Внутрипластовое горение

ВНУТРИПЛАСТОВОЕ ГОРЕНИЕ (а. interbedding соmbustion; н. in situ Verbrennung, Flozbrand; ф. соmbustion in situ; и. соmbustion in situ, соmbustion en el interior de la capa) — способ разработки нефтяных месторождений, основанный на экзотермических окислительных реакциях углеводородов, главным образом пластовой нефти с закачиваемым в пласт окислителем (обычно кислородом воздуха); иногда в зону генерации тепла подаются также углеводородный газ и вода. Впервые предложен в CCCP в начале 30-х гг. (А. Б. Шейнман и К. К. Дубровай). Применяется в CCCP (например, залежь Павлова гора в Краснодарском крае, Хорасаны в Азербаджанской CCP), Румынии, США, других странах в опытно-промышленных масштабах.

Сущность внутрипластового горения — создание перемещающейся по пласту зоны экзотермических реакций, позволяющей в процессе сжигания части пластовой нефти облегчить и увеличить извлечение остальной её части. Изменение технологических характеристик нефти способствует её вытеснению из пласта.

Внутрипластовое горение начинается с инициирования горения в окрестности забоя скважины-зажигательницы путём закачки в неё воздуха, реже другого газа (сухое внутрипластовое горение). Воспламенение пластовой нефти происходит самопроизвольно или в результате дополнительного разогрева призабойной зоны скважины с помощью забойного электронагревателя, газовой горелки, зажигательных химических смесей и др. Поддержание процесса горения и перемещение зоны (фронта) горения по пласту обеспечивается непрерывной закачкой воздуха. Фронт горения и поток закачиваемого воздуха могут двигаться в одном направлении — от нагревательной скважины-зажигательницы к добывающей (прямоточное внутрипластовое горение или навстречу друг другу (противоточное внутрипластовое горение). Последний метод практически не применяется.

При прямоточном внутрипластовом горении источником горения служит главным образом "нефтяной кокс" (теплотворная способность 29-42 МДж/кг, температура горения 350-370°С и выше). Образуется из наиболее тяжёлых фракций нефти, отделяющихся при её нагревании впереди фронта горения; лёгкие фракции испаряются и вытесняются. Скорость перемещения фронта горения определяется концентрацией кокса (возрастает с увеличением плотности и вязкости нефти) и темпами закачки воздуха. При недостаточном содержании кокса в пласт вместе с воздухом закачивают углеводородное газообразное топливо (например, метан). Эффективность сухого внутрипластового горения относительно невысока. В зону перед фронтом горения ввиду низкой теплоёмкости воздуха переносится менее 20% генерируемого тепла. Для улучшения процесса передачи тепла одновременно (попеременно) с воздухом в скважину закачивается вода. Последняя, испаряясь в выжженной зоне, попадает в область впереди фронта горения и образует там зоны насыщенного пара и сконденсированной горячей воды (рис.).

При увеличении объёмов закачиваемой воды процесс горения прекращается. Однако кислород нагнетаемого воздуха в зоне насыщенного пара вступает с нефтью в экзотермические реакции (внутрипластовое горение с частичным гашением, или сверхвлажное внутрипластовое горение). При этом скорость движения зоны генерации тепла (температура главным образом 200-300°С) определяется в основном темпами закачки воды и значительно выше скорости движения фронта горения при сухом и влажном внутрипластовом горении. Процессы внутрипластового парообразования при влажном и сверхвлажном внутрипластовом горении способствуют интенсификации теплового воздействия на пласт, приводят к сокращению затрат сжатого воздуха на добычу нефти.

Механизм теплового способа разработки на основе внутрипластового горения, кроме вытеснения нефти водяным паром, горячими газами горения, водой, водогазовыми смесями и др., включает действие кислородсодержащих компонентов как поверхностно-активных веществ, испаряющихся лёгких фракций нефти. На нефтеотдачу (в среднем 50-70%) могут влиять физико-химические превращения самой породы-коллектора. Благоприятные геолого-физические условия применения внутрипластового горения: вязкость нефти более 10^-2 Па • с, толщина пласта свыше 3 м, глубина залегания до 2 км, проницаемость свыше 100 мД, пористость более 18%, нефтенасыщенность свыше 30-35%. Системы размещения нагнетательных и добывающих скважин при внутрипластовом горении — площадные и рядные. Недостатки внутрипластового горения связаны с необходимостью принятия мер по охране окружающей среды и утилизации продуктов горения, по предотвращению коррозии оборудования. Развитие внутрипластового горения заключается в сочетании его с другими видами воздействия на пласт, повышении эффективности отдельных элементов общего механизма вытеснения нефти с помощью теплового эффекта. О разработке угольных месторождений с использованием внутрипластового горения см. в ст. Газификация углей.