Термогазовое воздействие на продуктивный пласт

Метод термогазового воздействия на месторождениях легких нефтей создан на стыке тепловых и газовых методов увеличения нефтеотдачи и интенсификации нефтедобычи. Несмотря на то, что метод базируется на физико-химических процессах, сходных с теми, что лежат в основе термических и газовых методов, в том числе и метода внутрипластового горения, по своей сути он существенно отличается от них. Метод основан на нагнетании воздуха в пласт и его трансформации в эффективные вытесняющие агенты за счет низкотемпературных внутрипластовых окислительных процессов. При температуре пласта свыше 65^оС и повышенных пластовых давлений нагнетание воздуха сопровождается внутрипластовой генерацией вытесняющего газового агента.

Прирост КИН обеспечивается не только за счет увеличения коэффициентов охвата пластов дренированием, но и за счет увеличения коэффициентов вытеснения, т.к. в процессе окисления нефти кислородом воздуха протекают процессы, обусловливающие формирование зоны смешивающегося вытеснения. Кроме того, происходящие при окислении процессы локально повышают фильтрационные сопротивления, обусловливая выравнивание фронта вытеснения, чем не обладают другие известные методы водогазового воздействия.

Также, в случае с керогеносодержащими породами, дополнительный эффект выражается в пиролизе углеводородов. При этом коэффициент нефтеизвлечения может достигать 110-130%, что обусловлено переходом в жидкие углеводороды части твердого битумоподобного органического вещества.

Быстрое инициирование активных внутрипластовых окислительных процессов является одним из важнейших следствий использования энергетики пласта для организации нагнетания воздуха на месторождениях легкой нефти. Интенсивность окислительных реакций довольно быстро возрастает с увеличением температуры.

Традиционный метод нагнетания 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.

Принципиально отличный подход к технологии нагнетания воздуха путем использования энергетического потенциала пласта для внутрипластовой конверсии нагнетаемого воздуха в эффективный вытесняющий агент впервые был предложен в 1971 г. специалистами ВНИИнефть. Он отличается от традиционных методов нагнетания воздуха, в том числе и метода внутрипластового горения.

Максимальный тепловой эффект реакций окисления составляет порядка 418.7 кДж/моль, который достигается при температурах пласта на уровне 200 ⁰С и выше. При температурах пласта до 65-70 °С тепловой эффект реакций окисления достигает значения порядка 85% от максимального. Дальнейшее увеличение температуры приводит к медленному росту теплового эффекта. Соответственно, прогрев пласта свыше 200 °С не целесообразен, поскольку тепловой эффект реакции окисления в интервале пластовых температур 75-200°С практически не увеличивается. Из вышесказанного следует, что при реализации процесса нет необходимости создавать и поддерживать высокотемпературный фронт горения. Это обстоятельство принципиально отличает процесс нагнетания воздуха в пласты с легкой нефтью, где не требуется создания высоких температур для снижения вязкости, от метода внутрипластового горения в пластах с тяжелой нефтью.

По мере перемещения фронта окисления в пласте формируется зона интенсивных окислительных процессов, здесь температура достигает примерно 180-310 °С. При такой температуре в зоне реакций присутствуют в небольшом количестве только тяжелые фракции нефти. Количество коксового остатка недостаточно для развития стабильного процесса внутрипластового горения. Распространение тепла в область перед зоной интенсивных окислительных процессов осуществляется путем конвективного переноса, а также, в некоторой степени, путем теплопроводности. Конвективный теплообмен осуществляется в основном потоком азота, диоксида углерода и испарившихся фракций нефти и воды. В результате, впереди зоны интенсивных окислительных процессов формируется зона, образующая оторочку горячей воды и легких углеводородов. В отсутствии кислорода воздуха здесь заканчиваются химические превращения. Далее впереди зоны горячей воды и легких углеводородов температура в пласте характеризуется ее начальным уровнем.

В ряде стран мира (США, Канаде, Норвегии, Украине, Азербайджане) горячий воздух
применяется в качестве вытесняющего агента для разработки объектов сланцевой нефти с
термодинамическими свойствами и особенностями геологического строения, близкими к
баженовско-абалакскому НГК. Только в США с применением термогазового воздействия
разрабатывается 11 месторождений, 5 из которых характеризуются высокой

рентабельностью и еще по 4 высокие экономические показатели ожидаются в перспективе. Коэффициент извлечения нефти по этим месторождениям составляет от 0.28 до 0.64, т.е. примерно в 1.5-2 раза выше аналогичного показателя по баженовско-абалакским объектам Западной Сибири.

В результате применения термогазового воздействия текущая добыча нефти растет быстрее, чем остаточные извлекаемые запасы, т.е. его технологический эффект выражается не только в повышении нефтеотдачи, но и в интенсификации отборов. По-видимому, это связано с большей подвижностью газа по сравнению с водой, что позволяет ему быстро восстановить энергетику пласта.

Некоторые технологические результаты промысловых испытаний термогазового воздействия приведены в таблице.

Для осуществления термогазового воздействия требуется компрессорная станция для нагнетания воздуха, кислорода или водовоздушной смеси.

В качестве недостатка термогазового воздействия отмечают повышенную коррозийную активность нагнетаемого агента и его пожароопасность по причине высокого содержания кислорода. Кроме того, большинство объектов баженовско-абалакского комплекса находится на начальной стадии разработки или стадии опытно-промышленных работ. Их освоению и внедрению инновационных технологических решений препятствует неопределенность геологического строения и, как следствие – повышенный инвестиционный риск.

На территории ХМАО опыт применения термогазового воздействия отмечен на Средне-Назымском месторождении. Нагнетание воздуха было начато в октябре месяце 2009 г. в скв. № 219. Согласно прогнозу, в случае успешной реализации ТГВ на опытном участке данного месторождения, в течение 30 лет могут быть достигнуты следующие основные технологические результаты:

760 тыс. т; 300 тыс. т; 43 %;

260 млн нм3; 380 нм3/т.