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

При освоєнні свердловини, з метою прискорення процесу винесення рідини з вибою, був використаний розроблений новий піноутворюючий склад, виносна спроможність якого - 3,77 м3/год, в порівнянні з традиційними складами на основі нітритноаміачних сполук, що виділяють 0,96 м3/год (при рівних умовах). Після освоєння свердловина була пущена в роботу на УКПГ з дебітом 21 тис. м3/добу газу та7,7 т/добу нафти. На процеси розщеплення вуглеводнів та їх окислення при обробці вказувала зміна складу газової фази в перших пробах. Аналіз виявив високий вміст оксиду - 18 % та діоксиду вуглецю - 9,8 %, азоту - 58 %, вуглеводів з довжиною ланцюга С-С5 - 13 %.

Свердловина № 68, оброблялась при доставці порошкоподібного ГРС у нейтральному збезводненому розчині вуглеводнів. Об'єм ГОС, що склав 0,5 м3, доставлено в зумпф (29м) і зону перфорації (19 м). НКТ підняли на 50 м вище верхніх отворів перфорації і нагнітили суспензію ГРС (0,15м3), яка “падала” на штучний вибій через пластову воду. Робоча суміш самозапалювалась під дією реакцій ГРС у кислому середовищі ГОС. Про позитивний вплив обробки свідчить отриманий додатковий дебіт свердловини, що склав 30,5 т/добу нафти.

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.

Авторські свідоцтва та патенти

25. А. с. 655101, СССР, МКИ СОIB 1 / 05. Способ получения водорода / К.Г. Щербина, И.Л. Варшавский, Н.Н. Тур (СССР). № 2558724 / 23 - 26. Заявл. 22.12 77; Выдано 07.12.78; Непубл., ДСП.

26. А. с. 778124, СССР, МКИ СО1 В 3 / 10. Способ получения водорода / К.Г. Щербина, И.Л. Варшавский, А.И. Максименко, Н.Н. Тур, В.В. Диков, В.Г. Гопиенко, И.В Волков (СССР). № 2695248 / 23 - 26. Заявл. 11.12. 78; Выдано 14.06.80; Непубл., ДСП.

27. А. с 1142438 СССР, МКИ С 01 В 3/08. Способ получения водорода / К.Г. Щербина, А.И. Максименко, О.Ю. Калекин, В.Е. Герасименко, Н.Н. Тур (СССР). № 3524647/23-26; - Заявл. 22.12.82; 0публ.28.02.85, Бюл. № 8. - 2 с.

28. А. с. 1351172, СССР, МКИ С 23 С 22 / 10, В 22 F 1 / 02. Способ нанесения фосфатных покрытий на алюминий / К.Г. Щербина, А.К. Локенбах, А.Х. Мурниеце, Р.Ю. Абеле, В.В. Жилинский, Л.В. Прощицкая (СССР). № 4031251 / 31 - 02, Заявл.03.03.86; Выдано 08.07.87; Непубл., ДСП.

29. А. с. 1381915, СССР, МКИ С 06 В 33 / 00. Гидрореагирующее топливо / К.Г. Щербина, О.Ю. Калекин, В.Е. Герасименко, А.В. Бастеев, В,В, Прах, В.Г. Назаренко (СССР). № 4002477 / 40 -23. Заявл. 02.01.86; Выдано 15.11.87; Непубл., ДСП.

30. А. с. 1415794, СССР, МКИ С 22 С 1 / 04. Способ получения неорганических соединений / К. Г. Щербина, О.Ю Калекин, В.Г. Гопиенко, В.Е. Герасименко, А.А. Павлюченко, Л.В. Прощицкая, Г.Н. Кеваркян, Е. А. Савченко (СССР). № 4164569 / 31 - 02. Заявл. 22.12 86; Выдано 08.04.88; Непубл., ДСП.

31. А. с. 1476675, СССР, МКИ В 01 J 7 / 00. Генератор водорода погружаемого плавсредства / К.Г. Щербина, О.Ю. Калекин, В.Б. Пода, Г.Н. Кеваркян, Г.В. Панов (СССР). № 4293772 / 31 - 26. Заявл. 04.08.87; Выдано 03.01.89; Непубл., ДСП.

32. А. с. 1536624, СССР, МКИ В 22 F 9 / 02. Способ получения порошка лития / К. Г. Щербина, О.Ю. Калекин, В.Г. Гопиенко, А.А. Макаров, Л.В. Прощицкая (СССР). № 4411273 / 31 - 02. Заявл. . № 4002477 / 40 -23. Выдано 15.09.89; Непубл., ДСП.

33. А. с. 1522647, СССР, МКИ C 01 B 3 / 08. Способ получения водорода / К.Г. Щербина, В.В. Воробьёв, О.Ю. Калекин, В.Г. Назаренко, В.Е.Герасименко, Г.Н. Кеваркян, К.Б. Лагуна (СССР). № 4389865 / 31 - 26. Заявл. 09.03.88; Выдано 15.07.89; Непубл., ДСП.

34. А. с. 1470661, СССР, МКИ С 01 В 3/08. Способ получения водорода / К.Г. Щербина, О.Ю. Калекин, Л.В. Прощицкая, В.Е. Герасименко, Г.Н. Кеворкян, Н.Н. Тур (СССР). - № 4225458/31-26. Заявл. 08.04.87; Опубл. 07.04.89, Бюл. № 13. - 2 с.

35. А. с. 1535015, СССР, МКИ С 06 В 21 / 00, 47 / 10. Способ получения гибридной топливной системы / К.Г. Щербина, О.Ю. Калекин, С.С. Фокин, А.К. Локенбах, В.В. Дождёв, В.В. Прах (СССР). № 4427995 / 40 -23. Заявл. 17. 05.88; Выдано 06.09.89; Непубл., ДСП.

36. А. с. 1628758, СССР, МКИ Н 01 J 7/18. Газопоглотитель / К.Г. Щербина, А.С. Лазарев, О.Ю. Калекин, В.Е. Герасименко, В.В. Прах, А.И. Михалюк (СССР). № 4634536 / 21. Заявл. 09.01.89; Выдано 15.10.90; Непубл., ДСП.

37. А. с. 1612519, СССР, МКИ С 06 В 21/00, 33/00. Способ получения гибридной топливной системы / К. Г. Щербина, Е.Н. Александров, О.Ю. Калекин, В.В. Прах, А.И. Михалюк (СССР). № 4694822 / 40 -23. Заявл. 24.05.89; Выдано 08.08.90; Непубл., ДСП.

38. А. с. 1627950 СССР, МКИ С01М 25/24. Способ определения энтальпии образования вещества / К.Г. Щербина, В.В. Прах, О.Ю. Калекин, А.И. Михалюк, Г.Н. Кеворкян. (СССР). - № 4664019/25. - Заявлено 30.03.89; Опубл. 15.02.91, Бюл. № 6. - 2 с.

39. А. с. 1824267 СССР, МКИ В23К7/00. Способ газопламенной обработки / К.Г. Щербина, А.Н. Подгорный, О.Ю. Калекин, Л.И. Бондаренко, Л.Р. Тисновский, В.Е. Герасименко (СССР). № 4763940/08; - Заявлено 04.12.89; 0публ.30.06.93, Бюл. 24. - 3 с.

40. Пат. 2036528 РФ, МКИ 6 НОИ 7/14. Способ получения пониженного давления в замкнутом объёме / Калекин О.Ю., Щербина К.Г., Пупко И.Т., Александров Е.Н. (РФ). - № 4896595/10; Заявл.25.12.90; Опубл. 27.05.95, Бюл. 15. - 2 с.

41. Пат. 1804135 РФ, МКИ С 22 С1/04. Способ получения алюмолитиевых сплавов / Щербина К.Г., Фридляндер И.Н., Степанова М.Г., Герасименко В.Е., Калекин О.Ю. (СССР). -№ - 4916662. - Заявл. 05.03.1991; Опубл. 07.05.96, Бюл. № 27. - 4 с.

42. Пат. 25227А UA. МПК 6 Е 21 В 43/00. Піноутворюючий склад для видалення рідини з вибою свердловини. / В.М. Світлицький, С.І. Ягодовський, О.С. Горев, К.Г. Щербина (UA). - № 97073864. - Заявл. 05. 11. 97; Опубл. 30.10.98.

43. Пат. 2126084 RU. С 1 6 Е 21 В 43/24, 43/25. Способ термохимической обработки призабойной зоны пласта / К.Г. Щербина, Е.Н Александров, Э. Б. Мовшович, А.Я. Лобойко, А.А. Сахаров, Е.В. Дораган (РФ). № 97111229/03

(011583). - Заявл. 26.07.98; Опубл. 10.02.99; Бюл. 4. - 2 с.

Анотація

Щербина К.Г. Хіміко-фізичні основи високотемпературного впливу на привибійну зону свердловини гідрореагуючими складами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.06 - розробка нафтових і газових родовищ. - відкрите акціонерне товариство “ Український нафтогазовий інститут”, Київ, 1999.

Дисертація присвячена проблемі розробки нового напрямку підвищення продуктивності нафтових, газових та газоконденсатних свердловин шляхом високотемпературного впливу на привибійну зону складами, що горять у воді - ГРС. Вперше доведено, що з використанням гідрореагуючих складів основним окислювачем в термообробці стає вода і процес горіння є 3-х стадійним з дискретно-імпульсною подачею енергії в пласт, що забезпечує багатофункціональність обробки (тріщиноутворення, передполум'яні процеси і внутрішньопластове горіння флюїдів будь-якої в'язкості). При обробці пласта, як і при одержанні ГРС, реалізується принцип використання речовин з високою ентропією. Створена нова технологія баротермохімічного впливу на пласт на основі сучасних засобів розрахунку, дослідження і моделювання процесів хімічних перетворень в свердловині з застосуванням нових конверсійних хімічних джерел енергії. Основні результати роботи підтверджені промисловими впровадженнями, що забезпечили ефективне підвищення продуктивності нафтових і газоконденсатних свердловин.

Ключові слова: свердловина, гідрореагуючі склади, горіння, водень, піроліз, підвищення продуктивності.

Аnnotation

Shcherbina K.G. Chemical and physical bases of high-temperature influence of hydro-reactive compounds on a pre-face zone of a well.

The thesis for a degree of the Doctor of Technical Science on a speciality 05.15.06. - Development of petroleum and gas deposits. - Opened joint-stock company "Ukrainian oil and gas institute", Kiev, 1999.

The thesis is devoted to a problem of the development of new directions of increasing the productivity of oil gas condensate wells by means of high-temperature influence of hydro-reactive compounds (HRC) on a pre-face zone. HRC burn in the water solutions of fuel-oxidative mixtures of a new generation. For the fist time it is proved, that the water is the main oxidant in thermal treatment with hydro-reactive compounds and burning process is three-stage one with discrete-impulse feed of the energy into the stratum. It ensures multifunctionality of the treatment (cracking, preliminary flame processes and in-stratum filtrative burning of fluids of any viscosity). With influence on a stratum as well as with HRC obtaining, the principle of use of substances with high entropy is realized. The new technology of barothermochemical influence on a stratum is created on the basis of modern methods of calculation, investigation and modeling of processes of chemical transformations in a well with new conversion chemical energy sources. The main results of this thesis are confirmed with industrial application and ensure effective increasing the productivity of oil gas condensate wells.

Key words: well, hydro-reactive compounds, burning, hydrogen, pyrolysis, increase of productivity.

Аннотация

Щербина К.Г. Химико-физические основы высокотемпературного воздействия на призабойную зону скважины гидрореагирующими составами. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.15.06 - Разработка нефтяных и газовых месторождений. - Открытое акционерное общество “Украинский нефтегазовый институт”, Киев, 1999.

Диссертация посвящена проблеме разработки нового направления в технологиях повышения производительности нефтяных газовых и газоконденсатных скважин путём обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) горящими в воде гидрореагирующими составами (ГРС) и горюче-окислительными смесями (ГОС) нового поколения.

ГРС - металлизированные системы на основе алюминия, бора, их гидридов с разработанной термитной смесью Na2O - Li. При выполнении обработки скважины водный раствор ГОС на основе нитратов аммония или карбамида с добавками ракетных горючих, выделяющих атомарный кислород и водород, закачивается в зону вскрытого продуктивного пласта. В ГОС (на тросе либо в пробке обезвоженного флюида) доставляется ГРС, который самовоспламеняется под действием воды и сгорает. Выделяющийся водород уходит в пласт. Обезвоженная ГОС разлагается за счёт тепла экзотермических реакций ГРС. Горючие составляющие ГОС и флюида сгорают в освобождённом кислороде, т. е. горение системы ГРС - ГОС осуществляется в 3 стадии.

Процессы в скважинах моделировались и исследовались при максимальном приближении к внутрипластовым условиям с применением ЭВМ и пакетов прикладных программ, резонансно-флуоресцентной, инфракрасной, эмиссионной и масс-спектроскопии, рентгенофазового анализа, термогравиметрии, хроматографии и других методов. Осуществлён новый подход к созданию, изучению и реализации нового вида внутрискважинной тепловой обработки (ПЗП) названной баротермохимическим воздействием (БТХВ), который заключается в раскрытии механизма химических реакций, использовании аномальных свойств ряда веществ и применении энергоносителей с высокой энтропией путём переводя их атомов и молекул в возбуждённое состояние. При этом на 70 % снижается энергия активации, реагентов продукты их реакции приобретают новые свойства и по особому влияют на флюид и продуктивный коллектор.

На базе обобщения расчётно-теоретических и экспериментальных данных, разработаны химико-физические основы БТХВ.

Впервые доказано, что вода при использовании ГРС в термообработке скважины становится основным окислителем. При горении ГРС используется как вода суспензионного раствора ГОС, так и внутрипластовая. Установлено: для каждого твёрдофазного водородобразующего источника энергии существует свой предел работоспособности по давлению. Уникальные свойства водорода обеспечивают многофункциональность обработки призабойной зоны: режим предпламенных процессов в пласте; подготовку флюида любой вязкости к внутрипластовому горению (ВГ); эффективное трещинообразование.

Впервые доказано, что только активный водород в момент своего образования с помощью ГРС уже при сравнительно низких температурах вызывает изомеризацию, каталитический крекинг и пиролиз только высокомолекулярной фракции (энергия активации её меньше) флюида любой вязкости. Процессы сопровождаются коксообразованием и выделением в газовую фазу углеводородов с длиной цепи С - С5. Количество кокса определяет не только тепловую мощность фронта, но и вероятность осуществления самого процесса горения. Поэтому управление внутрипластовым горением - это, прежде всего, регулирование коксообразования, осуществляемое ГРС.

Эффективный коэффициент диффузии газов в среде водорода почти на порядок больше, чем в азоте, аргоне или парах воды. В результате скорость подвода кислорода к горючим компонентам в пласте резко возрастает, поєтому при использовании ГРС скорость движения фронта внутрипластового горения увеличивается в 7 - 8 раз по сравнению с традиционным “влажным” горением.

В зависимости от природы и соотношений компонентов в системе ГРС - ГОС- ФЛЮИД реализуется заданный режим обработки призабойной зоны пласта. Технология обеспечивает рост производительности скважин за счёт очистки порового пространства, поднятия внутрипластового давления, обогащения флюида газообразными и бензиновыми фракциями и пр. Установлено, что трещинообразование в плотных малопроницаемых породах может привести к разрыву пласта. Проницаемость кернов после обработки возрастает от 20 - 38 до 100 - 140 раз в зависимости от состава и структуры породы. Режим предпламенного окисления увеличивает проницаемость коллектора в 4 - 5 раз. Доказано, что внутрипластовое горение высокомолекулярной части флюида может вызвать вторичные изменения структуры породы. По данным рентгенофазового анализа волна ВГ маловязкой нефти в моделях песчано-алевролитовых пластов в присутствии алюмолитиевых ГРС спекает породу керна с образованием цеолита типа модернита. При этом проницаемость образцов увеличивается до 20 раз.

Основные результаты работы успешно внедрены на нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях Украины и России: дополнительно получено 8999 т нефти, 103082 тыс. м3 газа и 7303 т конденсата.

Ключевые слова: скважина, гидрореагирующие составы, горение, водород, изомеризация, пиролиз, повышение производительности.

Размещено на Allbest.ru