33. Газовые методы увеличения нефтеотдачи пластов.
Вытеснение нефти из пластов сухим газом при давлении полной смесимости газа с углеводородами нефти называется методом вытеснения нефти газом высокого давления. Полная смесимость газа с нефтью достигается при давлениях 25-40 МПа.
Закачка жирного углеводородного газа с содержанием метана менее 90 % называется вытеснением нефти обогащенным газом, при этом смесимость газа с нефтью происходит при меньших давлениях.
Особенно эффективно вытеснение газом применять для разработки слабопроницаемых нефтяных пластов.
В процессе смешивающегося вытеснения нефти обогащенным газом происходят сложные физико-химические явления между пластовой нефтью и закачиваемым газом.
Если происходит полное смешение газа и нефти, то вязкость и плотность смеси уменьшается.
Если вытеснение нефти происходит в условиях неполной смесимости, то часть закачиваемого газа находится в свободном состоянии. Свободный газ экстрагирует более легкие углеводороды из нефти, т.е. более легкие углеводороды выделяются из нефти и смешиваются с газом. Газ, обогащенный легкими углеводородами нефти, прорывается к скважинам, а основная часть нефти, лишенная своих легких фракций, становится более вязкой. Это приводит к снижению эффективности вытеснения газом.
Закачка обогащенного газа высокого давления впервые в России была осуществлена на Ключевом месторождении легкой нефти в Краснодарском крае,
Разработка месторождений с использованием закачки в пласт двуокиси углерода со2
Одним из эффективных методов из газовых методов увеличения нефтеотдачи является закачка в пласт СО2. Метод широко используется в США (месторождение Келли Снайдер. В пласт закачали 10 млрд. м3 СО2.) и на месторождении Будафа в Венгрии.
Углекислый газ образует жидкую фазу при температуре ниже 31,2 оС. При температуре выше 31,2 оС двуокись углерода находится в газообразном состоянии при любом давлении. Тройная точка р=0,61МПа, Т= -56,6 оС. Критическая точка р=7,38 МПа, Т=31,2 оС.
Вязкость жидкого СО2 составляет 0,05-0,1 мПа.с, газообразного при давлениях 8-25 МПа и температуре 20-100 оС изменяется от 0,02 до 0,08 мПа.с. Плотность газообразного углекислого газа при тех же условиях изменяется в пределах от 0,08 до 0,1 кг/м3. Плотность есть обратная величина удельного объема.
Он растворяется в воде значительно лучше углеводородных газов. Растворимость двуокиси углерода в воде увеличивается с повышением давления и уменьшается с повышением температуры. В пластовых условиях в одном м3 воды растворяется от 30 до 60 м3 СО2, образуя угольную кислоту Н2СО3, последняя растворяет отдельные виды цемента и породы и повышает проницаемость песчаников на 5-15 %, а доломитов - на 6-75 %.
Двуокись углерода растворяется в нефти в 4 –10 раз лучше, чем в воде. В одном м3 нефти при давлении 10 МПа и температуре 27 о С растворяется 250-300 м3 СО2 .
Давление полной смесимости СО2 для разных нефтей различно, для маловязких нефтей оно меньше., чем для высоковязких тяжелых нефтей. Повышение температуры от 50 до 100оС увеличивает давление смесимости на 5-6 МПа.
Ввиду влияния указанных факторов на давление смесимости, СО2 в пластовых условиях лишь частично смешивается со многими нефтями. В пласте СО2, контактируя с нефтью, частично растворяется в ней и одновременно экстрагирует легкие углеводороды и обогащается ими. Это приводит повышению смесимости СО2 и вытеснение становится смешивающимся. В результате давление, необходимое для смешивающегося вытеснения нефти углекислым газом значительно меньше, чем чистым углеводородным газом. Так, для смешивающегося вытеснения легкой нефти углеводородным газом требуется давление 27-30 МПа, а для вытеснения углекислым газом достаточно 9-10МПа.
При высоком давлении и температуре механизм смесимости СО2 и нефти характеризуется процессом экстракции углеводородов из нефти в СО2, а при низкой температуре механизм больше соответствует растворению СО2 в нефти.
При давлениях ниже давления смесимости, СО2 в пласте находится в газообразном состоянии в виде смеси с легкими фракциями нефти. При этом вязкость нефти, лишенной легких фракций, увеличивается.
При растворении в нефти СО2 вязкость нефти уменьшается, а объем значительно увеличивается.
Вязкость нефти при растворении в ней углекислого газа снижается тем сильнее, чем больше ее начальное значение.
И.И. Дунюшкин предложил следующую эмпирическую формулу расчета вязкости нефти, насыщенной СО2:
μ н = A μtδ; А=0,22/(0,22+Сн2); (2.4)
δ = 0,362/(0,28+ Сн) –0,295.
Здесь А и δ – эмпирические коэффициенты; μt – начальная вязкость нефти; Сн- концентрация СО2.
В настоящее время известны следующие технологии применения СО2:
1.Вытеснение нефти карбонизированной водой. В этом случае для вытеснения нефти применяют воду, полностью или частично насыщенную углекислым газом. Данный процесс основан на том факте, что при нагнетании карбонизированной воды углекислый газ, в силу лучшей растворимости его в нефти, из водной фазы переходит в нефть, благоприятно изменяя ее свойства, в результате чего повышается коэффициент нефтеотдачи пласта.