, 127 с.

56. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. Сб. научн. трудов МНТК «НЕФТЕОТДАЧА» М.: Наука, 1990, 223 с.

57. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопроводность в химической кинетике. М.: Академия Наук, 1947, 368 с.

58. Хисметов Т.В., Везиров Д.Ш., Мамалов E.H. и др. Внутрипластовое горение с оторочкой раствора щелочи. Изв. АН Азерб.ССР. Сер. наук о Земле, 1988, №5, с. 84-90.

59. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. М.: Гостоптехиздат, 1963,392 с.

60. Шакиров Х.Г., Хусаинов Р.Б., Буторин О.И. К применению водогазовых смесей для увеличения нефтеотдачи пластов «Ю» Тевлинско-Русского месторождения. В сб. «Перспективы применения газовых методов повышения нефтеотдачи пластов». -М.: 1989, с. 36-38.

61. Швидлер М.И. Леви Б.И. Одномерная фильтрация несмешивающихся жидкостей. М.: Недра, 1970, с. 151-154.

62. Эмануэль Н.М., Денисов Е.Т., Майзус З.К. Цепные реакции окисления углеводородов в жидкой фазе. М.: Наука, 1965, 375 с.

63. Эммануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1974, с. 46-50.

64. Энциклопедия газовой промышленности 4-е изд (1990). Пер. с франц.; Ред. пер. Басниев К.С. М.: АО «ТВАНТ» 1994, 884 с.

65. Юрьев А.Н. и др. Технологическая схема разработки Восточно-Сургутского месторождения. Отчет о НИР по договору Н.94.94.ТФ.15 (135-94), этап 3, том 1, кн.1, 2. ТФ «СургугНИПИнефть», Тюмень, 1995, 435 с.

66. Юрьев А.Н. и др. Технико-экономическое обоснование коэффициентов излечения нефти Восточно-Сургутского месторождения. Отчет о НИР по договору Н.93.94.28.34., СибНИИНП, Тюмень, 1994, 261 с.

67. Ямбаев М.Ф. Термогазовый метод увеличения нефтеотдачи пластов. «Oil & Gas Eurasia» №№11, 12, 2005 г., с. 24-34, 28-33.

68. Adegbesan К.О., Donnelly J.K., Moore R.G., Bennion D.W. Low-Temperature Oxidation Kinetic Parameters for In-Situ Combustion Numerical Simulation. Soc. Pet Eng. Journ., Nov 1987, p.573-560.

69. Allison E.C., Gillham Т.Н., Gerveny В., Amoco Exploration and Production Sector. Annual Technical Progress Report (9/3/94-9/2/95). West Hackberry Tertiary Project.

70. Bailey H. Larkin B. Conduction-Convection in Underground Combustion. Truns. AIME (1960), vol.219, p.320.

71. Bousaid I.S., Ramey H.J., JR. Oxidation of Crude Oil in Porous Media. -Soc. Pet Eng. Journ., June 1968, p. 187-148.

72. Boxerman A.A., Yambaev M.F. In-Situ Air Transformation Process into a Light-Oil Reservoir. 12th European Simposium Improved Oil Recovery, Sep. 8-10, 2003, Kazan.

73. Burger J.G. Spontaneous Ignition in Oil Reservoirs. Soc. Pet Eng. Journ., 1976, №16, p.73-81.

74. Burger J.G., Sahuquet B.C. Chemical Aspects of In-Situ Combustion Heat of Combustion and Kinetics. - Soc. Pet Eng. Journ., 1972, №5, p.410-422.

75. Buxton T.S., Pollock C.B. The Sloss COFCAW project-further evaluation of performance during and after air injection. Journ. of Petrol. Technol. V. 26, Dec 1974, p.1439-1448.

76. Chu C. The Vaporization-Condensation Phenomenon in a Linear Heat Wave. Soc. Pet Eng. Journ., June 1964, p.85-95.

77. Chu C. Two-Dimensional Analysis of Radial Heat Wave. Journ. of Petrol. Technol., Oct. 1963, p.l 173.

78. Dabbous M.K., Fulton P.F. Low Temperature-Oxidation Reaction Kinetics and Effects on the In-Situ Combustion Process. Soc. Pet Eng. Journ., 1974, №3, p.253-262.

79. Debiesse Y. Remargues sur les procedes de combustion «in situ», Rev. Inst. Frac. Petrole, 1967, 22, №11, 99-113.

80. Dietz O., Weijdema J. Wet and Partially Quenched Combustion. Journ. Petrol Techn. (April, 1968), p.411-415.

81. Fassihi M.R. Improved Phase Behavior Representation for Simulation of Thermal Recovery of Light Oils. Soc. Pet Eng. Paper №24034, presented at 1992 Western Regional Meeting held in Bakersfield, CA.

82. Fassihi M.R., Gillham T.H. The Use of Air Injection to Improve the Double Displacement Process. Field Application of In Situ Combustion Past Performance/Future Application, 1995. Symposium, Apr. 21-22, 1994, Oklahoma p. 143-159.

83. Gottfried B.S. A Mathimatical Model of Thermal Oil in Lencos Systems. -Soc. Pet Eng. Journ., 1965, №3, p. 196-210.

84. Hardy W.C. et al. In-Situ Combustion in Thin reservoir Containing Light Oil. Journ. Petrol. Technol., V. 24, 1971, №2 p. 199-208.

85. Jenkins R., Ramey H. Disscussion of Vogel and Krueger's Publications. Trans. AIME (1955), vol.204, p.211.

86. Keith H. Coats. In-Situ Combustion Model. Soc. Pet Eng. Journ., Dec. 1980, p.533-554.

87. Kumar V.K., Fassihi M.R., Yannimaras D.V. Case History and Appraisal of the Medicine Pole Hills Unit Air-Injection Project. Soc. Pet Eng. Journ., Avg. 1995, p. 198-202.

88. Lin C.Y.; Chen W.H.; Lee S.T.; Culham W.E. Numerical Simulation of Combustion Tube Experiments and the Associated Kinetics of In-Situ Combustion Processes. Soc. Pet Eng. Journ., Dec. 1984, p.657-666.

89. Mahmoud K. Dabbous; Paul F. Fulton. Low-Temperature-Oxidation Reaction Kinetics and Effects on the In-Situ Combustion Process. Soc. Pet Eng. Journ., June 1974, p.253-262.

90. Mohamed A. Aggour; El-Sayed A. Osman; Sidqi A. Abu-Khamsin. In-Situ Sand Consolidation by Low-Temperature Oxidation. Soc. Pet Eng. Journ., №36626(1996), p.547-556.

91. Pergament A.H.,|Epishin V.DJ, Popov S.B., Yambaev M.F. The Difference Schemes for Multi-Phase Flow Conditioned Thermodynamically. 9th European Conference on the Mathematics of Oil Recovery, Aug. 30 Sep. 02, 2004, Cannes.

92. Ramey H. Transient Heat Conduction During Radial Movement of Cylindrical Source Application to Thermal Recovery Process. Trans. AIME (1959), vol.216, p.l 15-214.

93. Smith F.W., Perkins T.K. Experimental and Numerical Simulation Studies of the Wet Combustion Recovery Process. Journ. of Con. Petrol. Technol., 1973, №3 p.105-109.

94. Tadema HJ., Wejdema J. Spontaneous Ignition of Oil Sands. Oil & Gas Journ., 1970, №50, p.77-88.

95. Thiez P.A., Lemonnier P.A. An In-Situ Combustion Reservoir Simulator With a New Representation of Chemical Reactions. Soc. Pet Eng. Journ., (1990), p.285-292.

96. Thiez P.A., Lemonnier P.A. Injection of an Oxygen-Contaning Gas into a Light-Oil Reservoir: Numerical Evaluation of Oil Oxidation and Ignition Phenomena. P roc. O f t he 6 01E uropean I OR-Simposium i n S tavanger. N or-way. May 21-23. 1991.

97. Vogel L., Krueger R. An Anolog Computer for Studying Heat Transfer During a Thermal Recovery Process. Trans. AIME (1955), vol.204, p.205.

98. Yannimaras D.V., Sufi A.H., Fassihi M.R. The Case for Air Injection into Deep Light Oil Reservoirs. Proc. Of the 6th European IOR-Simposium in Sta-vanger. Norway. May 21-23. 1991.