Спосіб формування зони генерації текучої фази вуглеводнів у зонах їх неефективного добутку

1. Спосіб формування зони генерації те 2 (19) 1 3 Розробка відноситься до паливної промисловості нафтогазового напряму і може бути використана для штучного формування вуглеводневого палива з породи, що містить органічні сполуки. Починаючи з середини 19-го століття, коли почалося промислове використання і виробництво рідких вуглеводнів, вчені здійснювали пошук економічної екстракції вуглеводнів з порід, що містять органічні сполуки, таких як бітумний сланець. На сьогодні практично усі вуглеводні отримують з підземних пластів-колекторів і родовищ. Такі вуглеводне утримуючі колектори, що містять текучу фазу вуглеводнів зокрема природний газ і нафту, зазвичай містять проникну і пористу породу, таку як піщаник або вапняк. Як тільки через подібний пласт-колектор пробурили свердловину, з нього можна добувати вуглеводні в промислових кількостях. Проте пласти-колектори і родовища, такі як піщаник або карбонат, не є первинними джерелами вуглеводнів. Ці колектори зазвичай є породами, в які впродовж геологічного часу перемістилися текучі фази вуглеводнів. Справжніми так званими «нафтоматеринськими породами» є породи з органічними сполуками, з яких спочатку виходять вуглеводні. Звичайною «нафтоматеринською породою» є сланець, попередник вуглеводню, що містить, відомий мінерал під загальною назвою кероген. Кероген є складною органічною речовиною, що є продуктом первинної біологічної органічної речовини, похороненої під землею і глинами, яка зрештою утворює сланцеві породи. Як правило, кероген міцно пов'язаний усередині породи, і зазвичай знаходиться на значному заглибленні і перетворюється на вуглеводні тільки під суттєвим технологічним впливом. Цей процес в природі протікає украй повільно і відбувається впродовж геологічного часу. «Нафтоматеринські породи», які ще не вивільняли свій кероген у вигляді вуглеводнів, називаються "бідними" «нафтоматеринськими породами». Проте ці бідні «нафтоматеринські породи» містять переважну більшість похороненої органічної речовини в земній корі. За оцінками фахівців, менше 1 % органічної речовини знаходиться у формі вуглеводнів, що містяться в породі колекторів. Значно велика частина все ще знаходиться у вигляді керогену і, таким чином, є величезним невикористаним джерелом енергії. Основна складність в відомих технологіях переробки сланців обумовлена їх високою зольністю і як наслідок необхідністю утиліза 52208 4 ції або додаткового вирішення питання використання їх мінеральної частини. Відомий спосіб формування текучої фази вуглеводнів зокрема зрідженого вугілля в реакторі (див. Заявку JP 59-066488, МПК C10G 1/04, дата публікації 14.04.84), що полягає у використанні водорододонорного розчинника зокрема тетраліну, ди- і тетрагідрофенантрена, ди- і тетрагідроантрацена, ди- і тетрагідробензпирена і інших ароматичних розчинників з числом конденсованих циклів 2-5, а також продуктів гідрування вакуум-дистилятів кам'яновугільної смоли з температурою кипіння вище 500 °С. Температура 430-480 °С, час процесу 12-15 хв. Зазначений процес здійснюють на виробничому обладнанні на підприємстві що потребує низки додаткових дій зокрема видобуток та доставку на підприємство породи що містить сировину, використання виробничих площ та обладнання для обробки на ньому сировини та виділення з неї цільового продукту у вигляді текучої фази вуглеводнів. Відомий спосіб формування рідких продуктів з вуглецьвмісної сировини, зокрема вугілля, шляхом термічної обробки в автоклаві у присутності розчинника дистиляту, що википає до 350 °С, і активуючої добавки при температурі 400-430 °С і тиску 30-50 атм. В якості активуючої добавки в способі використовують циклічні або лінійні кремнійорганічні сполуки (SU869312, МПК C10G 1/04, дата публікації 15.04.86). Відомий спосіб формування рідких продуктів (RU 2317314, МПК C10G1/04, дата публікації: 20.02.2008) шляхом зрідження в реакторі вуглецьвмісної сировини, зокрема вугілля або горючих сланців, при підвищеній температурі і тиску у присутності розчинника дистиляту, що википає до 350 °С і активуючої добавки, причому використовують розчинник, що додатково містить залишкові фракції нафтового, вугільного або сланцевого походження з температурою википання вище 350 °С у кількості 10-50 мас.%. Відомий спосіб обробки малопродуктивного пласта та формування газоподібного вуглеводневого палива (див. Заявку BY20030033, МПК С 07С 1/00, С 10L 3/08, дата публікації заявки 2004.09.30) що передбачає пошук місць залягання та відбір проникних пластів, що є імітаторами донних відкладень і вибрані з сухих чорних глин, чорних сланців, темно-сірих мергелів, що містять залізо (II), карбонати, при цьому мають понижений вміст кисню та не містять органічних речовин, забезпечення технологічного доступу у зону підземного розміщення сировини 5 шляхом буріння свердловин до досягнення цього пласта, закачування в пласт води в кількості, достатній для перетворення заліза (II) в залізо (III), та відведення одержаного газоподібного вуглеводневого палива. Перевагою такого способу є те, що процес здійснюють не на підприємстві, а безпосередньо у пласті що скорочує низку додаткових дій зокрема добуток та доставку сировини на підприємство, використання виробничих площ та обладнання для обробки на ньому сировини та видалення з неї текучої фази вуглеводнів. Однак недоліком способу є те, що сфера застосування способу обмежується вузьким колом природних пластів, що мають сировину для формування палива, при цьому ці пласти обов'язково мають мати необхідну проникність та мають мати сукупність додаткових складових, що достатньо рідко зустрічається і обмежує можливості використання сировинних ресурсів, що знаходяться у підземних пластах. Завданням розробки є створення способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів у зонах їх неефективного добутку, в якому за рахунок застосування нових дій та порядку їх здійснення, забезпечується можливість суттєвого розширення видів сировинних ресурсів, що можуть бути перетворені у текучу фазу і практично використані і що знаходяться у підземних пластах або їх зонах де їх видобуток відомими способами неможливий або на сьогодні неефективний. Для вирішення цього завдання спосіб формування зони генерації текучої фази вуглеводнів у зонах їх неефективного добутку передбачає здійснення технологічного доступу у зону підземного розміщення сировини. Новим у способі є те, що здійснюють формування колекторських властивостей у зоні розміщення сировини, виконують подачу реагенту в зону розміщення сировини та відбір сформованої текучої фази вуглеводнів внаслідок впливу на складові сформованої зони генерації через попередньо сформований засіб технологічного доступу у зону підземного розміщення сировини. За рахунок застосування нових дій та порядку їх здійснення формується штучна зона генерації текучої фази вуглеводнів безпосередньо у підземному пласті, що дозволяє отримати паливні продукти безпосередньо у пласті, що скорочує низку додаткових дій зокрема добуток та доставку породи з включеннями сировини з підземного пласта на підприємство, використання виробничих площ та обладнання для обробки на ньому сировини та видалення з неї текучої фази вуглеводнів. При цьому використовуваний у новому спо 52208 6 собі сировинний компонент не обмежується вузьким колом природних пластів, які обов'язково мають мати необхідну проникність та мають мати сукупність додаткових складових що використовуються при генерації кінцевого продукту як реагенти. Це різко підвищує можливості використання сировинних ресурсів, що знаходяться у підземних пластах, за рахунок розширення зони їх практичного використання збідненими пластами, традиційне використання яких неспроможне. В окремих варіантах реалізації способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів формування колекторських властивостей у зоні розміщення вуглеводнів здійснюють шляхом гідророзриву. Сформована зазначеними діями штучна зона генерації текучої фази вуглеводнів безпосередньо у підземному пласті підвищує технічні можливості, та забезпечує можливість створення зони генерації у випадку коли формування іншими діями зони генерації текучої фази вуглеводнів неможливо. Крім того формування зазначеної зони шляхом гідророзриву дозволяє поступово подавати в неї спочатку за способом невелику кількість реагенту, та внаслідок відбору цільового продукту поступово розширювати зону генерації текучої фази вуглеводнів. В окремих варіантах реалізації способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів гідророзрив здійснюють розчином реагенту. Забезпечення виконання гідророзриву розчином реагенту змінює механізм процесів по формуванню зони генерації текучої фази вуглеводнів тому що процес формування текучих вуглеводнів починається зразу на стадії гідророзриву, при цьому реагент впливаючи на породу пласта та забезпечуючи її часткову деструкцію та наступне її промивання і запобігає супутнім явищам при гідророзриві внаслідок чого сформовані оброблені та промиті тріщини не смикаються, в тому числі внаслідок часткової деструкції реагентом поверхні щілин. В окремих варіантах реалізації способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів формування колекторських властивостей у зоні розміщення вуглеводнів здійснюють шляхом вибуху. Деструкція, формування та підвищення рівня колекторських властивостей зазначеними діями при формуванні штучної зони генерації текучої фази вуглеводнів забезпечує можливість створення зони генерації у випадку коли формування іншими діями зони генерації текучої фази вуглеводнів недоцільно. 7 В окремих варіантах реалізації способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів формування колекторських властивостей у зоні розміщення вуглеводнів здійснюють шляхом механічної деструкції породи пласта. Застосування зазначеного виду впливу для деструкції породи пласта забезпечує як самостійний вид формування штучної зони генерації текучої фази вуглеводнів безпосередньо у підземному пласті так і додатковий засіб до попередньо здійснених інших дій по формуванню зони генерації текучої фази вуглеводнів, які у комплексі можуть сформувати необхідний за об'ємом обсяг зони генерації текучої фази вуглеводнів. В окремих варіантах реалізації способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів у якості реагенту застосовують активуючу добавку та воду. Застосування зазначених засобів спрощує реалізацію способу та забезпечує гарантовану доставку активуючої добавки в віддалені кути сформованої зони генерації текучої фази вуглеводнів. Це також спрощує видалення цільового продукту з підземного пласта. В окремих варіантах реалізації способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів формування у якості активуючої добавки застосовують каталізатор хімічного процесу, що забезпечує прискорення процесів формування вуглеводнів з складових, що знаходяться у підземному пласті, або додаються до його складових, або процесів, що сприяють відокремленню вуглеводнів, та винос їх за межи підземного пласта. Застосування зазначених засобів та дій розширює сферу застосування способу за рахунок вирішення проблем запуску процесів формування вуглеводнів у підземних пластах, та застосування додаткових процесів, що сприяють відокремленню вуглеводнів під породи, та винос їх за межи підземного пласта. В окремих варіантах реалізації способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів застосовують декілька реагентів, яки подають послідовно, або через декілька окремих сформованих засобів технологічного доступу у зону підземного розміщення сировини. Застосування зазначених дій та порядку їх здійснення розширює сферу застосування способу та забезпечує гарантований запуск процесів формування вуглеводнів саме у підземному пласті, або у його ділянці де послідовністю дій забезпечується контакт застосованих реагентів, що сприяє направленому використанню зони генерації текучої фази 52208 8 вуглеводнів. Застосування зазначених дій та порядку їх здійснення зменшує деструкцію реагентів при проведенні технологічних процесів та неефективні витрати реагентів при здійснені способу. В окремих варіантах реалізації способу формування зони генерації текучої фази вуглеводнів технологічний доступ у зону підземного розміщення сировини здійснюють руйнуванням порід внаслідок динамічного впливу на породи спалюваного палива. Застосування зазначеного виду впливу забезпечує швидкісний режим формування технологічного доступу у зону підземного розміщення сировини. При цьому сформований доступ забезпечує відносно невеликими витратами технологічний доступ до зони генерації текучої фази вуглеводнів високої потенціальної потужності та формування свердловини високої потужності внаслідок суттєвих діаметрів руйнування мінерального середовища породи струменями робочого агента внаслідок спалювання палива. Крім того зазначений вид впливу забезпечує можливість об єднати в одну технологічну дію процес формування технологічного доступу в пласт та процес формування у ньому колекторських властивостей, та застосувати для цього один технічний засіб, що суттєво спрощує здійснення способу. Також відкривається нова можливість забезпечення доставки у зону формування колекторських властивостей наприклад вибухових засобів застосуванням для цього засобу, який струменями робочого агента (внаслідок спалювання палива) формує технологічні порожнини, що забезпечує додаткові можливості формування колекторських властивостей у зоні розміщення сировини, розширює види впливів для формування зони генерації текучої фази вуглеводнів. Приклад 1 Визначають зони малопродуктивних пластів сейсмічним зондуванням методом розсіяних хвиль, після чого визначають контури зон пластів родовища, проводять буріння основних і бічних паралельних стволів малого діаметру до малопродуктивного пласта, здійснюють послідовне з'єднання свердловин по пласту гідророзривом із створенням зони генерації текучої фази вуглеводнів, одночасно здійснюють бутирування тріщин гідророзриву розклинюючим наповнювачем (в якості якого використовують крупнозернистий пісок). При цьому відстань між паралельними горизонтальними стволами вибирають з умови забезпечення руху тріщин одна назустріч іншій і їх злиття. 9 При гідророзриві забезпечують турбулентний режим течії реагенту з в'язкістю менше 0,01 Па-с із швидкістю закачування не менше 3 7,5 м /хв., причому реагент містить частки крупнозернистого піску. В якості реагенту застосовують 25-30 % розчин перекису водню. Після завершення формування зони генерації текучої фази вуглеводнів, закривають проміжні технологічні свердловини і продовжують закачування реагенту через основні свердловини до початку виходу реагенту через свердловину відбору, після чого закачування реагенту припиняють і витримують зону генерації текучої фази вуглеводнів протягом 8 діб. Після витримування починають відбір цільового продукту. Приклад 2 Визначають зони малопродуктивних пластів сейсмічним зондуванням методом розсіяних хвиль, після чого визначають контури зон пластів родовища, проводять буріння основних і бічних паралельних стволів малого діаметру до малопродуктивного пласта, здійснюють послідовне з'єднання свердловин по пласту гідророзривом із створенням зони генерації текучої фази вуглеводнів, одночасно здійснюють бутирування тріщин гідророзриву розклинюючим наповнювачем (в якості якого використовують крупнозернистий пісок). При цьому відстань між паралельними горизонтальними стволами вибирають з умови забезпечення руху тріщин одна назустріч іншій і їх злиття. При гідророзриві забезпечують турбулентний режим течії реагенту з в'язкістю менше 0,01 Па-с із швидкістю закачування не менше 3 8,0 м /хв., причому реагент містить частки крупнозернистого піску. В якості реагенту застосовують суміш вугільної і сірчаної кислот в співвідношенні 42 % і 58 % відповідно. Кількість цієї суміші у воді - 1,6 %. Після завершення формування зони генерації текучої фази вуглеводнів, закривають проміжні технологічні свердловини і продовжують закачування реагенту через основні свердловини до початку виходу реагенту через свердловину відбору, після чого закачування реагенту припиняють і витримують зону генерації текучої фази вуглеводнів протягом 17 діб. Після витримування починають відбір цільового продукту. Приклад 3 Визначають зони малопродуктивних пластів сейсмічним зондуванням методом розсіяних хвиль, після чого визначають контури зон пластів родовища, проводять буріння основних і бічних паралельних стволів малого діаметру до малопродуктивного пласта, здійснюють послідовне з'єднання свердловин по 52208 10 пласту гідророзривом із створенням зони генерації текучої фази вуглеводнів, одночасно здійснюють бутирування тріщин гідророзриву розклинюючим наповнювачем (в якості якого використовують крупнозернистий пісок). При цьому відстань між паралельними горизонтальними стволами вибирають з умови забезпечення руху тріщин одна назустріч іншій і їх злиття. При гідророзриві забезпечують турбулентний режим течії реагенту з в'язкістю менше 0,01 Па-с із швидкістю закачування не менше 3 8 м /хв., причому реагент містить частки крупнозернистого піску. В якості реагенту застосовують перенасичений розчин нітрату амонію марки Б (ГОСТ 2-85), який закачують в одну свердловину та розчин азотної кислоти, який закачують в сусідню свердловину. Після завершення формування зони генерації текучої фази вуглеводнів, закривають проміжні технологічні свердловини і продовжують закачування реагенту через основні свердловини до початку виходу реагенту через свердловину відбору, після чого закачування реагенту припиняють і витримують зону генерації текучої фази вуглеводнів, 7 діб. Після витримування починають відбір цільового продукту. Приклад 4 Визначають зони малопродуктивних пластів сейсмічним зондуванням методом розсіяних хвиль, визначають контури зон пластів родовища, проводять буріння основних і бічних паралельних стволів до малопродуктивного пласта. Здійснюють послідовне з'єднання свердловин по пласту шляхом використання вибухових зарядів, які розміщують у свердловинах і, ініціацію яких здійснюють, наприклад, від піропатрона. При цьому відстань між паралельними горизонтальними стволами вибирають з умови забезпечення руху тріщин одна назустріч іншій і їх злиття. Потім закривають проміжні технологічні свердловини і здійснюють закачування реагенту у вигляді активуючої добавки та води через основні свердловини до початку виходу реагенту через свердловину відбору. В якості активуючої добавки та води застосовують 25 % розчин перекису водню. Після чого закачування реагенту припиняють і витримують зону генерації текучої фази вуглеводнів протягом 8 діб. Після витримування починають відбір цільового продукту. Приклад 5 Визначають зони малопродуктивних пластів сейсмічним зондуванням методом розсіяних хвиль, визначають контури зон пластів родовища, проводять буріння основних і біч 11 52208 них паралельних стволів до малопродуктивного пласта. Здійснюють послідовне з'єднання свердловин по пласту шляхом використання вибухових зарядів, які розміщують у свердловинах і, ініціацію яких здійснюють, наприклад, від піропатрона. При цьому відстань між паралельними горизонтальними стволами вибирають з умови забезпечення руху тріщин одна назустріч іншій і їх злиття. Потім закривають проміжні технологічні свердловини і здійснюють закачування реагенту у вигляді активуючої добавки та води через основні свердловини. В якості активуючої добавки та води застосовують 25 % розчин перекису водню. Після початку виходу реагенту через свердловину відбору закачування реагенту припиняють, здійснюють початковий розігрів зони генерації текучої фази вуглеводнів, подачею соляної кислоти, потім витримують зону генерації текучої фази вуглеводнів протягом 10 діб. Після витримування починають відбір цільового продукту. Приклад 6 Визначають зони малопродуктивних пластів сейсмічним зондуванням методом розсіяних хвиль, визначають контури зон пластів родовища. Утворення свердловин в прикладі здійснюють установкою для проходки гірських порід, за патентом винахідників UA35703, яка здійснює руйнування порід внаслідок динамічного впливу на породи спалюваного палива. При цьому на робочому майданчику монтують опорну плиту з направляючим засобом у вигляді отвору. За допомогою підйомного крану автономний буровий апарат (який здійснює руйнування порід внаслідок динамічного впливу на породи спалюваного палива) встановлюють в отвір початкового направляючого засобу. По команді з дистанційного пульта управління включають в роботу автономний буровий апарат і здійснюють проходку порід їх руйнуванням. Внаслідок згоряння палива генерується робочий агент який подається на сопла автономного бурового апарату які направлені під різними кутами до осі свердловини. Ядра (початкова ділянка) струменів робочого агента з високими динамічними параметрами порушують мінеральне середовище породи на забої. Подачу на забій потоків робочого агента ведуть в постійному, або Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 12 імпульсному режимах. Імпульсний режим впливу є додатковим чинником створення знакоперемінних навантажень на мінеральне середовище породи на забої. Зазначені знакоперемінні навантаження є додатковим чинником порушення мінерального середовища породи на забої та формування тріщин в породі пласта. За необхідності зміни напряму проходки свердловини за допомогою дистанційного пульта управління управляють наприклад струменями робочого агента у робочому органі бурильного пристрою, що змінює положення вісі бурового органу та відповідно зону впливу ядер струменів робочого агента, які порушують мінеральне середовище породи на забої. Зазначене управління напрямком руху автономного бурильного пристрою дозволяє не тільки дійти до малопродуктивного пласта, а і здійснити складну криволінійну траєкторію руху в межах пласта та вивести на денну поверхню автономний буровий апарат з протилежного боку наміченої зони генерації текучої фази вуглеводнів. Один або декілька проходів автономного бурового апарату по різних траєкторіях забезпечує формування колекторських властивостей в наміченій зоні генерації текучої фази вуглеводнів. За допомогою автономного бурового апарату в різні зони пласта можуть бути доставлені та залишені в намічених місцях дистанційні вибухові пристрої, вибухи яких у пласті можуть бути дистанційно ініційовані після виходу автономний буровий апарату на денну поверхню. Зазначене суттєво розширить та покращить властивості зони генерації текучої фази вуглеводнів. Потім закривають проміжні технологічні свердловини і здійснюють закачування реагенту через основні свердловини до початку виходу реагенту через свердловину відбору. В якості реагенту застосовують перенасичений розчин нітрату амонію марки Б (ГОСТ 285). Після чого закачування реагенту припиняють, і подають у сформовану зону каталізатор в якості якого використовують відпрацьовані цеолітовмістні каталізатори нафтопереробних процесів і витримують зону генерації текучої фази вуглеводнів протягом 9 діб. Після витримування починають відбір цільового продукту у текучому фазовому стані. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601