СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН И СКВАЖИННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B43/25 E21B43/24 E21B43/27 E21B36/00 E21B37/06 

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано для активизации или возобновления нефтяных и газовых скважин путем термохимической обработки и очистки прискважинного пространства от асфальтосмолистых и парафиновых отложений.

Известны многочисленные способы воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта, например обработкой растворителями, в том числе поверхностно-активными веществами (ПАВ), асфальтосмолистых отложений, цементирующих каналы; обработкой кислотными веществами с применением соляной, серной, плавиковой кислот с различными замедлителями, ПАВ и другими добавками и т.п. (см. Э.А. Махмудбеков, А.И. Вольнов. Интенсификация добычи нефти. - М.: Недра, 1975).

Эти способы характеризуются низкой эффективностью вследствие разрушения, кроме асфальтосмолистых отложений, железистого и парафинового цементов, и собственно фильтрующих каналов. Эти способы имеют узкую область применения и не могут быть использованы при изменении условий разработки.

Более эффективными для восстановления или повышения нефте- и газопритоков в скважины, продуктивность которых снижена из-за наличия асфальтосмолистых отложений, являются способы термохимического воздействия. Так, способ обработки призабойной зоны нефтяного пласта по патенту РФ N 2052628, E 21 В 43/24, 1996 г. включает разогрев призабойной зоны, циклическое нагнетание водного раствора унитарного топлива и выжигание асфальтосмолистых отложений. Однако этот способ является малоэффективным из-за того, что при его осуществлении создается неконтролируемо высокая температура, которая достигает величин, когда вместе с выжиганием асфальтосмолистых веществ происходит остеклование песчаных и глинистых частиц в призабойной зоне, а также из-за экологической вредности использования такого топлива.

Известен способ термохимической обработки призабойной зоны пласта по авт. св. СССР N 1574799, E 21 В 43/27, 1990 г., включающий последовательную закачку в пласт суспензии алюминия или магния, раствора соляной кислоты, выдерживание их в пласте и извлечение продуктов реакции, причем в призабойную зону дополнительно вводят воздух. Однако этот способ характеризуется непродолжительным и слабым прогревом, недостаточным для перевода в текучее состояние асфальтосмолистых веществ, а при неполном реагировании магния с соляной кислотой образуется прочный не разрушаемый и не фильтрующий цемент из солей магния.

Известен способ термохимической обработки призабойной зоны скважины по патенту РФ N 2023874, E 21 В 43/24, 43/27, 1994 г., который заключается в последовательной закачке в призабойную зону водного раствора нитрата натрия или калия, кислородсодержащего органического вещества и 30-35% раствора соляной кислоты, причем в качестве кислородсодержащего органического вещества используют диметиловый и уксусный эфиры, метиловый и этиловый спирты, глицерин, ацетон и другие. Эффективность этого способа также невелика, так как последовательная закачка реактивов, кроме дороговизны последних, имеет недостатком то, что соляная кислота может не полностью прореагировать с нитратами и выделится недостаточно теплоты для образования необходимого количества кислорода из кислородсодержащих веществ. При этом прогрев призабойной зоны окажется непродолжительным и слабым, недостаточным для перевода в текучее состояние асфальтосмолистых веществ, а при известняковом коллекторе не вступившая в реакцию соляная кислота будет разрушать, кроме кольматирующего цемента, и сами каналы.

Известны способы устранения асфальтосмолистых и парафино-гидратных отложений путем прогрева стенок скважин с помощью электронагревательных устройств, например, способ ликвидации гидратных и парафиновых пробок в скважинах по патенту РФ N 2003781, E 21 В 37/02, 43/24, 1993. Согласно способу в скважину до верхней границы пробки спускают электронагреватель на многожильном кабеле, подключенном к источнику питания, включают его и переводят материал пробки в расплавленное состояние, продвигая электронагреватель вдоль скважины. В устройстве для осуществления этого способа многожильный кабель связан с электронагревателем одной частью жил, а другая его часть закорочена и самостоятельно соединена с источником питания. Использование таких способа и устройства связано с огромной затратой электроэнергии, быстрым выходом из строя нагревательного элемента при его перегреве, невозможностью обеспечения стабильного теплового режима в течение длительного времени, что также неэффективно. Кроме того, устройство может быть применено только на небольшой глубине, что обусловлено использованием дорогостоящего и тяжеловесного многожильного бронированного кабеля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ повышения продуктивности нефтяных скважин по патенту РФ N 2100584, E 21 В 43/25, 1997 г., включающий загрузку в скважину смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего вещества на уровне интервала перфорации, инициирование реакции окисления смеси (горение) и последующую обработку прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры. Способ реализуется простыми и дешевыми реагентами и операциями, не включает последовательного закачивания реагентов с разными свойствами и, кроме теплового воздействия, достигается химическое комплексное воздействие на прискважинную зону азотистыми газами, кислородом, диоксидом углерода и азотом. При осуществлении способа инициирование окислительной реакции (розжиг загруженной в скважину смеси) производят, например, с помощью химической реакции магния с соляной кислотой, или взрыванием малого заряда, или используют для этого топливные шашки, поджигаемые электрическим разрядом. Однако если скважина обводнена или по каким-либо иным причинам, розжиг может быть затруднен, а при отсутствии необходимой температуры реакции окисления не произойдет, и способ окажется неэффективным.

Известен скважинный электронагреватель по патенту РФ N 2006571, E 21 В 36/04, 1994 г., который может быть принят за прототип устройства для осуществления способа по изобретению. Нагреватель содержит полый цилиндрический корпус с установленным в нем нагревательным элементом и токоввод в его верхней части, подключенный к источнику питания, причем токоввод подключен к нагревателю с помощью герметизированного кабельного разъема. Этот нагреватель создает усиленный прогрев локальной зоны, например, в области парафино-гидратной пробки, но не может обеспечить стабильный долговременный тепловой режим, необходимый для удаления асфальтосмолистых и парафино-гидратных отложений в призабойной зоне скважины и восстановления гидродинамической связи скважины с флюидонесущим пластом. Кроме того, он обладает теми же недостатками, что и все скважинные электронагреватели, то есть требует большого расхода электроэнергии и дорогостоящего бронированного кабеля и имеет ограничения по глубине его применения и диаметру обслуживаемых скважин, что делает использование такого нагревателя малоэффективным.

Изобретение решает задачу повышения эффективности добычи нефти и газа за счет активизации или возобновления скважин, выбывших из эксплуатации из-за образования асфальтосмолистых и парафино-гидратных отложений, путем восстановления гидродинамической связи скважины с флюидонесущим пластом.

Для решения этой задачи согласно способу повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин, включающему загрузку в скважину смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ не выше верхней границы интервала перфорации скважины, инициирование реакции окисления смеси, после ее окончания обработку перфорированного интервала прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры и инициирование ее реакции окисления, розжиг смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ осуществляют с помощью скважинного нагревателя, размещенного в скважине на уровне не выше верхней границы интервала перфорации скважины, и проводят окислительную реакцию смеси при температуре, определяемой эксплуатационными условиями данной скважины. При этом скважинный нагреватель перед опусканием в скважину вводят в действие подключением к источнику питания, затем отсоединяют электроразъем, спускают в скважину на тросе и оставляют в скважине до окончания реакции окисления смеси.

В скважинном нагревателе для осуществления способа по изобретению, содержащем полый цилиндрический корпус с установленным в нем нагревательным элементом и токоввод в его верхней или нижней части, подключенный к источнику питания, причем токоввод подключен к нагревателю с помощью герметизированного кабельного электроразъема, корпус устройства снабжен верхней и нижней съемными крышками, штангой, установленной одним концом на верхней крышке и размещенной вдоль оси корпуса, жестко закрепленным на штанге верхним кольцевым упором, топливным элементом, размещенным вокруг штанги, нижним кольцевым упором, установленным с возможностью его перемещения вдоль штанги с помощью прижимной гайки, а нагревательный элемент установлен в нижней части топливного элемента с возможностью плотного контакта с ним. Верхний и нижний упоры установлены в корпусе с зазором. Топливный элемент нагревателя может быть выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек, установленных плотно прижатыми друг к другу, либо в виде насыпного топливного порошка.

При этом в качестве топливного элемента используют безгазовое топливо, например, железоалюминиевый термит с инертной добавкой.

Герметизированный кабельный электроразъем для подачи электропитания на нагревательный элемент установлен на верхней или нижней крышке корпуса.

Температура, излучаемая поверхностью скважинного нагревателя, может быть установлена с помощью введения в термитное топливо инертной добавки и зависит от таких эксплуатационных условий, как температура на интервале обработки скважины; давление на забое или на интервале обработки; степень обводненности скважины на обрабатываемом интервале и состав нефти или конденсата, а также химический состав кислородсодержащих реагентов, используемых при обработке.

Например, при использовании составов на основе аммиачной селитры необходимо учитывать, что они разлагаются при температуре 185-400^oC с образованием NO₂, N₂ и O₂ и выделением теплоты до 30,7 ккал/моль. При этом реакция протекает в расплаве, а при температуре выше 400^oC разложение состава может протекать со взрывом.

Состав углеводородов, из которых состоят нефть или конденсат, определяет, какой процесс наиболее предпочтителен для условий данной скважины: дегидрогенизация с выделением водорода при температуре выше 400^oC, что целесообразно для парафинов с короткой цепочкой; конденсация, к которой имеют склонность ароматические соединения; или окисление с выделением CO₂, который уменьшает плотность нефти. Кроме того, углеводороды, обычно инертные к азотной кислоте, при высокой температуре и давлении нитрируются, что хорошо влияет на окисление парафиновых отложений.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 показана конструкция скважинного нагревателя, используемого для осуществления способа; на фиг. 2 - схема расположения нагревателя в скважине.

Скважинный нагреватель содержит полый цилиндрический корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 съемными крышками. На верхней крышке 2 с помощью резьбового соединения установлена одним концом расположенная вдоль оси корпуса 1 штанга 4 трубчатой формы. Изолированные проводники 5 предназначены для подачи электропитания на нагревательный элемент 6 от герметизированного кабельного электроразъема 7, установленного, например, на нижней крышке 3 и подключенного к источнику питания 8. Кабельный электроразъем 7 в варианте изготовления может быть установлен и на верхней крышке 2; тогда изолированные проводники 5 для подачи электропитания на нагревательный элемент 6 будут размещены внутри штанги 4.

На штанге 4 жестко закреплен верхний кольцевой упор 9, на который при установке опирается топливный элемент 10, размещенный вокруг штанги 4. Топливный элемент 10 может быть выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек, устанавливаемых одна на другую и плотно прижимаемых друг к другу с помощью нижнего кольцевого упора 11 и прижимной гайки 12, установленной на нижнем конце штанги 4, например, с помощью резьбового соединения. Верхний 9 и нижний 11 кольцевые упоры установлены в корпусе 1 с зазором для обеспечения возможности их установки и перемещения в корпусе 1.

Топливный элемент 10 может быть выполнен также в виде топливного порошка, насыпаемого в корпус 1 нагревателя между верхним 9 и нижним 11 кольцевыми упорами (при засыпке порошка нагреватель должен быть перевернут верхней крышкой 2 вниз) и плотно прижатого ими. В нижней части топливного элемента 10 установлен нагревательный элемент 6. Если топливный элемент 10 выполнен в виде пакета топливных шашек, то нагревательный элемент 6 представляет собой тонкую металлическую фольгу, плотно обернутую вокруг нижней топливной шашки и подсоединенную к проводникам 5 электродами (на чертеже не показаны). В случае, когда топливный элемент 10 выполнен в виде топливного порошка, нагревательный элемент 6 может иметь, например, форму спирали, погружаемой в порошок под нижним кольцевым упором 11.

В качестве топливного элемента 10 в нагревателе использовано безгазовое топливо, компоненты которого, реагируя между собой, при определенных условиях взаимодействия образуют полностью конденсированные продукты реакции. В частности, таким безгазовым топливом может служить железоалюминиевый термит с инертной добавкой, в результате реакции горения которого образуются твердые (порошкообразные) продукты реакции и выделяется большое количество тепла. Обычно температура горения термитного топлива находится в пределах 1800-2400^oC, но ее можно регулировать (снижать) до необходимой величины, как упоминалось выше, введением различного количества инертной добавки, в качестве которой используют, например, оксид алюминия.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважину 13 (фиг. 2), оборудованную насосно-компрессорными трубами (НКТ), вскрывающую нефте- или газоносный пласт 14 и перфорированную на интервале 15, перед загрузкой смеси 16 кислородсодержащего и углеродсодержащего веществ опускают скважинный нагреватель 17, который предварительно приводят в рабочее состояние. Для этого в корпус 1 нагревателя помещают топливный элемент 10 с размещенным на нем нагревательным элементом 6 и плотно прижимают его нижним кольцевым упором 11 с прижимной гайкой 12 к верхнему кольцевому упору 9. Включают источник питания 8 и через кабельный электроразъем 7 и проводники 5 подают напряжение на электроды нагревательного элемента 6, тем самым поджигая топливный элемент 10. После этого кабельный электроразъем 7 может быть отсоединен, и скважинный нагреватель готов к опусканию в скважину 13 на обычном тросе 18, прикрепленном к корпусу 1 нагревателя 17. Дальнейшего расхода электроэнергии и дорогостоящего электрического кабеля не требуется.

Скважинный нагреватель 17 опускают в скважину 13 на глубину не выше верхнего уровня отверстий интервала 15 перфорации, после чего загружают смесь 16 и осуществляют инциирование ее окислительной реакции с помощью разогретого скважинного нагревателя 17. Возможно также сначала загрузить в скважину смесь 16, а затем опустить скважинный нагреватель 17 при тех же условиях. Температуру разогрева нагревателя устанавливают путем введения в состав топливного элемента 10 того или иного количества инертной добавки в зависимости от результатов исследования эксплуатационных условий скважины 13 (от наличия и объема асфальтосмолистых или парафино-гидратных отложений, типа вмещающих пород, обводненности скважины и т.п.) и от состава загружаемой смеси 16. Как правило, интервал температур, необходимых для розжига смеси 16, находится в пределах 500-700^oC.

В качестве кислородсодержащего вещества может быть использована, например, кристаллическая селитра, а в качестве углеродсодержащего вещества - размельченный древесный уголь, сульфоуголь и т.п. Указанные компоненты смешивают, например, в цементировочном агрегате, добавляют для связки небольшое количество нефти или конденсата и закачивают через НКТ в скважину 13 до уровня не выше верхнего уровня отверстий интервала 15 перфорации.

В результате реакции окисления смеси 16 (термогазодинамической обработки прискважинной зоны), кроме перевода в текучее состояние и удаления асфальтосмолистых отложений, в породах прискважинной зоны развиваются дополнительные микротрещины, увеличивается пористость пород, что приводит к восстановлению гидродинамической связи скважины 13 с пластом 14. После окончания реакции горения смеси 16 приступают к обработке прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры и инициированию ее окислительной реакции для увеличения интенсивности притока флюида в скважину.

При отсутствии заметного увеличения продуктивности скважины операции по загрузке в скважину смеси 16 и ее розжигу повторяют.

Предлагаемый способ реализуется простыми и дешевыми реагентами и операциями, не включает последовательного закачивания реагентов с разными свойствами, кроме теплового воздействия достигается химическое комплексное воздействие на прискважинную зону азотистыми газами, кислородом, диоксидом углерода и азотом, что приводит к повышению эффективности эксплуатации нефтяных и газовых скважин путем восстановления и увеличения их продуктивности. Кроме того, применение скважинного нагревателя предложенной конструкции с использованием термитного топлива по сравнению с прототипом позволяет резко сократить расход электроэнергии и дорогостоящего электрического кабеля.

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано для активизации или возобновления нефтяных и газовых скважин путем термохимической обработки и очистки прискважинного пространства от асфальтосмолистых и парафиновых отложений. Загружают в скважину смесь углеродсодержащего и кислородсодержащего вещества не выше верхней границы интервала перфорации скважины. Инициируют реакцию окисления смеси. После окончания реакции обрабатывают перфорированный интервал прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры и инициируют ее реакцию окисления. Разжигают смесь углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ с помощью скважинного нагревателя, размещенного в скважине на уровне не выше верхней границы интервала ее перфорации. Окислительную реакцию смеси проводят при температуре, определяемой эксплуатационными условиями данной скважины. Скважинный нагреватель перед опусканием в скважину вводят в действие подключением к источнику питания, затем отсоединяют электроразъем. Спускают нагреватель в скважину на тросе и оставляют в скважине до окончания реакции окисления смеси. Скважинный нагреватель содержит полый цилиндрический корпус с установленным в нем нагревательным элементом. Токоввод в верхней или нижней части нагревательного элемента подключен к источнику питания. Токоввод подключен к нагревателю с помощью герметизированного кабельного электроразъема. Корпус устройства снабжен верхней и нижней съемными крышками, штангой, установленной одним концом на верхней крышке и размещенной вдоль оси корпуса. На штанге верхним кольцевым упором жестко закреплен корпус. Топливный элемент размещен вокруг штанги. Нижний кольцевой упор установлен с возможностью его перемещения вдоль штанги с помощью прижимной гайки. Нагревательный элемент установлен в нижней части топливного элемента с возможностью плотного контакта с ним. Верхний и нижний упоры установлены в корпусе с зазором. Топливный элемент нагревателя может быть выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек, установленных плотно прижатыми друг к другу, либо в виде насыпного топливного порошка. Повышается эффективность добычи нефти и газа за счет активизации или возобновления скважин путем восстановления гидродинамической связи скважины с флюидонесущим пластом. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин, включающий загрузку в скважину смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ не выше верхней границы интервала перфорации скважины, инициирование реакции окисления смеси, после ее окончания обработку перфорированного интервала прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры и инициирование ее реакции окисления, отличающийся тем, что розжиг смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ осуществляют с помощью скважинного нагревателя, который перед опусканием в скважину приводят в действие подключением к источнику питания, затем отсоединяют электроразъем, спускают в скважину и размещают на уровне не выше верхней границы интервала перфорации скважины, а окислительную реакцию смеси проводят при температуре, устанавливаемой в зависимости от эксплуатационных условий данной скважины и от состава загружаемой смеси. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважинный нагреватель оставляют в скважине до окончания реакции окисления смеси. 3. Скважинный нагреватель, содержащий полый цилиндрический корпус с установленным в нем нагревательным элементом и токоввод, подключенный к источнику питания, причем токоввод выполнен в виде герметизированного кабельного электроразъема, отличающийся тем, что корпус нагревателя снабжен верхней и нижней съемными крышками, штангой, установленной одним концом на верхней крышке и размещенной вдоль оси корпуса, жестко закрепленным на штанге верхним кольцевым упором, топливным элементом, размещенным вокруг штанги, нижним кольцевым упором, установленным с возможностью его перемещения вдоль штанги с помощью прижимной гайки, а нагревательный элемент установлен в нижней части топливного элемента с возможностью плотного контакта с ним. 4. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что верхний и нижний упоры установлены в корпусе с зазором. 5. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что топливный элемент выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек. 6. Скважинный нагреватель по п.5, отличающийся тем, что топливные шашки в пакете установлены плотно прижатыми друг к другу. 7. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что топливный элемент выполнен в виде насыпного топливного порошка. 8. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что в качестве топливного элемента использовано безгазовое термитное топливо. 9. Скважинный нагреватель по п.8, отличающийся тем, что в качестве термитного топлива использован железоалюминиевый термит с инертной добавкой. 10. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что герметизированный кабельный электроразъем для подачи электропитания на нагревательный элемент установлен на верхней или нижней крышке корпуса.