Извлечение нефти газом высокого давления

Свойства нефтегазовых смесей и, в частности, явления обратного или ретроградного их испарения. Эти свойства сжатых газов можно использовать для увеличения нефтеотдачи пластов. При этом в залежь для по­вышения давления необходимо нагнетать газ, который стано­вится растворителем жидких компонентов нефти. По данным опытов, при некоторых весьма высоких давлениях в газе рас­творяются почти все компоненты нефти, за исключением смо­листых и других тяжелых ее составляющих. Добывая затем этот газ, в котором содержатся пары нефти или ее компоненты, на поверхности можно получать конденсат, выпадающий при снижении давления. Таким образом, сущность этого метода за­ключается в искусственном превращении месторождения в газоконденсатное. Практически это трудно осуществить, так как для растворения всей нефти требуются очень высокие давления (70—100 МПа) и огромные объемы газа (до 3000 м³ в нор­мальных условиях для растворения 1 м³ нефти). Давления об­ратного испарения значительно уменьшаются, если в составе нагнетаемого газа содержатся тяжелые углеводородные газы —­ этан, пропан или углекислота. Но объем требующегося газа остается высоким.

Процесс можно значительно упростить и удешевить, если извлекать за счет процесса испарения лишь наиболее ценные летучие фракции нефти. Для этого следует нагнетать меньшие объемы сухого газа при более низких давлениях по сравнению с давлениями, необходимыми для полного растворения нефти в газе. В остальном сущность процесса остается той же.

Опытами установлено, что в процессе нагнетания в модель пласта, содержащего легкие нефти, газов высокого давления нефтеотдача бывает большей, чем должна быть только при об­ратном испарении фракций нефти. Движущийся по пласту газ постепенно обогащается этаном и более тяжелыми углеводоро­дами, а метан, встречаясь со свежими порциями нефти, имею­щими давление насыщения ниже давления нагнетаемого газа, растворяется в нефти. Газ, содержащий значительное количество тяжелых углеводородов, уже при сравнительно небольших давлениях и температурах полностью смешивается с нефтью. Нефтеотдача при этом высокая, так как процесс становится близким к тому, который наблюдается во время вытеснения нефти жидким растворителем. При рассмотрении и интерпретации различных процессов фазовых превращений, которые встречаются в процессе вытес­нения нефти газом, пользуются диаграммами (рис. 3.13) физического состояния углеводородной системы при заданных температуре и давлении.

На этой диаграмме углеводородная система произвольно представлена в виде трех групп компонен­тов — любая точка в пределах диаграммы характеризует со­став углеводородной системы в виде соотношения каждой из трех групп компонентов: метана С₁ углеводородов от этана С₂ до гексана С₆ и гептана С₇. Вершины треугольников соот­ветствуют 100 %-ному содержанию соответствующих групп компонентов в системе. Сплошная линия 1 (в виде петли) на диаграмме является кривой раздела фаз. Она ограничивает двухфазную область. Кривая раздела фаз представляет собой геометрическое место точек состава систем, которые имеют при заданной температуре данное давление насыщения. Нижний участок кривой относится к жидкой фазе, а верхний — к газовой. Они соединяются в точке 8, которая характеризует со­став смеси с критическими давлением и температурой. Линия 2 (связывающая линия) оканчивается в точках на кривой со­става насыщенного пара и насыщенной газом нефти, которые находятся в равновесном состоянии при данных температуре и давлении, для которых составлена диаграмма.

Смеси, соответствующие точкам выше и справа от кривой насыщенного пара, представляют газ (область 5), и смеси, со­ответствующие точкам ниже и слева кривой насыщенной газом жидкости, представляют собой нефть (область 6). Смеси в об­ласти правее и ниже кривой раздела фаз относятся к области критических смесей и находятся либо в газовой, либо в жидкой фазе. На участке этой области выше и справа от кривой раздела фаз (область 10) в смеси содержится меньшее количе­ство тяжелых компонентов C₁₊. Эти углеводороды смешиваются со смесями, представленными точками в газовой области. Другой участок критической области смесей расположен ниже и справа от двухфазной области (область 9). В смесях здесь со­держится меньше метана C₁ и смешиваются они с углеводоро­дами, представленными точками в нефтяной области.

Уже упоминалось, что в зависимости от пластовых условий (давления и температуры), состава нефти и нагнетаемого газа возможны различные варианты процесса вытеснения нефти газом. Если в пласт нагнетают сухие газы (например, метан) при низком пластовом давлении, тогда будут выноситься сравнительно небольшие количества промежуточных компонентов (С₂-С₆).

Более сложное взаимодействие нефти и газа происходит при нагнетании в пласт жирных газов, содержащих значительное количество компонентов (С₂-С₆). Во время перемещения в пласте нефть и жирный газ могут подвергаться существенным изменениям вследствие конденсации компонентов газа в нефти и явлений обратного испарения. В зависимости от пластовых условий и исходного состава системы нефть может вытесняться

как в критических, так и некритических условиях. Диаграммы физического состояния углеводородной системы при заданных температуре и давлении позволяют проследить за детальными различиями между упомянутыми видами газового воздействия на пласт, например, за различиями между процессами перехода нефти в газоконденсатное состояние и закачкой газа под высо­ким давлением с частичным переводом компонентов нефти в га­зовую фазу. В качестве примера рассмотрим изменение свойств нефтяных смесей в процессе вытеснения нефти жирным газом, тяжелые компоненты которого могут конденсироваться в пла­стовых условиях и переходить в нефтяную фазу с возникнове­нием условий критического вытеснения. При критическом вы­теснении между нефтяной и газовой зонами образуется смесь углеводородов, находящихся в данных условиях в пласте в об­ласти выше критической (рис. 3.14). В таком случае нефть вытесняется газом в условиях, когда отсутствуют мениски на разделе фаз и нефтеотдача может быть повышена до значений, близких к 100 %.

Важной проблемой развития метода увеличения нефтеотдачи пластов является изыскание источников газоснабже­ния. Заслуживает внимания разработанный советскими инженерами способ производства газа путем газификации сырой нефти непосредственно на нефтяном месторождении под дав­лением до 20 МПа. Для снижения давлений вытеснения смеши­вающимися агентами освоено производство обогащенных ис­кусственных газов высокого давления и жидких дистиллятов-растворителей посредством пиролиза нефти в реакторе.