Интенсификация нефтедобычи путем газоциклической закачки в скважины жидкого диоксида углерода
|
Введение 2
Глава 1. Теоретический анализ методов интенсификации нефтедобычи 7
1.1 Обзор современных методов интенсификации добычи нефти 8
1.1.1 Законтурное и внутриконтурное заводнение 9
1.1.2 Нагнетание газа в верхние части скважины 10
1.1.3 Вторичные методы добычи нефти 10
1.1.4 Обзор современных методов интенсификации добычи нефти 11
1.2 Факторы, влияющие на нефтеотдачу 16
1.3 Недостатки традиционного заводнения 20
1.4 Метод интенсификации добычи нефтяных скважин 22
1.5 Увеличение извлечения нефти с помощью отработанных газов 26
1.6 Метод обработки скважины 28
1.7 Усовершенствованный процесс извлечения нефти с использованием двуокиси углерода 34
Выводы по 1 главе 39
Глава 2. Систематизация экспериментальных данных 40
2.1 Анализ проведения экспериментальной методики 40
2.1.1 Определение вязкости нефти и нефтепродуктов 40
2.2 Результаты внедрения методики 47
2.3 Насосная система для закачки диоксида углерода 51
Выводы по 2 главе 55
Глава 3. Эколого-экономическая часть 56
3.1 Расчет парниковых газов 56
3.2 Методика расчета эмиссии углекислого газа 57
3.2.1 Стационарное сжигание топлива 58
3.2.2 Выбросы углекислого газа при производстве аммиака 61
Выводы по 3 главе 62
Заключение 64
Список использованных источников 66
Приложение А Коэффициенты перевода расхода топлива в энергетические единицы, коэффициенты выбросов СО2 и содержание углерода до видам топлива 69
Глава 1. Теоретический анализ методов интенсификации нефтедобычи 7
1.1 Обзор современных методов интенсификации добычи нефти 8
1.1.1 Законтурное и внутриконтурное заводнение 9
1.1.2 Нагнетание газа в верхние части скважины 10
1.1.3 Вторичные методы добычи нефти 10
1.1.4 Обзор современных методов интенсификации добычи нефти 11
1.2 Факторы, влияющие на нефтеотдачу 16
1.3 Недостатки традиционного заводнения 20
1.4 Метод интенсификации добычи нефтяных скважин 22
1.5 Увеличение извлечения нефти с помощью отработанных газов 26
1.6 Метод обработки скважины 28
1.7 Усовершенствованный процесс извлечения нефти с использованием двуокиси углерода 34
Выводы по 1 главе 39
Глава 2. Систематизация экспериментальных данных 40
2.1 Анализ проведения экспериментальной методики 40
2.1.1 Определение вязкости нефти и нефтепродуктов 40
2.2 Результаты внедрения методики 47
2.3 Насосная система для закачки диоксида углерода 51
Выводы по 2 главе 55
Глава 3. Эколого-экономическая часть 56
3.1 Расчет парниковых газов 56
3.2 Методика расчета эмиссии углекислого газа 57
3.2.1 Стационарное сжигание топлива 58
3.2.2 Выбросы углекислого газа при производстве аммиака 61
Выводы по 3 главе 62
Заключение 64
Список использованных источников 66
Приложение А Коэффициенты перевода расхода топлива в энергетические единицы, коэффициенты выбросов СО2 и содержание углерода до видам топлива 69
В настоящий момент актуальной проблемой является то, что развитие нефтяной промышленности России невозможно без поддержания ресурсной базы. Начавшееся в 2008 г. снижение добычи нефти связано не только с падением цен, но и с истощением легкодоступных нефтяных запасов. Поэтому необходимо искать пути более полного извлечения нефти из действующих месторождений и разработке трудноизвлекаемых запасов нефти, т.е. перейти от экстенсивного типа развития к интенсивному.
В пластах значительного числа истощенных девонских и угленосных месторождений в Татарии, Башкирии, Самарской, Оренбургской областях и т.д. осталось 50-60 % исходных геологических запасов. По указанной причине повышение коэффициента извлечения нефти на 10-20 пунктов даст большой экономический эффект.
После заводнения нефтяных месторождений по обычной технологии или с использованием их улучшенных вариантов (циклическое воздействие, изменение направления потоков жидкости, водогазовое циклическое воздействие), или с повышением вытесняющих свойств воды (ПАВ, полимеры, щелочи) в недрах остаются неизвлекаемыми до 30 - 70 % начальных запасов нефти, которые оказываются сложно рассредоточенными в заводненном объеме пластов в виде остаточной рассеянной нефти и не охваченных заводнением слоев, линз, пропластов.
Остаточную нефть способны вытеснять лишь те рабочие агенты, которые смешиваются с нефтью и водой или имеют сверхнизкое межфазное натяжение на границе раздела фаз. Такие условия возникают при вытеснении высоковязкой нефти диоксидом углерода.
Основными механизмами повышения нефтеотдачи при закачке CO2 являются:
1) увеличение содержания растворенного газа;
2) снижение вязкости нефти;
3) набухание нефти;
4) поддержание пластового давления в истощенных коллекторах.
Эти методы относятся к числу наиболее высокопотенциальных и перспективных, способных снижать до 2 — 5 % остаточную нефтенасыщенность призабойной зоны, охваченной рабочим агентом. Главное в применении этих методов - обеспечить высокий охват нефтяной залежи эффективным вытесняющим агентом (диоксидом углерода) и мицеллярным раствором. Применительно к российским нефтедобывающим организациям они имеют принципиальное значение, так как основная часть остаточной нефти на известных разрабатываемых месторождениях остается в виде заводненных запасов, которые труднее извлекать, чем из незаводненных пластов.
При растворении в воде диоксида углерода вязкость её несколько увеличивается, однако этот прирост незначителен. При массовом содержании в воде 3 - 5 % СО2 вязкость её возрастает на 20 - 30 %. Образующаяся угольная кислота растворяет породы пласта и повышает проницаемость. В случае песчаников она увеличивается на 5-15%, а доломитов - на 6 - 75 %. В присутствии диоксида углерода снижается набухаемость глинистых частиц. Диоксид углерода в воде способствует разрыву и отмывки пленочной нефти, покрывающей зерна породы, и уменьшает возможность разрыва водной пленки. Вследствие этого, капли нефти при малом межфазном натяжении свободно перемещаются в поровых каналах.
Еще одним преимуществом использования CO2 в качестве газового агента для повышения нефтеотдачи является то, что достаточно часто термодинамические условия в пластах на месторождениях, где предполагается применение CO2, способствуют переходу его в состояние флюида конвертного сверхкритического (ФКС). Данное состояние характеризуется исчезновением различий между жидкой и газовой фазой и свойствами газа и жидкости одновременно. ФКС-СО2 является хорошим растворителем органических веществ, в том числе нефти, благодаря чему он особенно эффективен для повышения нефтеотдачи. Диоксид углерода растворяется в нефти в 4 - 10 раз лучше, чем в воде, поэтому он может переходить из водного раствора в нефть.
Актуальность работы обусловлена тем, что:
1. Доля трудноизвлекаемых запасов существующих нефтяных месторождений неуклонно растет.
2. После первичного (15 - 20% нефтеотдачи) и вторичного (30 - 40% нефтеотдачи) этапов разработки скважины и возникает проблема обводненности.
3. Применение газового метода увеличения нефтеотдачи позволит увеличить добычу нефти в несколько раз.
4. Данная технология нефтеотдачи позволит решить экологическую проблему изоляции эмиссии огромного количества выделяемого промышленностью СО2.
5. Экономическими эффектами при этом являются низкая себестоимость СО2, возможность его рецикла, возможность применения на любой стадии разработки месторождения, высокое качество товарной нефти.
Цель исследования - повышение эффективности добычи нефти путем газоциклической закачки в нефтяные скважины жидкого диоксида углерода.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
1. Провести анализ существующих известных методов увеличения нефтеотдачи пластов.
2. Систематизировать полученные экспериментальные данные.
3. Рассчитать эмиссию парникового газа при выбросах углекислого газа на предприятиях и при добыче нефти.
Объектом исследования в данной работе выступает закачка диоксида углерода в нефтяную скважину.
Предметом исследования является метод интенсификации нефтедобычи путем газоциклической закачки жидкого диоксида углерода.
Научная новизна исследования состоит в предложении усовершенствования процесса закачки углекислого газа для снижения уровня загрязнения от парниковых газов.
Теоретическая значимость исследования состоит в детализированном анализе существующих методов увеличения нефтеотдачи, технологии закачки диоксида углерода в нефтяную скважину.
Практическая значимость исследования:
Снижение количества загрязняемых веществ, выбрасываемых в окружающую среду, при использовании диоксида углерода при добыче нефти. Предложена технологическая схема закачки углекислого газа в нефтяную скважину. Получены результаты исследований опытно-технологических работ на Радаевском и Сергеевском нефтяных месторождений.
Защищаемые положения:
Техническое предложение по усовершенствованию процесса закачки углекислого газа для снижения эмиссии парниковых газов на примере одного из месторождений Самарской области.
Структура магистерской диссертации: обусловлена логикой и последовательностью изложения результатов, полученных при решении поставленных задач исследования. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 24 наименования, а также приложений. Объем работы составляет 75 страниц машинописного текста, содержит 12 рисунков и 2 таблиц.
В пластах значительного числа истощенных девонских и угленосных месторождений в Татарии, Башкирии, Самарской, Оренбургской областях и т.д. осталось 50-60 % исходных геологических запасов. По указанной причине повышение коэффициента извлечения нефти на 10-20 пунктов даст большой экономический эффект.
После заводнения нефтяных месторождений по обычной технологии или с использованием их улучшенных вариантов (циклическое воздействие, изменение направления потоков жидкости, водогазовое циклическое воздействие), или с повышением вытесняющих свойств воды (ПАВ, полимеры, щелочи) в недрах остаются неизвлекаемыми до 30 - 70 % начальных запасов нефти, которые оказываются сложно рассредоточенными в заводненном объеме пластов в виде остаточной рассеянной нефти и не охваченных заводнением слоев, линз, пропластов.
Остаточную нефть способны вытеснять лишь те рабочие агенты, которые смешиваются с нефтью и водой или имеют сверхнизкое межфазное натяжение на границе раздела фаз. Такие условия возникают при вытеснении высоковязкой нефти диоксидом углерода.
Основными механизмами повышения нефтеотдачи при закачке CO2 являются:
1) увеличение содержания растворенного газа;
2) снижение вязкости нефти;
3) набухание нефти;
4) поддержание пластового давления в истощенных коллекторах.
Эти методы относятся к числу наиболее высокопотенциальных и перспективных, способных снижать до 2 — 5 % остаточную нефтенасыщенность призабойной зоны, охваченной рабочим агентом. Главное в применении этих методов - обеспечить высокий охват нефтяной залежи эффективным вытесняющим агентом (диоксидом углерода) и мицеллярным раствором. Применительно к российским нефтедобывающим организациям они имеют принципиальное значение, так как основная часть остаточной нефти на известных разрабатываемых месторождениях остается в виде заводненных запасов, которые труднее извлекать, чем из незаводненных пластов.
При растворении в воде диоксида углерода вязкость её несколько увеличивается, однако этот прирост незначителен. При массовом содержании в воде 3 - 5 % СО2 вязкость её возрастает на 20 - 30 %. Образующаяся угольная кислота растворяет породы пласта и повышает проницаемость. В случае песчаников она увеличивается на 5-15%, а доломитов - на 6 - 75 %. В присутствии диоксида углерода снижается набухаемость глинистых частиц. Диоксид углерода в воде способствует разрыву и отмывки пленочной нефти, покрывающей зерна породы, и уменьшает возможность разрыва водной пленки. Вследствие этого, капли нефти при малом межфазном натяжении свободно перемещаются в поровых каналах.
Еще одним преимуществом использования CO2 в качестве газового агента для повышения нефтеотдачи является то, что достаточно часто термодинамические условия в пластах на месторождениях, где предполагается применение CO2, способствуют переходу его в состояние флюида конвертного сверхкритического (ФКС). Данное состояние характеризуется исчезновением различий между жидкой и газовой фазой и свойствами газа и жидкости одновременно. ФКС-СО2 является хорошим растворителем органических веществ, в том числе нефти, благодаря чему он особенно эффективен для повышения нефтеотдачи. Диоксид углерода растворяется в нефти в 4 - 10 раз лучше, чем в воде, поэтому он может переходить из водного раствора в нефть.
Актуальность работы обусловлена тем, что:
1. Доля трудноизвлекаемых запасов существующих нефтяных месторождений неуклонно растет.
2. После первичного (15 - 20% нефтеотдачи) и вторичного (30 - 40% нефтеотдачи) этапов разработки скважины и возникает проблема обводненности.
3. Применение газового метода увеличения нефтеотдачи позволит увеличить добычу нефти в несколько раз.
4. Данная технология нефтеотдачи позволит решить экологическую проблему изоляции эмиссии огромного количества выделяемого промышленностью СО2.
5. Экономическими эффектами при этом являются низкая себестоимость СО2, возможность его рецикла, возможность применения на любой стадии разработки месторождения, высокое качество товарной нефти.
Цель исследования - повышение эффективности добычи нефти путем газоциклической закачки в нефтяные скважины жидкого диоксида углерода.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
1. Провести анализ существующих известных методов увеличения нефтеотдачи пластов.
2. Систематизировать полученные экспериментальные данные.
3. Рассчитать эмиссию парникового газа при выбросах углекислого газа на предприятиях и при добыче нефти.
Объектом исследования в данной работе выступает закачка диоксида углерода в нефтяную скважину.
Предметом исследования является метод интенсификации нефтедобычи путем газоциклической закачки жидкого диоксида углерода.
Научная новизна исследования состоит в предложении усовершенствования процесса закачки углекислого газа для снижения уровня загрязнения от парниковых газов.
Теоретическая значимость исследования состоит в детализированном анализе существующих методов увеличения нефтеотдачи, технологии закачки диоксида углерода в нефтяную скважину.
Практическая значимость исследования:
Снижение количества загрязняемых веществ, выбрасываемых в окружающую среду, при использовании диоксида углерода при добыче нефти. Предложена технологическая схема закачки углекислого газа в нефтяную скважину. Получены результаты исследований опытно-технологических работ на Радаевском и Сергеевском нефтяных месторождений.
Защищаемые положения:
Техническое предложение по усовершенствованию процесса закачки углекислого газа для снижения эмиссии парниковых газов на примере одного из месторождений Самарской области.
Структура магистерской диссертации: обусловлена логикой и последовательностью изложения результатов, полученных при решении поставленных задач исследования. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 24 наименования, а также приложений. Объем работы составляет 75 страниц машинописного текста, содержит 12 рисунков и 2 таблиц.
В магистерской диссертации были поставлены задачи и по результатам работы получены следующие результаты:
1. Проведен подробный анализ известных методов увеличения нефтеотдачи скважины. Выявлено, что на сегодняшний день происходит снижение добычи нефти, связанное с истощением легкодоступных нефтяных запасов и рост заброшенных нефтяных скважин с отдачей нефти менее 35 %. В соответствии с данной проблемой был рассмотрен зарубежный опыт в интенсификации процесса нефтедобычи и было выявлено, что наиболее выгодным способом увеличения нефтяной отдачи из скважины является использование газовых методов. В частности было рассмотрено использование диоксида углерода в связи с его физическими и химическими свойствами.
2. Под руководством творческой группы «РИТЭК-Самара-Нафта», были проведены исследования. Результаты показали, что чем выше исходная вязкость нефти, например, 330,9 мПа*с со скважины 301 и 785,1 мПа*с со скважины 402, тем в большей степени наблюдается эффект снижения вязкости, например, при вязкости нефти в пластовых условиях 217,2 мПа*с и 151,9 мПа*с при 5% содержания диоксида углерода, вязкость нефти после воздействия диоксида углерода снизилась до 35,2 мПа*с и 12.4 мПа*с при 40 % содержания диоксида углерода в нефти
Кроме того, было выявлено, что СКФ-СО2 обладает рядом преимуществ: не токсичен, не горюч, не взрывоопасен, дешев и доступен. Сверхкритический диоксид углерода можно считать экологически чистым растворителем.
3. Была посчитана эмиссия диоксида углерода в окружающую среду. При сгорании угля на Тольяттинской ТЭЦ в воздушный бассейн выбрасывается около 14 млн. тонн углекислого газа в год. При использовании 4 500 000 000 м3 природного газа для производства аммиака на «ТольяттиАзот» выбросы углекислого газа составляют 9 млрд. тонн. При закачке диоксида углерода в нефтяную скважину на поверхность выходит только 1/3 от всего объема углекислого газа, закаченного в скважину. Полученные расчеты показывают, что при использовании углекислого газа для увеличения нефтеотдачи наносится наименьший вред окружающей среде, соответственно использование газа при нефтедобычи наиболее выгодно с точки зрения экологии страны. Так же увеличится экономический эффект при использовании углекислого газа при нефтедобычи, в отличии от выбросов парниковых газов в воздушный бассейн страны, влекущий за собой штрафы за превышение ПДВ.
1. Проведен подробный анализ известных методов увеличения нефтеотдачи скважины. Выявлено, что на сегодняшний день происходит снижение добычи нефти, связанное с истощением легкодоступных нефтяных запасов и рост заброшенных нефтяных скважин с отдачей нефти менее 35 %. В соответствии с данной проблемой был рассмотрен зарубежный опыт в интенсификации процесса нефтедобычи и было выявлено, что наиболее выгодным способом увеличения нефтяной отдачи из скважины является использование газовых методов. В частности было рассмотрено использование диоксида углерода в связи с его физическими и химическими свойствами.
2. Под руководством творческой группы «РИТЭК-Самара-Нафта», были проведены исследования. Результаты показали, что чем выше исходная вязкость нефти, например, 330,9 мПа*с со скважины 301 и 785,1 мПа*с со скважины 402, тем в большей степени наблюдается эффект снижения вязкости, например, при вязкости нефти в пластовых условиях 217,2 мПа*с и 151,9 мПа*с при 5% содержания диоксида углерода, вязкость нефти после воздействия диоксида углерода снизилась до 35,2 мПа*с и 12.4 мПа*с при 40 % содержания диоксида углерода в нефти
Кроме того, было выявлено, что СКФ-СО2 обладает рядом преимуществ: не токсичен, не горюч, не взрывоопасен, дешев и доступен. Сверхкритический диоксид углерода можно считать экологически чистым растворителем.
3. Была посчитана эмиссия диоксида углерода в окружающую среду. При сгорании угля на Тольяттинской ТЭЦ в воздушный бассейн выбрасывается около 14 млн. тонн углекислого газа в год. При использовании 4 500 000 000 м3 природного газа для производства аммиака на «ТольяттиАзот» выбросы углекислого газа составляют 9 млрд. тонн. При закачке диоксида углерода в нефтяную скважину на поверхность выходит только 1/3 от всего объема углекислого газа, закаченного в скважину. Полученные расчеты показывают, что при использовании углекислого газа для увеличения нефтеотдачи наносится наименьший вред окружающей среде, соответственно использование газа при нефтедобычи наиболее выгодно с точки зрения экологии страны. Так же увеличится экономический эффект при использовании углекислого газа при нефтедобычи, в отличии от выбросов парниковых газов в воздушный бассейн страны, влекущий за собой штрафы за превышение ПДВ.
