СПОСОБ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при доизвлечении тяжелых высоковязких угдеводородов и битумов из низкопроницаемых участков залежи, содержащих высоковязкие нефти и битумы термическим способом.

Известен способ добычи полезных ископаемых, включающий воздействие высокочастотного (ВЧ) электромагнитного поля (ЭМП) на эксплуатационные скважины с целью разогрева призабойной зоны пластов, содержащих высоковязкие нефти и битумы [1].

Также известен способ теплового воздействия на углеводородную залежь, предусматривающий закачку растворителя или смеси растворителей, где предварительно ведут отработку ВЧ ЭМП ближайших эксплуатационных скважин с извлечением продукта добычи до достижения его стабильного притока и по мере снижения притока воздействие полем возобновляют [2].

Недостатками вышеупомянутых способов является то, что необходимо некоторое время для предварительного прогрева пласта. Кроме того, потери тепла при этом настолько велики, что воздействие распространяется не более, чем на призабойные зоны скважин.

Наиболее близким по техническому результату к предлагаемому является способ продуктивного пласта по меньшей мере двумя скважинами, создание в пласте ВЧ ЭМП для обеспечения подвижности полезного ископаемого, насыщение продуктивного пласта вытесняющим агентом и извлечение продукта добычи через скважину на поверхность, при этом с целью сокращения времени обработки пласта при добыче закачку вытесняющего агента в пласт осуществляют одновременно с его нагреванием (авт. св СССР 841434, кл. E 21 B 43/00, 1981).

Недостатком данного способа является то, что частота ВЧ ЭМП, создаваемого между скважинами, выбирается произвольно без учета расстояния между скважинами, что приводит к дополнительной потере тепла, и эффективность нагрева продуктов добычи в пласте и КПД нагрева уменьшаются.

Технический результат изобретения - повышение эффективности воздействия на пласт - достигается тем, что определяют значение диэлектрической проницаемости ε′ , пласта при давлении и температуре, равных пластовым, и воздействие высокочастотным электромагнитным полем осуществляют в соответствии с зависимостью

где f - частота ВЧ ЭМП, взаимодействующего на пласт, Гц;
c - скорость света, м/с;
L - расстояние между нагнетательной и ближайшей эксплуатационными скважинами, м;
ε′ - диэлектрическая проницаемость.

Из научно-технической литературы и патентной документации неизвестно использование заявляемой зависимости для осуществления добычи полезных ископаемых из продуктивного пласта. Однако известно, что аналогичным образом рассчитывается частота электромагнитной волны в объемных резонаторах: резонансные частоты, а значит и собственные находятся из условия, что при резонансе длина волновода L равна расстоянию между узлами стоячей волны, т.е. целому числу полуволн в волноводе (Ширман Я.Д., Радиоволноводы и объемные резонаторы.- М.: Связьиздательство, 1959, с. 227-230).

Механизм использованного в данной работе процесса таков: путем воздействия ВЧ ЭМП на продуктивный пласт в результате преобразования ЭМ-энергии в тепловую в насыщенной пористой среде возникают распределенные в объеме источники тепла. Продвигаясь в направлении к эксплуатационной скважине и постепенно расширяясь, зона тепловых источников способствует образованию области прогрева в призабойной зоне скважины. Кроме того, возможность получения технологического результата обусловливается тем, что при воздействии ВЧ ЭМП на продуктивный пласт увеличивается градиент давления, что вызвано силовым воздействием поля на фильтрацию углеводородного флюида в пласте. Это объясняется тем, что за счет диэлектрического прогрева температура увеличивается. Устанавливается разность температур, что ведет за счет зависимости ε′(T) к возникновению градиента ε′ по длине пласта, а следовательно, к появлению пондеромоторной силы, направленной по течению насыщенной жидкости. Появление объемной силы обуславливает возникновение градиента давления, направленного также вдоль течения. Поэтому в результате перераспределения градиента давления будет увеличиваться количество извлекаемых углеводородных флюидов.

В изобретении учитывается дополнительный градиент давления, который возникает при воздействии ВЧ ЭМП с длиной стоячей волны λ = λ_ст/2, кратной расстоянию между скважинами.

Выбор частоты ВЧ ЭМП производится следующим образом.

Определяется диэлектрическая проницаемость насыщенной породы экспериментально известными методами либо по формуле

где - диэлектрические проницаемости насыщающей жидкости и скелета породы соответственно; m - пористость породы. Затем по формуле

вычисляется конкретное значение частоты поля для данного расстояния между скважинами и диэлектрической проницаемости ε′ .

Таким образом, при воздействии ВЧ ЭМП с частотой, вычисленной по формуле (I), длина электромагнитной волны этого поля кратна расстоянию между скважинами, т.е. в это расстояние укладывается целое число стоячих полуволн, что является причиной возникновения дополнительного перепада давления в пласте, что приводит к большей эффективности заявляемого способа добычи полезных ископаемых по сравнению с ранее опубликованными.

Пример. Воздействию ВЧ ЭМП подвергали продуктивный пласт, содержащий высоковязкую нефть с вязкостью при пластовой температуре 16^oС в пределах 8 - 10 Па*с путем ввода ВЧ ЭМ энергии в пласт через нагнетательную скважину. Пористость пласта 0,3, проницаемость 0,47 Д, эффективная толщина 7-8 м, глубина 70-100 м, мощность генератора 6 кВт.

Расстояние между нагнетательной и ближайшими эксплуатационными скважинами 50 м.

Для экспериментального определения ε′ использовали естественный образец горной породы, насыщенный пластовым углеводородом на приборе (куметр Е4-11), определяли =2,5.

По формуле вычислили конкретное значение частоты, с которой необходимо воздействовать на пласт, а именно
.

Продуктивный пласт обработали ВЧ ЭМ полем полученной частоты и через 25 часов с начала обработки дебит скважины увеличился с 1,6• 10^-6 до 4,1•10^-6 м³/с. Отбор нефтепродуктов продолжали до полной выработки участка залежи. Коэффициент извлечения углеводородного сырья составил 72%.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить коэффициент извлечения углеводородов за счет уменьшения тепловых потерь; увеличить перепад давления в пласте, что приведет к увеличению дебита скважины; производить дополнительный дренаж в скважинах; без дополнительных материальных затрат и устройств производить очистку и кольматаж призабойной зоны скважин.

Использование: в горной промышленности, в частности при доизвлечении тяжелых высоковязких углеводородов и битумов из низкопроницаемых участков залежи, содержащих высоковязкие нефти и битумы, термическим способом. Способ обеспечивает повышение эффективности воздействия на пласт. Сущность изобретения: осуществляют вскрытие продуктивного пласта по меньшей мере двумя скважинами. Создают в нем высокочастотное электромагнитное поле, чем обеспечивают подвижность углеводородного сырья и извлечение продукта добычи на поверхность. Определяют значение диэлектрической проницаемости пласта при давлении и температуре, равных пластовым. Воздействие высокочастотным электромагнитным полем осуществляют в соответствии с зависимостью где f - частота электромагнитного поля, воздействующего на пласт, Гц; c - скорость света, м/с; L - расстояние между нагнетательной и ближайшей эксплуатационной скважинами, м; ε′ - диэлектрическая проницаемость.

Способ добычи полезных ископаемых, включающий вскрытие продуктивного пласта по меньшей мере двумя скважинами, создание в нем высокочастотного электромагнитного поля для обеспечения подвижности углеводородного сырья и извлечение продукта добычи на поверхность, отличающийся тем, что определяют значение диэлектрической проницаемости ε′ пласта при давлении и температуре, равных пластовым, и воздействие высокочастотным электромагнитным полем осуществляют в соответствии с зависимостью

где f - частота электромагнитного поля, воздействующего на пласт, Гц;
c - скорость света, м/с;
L - расстояние между нагнетательной и ближайшей эксплуатационной скважинами, м;
ε′- диэлектрическая проницаемость.