Хіміко-фізичні основи високотемпературного впливу на привибійну зону свердловини гідрореагуючіми складами

Можливість здійснення короткочасного ВГ конденсату перевірена на свердловині № 23 Чутівського газоконденсатного родовища ДП «Полтава - газпром», колектор якої (на відміну від попередніх) складений карбонатними породами. На вибій і в зону зумпфа закачано розчин горючеокислювального складу (на основі аміачної селітри і саліцилатів) - 1070 л, з присадками параціану (0.05 %). Підпал суміші зроблено традиційним ПГД БК.

Після освоєння і очистки від продуктів реакції свердловина пущена в роботу на УКПГ з дебітом 10 тис м3/добу.

Проведений аналіз результатів впровадження режиму короткочасного фільтраційного горіння показав, що він може бути застосований для збільшення природної проникності колектора шляхом ліквідації асфальтенових і парафіногідратних пробок.

Доведено доцільність використання зумпфу для збільшення енергетичних потужностей нових хімічних джерел і можливість доставки ГРС на вибій свердловини у вигляді суспензійного розчину.

В промислових умовах технологія очистки пор в режимі передполум'яних процесів перетворення та окислення високомолекулярних вуглеводів була перевірена на свердловині 7673, Тевлинсько-Рускинського нафтового родовища (Когалимська обл.). Дебіт до обробки 5,3 т/добу.

Виготовлено 2 м³ робочого розчину на основі аміачної селітри з додатком 0,03 % ізопропілметакарборану та 0,005 % параціану. На вибій закачано 0,70 м³. Після витримки протягом доби приймальність пласту зросла до 88 м³/ доб. при тиску нагнітання 10,0 - 10,5 МПа.

На другому етапі у пласт доставлено 0,60 м³ реакційної суміші, що призвело до підвищення приймальності до 244 м³/доб.

Третє нагнітання 0,70 м³ розчину збільшило приймальність свердловини до 280 м³/доб.

За даними геофізичних досліджень проведена інтенсифікація роботи свердловини сприяла підвищенню проникності пласта у 4,9 рази. Дебіт свердловини зріс у 4,7 рази, склавши 25,1 т нафти на добу. Слід зазначити, що жодна кислотна обробка на цьому родовищі не давала збільшення проникності колектора більше, ніж у 1,5 рази.

Режим реалізації передполум'яних процесів баротермохімічного впливу на привибійну зону пласта може бути з успіхом використано для інтенсифікації роботи свердловин з порушеними колекторськими властивостями внаслідок кольматації порового простору тяжкими компонентами вуглеводнів.

Висновки

1. Фундаментальним результатом проведених досліджень є вирішення значної науково-технічної проблеми підвищення продуктивності нафтових, газових та газоконденсатних свердловин шляхом створення нового напрямку в технологіях термогазохімічного впливу на привибійну зону пласта з розробкою альтернативних високоенергетичних джерел хімічної енергії та використанням компонентів ракетних і торпедних палив.

2. Запропоновано та реалізовано новий підхід до вирішення проблеми підвищення проникності колекторів через:

- розкриття механізму хімічних реакцій при реалізації процесів в системі ГРС-ГОС-ПЛАСТ-ФЛЮЇД, та при створенні нових енергоємних систем;

- використання аномальних властивостей ряду речовин, пов`язаних з високою проникаючою здатністю, каталітичною активністю, спроможністю до ініціювання процесів горіння та ін., обумовлених особливостями будови їх атомів та молекул;

- застосування хімічних сполук та елементів з високою ентропією, що зростає, коли атоми та молекули енергоносіїв перед уживанням переводяться в збуджений стан. При цьому на 70 % знижується енергія активації реагуючих речовин, їх продукти набувають нових властивостей та по новому впливають на флюїд і продуктивний колектор.

Вивчення і моделювання процесів при експериментальних дослідженнях, здійснювалося при максимальному наближенні до внутрішньопластових умов. Застосовувалися сучасні методи розрахунків на ЕОМ з використанням пакетів прикладних програм. Механізм хімічних перетворень досліджувався за допомогою резонансно-флуоресцентної, інфрачервоної, емісійної і мас-спектроскопії, рентгенофазового аналізу, термогравіметрії, хроматографії та інших новітніх методів.

3. Вперше теоретично обгрунтовано, експериментально доведена і підтверджена доцільність і необхідність використання в якості основного окислювача, що визначає режим обробки пласту, іона водню, джерелом якого є вода.

4. Розроблено технологію синтезу, одержані та досліджені високоенергетичні гідрореагуючі склади (ГРС) на основі алюмінію, бору, літію, їх гідридів та термітної суміші з елементу і сполуки лужних металів. Знайдено основні технологічні параметри, що перетворюють компоненти у ГРС шляхом багаторазового прискорення твердофазного дифузійного переносу, використання енергії поверхневих реакцій і металотермічного відновлення.

5. Розроблено горюче-окислювальні суміші (ГОС) нового покоління на основі нітратів амонію та карбаміду з домішками активаторів: параціану, боридів літію або ізопропілметакарборану. Встановлено, що ці компоненти ракетних палив сприяють утворенню атомарних кисню та водню вже у передполум`яному окисленні, ініціюють цепні процеси горіння, повністю реалізуючи термодинамічний потенціал системи ГРС-ГОС-ФЛЮЇД. Доведено, що в присутності азотної кислоти прискорюються процеси горіння. Саліцилати забезпечують відсутність детонаційних явищ при працездатності ГОС в 1,4-1,9 разів вищій ніж у вибухової речовини - ігдоніту, що збільшує кількість утворюваних газів та радіус охоплення обробки продуктивного пласта.

6. Доведено, що в середовищі сильних окислювачів горюче-окислюваль-ної суміші ГРС вибірково реагують з водою, відновлюючи іон водню до основного газоподібного робочого тіла - атомів і молекул активного водню, що завжди першими фільтруються у пласт.

7. На підставі механізму хімічних перетворень встановлено, що ГРС, обезводнюючи і розігріваючи систему ГОС будь-якої водяної концентрації, сприяють її розкладанню, тобто підвищують ентропію компонентів і забезпечують їхнє самозапалювання. Тому процес згоряння системи ГРС - ГОС у свердловині є 3_х стадійним (горіння ГРС у воді, розкладання ГОС, згоряння пальних компонентів у кисні ГОС) з дискретно-імпульсною подачею енергії у пласт. Знайдено, що за рахунок зміни складу ГОС та ГРС процес горіння стає керованим і може тривати від секунд до годин при безперервному надходженні в пласт активних газів.

8. Для кожного режиму обробки привибійної зону пласта уперше встановлені межі працездатності ГРС по тиску. Створено склади ГРС для опрацювання свердловин глибиною до 6000 м, шляхом ініціювання процесу горіння вперше розробленою термітною сумішшю: Na₂О - Li. Досліджено її властивості та експлуатаційні параметри.

9. Через моделювання і дослідження процесів у системі ГРС-ГОС-ПЛАСТ-ФЛЮИД на різноманітних стадіях окислення встановлено, що основний вплив на вуглеводні створює водень, здійснюючи:

- каталітичну, низькотемпературну ізомеризацію високомолекулярної фракції флюїду, що має більш низьку енергією активації ніж бензинові складові;

- піроліз та крекінг збуджених ізомерних молекул;

- утворення газу та коксу з високою ентропією, останній є не лише енергетичним джерелом тепла при внутрішньопластовому горінні, а й визначає можливість його здійснення;

- під впливом ГРС змінюється не тільки кількісний, але і якісний склад коксу, для згоряння якого доля окислювача зменшується в 1,37 рази в зрівнянні з традиційним шляхом ВГ.

10. Розрахунковим шляхом та експериментально доведено, що завдяки аномальним властивостям водню (високій проникаючій спроможності, теплоємності та теплопровідності) швидкість підводу окислювача (кисню) до горючих компонентів в пласті зростає у 7-8 разів, забезпечуючи підтримку та стабілізацію фронту горіння.

11. На основі узагальнення розрахунково-теоретичних і експериментальних досліджень розроблена нова багатофункціональна технологія термогазохімічного опрацювання привибійної зони пласта з використанням гідрореагуючих складів і ГОС нового покоління, яка названа баротермохімічним впливом - БТХВ.

Технологія забезпечує ріст продуктивності нафтових газових і газоконденсатних свердловин за рахунок декольматації колектора і поліпшення його фільтраційних властивостей, додаткового нагрівання флюїду, підвищення внутрішньопластового тиску, газифікації високомолекулярної частини вуглеводнів і збагачення його бензиновими фракціями завдяки реалізації: тріщиноутворення; передполум'яних внутрішньопластових процесів крекінга, піролізу й окислення асфальтенів та парафіногідратних відкладень; внутрішньопластового короткочасного горіння.

12. У результаті впровадження нової технології на нафтових і газоконденсатних родовищах в Україні додатково отримано 103082 тис. м 3 газу, 7303 т конденсату і 8999 т нафти.

Основний зміст дисертації викладено в роботах

1. Щербина К.Г. Про новий підхід до засобу внутрішньопластової обробки свердловини // Нафтова і газова промисловість. OIL - GAS INDUSTRY - К.: Техніка., 1998. № 1 - С. 26 - 28.

2. Щербина К.Г., Світлицький В.М., Зезекало І.Г. Використання нітрату карбаміду у режимі горіння для внутрішньопластової обробки нафтогазоконденсатних свердловин // Нафтова і газова промисловість. OIL - GAS INDUSTRY - 1998. - № 5. - С. 29 - 30.

3. Щербина К.Г. Гидрореагирующие составы для внутрипластовой термохимической обработки нефтегазоконденсатных скважин // Вестн. Харьк. ун-та. - 1998. - № 402. - С. 85 - 88.

4. Щербина К.Г. Вторичные изменения структуры кернов при термохимической обработке с использованием гидрореагирующих составов // Вестн. Харьк. Политех. Ун.-та. - 1999. - № 26. - С. 74 - 77.

5. Щербина К.Г. Исследование теплового взрыва в термитной смеси Li - Na2O // Вестн. Харьк. Политех. Ун.-та. - 1999. - № 26. - С. 68 - 73.

6. Щербина К.Г. Влияние давления на процессы генерации водорода // Сб. пробл. машиностроения., К.: Наук. думка, 1983. - Вып. 20. - С. 86 - 87.

7. Щербина К.Г. О твёрдофазных продуктах реакции в процессах генерации водорода // Сб. пробл. машиностроения., К.: Наук. думка, 1983. - Вып. 20. - С. 83 - 86.

8. Щербина К.Г. Активация энергоаккумулирующих веществ для получения водорода из воды // Сб. Вопр. атомной науки и техники. Сер. Атомно - водородная энергетика. - М.: - 1977. Вып.2 (3). - С. 169 - 170.

9. Кононенко В.Г., Назаренко В.Г., Щербина К.Г. Эволюция дислокационной структуры в приповерхностных слоях монокристаллов в процессе высокотемпературного отжига // Изв. вузов. Физика. - 1987. - № 9. - С. 48 - 54.

10. Кононенко В.Г., Назаренко В.Г., Розенберг Г.Х., Николова Э.П., Щербина К.Г. Внутреннее окисление примесей и приповерхностное упрочнение щелочно-галоидных кристаллов при отжиге // Укр. Физ. Журн. - 1988. - т. 33. - № 5. - С. 765 - 767.

11. Щербина К.Г., Александров Е.Н., Прощицкая Л.Н. Новый аспект использования парациана и механизм его действия // Вестн. науки и техники, 1998. - Вып. 2. - С. 55 - 57.

12. Александров Е.Н., Веденеев В.И., Дубровина М.В., Козлов С.Н., Прах В.В., Щербина К.Г. О цепном гетерофазном процессе окисления бора // Изв. АН СССР. Серия хим. - 1988. - № 9. - С. 2185.

13. Щербина К.Г. О новой технологии получения алюмолитиевых сплавов // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998. - том, 20, № 8. - С. 50-54.

14. Щербина К.Г. Алюмолитиевый композитный состав и его некоторые кинетические характеристики // Сб. работ по химии. - Алма-Ата.: Каз. гос. ун_т. - 1983. - Вып.7. - С. 544 - 552.

15. Щербина К.Г. Основы нового метода организации внутрипластового фильтрационного горения нефти и конденсата // Сб. науч. тр. ХГПУ, вып. 6, в четырёх частях, часть третья.: Информ. технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. - Х., 1998. - С. 231 - 235.

16. Щербина К.Г. Расчёт адиабатической температуры горения лития в алюминии // Сб. науч. тр. ХГПУ, вып. 6, в четырёх частях, часть третья.: Информ. технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. - Х., 1998. - С. 226 - 230.

17. Подгорный А.Н., Калекин О.Ю., Герасименко В.Е., Щербина К.Г., Кузьмин Д.В. Нетрадиционные источники энергии для автономных установок малой мощности // Сб. Автономная энергетика сегодня и завтра. - Санкт - Петербург.: Мин. топлива и энергетики РФ. - 1993. - С. 17 - 18.

18. Щербина К.Г., Мохосоев М.В., Груба А.И. Взаимодействие нитратов алюминия и индия с вольфраматом натрия в горячих растворах // Журнал неорган. химии. - 1974. - Т. 19. - Вып.2. - С. 396 - 399.

19. Мохосоев М.В., Щербина К.Г, Груба А.И. Гидроксо- и оксо-вольфрамат индия // Изв. ВУЗов. Сер. химия и хим. технология. - 1975. - Т.18. - № 8. - С. 1309-1311.

20. Мохосоев М.В., Щербина К.Г., Груба А.И., Кривобок В.И. Образование гидроксовольфраматов алюминия и их свойства // Журнал неорган. химии. - 1974. - Т.19. - Вып.4. - С. 966 - 970.

21. Zezekalo I.G., Loboiko A.V., Scherbina K.G., Saharov A.A., Ivankiv O.A. Chemical process of the treatment of conden - sate and oil strata // The First European Conqress on Chemical Enqine - erinq. Florence, Italy, 1997. - vol.1. - P. 603 - 606.

22. Щербина К.Г. Оптимизация составов высокоэнергетических топливных систем на основе парациана. // Тр. международ. научно-технич. конф.: Информ. технологии: наука, техника, технология. - Х., 1997. - С. 179 - 181.

23. Калекин О.Ю., Щербина К.Г., Бастеев А.В., Симбирский А.В. Термитная смесь с низко - температурным воспламенением как инициатор процесса горения в воде // Горение конденсированных систем. Тр. VIII Всесоюз. симпоз. по горению и взрыву. - Черноголовка: ИХФ АН СССР, 1986. - С. 16 - 18.

24. Александров Е.Н., Калекин О.Ю., Козлов С.Н., Щербина К.Г., Прах В.В. К вопросу об отличии в механизме окисления модификаций бора в водяном паре. // Горение гетерогенных и газовых систем. Тр. IX Всесоюз. симпоз. по горению и взрыву. - Черноголовка, 1989. - С. 87 - 89; 170 - 171.

Размещено на Allbest.ru