RU2583797C2 - Method of creating combustion source in oil reservoir - Google Patents

Abstract

FIELD: oil industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil industry. Method of creating a combustion source in an oil reservoir includes heating bottomhole formation zone around injection well, feeding into bottomhole formation zone combustible material and oxidising agent. Heating of bottomhole formation zone around injection well is performed to temperature sufficient for ignition of combustible material in formation in contact with oxidising agent, and is performed by heating combustible material before feeding into bottomhole zone without air access. Combustible material is vegetable oil, hydrocarbons or mixture thereof.

EFFECT: technical result is high efficiency and safety of in-situ combustion by means of creation in bottomhole formation zone of injection well combustion source while maintaining injection capacity of bottom-hole zone, possibility of initiation of in-situ combustion in deep deposits with high power of oil-filled formation.

2 cl, 1 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам разработки нефтяной залежи с применением внутрипластового горения.The invention relates to the oil industry, in particular to methods for developing an oil reservoir using in situ combustion.

Известен способ разработки нефтяного месторождения, включающий нагнетание кислородсодержащей смеси через нагнетательную скважину и создание в пласте зоны окисления нефти. При температуре пласта выше 65°C создается зона окисления с радиусом не менее радиуса зоны полного потребления кислорода в пласте при перемещении зоны окисления по направлению к добывающей скважине (патент РФ №2193421, E21B 43/24, 10.10.1999). Недостатком данного способа является невозможность применения метода на месторождениях с температурой ниже 65°C, а также большая вероятность отсутствия самовоспламенения и при температуре от 65°C до 85°C.A known method of developing an oil field, including pumping an oxygen-containing mixture through an injection well and creating a zone of oil oxidation in the formation. At a temperature of the formation above 65 ° C, an oxidation zone is created with a radius of at least the radius of the zone of total oxygen consumption in the formation when the oxidation zone is moved towards the producing well (RF patent No. 2193421, E21B 43/24, 10/10/1999). The disadvantage of this method is the impossibility of applying the method in fields with a temperature below 65 ° C, as well as the high probability of the absence of self-ignition and at a temperature of 65 ° C to 85 ° C.

При отсутствии самовоспламенения для инициирования внутрипластового горения обычно используется электропрогрев призабойной зоны пласта, что эффективно только на неглубоких месторождениях с малой мощностью пластов, либо закачку теплоносителя, например пара, либо термохимическую обработку скважины с применением различных химически активных систем (патент США №3747679, кл. E21B 43/26, 1973, патент США №4078612, кл. E21B 43/00, 1978, а.с. №640023, кл. E21B 43/24, 1978).In the absence of self-ignition, in order to initiate in-situ combustion, electric heating of the bottom-hole zone of the formation is usually used, which is effective only in shallow fields with low formation power, or injection of a coolant, such as steam, or thermochemical treatment of a well using various chemically active systems (US patent No. 3747679, class. E21B 43/26, 1973, US patent No. 4078612, CL E21B 43/00, 1978, A.S. No. 640023, CL E21B 43/24, 1978).

Известен способ создания очага горения в нефтяном пласте (а.с. №99447, опубл. в БИ №12 за 1954 г.), согласно которому призабойную зону нагнетательной скважины нагревают до температуры, превышающей температуру воспламенения газовоздушной смеси, затем тепло призабойной зоны переносят вглубь пласта путем закачки холодного воздуха. После чего нагнетают в пласт газовоздушную смесь, которая зажигает жидкие углеводороды при соприкосновении с нагретой породой пласта, и продолжает гореть со скоростью и температурой, определяемыми качеством и количеством нагнетаемой смеси. Недостатком способа является охлаждение первоначально нагретой призабойной зоны пласта закачиваемым холодным воздухом, а также повышенная взрывоопасность процесса, связанная с использованием легковоспламеняющейся газовоздушной смеси, что требует применение повышенных мер безопасности, а также влечет за собой дополнительные материальные затраты.There is a method of creating a combustion zone in an oil reservoir (AS No. 99447, published in BI No. 12 for 1954), according to which the bottom-hole zone of the injection well is heated to a temperature higher than the ignition temperature of the gas-air mixture, then the heat of the bottom-hole zone is transferred deep reservoir by injection of cold air. After that, a gas-air mixture is injected into the formation, which ignites liquid hydrocarbons in contact with the heated rock of the formation, and continues to burn at a speed and temperature, determined by the quality and quantity of the injected mixture. The disadvantage of this method is the cooling of the initially heated bottom-hole zone of the formation by the injected cold air, as well as the increased explosiveness of the process associated with the use of a flammable gas-air mixture, which requires the use of increased safety measures, and also entails additional material costs.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ создания в нефтяном пласте очага горения, согласно которому призабойная зона пласта подвергается предварительному нагреву паром, затем с потоком пара в пласт подают льняное масло и далее подают воздух. Пар смешивается с воздухом и происходит самовоспламенение льняного масла (патент США №3379254, кл. 166-38, 1968 г.). Недостатком указанного способа является снижение количества топлива в призабойной зоне пласта за счет закачки пара, при конденсации которого возрастает водонасыщенность и уменьшается поверхность контакта нефти и масла с закачиваемым окислителем, что особенно проявляется для низкопроницаемых и низкопористых коллекторов.Closest to the proposed method is a method of creating a combustion zone in an oil reservoir, according to which the bottom-hole zone of the formation is pre-heated with steam, then linseed oil is supplied to the formation with a stream of steam and then air is supplied. The steam mixes with air and self-ignition of linseed oil occurs (US patent No. 3379254, CL 166-38, 1968). The disadvantage of this method is the reduction in the amount of fuel in the bottomhole formation zone due to steam injection, during condensation of which the water saturation increases and the contact surface of oil and oil with the injected oxidizer decreases, which is especially evident for low-permeability and low-porous reservoirs.

Для преодоления данного недостатка предложен способ чередования паротепловых обработок ПЗП с периодической работой скважины на излив или после прекращения самостоятельного фонтанирования оставшуюся разогретую нефть или битум извлекают каким-либо известным способом, например компрессорным. Операции по снижению давления в призабойной зоне и отбору нефти или битума осуществляют для увеличения приемистости нагнетательной скважины, а также для создания определенной нефтенасыщенности в выработанной после нагнетания пара и воздуха части пласта (патент РФ №2417307, E21B 43/243, 2009 г.). Недостатком данного изобретения является сложность технической реализации циклического отбора нефтепродуктов при высокой температуре, необходимость использования специального оборудования.To overcome this drawback, a method is proposed for alternating steam-thermal treatments of the bottom-hole formation with periodic operation of the well at the spout or after stopping self-flowing, the remaining heated oil or bitumen is extracted in some known manner, for example, by compressor. Operations to reduce pressure in the bottom-hole zone and select oil or bitumen are carried out to increase the injectivity of the injection well, as well as to create a certain oil saturation in the part of the formation developed after injection of steam and air (RF patent No. 2417307, E21B 43/243, 2009). The disadvantage of this invention is the complexity of the technical implementation of the cyclical selection of petroleum products at high temperature, the need to use special equipment.

С учетом того, что существующие методы прогрева прискважинного пространства не дают ожидаемого эффекта самовоспламенения нефти, задачей настоящего изобретения является возможность распространения внутрипластового горения на месторождения, пластовая температура которых недостаточна для самовоспламенения нефти, с возможностью сочетания закачки теплоносителя и реакционно-активного вещества.Considering that the existing methods of heating the near-wellbore space do not give the expected effect of oil self-ignition, the object of the present invention is to distribute in-situ combustion to fields whose formation temperature is insufficient for oil self-ignition, with the possibility of combining the injection of a coolant and a reactive substance.

Поставленная задача в способе создания очага горения в нефтяном пласте, включающем предварительный прогрев призабойной зоны пласта вокруг нагнетательной скважины и последующие подачу в пласт горючего материала и окислителя решается тем, что прогрев призабойной зоны пласта нагнетательной скважины до температуры, достаточной для самовоспламенения горючего материала при контакте с окислителем, производится путем нагрева горючего материала до его подачи в призабойную зону скважины, а в качестве горючего материала используют растительное масло, углеводороды или их смесь.The problem in the method of creating a combustion zone in an oil reservoir, including preheating the bottomhole formation zone around the injection well and subsequent supply of combustible material and an oxidizing agent to the formation, is achieved by heating the bottomhole formation zone of the injection well to a temperature sufficient for self-ignition of the combustible material in contact with oxidizing agent, produced by heating a combustible material before it is fed into the bottomhole zone of a well, and a plant is used as a combustible material nd oil, hydrocarbons or mixtures thereof.

Дополнительно предусмотрена возможность подачи инертного газа перед подачей окислителя.Additionally, it is possible to supply an inert gas before the supply of the oxidizing agent.

Возможность достижения поставленной задачи в заявленном способе обусловлена использованием в качестве горючего материала, например растительного масла в качестве высокотемпературного теплоносителя, нагреваемого без доступа воздуха до температуры 300°C, а затем закачкой нагретого масла, углеводородов (нефти) или их смеси в пласт для прогрева призабойной зоны пласта, очистки ПЗП от асфальто-смолистых веществ и увеличению реакционной активности системы при последующем контакте горючего материала с окислителем (воздухом). В целях обеспечения безопасности возможна дополнительная закачка в пласт инертного газа (например, азота) перед началом закачки воздуха в целях продавливания масла в пласт, создания буферной системы и предотвращения контакта кислорода с маслом в скважине.The ability to achieve the task in the claimed method is due to the use of combustible material, for example vegetable oil as a high-temperature coolant, heated without air to 300 ° C, and then pumping heated oil, hydrocarbons (oil) or their mixture into the formation for heating bottom-hole formation zones, cleaning of PZP from asphalt-resinous substances and increasing the reaction activity of the system during subsequent contact of combustible material with an oxidizing agent (air). In order to ensure safety, it is possible to additionally inject inert gas (for example, nitrogen) into the formation before injecting air in order to push oil into the formation, create a buffer system and prevent oxygen from contacting the oil in the well.

Изобретение иллюстрируется одной из возможных схем реализации предлагаемого способа (фиг. 1), а также графиками теплопотерь по стволу скважины (фиг. 2) и в призабойной зоне (фиг. 3).The invention is illustrated by one of the possible implementation schemes of the proposed method (Fig. 1), as well as graphs of heat loss along the wellbore (Fig. 2) and in the bottomhole zone (Fig. 3).

В общем виде схема реализации способа выглядит следующим образом. Углеводородная жидкость (возможно использование растительных масел, а также легкой нефти, или легких нефтяных фракций) из накопительной емкости 1 поступает через насос 2, создающий необходимое давление, в проточный нагреватель 3; далее нагретая жидкость через задвижку 4 подается по колонне насосно-компрессорных труб 5 в призабойную зону пласта 6 под давлением ниже давления гидроразрыва пласта. После закрытия задвижки 4 инертный газ (азот) от источника азота, в качестве которого может выступать азотный компрессор, поступает по трубе 7 в колонну насосно-компрессорных труб 5 и в призабойную зону пласта 6. После продавки жидкости и пластовой нефти азотом, окислитель (воздух) от источника воздуха, в качестве которого может выступать воздушный компрессор, поступает по трубе 8 в колонну насосно-компрессорных труб 5 и в призабойную зону пласта 6 для создания очага внутрипластового горения и дальнейшей реализации заявленной технологии внутрипластового горения.In general terms, the implementation diagram of the method is as follows. Hydrocarbon liquid (it is possible to use vegetable oils, as well as light oil, or light oil fractions) from the storage tank 1 enters through the pump 2, which creates the necessary pressure, into the flow heater 3; Further, the heated fluid through the valve 4 is supplied through the tubing string 5 to the bottomhole formation zone 6 under pressure below the hydraulic fracturing pressure. After the gate valve 4 is closed, an inert gas (nitrogen) from a nitrogen source, which can be a nitrogen compressor, enters through a pipe 7 into the tubing string 5 and into the bottom-hole zone of formation 6. After the liquid and reservoir oil are pumped with nitrogen, the oxidizer (air ) from an air source, which can be an air compressor, enters through a pipe 8 into the tubing string 5 and into the bottomhole zone of the formation 6 to create a source of in-situ combustion and further implementation of the claimed technology inside iplastovogo combustion.

Ниже представлен пример возможной реализации предлагаемого способа с указанием фактических параметров технологического процесса.Below is an example of a possible implementation of the proposed method, indicating the actual parameters of the process.

Имеется низкопроницаемое нефтяное месторождение с карбонатным каверно-порово-трещиноватым коллектором с глубиной залегания нефтяных пластов 2300 м, с пластовой температурой 56°C и давлением 180 атм на забое скважины, выбранной в качестве нагнетательной. Нефтенасыщенность составляет 85%, нефть средней вязкости - 0,01 Па*с, плотность - 840 кг/м³, общая нефтенасыщенная толщина составляет 30 м. Для данного месторождения экспериментально получено отсутствие эффекта самовоспламенения нефти при контакте с воздухом в пластовых условиях.There is a low-permeability oil field with a carbonate cavernous-pore-fractured reservoir with a depth of 2300 m, with a formation temperature of 56 ° C and a pressure of 180 atm at the bottom of the well, selected as the injection. The oil saturation is 85%, medium viscosity oil is 0.01 Pa * s, density is 840 kg / m ³ , the total oil saturated thickness is 30 m. For this field, the absence of the effect of oil self-ignition upon contact with air under formation conditions was experimentally obtained.

В качестве теплоносителя используется льняное масло в объеме 30 м³. Масло перекачивается насосом создающим давление 70 атм, достаточное для закачки масла в пласт. После насоса масло нагревается в проточном нагревателе без доступа воздуха до температуры 300°C и по НКТ подается в пласт. Время подачи масла - 24 ч.Flaxseed oil in a volume of 30 m ^{3 is} used as a heat carrier. Oil is pumped by a pump creating a pressure of 70 atm, sufficient to pump oil into the reservoir. After the pump, the oil is heated in a flow heater without air access to a temperature of 300 ° C and is fed into the formation via tubing. Oil delivery time - 24 hours.

Распределение температуры нагнетаемой жидкости с учетом теплопотерь рассчитывали по формуле (1) (Желтов Ю.В., Кудинов В.Н., Малофеев Г.Е. «Разработка сложнопостроенных месторождений высоковязкой нефти в карбонатных коллекторах», 2011):The temperature distribution of the injected liquid, taking into account heat losses, was calculated by the formula (1) (Zheltov Yu.V., Kudinov V.N., Malofeev G.E. “Development of complexly constructed high-viscosity oil fields in carbonate reservoirs, 2011):

где: β=β(t)=πk(t)/q_жc_жρ_ж;where: β = β (t) = πk (t) / q _w c _w ρ _w ;

θ₀ и T_y - среднегодовая температура на поверхности земли и температура нагнетаемой жидкости на устье скважины, °C;θ ₀ and T _y are the average annual temperature on the surface of the earth and the temperature of the injected fluid at the wellhead, ° C;

T₀ - температура пласта, °C;T ₀ - reservoir temperature, ° C;

q_ж - расход жидкости м³/с, с_ж и ρ_ж - средние теплоемкость, Дж/(кг K) и плотность жидкости, кг/м³, соответственно;q _W - flow rate of m ³ / s, _W and ρ _W - average heat capacity, J / (kg K) and fluid density, kg / m ³ , respectively;

Н - глубина скважины, м;N - well depth, m;

k(t) - линейный коэффициент теплопередачи через сложную цилиндрическую стенку скважины. Для данного примера k(t) рассчитывают по следующей формуле:k (t) is the linear coefficient of heat transfer through a complex cylindrical wall of the well. For this example, k (t) is calculated using the following formula:

где: α - коэффициент теплоотдачи, Дж/(м² с K) от жидкости внутренней стенке нагнетательных труб;where: α is the heat transfer coefficient, J / (m ² s K) from the liquid to the inner wall of the discharge pipes;

λ - коэффициент теплопроводности среды, заключенной в цилиндрический слой между диаметрами d₁ (колонна НКТ) и d₂ (скважина);λ is the coefficient of thermal conductivity of the medium enclosed in a cylindrical layer between the diameters d ₁ (tubing string) and d ₂ (well);

λ_п - коэффициент теплопроводности горных пород;λ _p - thermal conductivity of rocks;

r_t - условный радиус теплового влияния: r_t≈√4at, где a - средний по литологическому разрезу коэффициент температуропроводности пород, м²/с.r _t is the conditional radius of thermal influence: r _t ≈√4at, where a is the average thermal diffusivity of rocks over the lithological section, m ² / s.

Теплопотери по стволу скважины, рассчитанные по формуле (1), не превышают 110°C (Фиг 2).Heat loss along the wellbore calculated according to the formula (1) does not exceed 110 ° C (Fig. 2).

После подачи в пласт горячего масла осуществляется закачка азота в объеме, достаточном для задавливания всего объема масла в пласт. Расчет температуры пласта производили по формуле (2) (Желтов Ю.В., Кудинов В.Н., Малофеев Г.Е. «Разработка сложнопостроенных месторождений высоковязкой нефти в карбонатных коллекторах», 2011):After hot oil is fed into the reservoir, nitrogen is injected in a volume sufficient to crush the entire volume of oil into the reservoir. The formation temperature was calculated using the formula (2) (Zheltov Yu.V., Kudinov V.N., Malofeev G.E. “Development of complexly constructed high-viscosity oil fields in carbonate reservoirs”, 2011):

где: $$\xi =\frac{4\pi \lambda r^2}{hq{\rho }_{ж}{c}_{ж}}$$

, $$\tau =\frac{4\pi \lambda t}{{\rho }_{п}{c}_{п}{h}^2}$$

- обобщенные координата и время;Where: $$\xi =\frac{\mathrm{four}\pi \lambda r^2}{hq{\rho }_{\mathrm{well}}{c}_{\mathrm{well}}}$$

, $$\tau =\frac{\mathrm{four}\pi \lambda t}{{\rho }_P{c}_P{h}^2}$$

- generalized coordinate and time;

$$\sigma (\tau -\xi )=\{\begin{array}{c}0при(\tau -\xi )\le 0\\ 1при(\tau -\xi )>0\end{array}$$

$$\sigma (\tau -\xi )=\{\begin{array}{c}0PR\mathrm{and}(\tau -\xi )\le 0\\ \mathrm{one}PR\mathrm{and}(\tau -\xi )>0\end{array}$$

$$$$

$$$$

T_з - температура на забое скважины (рассчитанная по формуле (1)), °C;T _s - temperature at the bottom of the well (calculated by the formula (1)), ° C;

q_ж - расход жидкости, м³/с, c_пρ_п и сρ - средние теплоемкость, Дж/(кг K) и плотность продуктивного пласта и окружающих пород, кг/м³, соответственно;q _W - flow rate, m ³ / s, c _p ρ _p and sρ - average heat capacity, J / (kg K) and density of the reservoir and surrounding rocks, kg / m ³ , respectively;

h - толщина нефтенасыщенного пласта, м;h is the thickness of the oil-saturated formation, m;

t - время, r и z - радиальная и вертикальная координаты;t is the time, r and z are the radial and vertical coordinates;

λ - коэффициент теплопроводности окружающих пород, q - расход рабочего агента, м³/с, erfc (у) - интеграл ошибок.λ is the coefficient of thermal conductivity of the surrounding rocks, q is the flow rate of the working agent, m ³ / s, erfc (y) is the error integral.

Теплопотери в призабойной зоне, рассчитанные по формуле (2), не превышают 20°C (Фиг 3.)Heat losses in the bottomhole zone, calculated by the formula (2), do not exceed 20 ° C (Fig 3.)

Расчеты T(z, t) по формуле (1) и T(r) по формуле (2), используя значения параметров табл. 1, показывают, что суммарные теплопотери нагретого масла в стволе скважины и в призабойной зоне пласта не превышают 100°C в течение четырех суток с начала закачки, что позволяет обеспечить прогрев ПЗП до 170-150°C. При закачке воздуха будет происходить практически мгновенное воспламенение масла (минимальная температура воспламенения масла 120-140°C) и инициирование воспламенения пластовой нефти.Calculations of T (z, t) by the formula (1) and T (r) by the formula (2) using the values of the parameters of the table. 1, show that the total heat loss of the heated oil in the wellbore and in the bottomhole formation zone does not exceed 100 ° C for four days from the start of injection, which allows for the heating of the bottomhole formation zone to 170-150 ° C. When air is injected, an almost instantaneous ignition of the oil will occur (minimum ignition temperature of the oil is 120-140 ° C) and initiation of ignition of the reservoir oil.

Таким образом, предлагаемый способ совмещения теплоносителя и топлива, в качестве которого выступает растительное масло, позволяет реализовать инициирование внутрипластового горения на глубоких месторождениях с большой мощностью нефтенасыщенного пласта, где технически невозможно применение внутрискважинных электронагревателей. Кроме того, способ позволяет избежать снижения количества топлива в призабойной зоне, что происходит при использовании в качестве теплоносителя пара, и позволяет существенно упростить технологические мероприятия по инициированию горения. Данный способ применим как на терригенных, так и на карбонатных низкопроницаемых и низкопористых коллекторах.Thus, the proposed method of combining the coolant and fuel, which is vegetable oil, makes it possible to initiate in-situ combustion in deep deposits with a high power of the oil-saturated formation, where the use of downhole electric heaters is technically impossible. In addition, the method avoids reducing the amount of fuel in the near-wellbore zone, which occurs when steam is used as a heat carrier, and can significantly simplify technological measures for initiating combustion. This method is applicable both to terrigenous and carbonate low permeability and low porosity reservoirs.

Claims (2)

1. Способ создания очага горения в нефтяном пласте, включающий предварительный прогрев призабойной зоны пласта вокруг нагнетательной скважины и последующие подачу горючего материала и окислителя, отличающийся тем, что прогрев призабойной зоны пласта нагнетательной скважины до температуры, достаточной для самовоспламенения горючего материала при контакте с окислителем, производится путем нагрева горючего материала до его подачи в призабойную зону скважины, а в качестве горючего материала используют растительное масло, углеводороды или их смесь.1. A method of creating a combustion zone in an oil reservoir, including preheating the bottomhole formation zone around the injection well and subsequent supply of combustible material and an oxidizing agent, characterized in that the heating of the bottomhole formation zone of the injection well to a temperature sufficient for self-ignition of the combustible material in contact with the oxidizing agent, produced by heating the combustible material before it is fed into the bottomhole zone of the well, and vegetable oil, hydrocarbons and whether their mixture. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед подачей окислителя дополнительно ведут подачу инертного газа. 2. The method according to p. 1, characterized in that before supplying the oxidizing agent, an inert gas supply is additionally conducted.

Images