авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Теоретические и технологические основы теплового воздействия на залежи аномально вязких нефтей и битумов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЧУПРОВ ИЛЬЯ ФЕДОРОВИЧ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗАЛЕЖИ
АНОМАЛЬНО ВЯЗКИХ НЕФТЕЙ И БИТУМОВ

Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и
газовых месторождений

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени
доктора технических наук

Ухта 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования «Ухтинский государственный
технический университет (УГТУ)»

Научный консультант – доктор технических наук, профессор

Леонид Михайлович Рузин

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Николай Васильевич Долгушин

доктор технических наук, профессор

Михаил Константинович Рогачёв

доктор технических наук

Александр Михайлович Кузнецов

Ведущая организация : РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

Защита состоится 1 октября 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.291.01 в Ухтинском государственном техническом университете по адресу: 169300, г. Ухта, Республика Коми, ул. Первомайская, 13, УГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского государственного технического университета по адресу : 169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.

Автореферат разослан 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к.т.н., профессор Н.М. Уляшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Запасы высоковязких нефтей и битумов в мире составляют по разным оценкам 790-900 млрд т и почти в два раза превышают запасы лёгких нефтей. В Российской Федерации такие запасы оцениваются от 10 до 35 млрд т. На территории Тимано-Печорской нефтегазовой провинции доля высоковязких нефтей составляет около 17% и по мере выработки запасов лёгких нефтей продолжает расти. Однако в промышленной разработке находятся лишь два крупных месторождения аномально вязкой нефти – Ярегское и пермо-карбоновая залежь Усинского месторождения (Республика Коми) с суммарными геологическими запасами 870 млн т.

В процессе разработки этих месторождений накоплен большой опыт освоения новых технологических и технических средств в различных геолого-промысловых условиях. В то же время следует констатировать, что потенциал высоковязких нефтей используется недостаточно – темп отбора на двух упомянутых месторождениях составляет всего 0,5% от начальных извлекаемых запасов. Одна из причин такого положения – недостаток эффективных научно-обоснованных технологий, обеспечивающих необходимый уровень рентабельности при высокой степени использования запасов.

Поэтому вопрос создания новых технологий даже для этих двух месторождений, на которых уже более 35 лет осваиваются современные методы добычи высоковязкой нефти, остаётся актуальным.

Общепризнано, что термические методы добычи нефти в настоящее время являются базовой технологией разработки высоковязких нефтей и битумов. В то же время следует отметить сложность и многообразие процессов, протекающих в пластовой системе при искусственном воздействии на неё теплом. При этом в широких пределах изменяются не только реологические свойства нефтей, но и активизируются практически все известные режимы нефтеизвлечения, влияющие на нефтеотдачу пласта.

Среди известных методов воздействия на пласты, содержащие высоковязкие нефти, наиболее широко применяются пароциклические обработки скважин в комбинации с площадной закачкой пара. Применение освоенных технологий в условиях сложнопостроенных коллекторов, в которых наряду с низкопроницаемой пористой матрицей, содержащей основные запасы нефти, присутствуют зоны аномально высокой проницаемости, недостаточно эффективно. В этих условиях не всегда удается управлять процессом теплового воздействия и использовать его для достаточно эффективного извлечения нефти. Решение проблемы значительно усложняется при разработке залежей аномально вязких нефтей (вязкостью сотни, тысячи Па·с) и битумов. Поэтому создание теоретических и технологических основ теплового воздействия разработки подобных залежей относится к числу актуальных проблем, имеющих важное народнохозяйственное значение.

Проблемы, связанные с технологией термообработки пластов, снижением паронефтяного отношения и увеличения нефтеотдачи, актуальны как для месторождений, разрабатываемых в настоящее время, так и в будущем.

Основная идея, которой посвящена работа, формулируется в виде следующих положений :

1. Аналитические исследования процесса прогрева пластов, насыщенных аномально вязкой нефтью с использованием естественных или искусственных каналов высокой проницаемости.

2. Исследования закономерностей и оценка тепловой эффективности процесса прогрева пластов при различных вариантах прогрева.

3. Установление оптимальных режимов осуществления исследуемых процессов путем численных экспериментов.

4. Оценка нефтеотдачи изучаемых залежей при различных вариантах его прогрева.

5. Разработка технологических решений, направленных на повышение эффективности разработки залежей аномально вязких нефтей и битумов.

Основные идеи работы и актуальность изучаемых проблем позволяют определить следующие задачи исследования.

1. Системный анализ теоретических работ по тепловому воздействию на нефтяные пласты.

2. Математическое моделирование температурного поля и тепловой эффективности процесса при термовоздействии на залежи нефти аномально высокой вязкости или битумов.

3. Исследование динамики прогрева пластов через высокопроницаемые зоны, трещины, стволы скважин.

4. Разработка технологических основ теплового воздействия в различных геолого-промысловых условиях.

5. Разработка методики для оценки нефтеотдачи трещиновато-пористых пластов.

6. Исследование нефтеотдачи однородных и трещиноватых пластов залежей нефти аномально высокой вязкости и битумов.

7. Построение статистических моделей по промысловым данным и проверка их на адекватность.

Научная новизна работы

1. На основе теоретических исследований с учетом промысловой практики выявлены особенности технологии прогрева залежей нефти аномально высокой вязкости и битумов на начальной стадии разработки.

2. Созданы математические модели, которые позволяют исследовать температурные режимы пластов и эффективность их прогрева через высокопроницаемые пропластки, трещины и стволы скважин за счёт теплопроводности.

3. Определены оптимальные режимы процессов прогрева пластов, при которых достигается наиболее эффективное использование тепла.

4. Разработана методика оценки нефтеотдачи пластов, дренируемых системой горизонтальных скважин, которая показала хорошую сходимость с фактическими данными разработки Ярегского месторождения термошахтным методом.

5. Обоснованы новые технологические решения, повышающие эффективность теплового воздействия на изучаемых объектах.

6. Построены регрессионные модели с использованием промыслового статистического материала, позволяющие интерпретировать и прогнозировать технологические показатели разработки месторождений аномально вязких нефтей.

Практическая значимость работы

1. На основе проведенных исследований научно обоснованы технологии теплового воздействия на залежи аномально вязких нефтей и битумов с различной геолого-промысловой характеристикой.

2. Разработанные математические модели могут быть использованы при проектировании разработки месторождений аномально вязких нефтей и битумов.

3. Созданная компьютерная программа с достаточной для практики точностью позволяет прогнозировать нефтеотдачу пласта при термошахтной разработке нефтяных месторождений.

4. Разработанная «Методика для определения термодинамических показателей разработки залежей нефти аномально высокой вязкости и битумов при прогреве через водоносный горизонт» может быть использована в качестве инженерного регламента при проектировании разработки нефтяных месторождений.

5. Опубликованные учебные пособия и монографии используются в вузе при подготовке специалистов, обучающихся по направлению «Нефтегазовое дело».

Защищаемые положения

1. Научно обоснованная и подтверждённая практикой технология прогрева пластов, насыщенных нефтью аномально высокой вязкости или битумом на начальном этапе теплового воздействия.

2. Математические модели, описывающие температурные режимы пластов при различных способах теплового воздействия.

3. Технологические основы теплового воздействия в различных геолого-промысловых условиях.

4. Методика прогнозирования нефтеотдачи трещиновато-пористых пластов, дренируемых системой горизонтальных скважин.

Основные результаты доложены и обсуждены на научном семинаре кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» МИНХ и ГП им. И.М. Губкина (ноябрь 1980), на республиканском семинаре «Современные методы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых в условиях крайнего севера» (Сыктывкар, 1989), на всероссийском семинаре «Теория функций» (Сыктывкар, 1993), на всероссийской конференции «Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы» (Ухта, 2003), на научно-технических конференциях Ухтинского государственного технического университета (Ухта, 2000, 2001, 2002, 2003, 2006, 2007), на региональном семинаре «Состояние и перспективы разработки высоковязких нефтей и битумов» (Ухта, 2007), на региональной научно-технической конференции «Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов» (Ухта, 2008), на заседании кафедры «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (Москва, 2009).

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 30 опубликованных работах, в том числе в 2 монографиях и 2 учебных пособиях. 8 работ помещены в изданиях, предусмотренных ВАК РФ для опубликования основных результатов докторских диссертаций. Наиболее значимые из опубликованных работ приведены в автореферате.

Структура и объём работ. Диссертация состоит из введения, 9 глав, заключения; содержит 273 страницы текста, в том числе: 32 таблицы, 75 рисунков. Список литературы включает 155 наименований.

Благодарности. Автор благодарен коллективам кафедр «Разработка и эксплуатация нефтяных, газовых месторождений и подземной гидравлики» и «Высшей математики» Ухтинского государственного технического университета и их руководителям профессору А.А. Мордвинову и доценту И.И. Волковой за всестороннюю поддержку в работе. Автор особо признателен научному консультанту д.т.н., профессору Л.М. Рузину за привлечение внимания к проблеме, стимулирующие дискуссии и ценные рекомендации, а также д.т.н., профессору Н.Д. Цхадая и д.т.н. профессору И.Н. Андронову за постоянную поддержку и содействие.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы вовлечения в более активную разработку огромных запасов аномально вязких нефтей и природных битумов, сформулирована цель диссертационной работы, определены основные задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, изложены основные защищаемые положения.

В первом разделе обобщен и проанализирован отечественный и зарубежный опыт разработки высоковязких нефтей (ВВН) и битумов.

Анализ опыта разработки месторождений ВВН и битумов в разных странах мира показал, что при применении традиционных для маловязких нефтей (до 30 Па·с) технологий разработки (на естественном режиме или с заводнением) не превышает 10-15%. Наиболее промышленно освоенным методом интенсификации добычи и улучшения использования запасов ВВН и битумов является термическое воздействие на пласт. В настоящее время в разных странах мира на 60 месторождениях ВВН и битумов закачивается около 200 млн т пара в год, за счет чего добывается около 70 млн т нефти. Применение термических методов позволяет кратно увеличить конечную нефтеотдачу пласта по сравнению с традиционными методами. Однако применение термических технологий, в частности, наиболее распространенной – площадной закачки пара в системе вертикальных скважин, особенно при очень высокой вязкости нефти, характеризуется большими энергетическими затратами.

По добыче ВВН и битумов и количеству действующих проектов первое место принадлежит США. В 2004 г. здесь за счет внедрения методов увеличения нефтеотдачи (тепловых, химических, газовых, микробиологических) дополнительно добыто 33,2 млн т нефти. Из них больше половины (17,3 млн т) добыто с помощью тепловых методов. Если первоначально термические методы применялись только в однородных пластах большой толщины с высокой нефтенасыщенностью и расположенных на малых глубинах, то промышленное внедрение технологических и технических усовершенствований позволило существенно расширить область применения и ввести в разработку глубоко залегающие тонкие пласты со сложным геологическим строением, а также вернуться на ранее заброшенные высокообводненные участки с не полностью выработанными запасами.

Канада является ведущей нефтедобывающей страной мира по масштабам добычи ВВН и битумов термическими методами. Организация трех новых проектов паротеплового воздействия и продолжение применения пара на двенадцати переходящих проектах способствовали увеличению термической добычи ВВН и битумов на 30%. Рост добычи ВВН и битумов в Канаде за последние годы связан, прежде всего, со значительными научно-техническими достижениями в создании новых технологий закачки пара через горизонтальные скважины, способов «холодного» нефтеизвлечения. Это оказалось возможным благодаря крупному инвестированию научно-исследовательских разработок и широкому использованию технологий смежных отраслей ТЭК – горной, химической, машиностроения.

В этом разделе также проведен краткий анализ добычи ВВН и битумов в Венесуэле, Индонезии, Китае.

В настоящее время в РФ разрабатываются несколько месторождений ВВН. В Удмуртии разрабатывается Гремихинское месторождение, расположенное на глубине 1000 м. Вязкость нефти до 180 Па·с. Наибольшую эффективность здесь показала технология импульсно-дозированного воздействия на пласт. Промышленное применение этой технологии позволило дополнительно добыть 1,8 млн т нефти, ожидаемая нефтеотдача около 39%.

Наибольший опыт применения паротепловых технологий добычи ВВН накоплен при разработке пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения и Ярегского месторождения в Республике Коми.

Самая крупная по величине геологических запасов нефти (650 млн т) в Тимано-Печорской нефтегазовой провинции пермо-карбоновая залежь Усинского месторождения расположена на глубине 1100-1500 м и содержит нефть аномально высокой вязкости (710 Па·с в среднем). Лабораторные исследования механизма нефтеотдачи, подтвержденные анализом промысловых данных, показали, что при начальной температуре (23°С) пласта в процесс нефтеизвлечения могут быть вовлечены только запасы нефти, сосредоточенные в трещинах, кавернах, карстовых полостях. Для повышения конечной нефтеотдачи разработка залежи осуществляется с применением двух технологий:

- площадная закачка пара на участке ПТВ-3;

- пароциклические обработки скважин.

Площадная закачка пара ведется на залежи с 1992 г. на участке ПТВ-3 с балансовыми запасами нефти 48,1 млн т. Здесь пробурено 193 скважины, в том числе 40 нагнетательных. Всего на этом участке закачано 16 млн т пара. Накопленная добыча нефти составила 9,4 млн т, в том числе за период паротеплового воздействия – 6,1 млн т. Нефтеотдача за этот период возросла с 6,1 до 19,5% при паронефтяном отношении 6,8 т/т.

Большой опыт применения термошахтного способа разработки залежи нефти аномально высокой вязкости (до 16000 Па·с) накоплен на Ярегском месторождении, где действуют три нефтяные шахты. Уникальная термошахтная технология, при которой для закачки пара и отбора нефти применяется плотная сетка вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин длиной до 300 м, пробуренных из подземных горных выработок, применяется уже почти 40 лет.

На большей части месторождения в настоящее время применяется двухгоризонтная система теплового воздействия, при которой пар под давлением до 0,5 МПа закачивается через плотную сетку вертикальных и крутонаклонных скважин, пробуренных из надпластовых горных выработок, а нефть отбирается через пологовосходящие скважины, пробуренные через 20-30 м из буровых галерей, расположенных в нижней части пласта. При двухгоризонтной системе отработано и находятся в разработке свыше 500 га площадей, где текущая нефтеотдача около 40%, при паронефтяном отношении 2,69 т/т.

По всем системам термошахтных технологий (одногоризонтной. двухгоризонтной, двухярусной с оконтуривающей нагнетательной галереей, панельной) с начала термошахтной разработки было введено в разработку более 700 га площадей с начальными геологическими запасами свыше 40 млн т. На полностью отработанных площадях нефтеотдача составила 51%. На отдельных участках нефтеотдача пласта превысила 60%.

Обоснован вывод, что в XXI веке основными источниками углеводородного сырья станут месторождения с трудно извлекаемыми запасами, к которым относятся и месторождения ВВН и битумов. Распространение термошахтного метода на неглубоко залегающие месторождения позволит значительно увеличить ресурсную базу как у нас в стране, так и за рубежом.

Во втором разделе проводится системный анализ теоретических исследований по тепловому воздействию на нефтяные пласты при закачке горячей жидкости или пара. Здесь также приведены исследования соискателя по динамике температуры нефтяного пласта и тепловой эффективности при закачке горячей жидкости.

Анализ работ по определению динамики поля температуры пласта при закачке горячей жидкости показал, что все авторы рассматривали частные случаи нахождения температурного поля при вполне определённом режиме закачки. Рассмотрены фактически все возможные комбинации относительно учета теплопроводности и конвекции в пласте и в окружающих породах в горизонтальном и вертикальном направлениях. Сопоставление различных вариантов решений, предложенных схем и экспериментальные данные Г.Е. Малофеева позволили Н.А. Авдонину сделать вывод, что среди всех расчетных формул, доступных для практического использования, наилучшие результаты дают решения, полученные по «неполной схеме сосредоточенной емкости» и по схеме Х. Ловерье.

Автором настоящей работы получены решения уравнения теплопереноса в однородной пористой среде при закачке горячей жидкости. Для упрощения постановки и решения задачи используется переменный во времени коэффициент теплообмена, учитывающий потери тепла в окружающие породы. Задача определения поля пластовой температуры сводится к решению уравнения

(1)

при условиях ; ; ,



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.