1. Введение 8
2. Литературный обзор 10
2.1. Классификация и запасы тяжелых нефтей и природных битумов 10
2.2. Физико-химические свойства тяжелых нефтей и природных битумов 13
2.3. Применяемые методы разработки и добычи тяжелых нефтей и природных
битумов 14
2.4. Холодная добыча тяжелой нефти методом CHOPS 14
2.5. Парогравитационный дренаж (SAGD) 15
2.6. Циклическая закачка пара (CSS) 16
2.7. Закачка пара и растворителя (VAPEX) 18
2.8. Внутрипластовое горение 19
2.9. Добыча рудниковыми способами 20
2.10. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) 20
2.11. Технология сверхкритического облагораживания тяжелой нефти и природных
битумов 22
2.11.1. Влияние режимов на процессы облагораживания 24
2.11.2. Температура 24
2.11.3. Давление 25
2.11.4. Продолжительность 25
2.11.5. Плотность сверхкритической воды 26
2.11.6. Дисперсионный эффект 26
3. Экспериментальная часть работы 28
3.1. Свойства исследуемой нефти 28
3.2. Методика выполнения работы 28
3.3. SARA анализ исходной нефти и продуктов 33
4. Обсуждение результатов 34
4.1. Материальный баланс продуктов после воздействия СКВ 34
4.2. Элементный состав и вязкость нефти после воздействия СКВ 37
4.3. Состав насыщенной фракции нефти методом газовой хроматографии 39
4.4. Групповой состава нефти методом SARA анализа 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время на фоне снижения запасов углеводородного сырья и растущего потребления энергоносителей глубоко стоит проблема освоения трудноизвлекаемых запасов. К ТрИЗ относятся высоковязкие нефти (ВВН) и природные битумы (ПБ). ВВН и ПБ являются возможными альтернативными источниками энергоресурсов. Однако это требует специальных технологий разработки месторождений. Запасы (ВВН) и (ПБ) в мировой масштабе составляют примерно от 659 млрд т до 1 трлн т [1]. В соответствии с западными источниками [4], балансовые запасы ВВН и ПБ в России составляют от 51 млрд т до 214 млрд т как показано в таблице 1. В основном эти запасы сосредоточены в Волго-Уральском (60,3% или 80 млрд т), Западно-Сибирском (15,4% или 20 млрд т) и Северо-Кавказском (11,3% или 15 млрд т) бассейнах [2]. Удельный вес трудноизвлекаемых запасов нефти неуклонно растет. В связи с этим в ближайшие годы прирост добычи нефти как минимум на 10% будет обеспечен именно за счет ВВН и ПБ
(5).
Существуют различные способы разработки залежей тяжелых нефтей и природных битумов, которые различаются технологическими и экономическими характеристиками. Применимость той или иной технологии разработки обуславливается геологическим строением и условиями залегания пластов, физико-химическими свойствами пластового флюида, состоянием и запасами углеводородного сырья, климато-географическими условиями и т д [3]. Условно их можно подразделить на три, неравноценные по объему внедрения, группы: 1 - карьерный и шахтный способы разработки; 2 - так называемые «холодные» способы добычи; 3 - тепловые методы добычи
[4].
Несмотря на накопленный опыт в области тепловых методов воздействия на пласты, представляется крайне необходимым поиск и создание новых более совершенных технологий разработки залежи тяжелых нефтей и битумов. Это обусловлено как структурой «нетрадиционных» запасов нефти, так и необходимостью более полной выработки запасов углеводородов при достаточной высокой эффективности их добычи.
Метод, основанный на воздействии сверхкритической воды, относится к тепловым методам и может способствовать протеканию реакций «акватермолиза». Понятие «акватермолиз» было введено в 1982 г. Хайном с соавторами [5] как процесс превращения нефтей в среде водяного пара (воды) в присутствии минералов коллектора. Данный процесс можно отнести к одной из разновидностей внутрипластового облагораживания, который проводят от нескольких часов до нескольких суток при относительно невысоких
4
температурах 160-350 °С [6]. В процессе акватермолиза можно выделить два типа воздействия воды на сырье: физическое и химическое. К физическому воздействию можно отнести непосредственное растворение сырья [7], т. е. его разбавление. Тем самым происходит ингибирование процессов агломерации асфальтенов и дальнейшего коксообразования, а также образования смол, из-за присутствия которых вязкость продуктов увеличивается. Способность воды растворять органические соединения связана со снижением ее диэлектрической постоянной при повышении температуры [8]. Таким образом, вода становится средой для протекания различных химических реакций в ходе облагораживания при воздействии сверхкритической воды.
В данной исследовательской работе, были проведены эксперименты облагораживания тяжелой нефти при воздействии сверхкритической воды в автоклавном реакторе при температуре 420°С, а рабочее давление достигало до 290 бар. После экспериментов также были проведены анализы свойств продуктов облагораживания (плотность, вязкость) при котором результаты показали на сколько облагораживание влияет на их снижение. Вязкость исходной нефти составила 2073 мПа*с, а после облагораживания при продолжительности 15, 30 60, 90, 120 мин вязкость нефти снижается до следующих значении (1.9, 3.4, 6.5, 6.1, 6.8 мПа*с).
Были также проанализированы компонентный состав исходной нефти и продуктов при SARA - анализе метод ASTM D 4124. Результаты показали, что, по сравнению с исходной нефтью, доля насыщенных углеводородов увеличилась в продуктах, ароматические углеводороды непрерывно снижались, а со временем увеличились, смолы и асфальтены снизились соответственно, как это показано на графике 9.
Также, в данной дипломной работе проводили анализы элементного состава исходной нефти и продуктов облагораживания. Результаты показали, что соотношение водорода к углероду увеличилось только при продолжительности 15 мин H/C колеблется от минимального до максимального значения (1.46 - 1.66) а у исходной нефти
составляет - 1.64.
Облагораживание тяжелой нефти при воздействии СКВ позволяет не только снизить вязкость и плотность продукта, но также и повышать качества данного продукта.
