Экспериментальные исследования физико-химических явлений при участии CO2 в фильтрационных и обменных процессах

• Автор: Климов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 25.00.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава I. Обзор предшествующих исследований. Обоснование темы диссертационной работы.

1.1. Применение СОг в технологиях повышения нефтеотдачи пластов

1.2. Захоронение СОг в истощенные месторождения нефти и газа

1.3. Роль диоксида углерода в генезисе нефти и газа

1.4. Обоснование тематики диссертационной работы

Глава II. Динамические эксперименты применительно к закачке в пласт карбонизированной воды

2.1. Авторская лабораторная установка

2.2. Методика экспериментов

2.3. Компонентный состав продуктов реакции

2.4. Влияние времени экспериментирования
2.5. Влияние давления и скорости прокачки карбонизированной воды
2.6. Влияние давления ССЬ на содержание Н2 в газовой фазе
Глава III. Стационарные эксперименты с карбонизированной водой
3.1. Авторская лабораторная установка
3.2. Методика и результаты экспериментов
3.3. Влияние типа жидкостного флюида
3.4. Железо в качестве рабочего агента
3.5. Сертифицированная лабораторная установка
3.6. Сравнительные эксперименты на сертифицированной установке
3.7. Эксперименты при повышенных термобарических условиях
3.8. Экспериментальное измерение объема разлагающейся карбонизированной воды
3.9. Стационарные эксперименты на образцах сланцевых пород
Глава IV. Технология разработки месторождений нефти и газа с низкопроницаемыми коллекторами
4.1. Некоторые особенности разработки месторождений с низкопроницаемыми
коллекторами
4.2. Технология разработки месторождений нефти и газа с низкопроницаемыми
коллекторами
Заключение
Список литературы
Соотношение используемых единиц измерений с системой СИ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность тематики исследований
В последние годы диоксид углерода (СОг) упоминается в возрастающем количестве публикаций. Так, одна из технологий увеличения коэффициента извлечения нефти (КИН) основывается на закачке в пласт карбонизированной воды (воды с растворенным ССЪ) в разных модификациях. В ряде стран, вследствие экологических проблем, реализуются опытнопромышленные исследования по захоронению СО2 в истощенные месторождения газа и нефти. Развиваемая в ИПНГ РАН биосферная концепция образования нефти и газа также базируется на идее фильтрации в недрах Земли метеогенных (карбонизированных) вод. Поэтому актуальной представляется проблема экспериментального изучения физико-химических явлений применительно к перечисленным научно-техническим, прикладным технологиям и процессам при участии в них СО:. Так как в предшествующих исследованиях предполагаемые сопутствующие физико-химические процессы при фильтрации СОг или не исследовались, или рассматривались в недостаточном объеме.
Цель работы
Лабораторные исследования предполагаемых физико-химических процессов в недрах Земли при наличии или отсутствии фильтрации карбонизированной воды и природных катализаторов применительно к разработке месторождений нефти и газа, а также генезису природных углеводородов.
Основные задачи исследований
1. Сконструировать, создать и отладить специализированную лабораторную установку для изучения физико-химических процессов в пласте в присутствии карбонизированной воды в динамическом и стационарном (статическом) режимах.
2. Исследовать количественные и качественные особенности физико-химических явлений при распаде карбонизированной воды в фильтрационных и обменных процессах в пласте.
3. Подтвердить достоверность результатов исследований в стационарном режиме на сертифицированной каталитической лабораторной установке.
4. Экспериментально измерить темп разложения и количество разлагающейся карбонизированной воды в стационарном режиме.

5. На основе компьютерного моделирования оценить перспективы использования СОг при разработке залежей нефти в низкопроницаемых пластах.
Научная новизна выполненных исследований
• На основе лабораторных экспериментов впервые доказана реалистичность разложения карбонизированной воды в породах осадочного чехла земной коры при низких термобарических условиях и без сторонних механических, сейсмических или иных воздействий в условиях динамического, а также стационарного режима, сопровождающаяся образованием водорода и углеводородов.
• Впервые исследовано влияние на количество образующихся водорода и газообразных углеводородов различных факторов - давления, времени, температуры, солености, степени насыщенности СО: воды, типа модели пористой среды, скорости фильтрации.
• Проведенные эксперименты впервые позволили рассчитать динамику и количество разлагающейся воды применительно к физико-химическим процессам при взаимодействии модели пористой среды с карбонизированной водой в стационарном режиме.
• Компьютерными расчетами обоснована целесообразность поддержания пластового давления в низкопроницаемых нефтенасыщенных коллекторах путем закачки в пласт СО;, что может сопровождаться привнесением в добываемые углеводороды синтезируемых гомологов метана, а также водорода.
Практическая значимость выполненных исследований
• Результаты экспериментальных исследований могут повысить эффективность проектов по захоронению диоксида углерода в истощенных нефтяных и газовых месторождениях, вследствие возможности получения гомологов метана и водорода в качестве побочных продуктов.
• Установлен ранее неизвестный фактор в технологии повышения нефтеотдачи пластов на основе закачки в них карбонизированной воды, связанный с разрушением воды и дополнительным образованием углеводородов и водорода, а также возможностью их извлечения.
• Компьютерные расчеты указывают на целесообразность поддержания пластового давления в низкопроницаемых нефтеносных коллекторах на основе закачки С02 в разных модификациях.

искажает реальную картину антропогенного влияния на климатические процессы. Объективное решение этой задачи видится в глубоком изучении биогеохимнческих круговоротов всех газов, так или иначе связанных с круговоротом углерода.
А ведь углерод является основным химическим элементом нефтей и газов и его соединения во всех частях геосферы геохимически взаимосвязаны, т.е. находятся в сложной структуре циклов глобального круговорота [7].
Таким образом, существенно обостряется вопрос решения так называемой «балансовой проблемы» углерода в биосфере, связанной с меньшим на порядок его поступлением с осадками в земную кору, чем из недр. По-видимому, биосферный цикл не ограничивается круговоротом углерода над поверхностью, а охватывает всю биосферу в целом, включая ее подземную часть. Прежде всего, речь идет об осадочном чехле земной коры, где сосредоточены основные залежи нефти и газа планеты.
Успешная попытка связать глобальный цикл углерода с механизмами формирования нефтегазовых скоплений отражена в биосферной концепции нефтегазообразования A.A. Баренбаума [9, 12]. Эта концепция служит обоснованием концепции полигенеза [23], обобщающей известные органическую и неорганическую теории происхождения нефти и газа, по которым к настоящему времени проведено немало теоретических и экспериментальных исследований.
По справедливым заявлениям авторов [23. 12], в последние годы накопилось множество фактов, выявивших ограниченность популярных органической и неорганической теорий нефтегазообразования. В первую очередь, это многочисленные примеры пополнения запасов нефти и газа в процессе эксплуатации месторождений. Сюда же можно отнести такие явления, как быстрая и заметная изменчивость поступающих из недр углеродсодержащих газов, а также вариация состава и плотности нефтей с малой цикличностью [10].
Образование нефтегазовых скоплений не всегда зависело только от генезиса углеводородов (УВ), но также подчинялось и иным механизмам. Возможность переноса углерода флюидными потоками в геологические ловушки рассматривалась часто и традиционными концепциям. Органическая теория широко связывала этот процесс с доставкой УВ в ловушки из «нефтематеринских» пород [4], неорганическая — с процессами поступления из «каналов дегазации» [22].
По сути, биосферная концепция нефтегазообразования рассматривает процесс формирования месторождений не только как процесс геологический, а в основном как процесс «климатический» [12]. И в первую очередь это связано с переносом углерода через земную поверхность метеогенными водами в ходе климатического круговорота. Перенос углерода