Содержание к диссертации
Введение 7
1. Глава 1. Современное состояние разработки залежей
высоковязких нефтей с применением термических методов. 13
1.1. Литературный обзор промысловых испытаний технологий теплового воздействия на месторождениях тяжелых нефтей в России и за рубежом. 13
1.2. Состояние работ и актуальность применения технологий паротеплового воздействия на пласт с целью повышения нефтеотдачи. 20
1.2.1 Мировые запасы высоковязких нефтей. 21
1.2.2 Результаты внедрения термических методов повышения нефтеотдачи на месторождениях высоковязких нефтей в карбонатных коллекторах. 22
1.3. Постановка проблем по трём направлениям исследований. 23
1.4. Выводы. 24
Глава 2. Оптимизация водно-химического режима при эксплуатации горизонтальных прямоточных котлов при нагнетании пара в нефтяные пласты. 25
2.1. Сравнительные технические характеристики и конструктивные особенности парогенераторных установок для нагнетания пара в нефтяные пласты и энергетических котлов. 25
2.1.1 Нефтепромысловые парогенераторы. 25
2.1.2 Технологическая схема производства пара энергетических котлов. Барабанные котлы с естественной циркуляцией. 29
2.2. Описание технологического процесса водоподготовки. 32
2.2.1 Принцип работы установки водоподготовки. 32
2.2.2 Система управления работой фильтров. 34
3.2.1 Химизм процесса Na-катионирования. 34
3.2.2 Регенерация катионита. 35
2.2.1 Деаэрация и обескислороживание (термическая деаэрация -дегазация) воды. 37
Состояние работ по проблеме и постановка задачи по защите поверхностей нагрева горизонтальных прямоточных парогенераторов в промысловых условиях. 40
1. Опыт теплоэнергетики по защите поверхностей нагрева котлов. 40
2. Современное состояние экспериментальных исследований по защите внутренних поверхностей нагрева парогенераторов от железооокисных отложений при помощи высокомолекулярного плёнкообразующего ПАВ. 41
3. Постановка задачи исследования. 43
Результаты промысловых экспериментов по испытанию и 44 промышленному внедрению безнакипной технологии эксплуатации парогенераторов для нагнетания пара в нефтяные пласты на участках ПТВ 1,2,3 пермокарбоновой залежи Усинского нефтяного месторождения. 1. Суть проблемы. 44
2 Причины невыполнения проектных решений по обезжелезиванию исходной воды. 45
3 Идея решения проблемы. 46
4 Путь решения проблемы. 46
5 Этапы и результаты внедрения безнакипной технологии эксплуатации парогенераторов на участках ПТВ 1,2,3 пермокарбоновой залежи Усинского нефтяного месторождения. 49
Снижение эксплуатационных затрат за счёт химической очистки парогенераторов и нанесения защитной плёнки алифатических аминов. 64
Снижение вредных выбросов в атмосферу за счёт химической очистки парогенераторов. 67
Выводы. 85
Глава 3. Основные направления совершенствования термостойкого оборудования для термического воздействия на глубокозалегающие пласты, содержащие высоковязкую нефть. Опыт совершенствования скважинного термостойкого оборудования для термических методов добычи нефти в России 69
4 стр. (на примере Усинского месторождения).
3.2. Технический потенциал производства термостойкого оборудования для добычи высоковязких нефтей в США. 72
3.3. Технический потенциал производства термостойкого оборудования для добычи высоковязких нефтей в Китае. 75
3.4. Сравнительные эксплуатационные и технические характеристикии конструктивные особенности паровых термостойких фонтанных арматур и термостойких пакеров, применяемых на пермокарбоновой залежи Усинского нефтяного месторождения.
3.4.1. Паровая термостойкая фонтанная арматура с верхней компенсацией температурных удлиннений.
3.4.2. Арматура термостойкая паровая АТПК-65-16-350 с компенсацией температурных удлиннений в пакере.
3.4.3. Недостатки существующих термостойких пакеров, не оснащенных встроенными термокомпенсаторами, с компенсацией на температурных удлиннений на устье скважины.
3.4.4. Преимущества пакера ПТК 2-140-350 производства ООО СП «Аксельсон-Кубань».
3.5. Конструктивные особенности теплоизолированных труб с экранно-вакуумной теплоизоляцией.
Сравнительные ценовые характеристики теплоизолированных труб отечественного и иностранного производства.
3.5.2. Конструкция труб теплоизолированных внутрискважинных (термокейс) для нагнетания пара в нефтяные пласты.
3.5.3. Технические характеристики труб ЦБПО в сравнении с трубами отечественных и зарубежных производителей.
3.5.4. Опыт эксплуатации теплоизолированных труб в условиях Усинского нефтепромысла.
Конструктивные особенности мобильных паропроводов для проведения пароциклических обработок скважин.
3.7. Выводы. 105
4. Глава 4. Утилизация дымовых газов парогенераторов при помощи нового технического средства - щелевого струйного компрессора. 106
Анализ опыта теплоэнергетики по утилизации тепла дымовых газов. 106
Основные элементы механизма процесса, сочетающего закачку теплоносителя и газа с целью повышения нефтеотдачи пластов.
Мировой и отечественный опыт применения термогазотермического воздействия (ТГТВ) на нефтяные пласты. 117
1 Основные результаты опытно промышленной закачки в пласт ымовых газов и азота в США. 117
2 Технология и техника получения и закачки дымовых газов и азота за рубежом. 133
3 Технические средства для термогазохимического (ТГХВ) воздействия на пласт, созданные в России. 139 Физические объёмы вредных выбросов парогенераторных установок в атмосферу при разработке пермокарбоновой залежи Усинского месторождения тепловыми методами. 141 Опытно-конструкторская разработка нового технического средства - щелевого струйного компрессора для утилизации дымовых газов парогенераторов и нагнетания их в пласт с целью повышения нефтеотдачи пластов. 143
1 Опытно - конструкторские работы, проводимые в СССР по повышению к.п.д. струйных аппаратов. 143
2. Постановка задачи исследования. 148
3. Результаты промыслового эксперимента по реализации технологии термогазохимического воздействия на пласт при помощи щелевого струйного компрессора 150
Снижение эксплуатационных затрат, за счёт и закачки в пласт парогаза щелевым струйным компрессором. 155
Выводы. 157
Основные выводы по результатам исследования. 158
Список опубликованных работ по теме диссертации. 159
Литература 160
Введение к работе
Проблема вовлечения в активную разработку огромных запасов тяжелых высоковязких нефтей (ВВН) и битумов из года в год становится все более актуальной. Наиболее эффективной и промышленно освоенной технологией разработки таких ресурсов считаются термические методы добычи нефти. Мировая добыча тяжелых нефтей термическими методами в 1996 г. составляла 75 млн.т, в т.ч. в США ежегодно добывается 26 млн.т термической нефти, в Венесуэле - 22 млн.т. В больших масштабах термические методы применяются в Индонезии, Китае, Канаде и других странах.
В течение почти полувека в России и за рубежом проводятся работы по научному обоснованию и промышленному освоению тепловых методов добычи нефти.
К особенностям Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции относится наличие больших запасов ВВН, доля которых в общих разведанных ресурсах нефти составляет около 50 % и из года в год растет, что обусловлено сложностью строения и низкими темпами освоения залежей ВВН.
Поэтому проблема более активного вовлечения в разработку запасов ВВН и исследования в этой области относятся к числу наиболее актуальных проблем, стоящих перед нефтяной отраслью.
Большая часть этих запасов приурочена к двум наиболее крупным месторождениям Европейского севера (Ярегскому и Усинскому), находящимся в разработке десятки лет. Остаточные извлекаемые запасы нефти только на этих двух месторождениях - около 300 млн.т, что составляет более 60 % от всех запасов нефтяной Компании «ЛУКОЙЛ» на территории Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.
Республика Коми по масштабам применения тепловых методов для извлечения высоковязкой нефти занимает первое место в России. В пласты Ярегского и Усинского месторождений ежегодно закачивается около 4 млн.т теплоносителя. Всего за весь период применения тепловых методов в РК закачано 58,0 млн.т пара (31 млн.т по Яреге и 27 млн.т по Усе) и добыто около 19 млн.т термической нефти (11,5 млн.т по Яреге и 7,5 млн.т по Усе). В процессе разработки этих двух месторождений, одно из которых представлено терригенным, а другое карбонатным коллектором, накоплен большой опыт теоретических, лабораторных и промысловых исследований по изучению, применению и совершенствованию различных технологий разработки и добычи высоковязкой нефти в разнообразных геолого-промысловых условиях, а также эксплуатации теплосилового и скважинного термостойкого оборудования. Годовой объём нагнетания теплоносителя на пермокарбоне Усы с 2000 года увеличился более, чем на 1 млн. тонн. Динамика роста нагнетания теплоносителя на пермокарбоновой залежи Усинского месторождения приведена на диаграмме 1.
К сожалению, термическим методам присущи определённые ограничения, препятствующие их широкому распространению. Некоторые из них имеют физическую природу и их решение связано с прогрессом развития техники, другие связаны с неблагоприятным воздействием на недра и окружающую среду.
На нефтепромыслах пермо-карбоновой залежи Усинского нефтяного месторождения в настоящее время работают в основном парогенераторные установки американского производства. В условиях американских нефтепромыслов эти парогенераторы работают 6-8 лет, а затем американские нефтяные компании приобретают новые парогенераторы. Такой подход неприемлем для Российских условий, поскольку эти парогенераторы достаточно дороги.
Стоимость одного парогенератора производительностью 20 тонн пара в час 1,5 млн. $ США, причём их доставка и таможенные сборы составляют треть этой цены. Для разработки пермокарбоновой залежи Усинского нефтяного месторождения тепловыми методами необходимы сотни таких парогенераторов. Поэтому повышение их надёжности и срока службы является критерием рентабельности разработки нефтяных залежей тепловыми методами и позволяет нарастить добычу термической нефти при оптимальных эксплуатационных затратах. = I Количество мобильных парогенераторов Из всего комплекса технико-технологических проблем связанных с производством теплоносителя и нагнетанием его в нефтяной пласт с целью повышения нефтеотдачи в диссертации предложены пути решения следующих наиболее актуальных проблем:
1. Оптимизация подготовки исходной воды для нефтепромысловых парогенераторов на основе новых ресурсосберегающих технологий.
2. Совершенствование отечественного скважинного термостойкого оборудования для термических методов добычи нефти и его адаптация для применения на глубокозалегающих месторождениях высоковязких нефтей.
3. Повышение нефтеотдачи путём нагнетания дымовых газов вместе с паром в нефтяной пласт при помощи щелевого струйного компрессора специальной конструкции.
Работа посвящена обобщению многолетнего опыта аналитических, лабораторных и промысловых исследований, выполненных под руководством и при непосредственном участии автора, по разработке и совершенствованию технологии водоподготовки на паротепловых комплексах пемокарбоновой залежи Усинского нефтяного месторождения, созданию, испытанию и применению надёжного отечественного оборудования и опробыванию технологии парогазотермического воздействия на пласт (ПГТВ) при помощи нового технического средства - щелевого струйного компрессора. В работе представлены: I. Современное состояние разработки залежей высоковязких нефтей с применением термических методов. И. Исследования, обосновывающие комплекс мероприятий по повышению эффективности подготовки питательной воды для парогенераторов: о анализ результатов лабораторных исследований качества исходной воды, состояния поверхностей нагрева парогенераторов по данным спектрального анализа и экспериментальных опытно промышленных работ по использованию пленкообразующих аминов для защиты внутренних поверхностей нагрева от отложений, кислородной и углекислотной коррозии при эксплуатации парогенераторов на пермо карбоновой залежи Усинского нефтяного месторождения; рекомендации по оптимизации водно-химического режима на установках водоподготовки парогенераторов «Термотикс»; расчёт снижения эксплуатационных затрат, за счёт решения проблем оптимизации водно - химического режима на ВПУ парогенераторов «Термотикс». III. Обобщение опыта применения и обоснование путей совершенствования термооборудования для закачки пара в глубокозалегающие нефтяные пласты: о сравнительные технические характеристики и конструктивные особенности паровых термостойких фонтанных арматур и термостойких пакеров. Опыт эксплуатации на Усинском нефтяном месторождении; о недостатки существующих термостойких пакеров, не оснащенных встроенными термокомпенсаторами, с компенсацией температурных удлиннений колонны теплоизолированных труб на устье скважины; о преимущества пакера ПТК 2-140-350 УХЛ1-2 производства ООО СП «Аксельсон-Кубань»; о конструктивные особенности теплоизолированных труб с экранно вакуумной теплоизоляцией; о опыт эксплуатации теплоизолированных труб в условиях Усинского нефтепромысла; о пути решения проблем создания и применения надёжного скважинного термостойкого оборудования для термических методов добычи нефти. IV. Анализ результатов экспериментальных опытно промышленных работ по испытанию щелевого струйного компрессора для утилизации и нагнетания в пласт дымовых газов парогенераторов с целью повышения нефтеотдачи. V. Рекомендации по снижению вредных выбросов парогенераторных установок в атмосферу путём утилизации дымовых газов парогенераторных установок при разработке пермокарбоновой залежи Усинского месторождения тепловыми методами.
В работе защищаются следующие основные положения:
1. Новая технология химической очистки и защиты внутритрубных поверхностей нагрева парогенераторов;
2. Механизм и закономерности защиты поверхностей нагрева промысловых парогенераторов;
3. Основные направления решения проблем совершенствования термостойкого оборудования при термическом воздействии на пласты, содержащие высоковязкую нефть;
4. Опытно-конструкторская разработка нового технического средства - щелевого струйного компрессора;
5. Способ добычи высоковязкой нефти.
