Диссертация (1172983), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Кроме того, вследствиетермического воздействия на кероген дополнительно извлекаются синтетическиеуглеводороды.История развития термического воздействия на нефтяные пласты с цельюэффективного способа добычи углеводородов начинается с теории подземнойгазификации углей, изложенной Д.И.
Менделеевым в 1888 году [90]. Первыймировой промысловый опыт по созданию в пласте очага горения был проведен в30-егодыпрошлогостолетиянаюжномотводеШирвано-Нефтянскогоместорождения (Краснодарский край) под руководством А.Б. Шейнмана [91].Процессу внутрипластового горения, а такжесозданию на ее основетехнологии разработки нефтяных пластов, содержащихтрудноизвлекаемыезапасы нефти, оказали существенное влияние отечественные и зарубежные ученыеО.М. Айзикович, И.Д. Амелин, Д.Г. Антониади, А.М. Бернштейн, А.А.
Боксерман,М.Г. Булыгин, А.Е. Важеевский, А.Р. Гарушев, С.А. Жданов, Ю.П. Желтов, А.А.Кочешков, Г.Е. Малофеев, Р.Х. Сафиуллин, В.П. Степанов, В.В. Полковников,Н.Л. Раковский, И.Н. Стрижов, J.D. Alexander, J.G. Burger, T.S., M.K. Dabbous,M.R. Fassihi, H. Ramey, B.C. Sahuquet, H.J. Tadema, J. Weijdema и другие.Метод внутрипластового горения применяется при разработке в основномвысоковязкой тяжелой нефти в силу возможности создания фронта горения спомощьювысокомолекулярныхсоединений,находящихсявнефти.Дляподдержания процесса горения в нефтяном пласте непосредственно перед38фронтом горения необходимо отложение на породе минимального количестваостаточных высокомолекулярных соединений, являющихся топливом, которое порезультатам лабораторных экспериментов, проведенных на моделях пластов,составляет ~ 12-14 кг/м3 нефтенасыщенной породы [31].0.80,850.90.951Плотность исходной нефти, г/смЗРис.
2.1 Зависимость концентрации остаточного топливаот плотности исходной нефти по Вёльбиру [32]Согласно оценочной зависимости по Вёльбиру (рис. 2.1), концентрация-5остаточного топлива нефти баженовской свиты составляет ~ 8 кг/м породы при-5плотности нефти Средне-Назымского месторождения 819 кг/м , что указывает наневозможность поддержания стабильного фронта горения [32]. Для случаяразработки дренируемых пластов баженовской свиты, содержащих легкую нефть,и отличающихся низким содержанием керогена, автором предлагается созданиеобласти высокотемпературного окисления путем закачки в пласт смеси легкойнефтии нафталина,затеминициированиегоренияв призабойнойзоненагнетательной скважины с помощью закачки через нее окислителя - воздуха ивовлечение в разработку недренируемого участка керогенсодержащих пластов[116].При организации высокотемпературных окислительных процессов в пластахбаженовской свиты в качестве топлива также может быть использовано твердоеорганическое вещество - кероген.
Известно, что термическое воздействие накерогеносодержащую породу, согласно ряду лабораторных исследований [10, 27]вызывает пиролиз керогена с образованием синтетических жидких и газовых39углеводородов, что влечет увеличение пористости породы баженовской свиты исоответственно улучшение ее фильтрационно-емкостных свойств. Таким образом,вовлечение в разработку твердого органического вещества позволит увеличитьпараметр количества потребляемого топлива и соответственно применить методвнутрипластового горения к пластам баженовской свиты [33]. Кинетическийрежим взаимодействия закачиваемого кислорода воздуха с углеводородамивызывает образование самопроизвольных окислительных процессов цепногохарактера, скорость которых и, соответственно,времясамовоспламененияопределяются высокими пластовыми температурами (>65°С) и давлениями [34].Кроме того, важное значение имеет наличие катализаторов в нефтесодержащейпороде и кинетическая характеристика пластовой нефти.аэIа& 3"CJClQjс£OjсзО*^^^оOi6L - - M5\\Г— * * —— " */Oj\4/в32•ша * * • 1 •^*Vв*1РасстояниеРаспределение: а — температуры; б — нефтенасыщенности; в — водонасыщенности;1 — зона пластовой температуры; 2 — зона предварительного повышения температуры;3 — зона испарения; 4— зона горения; 5 — зона регенерации тепла; 6 — содержание коксаРис.
2.2 Классическая схема процесса внутрипластового горения [35]После достижения установившегося режима продвижения фронта горенияудобновыделитьисследователямиуглеводородов,воздуха;несколько[35,36,37,обусловленнаяобластьгоренияосновных38]:зон,выгоревшаяописанныхзона,освобожденнаяповышенными температурамихарактеризуемаяразличнымимаксимальнойоти наличиемтемпературойиокислением неподвижных высокомолекулярных углеводородных соединений;40зона коксования, отвечающая за пиролиз тяжелых фракций нефти и керогена; зонасмешивающегося вытеснения, где при пластовой температуре фильтруютсяпродукты сгорания, газообразные и жидкие углеводороды (рис.
2.2).2.2.Особенности окисления углеводородных соединений при ВПГКак известно, нефть по составу представляет собой комплекс сложныхсоединенийуглеводородов,состоящихизпарафиновых,ароматических, непредельных углеводородов, и гетероатомныхсодержащихкислород,азотисеру,атакженафтеновых,соединений,высокомолекулярныхгетероциклических соединений, известных как смолисто-асфальтеновые вещества.Сопротивляемостьотдельныхуглеводородныхгруппквоздействиюкислорода имеет различные температуры инициирования процесса окисления, атакже различные химические механизмы его протекания. Первые значительныеэкспериментальные исследования в области окисления кислородом воздуха какотдельных углеводородов, так и их смесей были проведены отечественнымиучеными Н.И. Черножуковым и С.Э.
Крэйном [39, 40]. На основании анализа иобобщения результатов как отечественных, так и зарубежных исследователей [39,40, 41, 42] разработана схема химических превращений углеводородов приконтакте с воздухом, представленная на рисунке 2.3.В соответствии с механизмом химических превращений углеводородоввзаимодействие кислорода воздуха с нефтью при термическом воздействиипроисходитстепловыделениемвдвестадии:низкотемпературноеивысокотемпературное окисление. Между ними протекает реакция разложенияуглеводородов.Внизкотемпературнойприсоединениякислородакобластиуглеводородамипреобладаютреакциидегидрогенизации,ввысокотемпературной - реакции горения. Количество теплоты, выделившейся впроцессесгоранияобразцанефти,определяетсянадифференциальном41сканирующемкалориметре,нагревкоторогоосуществляетсяслинеиноискоростью.Рис. 2.3 Формализованная схема химических превращений углеводородов врезультате деструкции и окисленияПриокислениипарафиновыхуглеводородовврезультатереакцийдегидрогенизации образуются карбоновые кислоты, сложные эфиры и другиекислородсодержащиесоединения,не приводящиек образованиюсмол иасфальтенов, и соответственно практически не участвующие в формированиитоплива, необходимого для поддержания фронта горения.
Частично превращениециклоалкановпроисходитаналогичномаршрутуокисленияпарафиновыхуглеводородов с образованием спиртов и кетонов.Преобразование ароматических углеводородов и циклических кетонов,образованныхнафтенами,впроцессенизкотемпературногоокисления42практически всегда происходит по единому механизму, свойственному реакциямуплотнения. Согласно проведенным исследованиям, в области жидкофазноготермолизауглеводородовотмечаетсязакономерностьпоследовательногопреобразования в реакциях окислительной полимеризации следующих фракций:легкие масла - полициклические ароматические углеводороды - смолы-асфальтены - карбены - карбоиды - кокс.Такимобразом,углеводородныегруппынефтипервоначальнопревращаются в смолы с помощью реакций уплотнения, а при дальнейшемвоздействии кислородом воздуха фракция смол укрупняется до асфальтенов.
Придостижении порогового значения концентрации асфальтенов в дисперсионнойсредепроисходитзарождениеиосаждениекарбенов,нерастворимыхвароматических растворителях, которые через промежуточную фракцию карбоидовпреобразуются в кокс[39, 43, 44, 45, 46]. Скоростьпоследовательногопреобразования фракций в реакциях уплотнения определяется растворяющейспособностью дисперсионной среды.
В наиболее ароматизированной средепредельнаяконцентрацияасфальтеновбудетувеличиваться,еслисредапредставлена, в основном, алкановыми углеводородами, например такими, какнефть баженовской свиты, то ее растворяющая способность и, соответственно,пороговое значение асфальтенов будут ниже.Количествосоединений)остаточногоявляетсявнутрипластовогококсоподобноеоднимгорения.веществостопливаиз(неподвижныхнаиболееважныхОстаточноетопливо,высокимсодержаниемвысокомолекулярныхпараметровпредставляющееуглерода,процессатвердоесостоитизвысокомолекулярных углеводородных и гетероатомных соединений (асфальтены,смолы, масла), молекулярный вес которых составляет более 300 г/моль [46].Количество неподвижных ВМС определяется объемом закачиваемого окислителя.С одной стороны, большой расход окислителя экономически не выгоден, но сдругой стороны, без достаточного объема окислителя фронт горения не сможет43продвигаться вперед, к новым участкам пласта.
На образование остаточноготоплива влияет ряд факторов: природа нефти и пористой среды, температура идавлениевзоневодонасыщенностьобразованияпластаиостаточноговремятоплива,образованияналичиекислорода,топливаилискоростьтвердогоорганическогопродвижения фронта горения.2.3.Механизм разложения керогенаТермическаядеструкция(крекинг,пиролиз)вещества происходит по гомолитическому расщеплению связей с образованиемсвободных радикалов, схема реакции которой представлена ниже:A : B ^ Л^ + •ВПроцессдеструкциипротекаетс увеличениемобъемаиотражаетэндотермический характер процесса.Легкие продукты первичного разложения (в основном СО и СО2) покидаютсистему в виде паров и газов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
