Электрохимический метод увеличения нефтеотдачи пласта

В данной работе рассматривается метод увеличения нефтеотдачи пласта путем закачивания химических реагентов, а также воздействием на пласт электрического поля постоянного тока. Описываются результаты применения данного метода на месторождениях Западной Сибири.

Актуальность данной темы заключается в необходимости разработки новых методов увеличения нефтеотдачи пластов для малодебитных и высокообводненных скважин. Нефть уже не бьет ключом. Около 65 % запасов нефти в России относятся к трудноизвлекаемым. То есть для освоения подобных запасов требуются повышенные затраты материальных средств, труда и т.д. [1, с. 11]

Научно-техническое обоснование метода повышения нефтеотдачи пластов

Текущее состояние разработки месторождений характеризуется прогрессирующим ростом обводненности добываемой продукции (20–90 %), уменьшением темпа отбора нефти (5–25 % в год).

За последние годы на Урьевском месторождении проведены опытно-промысловые испытания более 10 различных методов увеличения нефтеотдачи (МУН) пластов. При этом только научно обоснованный подбор технологии позволил повысить коэффициент нефтеотдачи пластов на 3–4 %.

Большинство технологий по субъективным и объективным причинам (технологическая и техническая сложность реализации, отсутствие спецоборудования, температурных ограничений, отсутствие необходимых химреагентов и др.) не нашли дальнейшего развития и широкомасштабного внедрения.

Низкопродуктивные залежи (НПЗ) (юрские отложения) нефти, сравнительно недавно введенные в эксплуатацию, изначально имеют более низкий коэффициент конечной нефтеотдачи (0,2–0,3).

Традиционно применявшиеся в Западной Сибири на высокопродуктивных пластах технологии МУН на НПЗ не пригодны.

Трассерные исследования системы разработки юрских отложений показывают иногда аномально высокие приемистости нагнетательных скважин как на ВПЗ, так и на НПЗ, которые предполагают наличие суперколлекторов и промытых зон. Дальнейшая эксплуатация таких зон требует внедрения специальных МУН, позволяющих исключить кинжальные прорывы закачиваемой воды и увеличить охват пласта заводнением.

В данной работе приведено научно-техническое обоснование внедрения электрохимических МУН на сложных в геологическом строении месторождениях. Основное внимание уделено низкопродуктивным залежам нефти, находящимся на поздней стадии разработки, на которых наблюдается рост обводненности и отмечается тенденция к снижению добычи нефти.

Подбор электрохимического МУН для каждого объекта осуществлялся на основании следующих характеристик:

• по результатам промысловых испытаний МУН на аналогичных объектах;

• по критериям эффективности применения МУН для данного геологического разреза, физико-химическим свойствам флюида и характеристикам текущего состояния разработки данного пласта.

В ходе исследования мы проанализировали некоторые существующие методы и патенты увеличения нефтеотдачи.

– способ повышения проницаемости призабойной зоны нефтеносного пласта. Данный способ приводит к повышению дебита нефтедобывающих скважин путем проведения электрообработки призабойной зоны пласта. В способе повышения проницаемости призабойной зоны нефтеносного пласта при определении геологофизических параметров призабойной зоны пласта определяют порометрическую кривую материала коллектора в призабойной зоне f(r) для расчета средней величины радиуса rcp поровых каналов. После этого определяют длительность импульса τ и соответствующую ей минимальную допустимую плотность тока в импульсе j. Скважность импульсов устанавливают в диапазоне 1–3. Время проведения импульсной обработки выбирают по соответствующей формуле. Повышается точность определения параметров импульсной электрообработки для эффективного увеличения проницаемости призабойной зоны нефтеносного пласта при снижении энергопотребления [2].

Плюсы данного способа:

· повышение точности определения параметров импульсной электрообработки для эффективного увеличения проницаемости призабойной зоны пласта при снижении энергопотребления.

Минусы данного способа:

· сложность выполнения операций, требуется наличие мощного источника электрической энергии, расположенного вблизи скважины.

· необходимо наличие высоковольтной линии электропередачи недалеко от скважины, что значительно усложняет реализацию данного способа.

– Известен способ подземного выщелачивания (US 4071278 А, кл. 299/53, 1978 г.), заключающийся в том, что для интенсификации процесса выщелачивания через массив пропускают электрический ток – постоянный, переменный или импульсный.

В результате протекания электрохимических реакций, инициируемых пропусканием электрического тока через среду, содержащую глину, происходит разрушение глинистых частиц, их вынос и, как следствие, увеличение проницаемости среды. Условием использования известного способа в целях увеличения проницаемости среды является наличие в обрабатываемой среде глины. Это существенно ограничивает область применения способа и не позволяет изменять проницаемость широкого класса пород-коллекторов [3].

Объект исследования – методы увеличения нефтеотдачи.

Предмет исследования – поиск эффективных путей повышения нефтеотдачи пластов.

Целью исследования является определение и описание наиболее эффективных электрохимических методов увеличения нефтеотдачи.

Задачи решенные в ходе исследования

· Описаны существующие методы увеличения нефтеотдачи с применением электрических полей.

· Исследованы новые, эффективные МУН для малодебитных скважин.

Высокообводненные и малодебитные скважины требуют внедрения новых технологий для повышения эффективности нефтедобычи.

Мы предлагаем метод увеличения нефтеотдачи который подразумевает закачивание химических реагентов в пласт, а также воздействие электрического поля постоянного тока. Ток будет проходить через два питающих электрода, которые находятся на уровне пласта. Метод основан на дополнительном воздействии на пласт постоянным электрическим током, пропускаемым как минимум в пределах куста скважин через два питающих электрода, находящихся на уровне пласта в двух рядом расположенных скважинах. Электрод с отрицательным зарядом располагается в нагнетательной скважине, с положительным зарядом – в добывающей. При этом под действием электродвижущих сил в поровом пространстве пласта возникают электрокинетические и электрохимические процессы, увеличивающие эффективность искусственного заводнения. Так, электрокинетические процессы обусловливают более активное вытеснение нефти водой из порового пространства, поскольку этому способствует создание вокруг нагнетательной скважины щелочной среды с высокими моющими и нефтевытесняющими свойствами. Конструктивно электрическая установка мощностью 30–40 кВт состоит из трансформатора, выпрямителя постоянного тока, скважинного питающих электродов катод (рис. 2а) и анод (рис. 2б) кабеля марки КРБП – Зх16. Электроды подсоединяют к клеммам выпрямителя постоянного тока при помощи кабеля. Помещают в скважину на уровне перфорации обсадной колонны. Электроды с кабелем спускают в скважину с использованием НКТ (рис. 1). В добывающей скважине выбор электродного материала не имеет принципиального значения. Электрообработка пласта проводится круглосуточно в течение трех месяцев. После отключения напряжения достигнутый эффект обычно сохраняется длительное время (год и более).

В результате увеличивается коэффициент охвата воздействием щелочного раствора обводняющегося неоднородного пласта, значительно уменьшается обводненность добывающих скважин в пределах куста и соответственно возрастает добыча нефти (рис. 1) [4].

Воздействие электростатического поля на нефтяной поток уменьшает интенсивность запарафинивания поверхности, так как на заряженной частице в потоке вследствие электростатической индукции возникает дополнительный заряд. На частицу со стороны поля будет действовать сила, отклоняющая ее в сторону области зарядов и взаимодействия заряженных частиц в потоке.

Энергия, сообщаемая электрическими полями, идет на разрушение связей пространственной структуры нефти, а асфальтены представляются как полярные электрически чувствительные компоненты данной структуры. Что напрямую повышает проницаемость коллектора, соответственно увеличивает нефтеотдачу.

Под действием электродвижущих сил в поровом пространстве пласта возникают электрокинетические и электрохимические процессы, увеличивающие эффективность искусственного заводнения. Так, электрокинетические процессы обусловливают более активное вытеснение нефти водой из порового пространства, поскольку этому способствует создание вокруг нагнетательной скважины щелочной среды с высокими моющими и нефтевытесняющими свойствами. Под действием приложенных электродвижущих сил дисперсионная среда (вода) будучи положительно заряженной перемещается в направлении к отрицательному полюсу (которая создается вокруг нагнетательной скважины), а отрицательно заряженные частицы углеводородов дисперсной фазы движутся к положительному полюсу, то есть к забою добывающей скважины (рис. 3).

В результате увеличивается коэффициент охвата воздействием щелочного раствора обводняющегося неоднородного пласта, значительно уменьшается обводненность добывающих скважин в пределах куста и соответственно возрастает добыча нефти.

После окончания электровоздействия на пласт обводненность добываемой нефти оказывается значительно сниженной на длительный период времени.

В лаборатории физики филиала Тюменского индустриального университета в городе Нижневартовске была создана установка для измерения изменения вязкости нефти от различных физических параметров (от теплового воздействия и постоянного тока). Были проведены серии измерений воздействия постоянного тока на изменение вязкости. Опыты показали, что вязкость не зависит от постоянного напряжения. Соответственно, согласно модели КИН, для раскрытия механизмов, позволяющих повысить нефтеотдачу пластов, полезно рассматривать физические модели, сводимые к нескольким наиболее важным параметрам, на которые можно измеряемо воздействовать физическими полями. Так, КИН можно представить как некий оператор от среднестатистических параметров [5]:

где pпл – пластовое давление; µ – вязкость нефти; kпр – проницаемость коллектора; Т – температура; t – время.

Используя данные значения напряженности электрического поля:

где Um – амплитудное напряжение, d – расстояние между обкладками разборного конденсатора.

Далее расчитываем плотность тока для жидкого флюида:

Исходя из расчетов можно сказать, что при воздейтвии постоянным током изменяется лишь давление.

Рассмотрим электрические свойства водных растворов в условиях естественного залегания. Наиболее распространены растворы солей NаCl, KCl, MgCl2, Na2SO4, CaCl2, NaHCO3.

Удельное сопротивление этих растворов бинарного одновалентного электролита записывается выражением:

где U и v – подвижности катиона и аниона; ∧ – эквивалентная электропроводность электролита при T = (20 ℃ Ом-1)⋅см2, Св – концентрация электролита г-экв/л.

С ростом температуры удельное сопротивление будет меняться так:

В случае многокомпонентного состава рассчитывается по формуле:

где ∧ i и Сi – эквивалентные электропроводность и концентрация i-го электролита в растворе, содержащем n электролитов.

Удельное сопротивление уменьшается, а токи возрастают, из-за чего выделяется дополнительно теплота, что соответственно приводит к снижению коэффициента вязкости.

Чтобы определить плотность тока мы использовали диапазон концентрации от минимальной до максимальной и получили следующие данные: концентрация нефти меняется от 0,2 до 0,15, воды от 0,5 до 0,8, газа от 0,3 до 0,05.

Удельное сопротивление нефти мы берем за 1012 Ом.м, воды 102 Ом.м и газа 1014 Ом.м

Читать полностью