Усовершенствованная добыча нефти способом подземной газификации

1 Область изобретения Данное изобретение относится к способам усовершенствования добычи нефти из старых месторождений или резервуаров с низким пластовым давлением. В частности, изобретение предлагает развитие способов газификации,приспособленных для содействия вытеснению нефти из подземных пластовых резервуаров или конверсии указанной нефти в пригодные газовые продукты. Предпосылки создания изобретения Способ газификации углеродистых подземных ископаемых остатков, таких как уголь,лигнит, нефтеносный сланец, битуминозные пески и тяжелые нефти в месторождениях, в которых добыча осложнена из-за недостаточного давления для вытеснения нефти к поверхности, описан в литературе, и некоторые способы использовались в промышленном масштабе. Способ подземной газификации, применяемый для подземных пластов углеродистого материала, описан в US-A-4382469. В предложенном способе через пласт пропускают контролируемый прямой поток. В данной публикации также указывается ряд других способов газификации по предшествующей технологии,которые описаны в US-A-849524, US-A2818118, US-A-2795279, US-A-3106244, US-A3428125. Эти способы имеют в общем одну и ту же целевую функцию, т.е. испарение или пиролиз углеродистого материала для вытеснения газообразных углеводородных продуктов, т.е. газообразного топлива. Дополнительный способ подземной газификации подземных углеродистых отложений описан в US-A-4461349, в котором формируют конфигурацию буровых скважин с обеспечением параллельных рядов скважин нагнетания газа и ряда эксплуатационных скважин. Кислородсодержащий газ нагнетают в подземное угольное месторождение для обеспечения фронта горения, управляющего проистекающей газификацией угля. Фронт вытесняет газ, образованный термической конверсией углеродистого осаждения в направлении эксплуатационных скважин, в которых термопары или сходные детекторы могут быть связаны с триггерной схемой процедуры выключения для предотвращения горения в эксплуатационных скважинах. Указывается, что описанный способ в особенности пригоден для добычи газообразных продуктов из подземных месторождений угля. Подробности различных способов газификации угля и способов сжижения могут быть найдены вTechnology, Kirk-Othmer, 3-е издание (1980) т.11, стр. 410 - 422 и 449-473. Что касается добычи нефти (нефтепродуктов), истощенные скважины или пластовые резервуары с низким естественным вытеснением могут разрабатываться способом вторичной добычи, который включает улучшение или стимулирование вытеснения в пластовом резервуа 004979 2 ре заводнением или подземной газификацией. Последний способ в простейшей форме включает спуск воспламенителя в буровую скважину и инициирование возгорания углеводородов в целевом пластовом резервуаре. Хотя легкие углеводороды расходуются в горении, получаемый температурный фронт понижает вязкость более тяжелых осаждений и смещает их через пласт в эксплуатационную скважину. Для использования были предложены и другие способы, так называемые третичные способы добычи нефти, включающие вдувание пара, нагнетание воздуха, замещение введением полимера, разрушение взрывом, гидравлический разрыв, нагнетание диоксида углерода, химические способы, включающие введение щелочей. В настоящее время в промышленности доступны вторичные способы добычи, которые в широком смысле могут быть классифицированы как нагнетание газа, заводнение и добыча тепловыми способами. При способе нагнетания газа нагнетают газ, такой как азот или диоксид углерода, в целевой пласт для повышения давления над нефтяным остатком и способствуют его добыче. Добыча тепловыми способами требует нагнетания смеси воздух/кислород в пласт по направлению к нагревательному элементу в основании колонны. Всякий раз, когда достигаются критические условия для воздуха/нефти и тепла, нефть воспламеняется и создает фронт горения. Фронт движется в заданном направлении, непрерывно подавая газ, поддерживающий горение, при контролируемом давлении для того, чтобы избежать обратного горения. Как только фронт горения проходит через пласт нефти, нефть и пластовая вода испаряются, двигаясь вперед в газообразной форме, и повторно конденсируются в зоне охлаждения пласта, в свою очередь конденсированные жидкости вытесняют нефть в стволы эксплуатационных скважин. Известные способы газификации могут быть дифференцированы по выделяемому конечному продукту. В одном из способов газификации старое месторождение подвергают способу газификации остаточной нефти так, что полученный газ может быть собран, т.е. газ, а не нефть становится целевым продуктом. В другом способе газ, получаемый в способе газификации, используется в качестве сырья в процессе горения (сравни выше описание термической добычи) для вытеснения остаточной нефти, чтобы позволить извлечь ее из пласта, т.е. газ используется только как средство улучшения добычи нефти, которая остается целевым продуктом. Последний способ представляет собой реальный вторичный способ добычи нефти (EOR),тогда как первый представляет собой способ получения газа (GPP), в котором нефть испаряют и подвергают термическому крекингу до 3 образования газов, которые захватывают и перемещают к поверхности для обработки. Для того, чтобы GPP способ был успешным, получаемый газ должен легко захватываться, и месторождения, в которых выше нефти располагаются сильно пористые пласты, будут рассматриваться как непригодные для этого способа.EOR способ эффективен только тогда, когда остаточная нефть в месторождении тяжела не до такой степени, чтобы затруднить течение нефти, и если не содержит значительное количество высокомолекулярных парафинов и восков, которые препятствуют течению. Более того,известные способы термической добычи могут неудовлетворительно работать из-за снижения градиента температуры вокруг воспламенителя,что может привести к уплотнению тяжелых фракций нефти на расстоянии от воспламенителя и, таким образом, к закупориванию пласта и предотвращению эффективной добычи. Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является обеспечение улучшенных способов добычи нефти или имеющих к ней отношение из частично истощенных или старых месторождений с низким вытеснением и из пластов, в которых газификация остаточной нефти является возможным решением. Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание установки для подземной газификации нефти для получения синтетического газа (синтез-газа) внутри нефтеносного слоя. Целью разработки такой установки является создание оборудования, приспособленного для легкого помещения в нефтеносный слой при использовании существующего доступа в скважину или требующего его минимальной переделки. Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа вторичной добычи или добычи нефти с искусственным поддержанием энергий пласта, дающего преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники. Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение, согласно одному из аспектов, способа газификации, проводимого на эксплуатационной платформе. Дополнительные задачи настоящего изобретения включают обеспечение способов добычи газа и добычи нефти, которые устраняют или уменьшают проблемы, явные или присущие известным способам. Таким образом, согласно настоящему изобретению, обеспечивается способ подземной газификации нефтяного топлива в подземном пласте, который включает в себя спуск оборудования, содержащего регулируемое термическое устройство, от поверхности эксплуатационного объекта вниз к подземному пласту с приведением указанного оборудования в экс 004979 4 плуатационную близость с нефтяным топливом в указанном подземном пласте и активацию оборудования для функционирования термического устройства в диапазоне предварительно определенной температуры для генерации газов или паров нефти из указанного нефтяного топлива. Согласно одному аспекту, газ и пары, генерированные таким способом термической газификации, собирают при использовании водоотделяющей колонны между производственным оборудованием и подземным пластом, так что конец указанной колонны входит в накапливающее газ/пар свободное пространство над нефтью для обеспечения добычи газа к поверхности эксплуатационного объекта. Согласно другому аспекту, газу и парам,генерированным таким способом термической газификации, дают накапливаться над нефтяным топливом для повышения давления и нефтяное топливо добывают путем обеспечения такой производственной водоотделяющей колонны между поверхностью эксплуатационного объекта и подземным пластом, что конец указанной колонны проникает в нефть на достаточную глубину, чтобы позволить добычу нефти к поверхности эксплуатационного объекта. Последний способ термической газификации пригоден для использования при добыче нефти, если пласт ниже нефти в значительной степени непроницаем для нефти, и пласт выше нефти не является в значительной степени проницаемым для генерированного газа. Специалисты в данной области легко поймут, что, если пласт ниже нефти проницаем для нефти в любой значимой степени, то нефть может быть перемещена далее в проницаемый пласт, и если головная часть пласта представляет собой генерированный пористый газ, нефть будет легко вытекать в пласт. Поэтому специалисты в данной области техники обычно будут проводить изыскания и оценивать пласт и после этого будут делать заключение, какой из способов,согласно настоящему изобретению, пригоден для пласта, разведанного для добычи нефти, или же необходимо рассматривать альтернативные способы. Другие факторы кроме таких, как соответствующий опыт и навыки в данной области, будут оказывать влияние на качество добываемой нефти. Тяжелая нефть, содержащая значительные концентрации высокомолекулярных парафинов и восков, может быть непригодной для целей данного изобретения. Дополнительно, согласно изобретению,обеспечивается установка для добычи нефтии/или газа способом, включающим подземную газификацию нефтяного топлива в подземном пласте, которая содержит оборудование, имеющее регулируемое термическое устройство, регулируемые средства спуска (и, при необходимости, средство извлечения оборудования) от поверхности эксплуатационного объекта вниз к 5 подземному пласту, устройство каротажа для определения положения оборудования относительно его близости к нефтяному топливу в указанном подземном пласте и по меньшей мере одну водоотделяющую колонну для селективной добычи нефтяного топлива или газообразных или парообразных продуктов из указанного нефтяного топлива. Изобретение дополнительно обеспечивает оборудование для использования при газификации нефтяного топлива на месте в подземном пласте, указанное оборудование содержит термическое устройство, выбираемое из искрового воспламенителя, электрически нагреваемой спирали, электромагнитно нагреваемого устройства, пиротехнического заряда с соответствующим воспламеняющим устройством, воспламеняющего устройства с дуговым электродом и резистивного нагревательного элемента. Краткое описание чертежей Изобретение далее будет описано со ссылкой на сопутствующие чертежи, на которых показывают фиг. 1 - сечение через подземный пласт,содержащий остаточную нефть, через который проходит колонна в нисходящей скважине, оснащенная устройствами для достижения проникновения газификации для обеспечения GPP; фиг. 2 - схематически производственное оборудование поверхностной газификации; фиг. 3 - схематически производственное оборудование EOR; и фиг. 4 - горизонтальную проекцию расположения колонн, оснащенных устройствами для достижения газификации для проведения EOR. Способы осуществления изобретения В реакции газификации, рассматриваемой в исполнении изобретения, в типичном случае будут наблюдаться следующие реакции образования газа. С + Н 2OСО + Н 2CH4 + CO2CO2 + H2 В способе газификации, проводимом внутри пласта 1, содержащего углеводород, согласно изобретению, как схематически показано на фиг. 1, устройства 2, вызывающие газификацию,располагаются на колонне 4, приспособленной для работы в нисходящей скважине, и колонну либо спускают в существующую буровую скважину, либо, если необходимо, колонну оснащают для бурения собственного канала в пласте. Ее местоположение отслеживают и, когда она проникает в зону пластового резервуара 3, содержащего углеводород, добываемый или превращаемый в газ, устройства активируют для инициирования процесса газификации. 6 В одном из применений, согласно настоящему изобретению, электрический резистивный нагревательный элемент 2 вводят в контакт с остаточной нефтью в пластовом резервуаре 3 и активируют для повышения температуры вплоть до 1000 С. Водоотделяющая колонна (не показана), соединенная с нагревательным элементом, позволяет испарять нефть и собираемые газообразные продукты. В процессе образования парогазовой смеси будет соответствующее увеличение давления и увеличение объема, которые за счет наличия водоотделяющей колонны позволяют газу легко проходить через трубопровод. Удаление добытого газа приводит,в свою очередь, к увеличению количества нефти, перемещаемой в непосредственную близость к нагревательному элементу, что для нее, в свою очередь, приводит к превращению в газ, который удаляют, как описано раньше. В конечном счете количество нефти, которое может быть эффективно добыто этим способом, уменьшается. Вторичный способ добычи нефти предпочтителен, поскольку неочищенная нефть считается более ценной, чем крекинговые пиролизные газ/нефтяные пары, которые имеют ограниченное применение. Другими словами, неочищенная нефть может представлять большие возможности для продажи, чем дешевый газовый продукт. С другой стороны, подземная на месте конверсия нефти в газ приводит к выходу очищенного конечного продукта, что дает отчетливые гарантии с точки зрения окружающей среды, позволяя избегать риска утечки неочищенной нефти из эксплуатационной скважины.EOR способ схематически показан на фиг. 3, на которой в пласте 31, содержащем нефть,объем газа обеспечивается над неочищенной нефтью в пластовом резервуаре 33, и эта газовая шапка 30 приводит к эффекту добычи нефти изза направленного вверх давления на неочищенную нефть пластовой водой 35 и направленного вниз давления получаемого газа. Суммарное воздействие здесь представляет собой поддержание давления газом, генерированным из нефти, которое уменьшает необходимость в обеспечении механизированной добычи путем накачивания воды в пласт и, кроме того, дает одновременно нефть и газ вместо нефти, загрязненной водой, которая затрудняет процесс обработки. В таком применении, согласно настоящему изобретению, способ выделения нефти, согласно изобретению, включает использование нагревательного элемента, используемого для непосредственного нагрева нефти, содержащейся в целевом пласте. Тепло, генерируемое нагревательным элементом, приводит к пиролизу нефти для генерирования синтез-газа, который в ходе осуществления способа компенсирует низкое естественное вытеснение или истощенный режим в пласте. Обычно электрический резистивный нагревательный элемент вводят в контакт с 7 остаточной нефтью и активируют для повышения температуры вплоть до 1000 С. В ходе образования парогазовой смеси будет происходить соответствующее увеличение давления и увеличение объема газа, расположенного над нефтью. Увеличение давления над нефтью делает возможным улучшение ее добычи. Водоотделяющая колонна 36, пригодным образом введенная в нефть, делает возможным добычу нефти под давлением испаренной нефти и газообразных продуктов, генерированных вокруг нагревательного элемента и накапливающихся над нефтью. Удаление нефти приводит, в свою очередь,к увеличению нефти, перемещаемой к окрестности нагревательного элемента, что для нее, в свою очередь, приводит к конверсии в газ, который накапливается и поддерживает давление,как описано выше. В некоторый момент в этом способе также будет достигнута точка, в которой количество нефтеотдачи уменьшится до нерентабельного уровня. Однако, поскольку способы по данному изобретению рассматриваются для месторождений с низким вытеснением или для истощенных месторождений, в которых другие способы добычи нефти уже рассматривают как нерентабельные, преимущества изобретения легко понятны. Как показано на фиг. 4, стратегический ввод в действие и расположение устройств для газификации в бурильной колонне (показаны 4 колонны) может создать разность давления вдоль всего пластового резервуара, что предпочтительно вытеснит нефть из областей с низкой проницаемостью и переместит ее в направлении эксплуатационных скважин более контролируемым способом, чем может быть достигнуто на основе существующей EOR технологии. Согласно дополнительному предложению настоящего изобретения, добываемую нефть подвергают способу газификации на наземном объекте и газ или транспортируют по сети хранения или распределительной сети (схематически показано на фиг. 2), или нагнетают назад в пласт для облегчения выделения нефти (не показано). В таком наземном объекте может использоваться способ газификации паровым переформированием, который будет давать очень чистый синтетический газ, который будет сопоставим с природным газом. Пригодное оборудование для очистки газа, соединенное с оборудованием для газификации, будет удалять любые конденсируемые материалы для переработки. Это будет уменьшать загрязнение, которое может присутствовать в трубопроводе, и,следовательно, минимизирует риск возможного воздействия на окружающую среду в случае повреждения трубопровода. В особенности важное преимущество наблюдается в том, что добыча нефти и транспортировка углеводородов, получаемых из нее, де 004979 8 лает возможным добычу важного ресурса из экологически чувствительных областей, из которых добыча в настоящее время ограничена или запрещена с точки зрения охраны окружающей среды из-за риска, связанного с выбросом из нефтепровода неочищенной нефти, который опустошает окружающую морскую флору и фауну. Синтез-газ представляет собой смесь водорода, угарного газа и диоксида углерода с концентрацией углеводородных газов от 0% до низких концентраций. Газ может быть конвертирован на основе процесса Фишера-Тропша при использовании специальных катализаторов для получения синтетических углеводородов(синтетических топлив). Однако использование синтетических способов для получения топлив активно не используют. Только в Африке такие синтетические способы применяли в промышленности, используя уголь в качестве природного источника для начала способа. Синтетический газовый завод будет конвертировать природный газ в синтез-газ со скоростью вплоть до 4 объемов синтез-газа на объем метана (с допущением рециркуляции метана,экстракции некоторого количества водорода для очистки и горючего газа для технологических требований). Четырехкратное увеличение объема произведенного газа означает четырехкратное уменьшение объема нефти, необходимой для газификации. Таким образом, для месторождений с низкой добычей с только около 1000 баррелей (158987 л) в день, согласно оценке,необходимо только около 3,32 баррелей (527,8 л) в час для газификации до синтез-газа. Принимая во внимание текущие цены на нефть(Arabian light) и цены на природный газ, предлагаемый здесь способ является экономически оправданным. Значительное преимущество изобретения может быть обнаружено в том, что при получении нефти из газа может быть получен более чистый продукт. Это означает, что по сравнению с нефтяной распределительной сетью, в которой существует риск разлива нефти из-за разрыва трубы или поврежденной соединительной муфты, сходное событие в газопроводе вызывает только утечку газа без сопутствующих операций по очистке окружающей среды, которые неизбежно следуют из разлива нефти. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ добычи нефти и/или газа путем скважинной газификации нефти в подземном пласте в присутствии воды для образования газов Н 2, СО и СO2, который включает расположение находящегося на бурильной колонне оборудования, содержащего регулируемое газификационное устройство,регулируемый спуск оборудования от наземного эксплуатационного объекта вниз к подземному пласту, оп 9 ределение положения оборудования относительно его эксплуатационной близости к нефти в упомянутом подземном пласте, обеспечение по меньшей мере одной водоотделяющей колонны для селективной добычи нефти или газообразных или парообразных продуктов из нефти, и активацию газификационного устройства,чтобы вызвать по меньшей мере одну из следующих реакций: С + Н 2OСО + Н 2; СО + Н 2OСO2 + Н 2;CpHq + Н 2OрСО + qH2; СO2 + С 2 СO; СН 4 + Н 2OСО + 3 Н 2; СН 4 + СO2 СО + Н 2; тем самым аккумулируя давление газа над нефтью в подземном пласте. 2. Способ по п.1, в котором активация газификационного устройства вызывает все упомянутые реакции. 3. Способ по любому из пп.1, 2, в котором множество приспособлений располагают в выбранных положениях. 4. Способ по п.3, в котором используют несколько бурильных колонн для расположения приспособлений в выбранной конфигурации для получения регулируемого фронта газификации для приведения нефти в движение по направлению к эксплуатационному объекту. 5. Способ по любому из пп.1-4, в котором нефть добывают, обеспечивая аккумуляцию давления нефти для приведения этой нефти в движение в водоотделяющую колонну. 6. Способ по любому из пп.1-5, дополнительно включающий последующее извлечение оборудования из подземного пласта. 7. Способ скважинной газификации нефти в подземном пласте, который включает спуск газификационного оборудования, имеющего электрически запитываемый нагревательный элемент, от наземного эксплуатационного объекта вниз к подземному пласту с приводом этого оборудования в эксплуатационную близость с нефтью в подземном пласте, и активацию газификационного оборудования для инициирования газификации в присутствии воды в заданном температурном диапазоне для образования газов Н 2, СО и СO2 8. Способ по п.7, в котором нефть является нефтью, отличной от тяжелой сырой нефти. 9. Способ по любому из пп.7, 8, в котором газы, образующиеся посредством способа газификации, собирают, обеспечивая газоводоотделяющую колонну между эксплуатационным объектом и подземным пластом, так что конец колонны проникает в аккумулируемый газ в напорном пространстве над нефтью с обеспечением добычи газа на наземный эксплуатационный объект. 10 10. Способ по любому из пп.7-9, в котором газы, получаемые посредством процесса газификации, аккумулируют над нефтью с созданием давления, и собирают нефть, помещая эксплуатационную отделяющую колонну между наземным эксплуатационным объектом и подземным пластом, так что конец колонны проникает в нефть на достаточную глубину, чтобы обеспечить добычу нефти на наземный эксплуатационный объект. 11. Способ по любому из пп.7-10, в котором добываемую нефть подвергают способу газификации в наземном объекте. 12. Способ по любому из пп.7-11, в котором газ, получаемый в результате процесса газификации в наземном объекте, нагнетают обратно в пласт для облегчения повышенной добычи нефти . 13. Способ по любому из пп.7-12, включающий спуск оборудования для газификации нефти от наземного эксплуатационного объекта вниз к подземному пласту, определение положения оборудования относительно его эксплуатационной близости к нефти в подземном пласте, обеспечение по меньшей мере одной водоотделяющей колонны для селективной добычи нефтепродуктов или газообразных или парообразных продуктов из нефти, и активацию газификационного устройства, чтобы вызвать по меньшей мере одну из следующих реакций: С + Н 2 ОСО + Н 2; СО + Н 2OСО 2 + Н 2;CpHq + Н 2 ОрСО + qH2; СО 2 + С 2 СO; СН 4 + Н 2 ОСО + 3 Н 2; СН 4 + СО 2 СО + Н 2; тем самым аккумулируя давление газа над нефтью в подземном пласте. 14. Способ по п.13, в котором активация газификационного устройства вызывает все упомянутые реакции. 15. Способ по п.14, в котором используют газификационное приспособление на бурильной колонне. 16. Способ по п.14, в котором множество газификационных приспособлений располагают в выбранных положениях на бурильной колонне. 17. Способ по любому из пп.14, 16, в котором используют несколько бурильных колонн для расположения приспособлений в выбранной конфигурации для получения регулируемого фронта газификации для приведения нефти в движение по направлению к эксплуатационному объекту. 18. Способ по любому из пп.9-17, в котором нефть добывают, обеспечивая аккумулирование давления нефти для приведения этой нефти в движение в водоотделяющую колонну.