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 |

Обоснование технологии строительства скважин для эффективной разработки месторождений природного битума республики татарстан

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ФАЙЗУЛЛИНА Нелли Вадимовна

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИРОДНОГО БИТУМА РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

Специальность 25.00.15 - Технология бурения и освоения

скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Шелковников Игорь Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Габдуллин Рафагат Габделвалиевич

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Изотов Виктор Геннадьевич

Ведущее предприятие: ОАО «СМП-нефтегаз»

Защита диссертации состоится 24 октября 2006 г. в 14 ч 15 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.02 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 1160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В. Плеханова (технического университета).

Автореферат разослан 22 сентября 2006 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета,

д.т.н., профессор Н.И. Николаев

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Важная роль среди природных ресурсов принадлежит нефти как ценнейшему углеводородному сырью, масштабы добычи и использования которого во многом определяют экономический потенциал страны. Однако удорожание подготовки нефти, значительное ухудшение географических, природно-климатических и горно-геологических условий предопределяют тенденцию роста себестоимости добычи нефти. Одним из направлений решения данной проблемы является вовлечение в хозяйственный оборот альтернативных источников энергии, среди которых, в качестве наиболее перспективных, рассматриваются природные битумы. Так, за счет внедрения в производство рациональных методов добычи «синтетической нефти» из месторождений природных битумов Канада вышла на второе место в мире по запасам углеводородов.

В настоящее время пристальное внимание специалистов привлекают ресурсы природных битумов, имеющиеся в недрах Республики Татарстан (более 2 млрд. т.). Несмотря на проведенные в большом объеме научно-исследовательские и опытно-промышленные работы по поиску, разведке, добыче битума, их разработка не получила должного развития.

Метод паротеплового воздействия на битумный пласт является основным при освоении трудноизвлекаемых запасов, к недостаткам которого можно отнести значительные теплопотери, ухудшение экологической обстановки, незначительную площадь охвата пласта и низкий коэффициент извлечения.

Одним из перспективных направлений развития термических методов добычи битумов является совершенствование скважинного теплового метода, включающего в себя определение теплофизических, петрографических и тектонических особенностей строения битумных месторождений, строительство специальных скважин, осушение добычной ячейки.

Проведенные исследования базируются на работах отечественных и зарубежных ученых: Т.В. Алекперова, Д.Г. Антониади, Н.К. Байбакова, Н.С. Бескровного, Ж. Бурже, Р.Н. Бурханова, Р.Г. Габдуллина, Р.Г. Галеева, А.Р. Гарушева, В.Г. Изотова, В.Г. Ишханова, А.Г. Калинина, У.П. Куванышева, В.А. Кувшинова, А.Л. Липаева, Р.Х. Муслимова, Н.К. Надирова, В.Н. Напалкова, Г.А. Петрова, С.С. Сулакшина, Т.М. Умариева, В.А. Файзуллина, Э.К. Швыдкина, Р.С. Шарифуллина, З.А. Янгуразовой и других.

Цель работы: повышение битумоотдачи пластов путем совершенствования технологии бурения скважин при тепловом освоении битумных месторождений.

Идея работы: бурение скважин на битумных месторождениях по специальной технологии для создания эффективного тепломассопереноса в продуктивном пласте и повышения его битумоотдачи.

Основные задачи исследования:

  1. Выбор наиболее рационального скважинного способа на основе анализа современных методов бурения и освоения скважин на битумных месторождениях.
  2. Лабораторные исследования по определению теплофизических и петрографических свойств кернов из различных битумных залежей Татарстана.
  3. Выбор рецептуры бурового раствора для проходки скважин в битуминозных и вмещающих породах.
  4. Разработка рекомендаций по технологии бурения специальных скважин для повышения битумоотдачи пластов.

Методика исследований включает в себя комплекс теоретических и экспериментальных исследований с использованием как стандартных, так и специально созданных методик.

Научная новизна заключается в разработке теплофизической модели тепломассопереноса и разогрева предварительно осушенного битумного пласта с помощью специальных скважин.

Практическая ценность Возможность использования результатов исследований при совершенствовании технологии бурения, конструкции и объемного размещения специальных скважин для освоения битумных месторождений.

Защищаемые положения:

1. Рациональное использование тепловой энергии может быть обеспечено увеличением скорости и радиуса тепломассопереноса, реализуемое путем бурения специальных дренажных скважин, позволяющих исключить непродуктивные затраты тепла, расходуемого на разогрев напорных пластовых вод.

2. Строительство опытно-промышленной добычной ячейки на стадии детальной разведки с учетом геологических условий позволит с достаточной точностью определить коэффициент извлечения битума путем прямых наблюдений и специально разработанных расчетов.

3. Совершенствование скважинного теплового метода, за счет бурения специальных теплонагнетательных скважин с горизонтально-синусоидальным участком увеличит площадь разогрева на 45-50 % при удлинении трассы на 10 %.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается достаточной сходимостью расчётных данных с натурными, а также сопоставимостью выводов и рекомендаций с теоретическими и практическими результатам исследований других авторов.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на конференциях молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» в СПГГИ в 2003-2005 г.г., научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» в г. Томске, молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-2004» в г. Ухте, научной сессии Альметьевского нефтяного института в 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ в периодических изданиях и в сборниках научных трудов, одна из которых – патент РФ.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 105 страницах. Содержит 15 рисунков, 10 таблиц, 2 приложения и список литературы из 80 наименований. Общий объем работы 117 страниц.

Содержание работы

Во введении сформулирована актуальность проблемы, её состояние в настоящее время, существующие трудности. Изложена суть поставленной научной задачи. Освещена степень разработанности данной проблемы.

В первой главе на примере Северо-Ашальчинского месторождения приведены особенности геологических условий залегания битумных пластов. Приведен анализ отечественного и зарубежного опыта бурения и освоения скважин на битумных месторождениях.

Во второй главе приведены методика проведения исследований и основные результаты инструментальных и аналитических исследований образцов битуминозной породы.

Исследования шлифов показали, что битумовмещающий песчаник представляет собой осадочную горную породу, состоящую из алеврито-песчаных, мелкозернистых, полимиктовых зерен на 50-55 %. В состав песчаников различных месторождений Татарстана входит различное количество глин (30-60 %) различного минерального состава, соответственно различные по химико-физическим свойствам (дисперсности, пластичности, набухаемости и т.д.). Петрографические исследования стали основой для разработки оптимальной технологии бурения горизонтальных и вертикальных теплонагнетальных и добывающих скважин, а также при выборе промывочной жидкости.

Большой диапазон значений тепловых свойств приводит к волнообразному, прерывистому перемещению кондуктивного теплового фронта в битумонасыщенной толще. Установлено, что время продвижения теплоносителя по слоистости породы почти в два раза меньше, чем перпендикулярно, т.е. максимальная скорость тепломассопереноса наблюдается по границам микро- и макрослоистости.

Лабораторные теплофизические исследования показали, что теплопроводность и температуропроводность горных пород изменяются в широких пределах и зависят от вещественного состава, коллекторских свойств, степени водобитумонасыщенности, а также от давления и температуры.

Рациональная температура для разогрева чистым паром 230-240 оС, применение растворителей и моющих веществ позволит снизить температуру парогаза до 200 оС (для получения битума такой же вязкости). Это в свою очередь приведет к снижению затрат на теплоноситель, а как известно, при освоении битумных месторождений основная доля затрат приходится не на бурение, а на теплоноситель.

В третьей главе разработан комплекс технологических решений по бурению и освоению теплонагнетательных, дренажных и добывающих скважин на битумных месторождениях, произведен расчет осушения добычной ячейки, даны рекомендации по буровому раствору для вскрытия продуктивного пласта.

Теплофизическая модель освоения залежей природных битумов обеспечивается эмпирическими формулами, составленными по данным лабораторных и промысловых испытаний.

Анализ результатов промысловых испытаний проведенных Альметьевской геолого-разведочной экспедицией показал, что коэффициент корреляции между падениями температуры и содержанием битума во флюиде составляет 0,78. Это свидетельствует о прямой и достаточно тесной зависимости между коррелируемыми величинами (рис. 1 и 2).

 водный график добытой жидкости и снижение температуры ряд 1 – объем жидкости,-0

Рис. 1 Сводный график добытой жидкости и снижение температуры

ряд 1 – объем жидкости, м3; ряд 2 – содержание битума, л;

ряд 3 – температура пласта, °С.

 овмещенный график температур ряд 1 - снижение температуры пласта во время-1

Рис.2 Совмещенный график температур

ряд 1 - снижение температуры пласта во время откачки жидкости;

ряд 2 – повышение температуры пласта во время закачки пара.

При разогреве битумного пласта ранее применявшимися способами основная доля тепла расходовалась на разогрев воды, у которой теплопроводность на порядок выше, чем у битума и минерального каркаса глинистого песчаника. В системе добычи наиболее изменчивой частью является вода. Пресные горизонты верхнепермских подземных вод представлены верхнеказанскими, нижнеказанскими водоносными комплексами. От уфимского напорного водоносного комплекса они отделены региональным водоупором, представленным лингуловыми глинами. По гидрогеологическим исследованиям водопроводимость в уфимских отложениях составляет 100 м2/сут. Это означает, что в радиусе 100 м за счет подтока холодной пластовой воды температура песчаника снизится с 80 °С до 7-8 °С.

Ориентировочно радиус прогрева можно определить по формуле (без учета потерь теплоты в кровлю и подошву пласта):

, (1)

где Qп – объемный расход нагнетаемого в пласт пара, м3/ч; Сп – скрытая удельная теплота парообразования при давлении нагнетания, кДж/кг; время, ч; h – толщина продуктивного пласта, м; i – удельное теплосодержание пласта в зоне пара при расчетном давлении, кДж/кг.

Оценочный расчет коэффициента теплопотерь для битуминозного песчаника по средним величинам пористости, теплосодержания жидкости пласта проведен по формуле:

, (2)

(3)

где l – длина фронта продвижения теплоносителя, м; S – площадь сечения пласта в опытной ячейки, м2; Кп – коэффициент пористости; – коэффициент водонасыщения пласта объемной пористости битумного песчаника, ti – начальная и конечная температура (соответственно 80 оС и 30 оС), оС.

По расчету, приведенному в диссертации, коэффициент теплопотерь, связанный с пластовыми водами, составил 0,37. Прочие теплопотери в кровле и подошве (отношение теплоемкости глины и песчаника) 0,1. Суммарные теплопотери составили 0,47. Это означает, что теплопотери в осушенном пласте могут быть минимальными и связанными только с потерями в кровле пласта, представленный лингуловыми глинами, у которых теплоемкость не превышает 1,6-1,8 Дж/м3К и в 2-3 раза меньше теплоемкости остальных пород разреза. При такой низкой теплоемкости в длительном цикле теплопереноса они могут стать отражающим экраном для искусственной конвекции.

Таким образом, для определения реального радиуса влияния теплового воздействия с учетом геологических особенностей строения битумных залежей, вводим в формулу (1) расчетный поправочный коэффициент теплопотерь:

, (3)

В диссертации приведен расчет радиуса прогрева продуктивного пласта при условии, что Qп=160 м3/ч; Сп=2796,7 кДж/кг; i=1790 кДж/кг; h=10м. Результаты расчета представлены на рисунке 3.

 Зависимость радиуса влияния теплового воздействия от времени закачки-6

Рис.3. Зависимость радиуса влияния теплового воздействия

от времени закачки теплоносителя

ряд 1 – без предварительного осушения пласта; ряд 2 – с осушением пласта.

Как видно из рисунка 3, величина радиуса прогрева в осушенном пласте варьирует от 30 до 60 м.

В связи этим и с учетом геологических условий, физико-механических свойств пород, слагающих разрез месторождений природных битумов, рекомендуется следующее технологическое решение.

Добычная ячейка с оптимальным размером (на основании гидрогеологического расчета) состоит из центральной добывающей и двух теплонагнетальных скважин, с направленным теплопотоком на добывающую. Кроме того, в непосредственной близости от добывающей скважины бурится дренажная (ниже подошвы битумного пласта), для откачки пластовой воды (рис.4).

 Схема опытно- промышленной добычной ячейки для освоения битумов Площадь-7

 Схема опытно- промышленной добычной ячейки для освоения битумов Площадь-8

Рис.4. Схема опытно- промышленной добычной ячейки для освоения битумов

Площадь добычной ячейки определяется минимальным радиусом осушения, равным 10м. Это необходимо для уверенного формирования депрессионной воронки (рис.5) с границами осушения пласта ниже подошвы битумной залежи, стабильного поддержания формы и глубины депрессии на период разогрева добычного элемента.

 Формирования депрессионной воронки в добычном элементе битумного пласта -9

Рис.5. Формирования депрессионной воронки в добычном элементе битумного пласта

Формирование депрессионной воронки фиксируется срезкой уровня воды в теплонагнетательных скважинах в подошве битумного пласта.

После разогрева битумного пласта и достижения добычной вязкости битума начинается отбор полезного ископаемого методом свабирования из добычной скважины. При этом процесс осушения происходит в дискретном режиме. После разогрева битума до оптимальной добычной вязкости битума осушение пласта временно прекращается, что приведет к подъему подземных вод. Это в свою очередь увеличит объем вытеснения разогретого битума за счет природной энергии напорных подземных вод. То есть реализуется идея внутриконтурного заводнения, широко используемая при поддержании пластового давления в нефтедобыче.

При откачке битума в ячейке будет формироваться воронка депрессии подобно водной воронке (рис. 5). Основной задачей освоения битумных скважин паротепловыми методами является определение коэффициента извлечения битума (КИБ). В силу того, что битум в недрах имеет большую вязкость и в целом нами рассматривается как твердое полезное ископаемое, появилась возможность определить КИБ по методике и технологии в упрощенном варианте на относительно небольшом участке с радиусом 5-10 м.

Определяется объем и масса условного конуса и общее содержание в нем битума. Среднее содержание битума определяется в лабораторных условиях по керну, поднятому при бурении центральной скважины. Общее содержание битума определяется по специально выведенной формуле:

, (4)

где R2- площадь круга; h- толщина битумного пласта; м- объемная масса битумного песчаника; Сб.к.- весовое содержание битума в керне.

Действительный коэффициент извлечения представляет собой частное от деления веса реально извлеченного битума из центральной скважины (добывающей) Ризв ко всему объему битума, содержащегося в ячейке (конусе) Робщ.

(5)

Определение границы и объема конуса достигается наблюдением срезки уровня битума в нагнетательных скважинах, поскольку разогретый битум с вязкостью до 30-40 мПас и извлеченный из добывающей скважины за необходимое время, подчиняется законам гидродинамики.

Для месторождений и залежей вытянутой формы, когда длина залежи в несколько раз превышает ширину, разработано второе технологическое решение (рис. 6, 7), включающее бурение теплонагнетательной скважины с синусоидальным горизонтальным участком относительно генерального направления, чтобы горизонтальная проекция этой скважины напоминала «змею».

 Проектный профиль теплонагнетательной скважины с-12

Рис.6. Проектный профиль теплонагнетательной скважины с горизонтально-синусоидальным участком

Дренажно-добычная скважина бурится ниже подошвы битумного пласта и в ней монтируется погружной насос с расчетной производительностью для осушения битумного пласта и глубинный штанговый насос для откачки разогретого битума (рис. 7).

Вопросы проектирования, строительства и эксплуатации теплонагнетательных скважин в значительной степени определяют эффективность скважинного теплового метода.



Pages:   || 2 |
 





 
© 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.