СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ Российский патент 2005 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к горному делу и может применяться для тепловой обработки продуктивного пласта высоковязкой нефти, восстановления гидравлической связи пласта со скважиной, увеличения нефтеотдачи пластов с высоковязкой нефтью и дебита скважин, а также возобновления эксплуатации нерентабельных скважин на нефть, природный газ, на пресные, минеральные и термальные воды.

Известен индукционный нагреватель, патент РФ №2010954, МПК Е 21 В 43/24, имеющий полый корпус, концентрический кожух, образующий с корпусом кольцевую полость с размещением в ней индукционных катушек. Однако нагреватель не предназначен для теплового воздействия на продуктивный пласт и служит для профилактики налипания асфальтосмолопарафиновых отложений на стенах компрессорной трубы.

Известен скважинный генератор теплоты, авторское свидетельство №381726, МПК Е 21 В 43/24, включающий коаксиальное расположение электродов, к которым подключается постоянный ток. Однако скважинный генератор тепла не позволяет передать большие мощности для теплового воздействия на призабойную зону продуктивного пласта.

Известен способ, описанный в патенте на электронагревательное устройство тепловой обработки призабойной зоны скважины, патент РФ №2169830, МПК Е 21 В 36/04, публ. 2001, взятый нами за прототип, включающее корпус нагревателя, силовой кабель питания, диски-электроды, установленные на токопроводе, размещенном по оси корпуса. Способ заключается в том, что часть корпуса нагревателя заполняют водой, затем корпус вакуумируют, герметизируют, размещают в скважине и пропускают ток через воду в корпусе нагревателя.

Недостатком этого способа является то, что рабочая температура ограничена критической точкой воды, выше которой вода закипает, и нагреватель прекращает производство тепла из-за потери водой электропроводности.

Задачей изобретения является увеличение удельной мощности скважинных электронагревателей за счет повышения температуры.

Задача решается тем, что в способе тепловой обработки призабойной зоны скважины, включающем заполнение части корпуса электродного нагревателя водой, его герметизацию, размещение в скважине и нагрев призабойной зоны скважины, согласно изобретению верхнюю часть корпуса заполняют инертным газом под начальным давлением р₁, и после размещения корпуса в призабойной зоне скважины нагревают воду до рабочей закритической температуры T₂, при этом давление p₁ определяют из зависимости

,

где T₂ - заданная рабочая закритическая температура воды (К),

р₂ - рабочее давление внутри корпуса нагревателя, соответствующее температуре T₂ (Па),

V₂ - рабочий объем воды при давлении р₂ и температуре T₂ (м³),

T₁ - начальная температура воды (К),

V₁ - объем воды при давлении p₁ и температуре T₁ (м³),

V - объем корпуса нагревателя (м³).

Данное изобретение поясняется чертежом, где схематически изображен электронагреватель в разрезе.

Нагреватель состоит из корпуса 1, в котором можно выделить две зоны: газовая зона 2 и водяная зона 3. Ток протекает через центральный токовод 4, систему электродов 5, находящихся в водяной зоне 3, воду и корпус 1, являющийся вторым электродом.

Способ осуществляется следующим образом. Часть корпуса нагревателя 1 заполняют водой объемом V₁, верхнюю часть корпуса 2 заполняют инертным газом под давлением р₁ и герметизируют. В качестве инертного газа используют любой газ, обладающий низкой химической активностью по отношению к корпусу 2, например азот, аргон, воздух. Отсутствие химических реакций позволяет избежать изменения состава воды и разрушения корпуса 2. Электронагреватель опускают в скважину, пропускают ток через воду, что вызывает ее интенсивный нагрев. Воду нагревают до заданой рабочей закритической температуры T₂. Тепло, выделяемое при протекании тока, вызывает расширение воды и соответствующее сжатие газа, что приводит к росту давления внутри корпуса электронагревателя до давления р₂.

Зависимость объема воды от давления и температуры взята из ГСССД 98-86 «Вода. Удельный объем, энтальпия и энтропия при температурах 0...800°С и давлениях 0,001...100 МПа». Соотношения между параметрами газа устанавливаются законом Менделеева-Клайперона. Начальное давление инертного газа р₁, до которого заполняют верхнюю часть корпуса, можно определить из выражения

,

где T₂ - заданная рабочая закритическая температура воды (К),

р₂ - рабочее давление внутри корпуса нагревателя, соответствующее температуре T₂ (Па),

V₂ - рабочий объем воды при давлении р₂ и температуре T₂ (м³),

T₁ - начальная температура воды (К),

V₁ - объем воды при давлении p₁ и температуре T₁ (м³),

V - объем корпуса нагревателя (м³).

Расчеты с использованием математической модели показывают, что, например, при значении начального давления p₁=7 МПа и начального объема заполнения V₁=0,4 V на протяжении теплового переходного процесса и при достижении закритической температуры 400°С вода, согласно ГСССД 98-86, не будет кипеть, при этом рабочее давление внутри корпуса нагревателя р₂ будет равно 40 МПа.

Благодаря достижению более высокой температуры электродного нагревателя, а значит, и более высокого температурного напора, достигается возможность создания скважинных электродных нагревателей мощностью более 1 МВт при длине и диаметре корпуса нагревателя 6 м и 110 мм соответственно, что подтверждается моделированием.

Изобретение относится к горному делу и может применяться для тепловой обработки продуктивного пласта высоковязкой нефти, восстановления гидравлической связи пласта со скважиной, увеличения нефтеотдачи пластов с высоковязкой нефтью и дебита скважин, а также возобновления эксплуатации нерентабельных скважин на нефть, природный газ, на пресные, минеральные и термальные воды. Обеспечивает увеличение удельной мощности скважинных электронагревателей за счет повышения температуры. Сущность изобретения: способ характеризуется тем, что верхнюю часть электродного нагревателя заполняют инертным газом под давлением. После размещения корпуса в призабойной зоне скважины воду нагревают до закритической температуры. При этом давление инертного газа определяют из аналитического выражения. Благодаря сжатию газа в корпусе поддерживают давление, необходимое для предотвращения закипания воды. Это обеспечивает повышение рабочей температуры нагревателя и его удельной мощности. 1 ил.

Способ тепловой обработки призабойной зоны скважины, включающий заполнение части корпуса электродного нагревателя водой, его герметизацию, размещение в скважине и нагрев призабойной зоны скважины, отличающийся тем, что верхнюю часть корпуса заполняют инертным газом под начальным давлением р₁ и после размещения корпуса в призабойной зоне скважины нагревают воду до рабочей закритической температуры Т₂, при этом давление р₁ определяют из зависимости:

где р₂ - рабочее давление внутри корпуса нагревателя, соответствующее температуре Т₂,_Па;

Т₁ - начальная температура воды, К;

V - объем корпуса нагревателя, м³;

V₂ - рабочий объем воды при давлении р₂ и температуре Т₂ , м³;

V₁ - объем воды при давлении p₁ и температуре Т₁ , м³.