СПОСОБ СКВАЖИННОЙ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2008 года по МПК E21B43/20 

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть применено для скважинной добычи нефти из нефтяных залежей с использованием поддержания пластового давления и вытеснения нефти из залежи водой.

Известен способ скважинной добычи нефти из нефтяной залежи (пласта), который состоит в том, что нефть и газ вытесняют из залежи к забоям добывающих скважин путем нагнетания в нагнетательные скважины воды, которую поднимают вместе с нефтью и газом из добывающих скважин, транспортируют на очистные сооружения, отделяют от нефти и газа, смешивают с водой, отбираемой из водоносных пластов или открытых водоемов, очищают, обрабатывают химреагентами и транспортируют к кустовым насосным станциям, которые закачивают эту воду в нагнетательные скважины [Муравьев И.М. и др. Техника и технология добычи нефти и газа. - М.: Недра, 1971 г., стр.38-46]. Подъем на поверхность нефти, газа и воды, притекающих из нефтяного пласта к забоям добывающих скважин, производят фонтанным или механизированными способами, в том числе с применением приводимых в действие гидродвигателями насосов. В качестве рабочей жидкости гидродвигателей используют часть поднимаемой из добывающих скважин воды, которую в предварительно подготовленном состоянии нагнетают в гидродвигатели силовыми насосами. Отработанная в гидродвигателях рабочая жидкость поднимается на поверхность совместно с откачиваемыми из нефтяного пласта нефтью, газом и водой. [Казак А.С., Росин И.И., Чичеров Л.Г. Погружные бесштанговые насосы для добычи нефти. - М.: Недра, 1973 г., стр.174].

Нагнетаемая в нагнетательные скважины вода постепенно занимает все больший объем порового пространства пород пласта, вытесняя из них нефть и газ в сторону добывающих скважин. Эффективность добычи нефти и нефтеотдача нефтяных пластов снижаются из-за их слоистой неоднородности в случаях, когда вода быстрее продвигается по высокопроницаемым слоям, достигает забоев добывающих скважин, вызывая обводнение скважин.

Одним из известных способов борьбы с прорывами воды по высокопроницаемым слоям является изменение направления фильтрации воды и выравнивание фронта вытеснения путем периодического прерывания процесса нагнетания воды в часть нагнетательных скважин. Перераспределение потоков закачиваемой воды происходит относительно медленно, величина и скорость реакции гидравлической системы «нагнетательные скважины - нефтяная залежь (пласт) - добывающие скважины» зависят от диапазона регулирования расходов закачиваемой воды.

Практически реализуемый диапазон регулирования закачки при описываемом способе скважинной добычи нефти находится в пределах от нуля до максимального расхода, определяемого приемистостью скважины. Для более сильных и быстрых реакций системы указанный диапазон необходимо увеличивать, обеспечивая также максимально возможную приемистость скважин. Кроме того, нагнетательные скважины нуждаются в периодическом восстанавливании приемистости, поскольку она со временем снижается в связи с внесением в призабойную зону вместе с водой примесей, уменьшающих проницаемость пород пласта. Это обстоятельство также ограничивает возможности эффективного управления процессами вытеснения нефти.

Таким образом, недостаток описанного выше способа скважинной добычи состоит в ограниченных возможностях управления процессом вытеснения нефти, что в свою очередь приводит к увеличению затрат на добычу нефти и снижает нефтеотдачу пластов.

Целью настоящего изобретения является снижение затрат на добычу нефти и повышение нефтеотдачи нефтяных залежей за счет создания эффективной технологии вытеснения нефти из залежей водой.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе скважинной добычи нефти, состоящем в вытеснении нефти и газа из залежи к забоям добывающих скважин путем нагнетания в пласты через нагнетательные скважины воды, которую поднимают из добывающих скважин вместе с нефтью и газом, транспортируют по нефтесборным трубопроводным сетям на очистные сооружения, там отделяют от нефти и газа, очищают от примесей, снижающих проницаемость пласта, и транспортируют по нагнетательным водоводам низкого давления к нагнетательным насосам (насосным станциям), которыми закачивают эту воду в пласт, а притекающие на забои добывающих скважин нефть, газ и воду поднимают на поверхность насосами, снабженными гидродвигателями, которые приводят в действие потоком рабочей жидкости, нагнетаемой наземными силовыми насосами, причем в качестве рабочей жидкости используют воду, добываемую из водоносных пластов или открытых водоемов, а для доставки рабочей жидкости к силовым насосам используют отдельную водоснабжающую низконапорную сеть, к которой присоединяют оборудованные запорно-регулирующими устройствами выкидные линии водяных (вододобывающих) скважин и выкидные линии нагнетательных скважин.

С целью расширения диапазона регулирования расхода закачиваемой воды от положительных значений (нагнетание в нефтяную залежь) до отрицательных (отбор воды из нефтяной залежи) по меньшей мере часть нагнетательных скважин оборудуют приводимыми в действие гидродвигателями насосами, которые спускают в скважину на двух рядах труб, оснащенных запорно-регулирующими устройствами на устье и пакером на забое, обеспечивая тем самым техническую возможность управления расходом воды при ее нагнетании в пласт и отборе из пласта, с использованием воды, поступающей от нагнетательных насосов для нагнетания в пласт в качестве рабочей жидкости гидродвигателей насосов; а сами нагнетательные скважины периодически переключают в работу из режима нагнетания в режим отбора воды, при этом всю получаемую из нагнетательных скважин воду направляют в водоснабжающую низконапорную сеть.

С целью повышения эффективности управления процессом добычи нефти, снижения затрат на обустройство и эксплуатацию скважин для отбора воды из водоносных горизонтов, а также для транспортировки воды, нефти и газа от нефтедобывающих скважин на очистные сооружения используют насосы, приводимые в действие гидродвигателями, а для привода в действие гидродвигателей этих насосов используют воду, нагнетаемую теми же наземными силовыми насосами, которые приводят в действие гидродвигатели добывающих скважин.

С целью дополнительного воздействия на залежь, способствующего повышению ее нефтеотдачи, затрубное пространство добывающих скважин периодически отключают от нефтесборной сети и снова восстанавливают это соединение, когда уровень жидкости в затрубном пространстве понизится до заданной величины.

С целью автоматизации управления добычей нефти наземные нагнетательные и силовые насосы (насосные станции), а также запорно-регулирующие устройства скважин снабжают системами дистанционного управления.

На фиг.1 представлена схема обустройства скважин и нефтедобывающего промысла в целом, реализующая предлагаемый способ скважинной добычи нефти.

На фиг.2 представлена в качестве примера схема кустового обустройства нефтепромысла, в которой также использован предлагаемый способ скважинной добычи нефти.

Указанные выше схемы содержат следующие элементы:

1 - очистные сооружения;

2 - нагнетательные водоводы низкого давления;

3 - накопительный резервуар воды, нагнетаемой в пласты;

4 - нагнетательный насос (насосная станция);

5 - нагнетательный водовод высокого давления;

6 - запорно-регулирующее устройство;

7 - нагнетательная скважина;

8 - колонна труб первого ряда;

9 - пакер;

10 - нефтяная залежь;

11 - насос;

12 - гидродвигатель;

13 - колонна труб второго ряда;

14 - нефтедобывающая скважина;

15 - отвод затрубного пространства;

16 - нефтесборная трубопроводная сеть;

17 - силовой водовод высокого давления;

18 - силовой насос (насосная станция);

19 - водоснабжающая скважина;

20 - водосодержащий пласт;

21 - водоснабжающая низконапорная сеть;

22 - накопительный резервуар водоснабжающей сети;

23 - насосный агрегат для откачки нефти, газа и воды от нефтедобывающих скважин на очистные сооружения.

Добыча нефти осуществляется следующим образом.

Подготовленная к нагнетанию в нефтяные пласты (очищенная и доведенная до требуемой кондиции по химическому составу) вода от очистных сооружений 1 по нагнетательным водоводам низкого давления 2 поступает в накопительные резервуары для нагнетаемой воды 3 и на прием нагнетательных насосов (насосных станций) 4. Далее по нагнетательным водоводам высокого давления 5, оборудованным запорно-регулирующими устройствами 6, эта вода поступает в нагнетательные скважины 7, которые способны использоваться в двух режимах: для нагнетания воды в пласт и для отбора воды из пласта. При работе нагнетательных скважин в режиме нагнетания расход нагнетаемой воды принимается, как положительная величина, а пластовое давление в зоне нагнетания повышается до максимума. Когда скважину переводят в режим отбора воды, расход нагнетаемой воды принимает отрицательное значение, а пластовое давление в зоне нагнетания быстро снижается до минимума. Эти колебания пластового давления, которые могут производиться с высокой амплитудой, повышают реакцию гидродинамической системы, вызывают перераспределение потоков, существенно увеличивают время до прорыва воды в добывающие скважины и повышают нефтеотдачу пласта. Кроме того, при работе нагнетательных скважин в режиме отбора происходит вынос кольматирующих веществ из призабойной зоны пласта и восстановление приемистости скважин.

Нагнетательные скважины, оборудованные по стандартной схеме (без скважинного насоса, в качестве примера см. скважину, расположенную на фиг.1 слева), содержат однорядную колонну труб 8, оснащенную запорно-регулирующими устройствами 6 и пакером 9 на забое. В режиме нагнетания запорно-регулирующее устройство 6, которым эта скважина подключена к сети 21, закрыто, а запорно-регулирующее устройство 6, которым она подключена к водоводу 5, открыто. Когда эта скважина работает в режиме отбора, то запорно-регулирующее устройство водовода 5 закрыто, а запорно-регулирующее устройство сети 21 открыто. При этом отбор воды из скважины в сеть 21 происходит за счет фонтанирования и продолжается до момента, когда давление на забое нагнетательной скважины сравняется с пластовым давлением в залежи.

Нагнетательные скважины, оборудованные насосами, приводимыми в действие гидродвигателями (на фиг.1 вторая скважина слева), содержат двухрядную колонну труб. Колонна труб первого ряда 8 соединена с гидродвигателем 12 (в скважине), а наверху через запорно-регулирующее устройство 6 присоединена к нагнетательному водоводу высокого давления 5. Колонна труб второго ряда 13 сообщается с забоем скважины и приемом насоса, а наверху присоединена через запорно-регулирующее устройство 6 к нагнетательному водоводу высокого давления 5. Пакер 9 разъединяет забойную зону ствола скважины от основной его части и защищает обсадную колонну скважины от высокого давления. Затрубное пространство основной части ствола внизу сообщено с выкидом насоса 11 и гидродвигателя 12, а вверху присоединено через запорно-регулирующее устройство 6 к водоснабжающей низконапорной сети 21. Нагнетание воды в скважину происходит по колонне труб второго ряда 13, при этом запорно-регулирующее устройство 6, которое присоединяет колонну 13 к нагнетательному водоводу высокого давления 5, открыто, а запорно-регулирующее устройство 6, которое присоединяет колонна труб первого ряда 8 к нагнетательному водоводу высокого давления 5, закрыто. Запорно-регулирующее устройство 6, которое соединяет затрубное пространство скважины с водоснабжающей низконапорной сетью 21, также закрыто.

При отборе воды из нагнетательной скважины нагнетательный водовод высокого давления 5 отсекается запорно-регулирующим устройством 6 от колонны труб второго ряда 13 и подключается к колонне труб первого ряда 8, по которой поток воды попадает в гидродвигатель 12, приводя в действие насос 11. Откачиваемая насосом 11 вода из забойной зоны скважины поступает через выкид насоса 11 в затрубное пространство скважины над пакером 9 и вместе с водой, отработанной в гидродвигателе 12, поднимается на поверхность, где поступает через открытое запорно-регулирующее устройство 6 в водоснабжающую низконапорную сеть 21.

Вытесняемая из залежи 10 нефть вместе с попутной водой и газом поступает на забой добывающей скважины 14, откуда насосом 11 откачивается на поверхность. Гидродвигатель 12, приводящий в действие насос 11, получает энергию от потока рабочей жидкости, поступающей в гидродвигатель 12 по колонне труб первого ряда 8 от силового насоса (насосной станции) 18. Колонна труб первого ряда 8 оборудована запорно-регулирующим устройством 6, которое позволяет управлять потоком нагнетаемой в скважину рабочей жидкости, в том числе полностью отсекать его. Отработанная рабочая жидкость вместе с откачиваемыми из пласта нефтью, газом и водой, по колонне труб второго ряда 13 поднимается на поверхность, поступает в нефтесборную трубопроводную сеть 16 и транспортируется на очистные сооружения 1.

В эту же нефтесборную сеть 16 через отвод 15, оборудованный запорно-регулирующим устройством 6, отводится газ из затрубного пространства, который сепарируется на приеме насоса 11 и поднимается наверх. Если запорно-регулирующее устройство закрыто, то всплывающий газ будет оттеснять уровень жидкости в затрубном пространстве вниз. При этом вследствие разности в плотности газа и жидкости давление в затрубном пространстве на устье скважины начнет увеличиваться по сравнению с давлением в нефтесборной сети 16.

Открытие запорно-регулирующего устройства 6 приведет к тому, что газ под действием перепада давления перетечет в нефтесборную сеть 15, а давление на забое на некоторое время понизится. Динамический уровень в скважине снова займет положение, соответствующее текущему дебиту скважины. Таким образом, периодическое отсечение затрубного пространства нефтедобывающей скважины от нефтесборной сети позволяет создавать колебания давления на забое и оказывать циклическое воздействие на пласт, способствующее увеличению нефтеотдачи.

В качестве рабочей жидкости для привода гидродвигателя 12 используется вода, нагнетаемая силовым насосом 18 из водоснабжающей низконапорной сети 21. Источниками воды, поступающей в водоснабжающую низконапорную сеть 21, могут быть: открытые водоемы (на фиг.1 не показаны), водосодержащий пласт 20 и нагнетательные скважины 7 в периоды, когда они работают в режиме отбора воды.

Для отбора воды из водосодержащего пласта 20 используются водоснабжающие скважины 19, оборудованные насосом 11, приводимым в действие гидродвигателем 12. Энергию для привода гидродвигатель водоснабжающих скважин 19, как и гидродвигатель добывающих скважин 14, получает от силовых насосов (насосных станций) 18.

В случаях большой протяженности нефтесборной сети 16, когда очистные сооружения находятся на значительном удалении от добывающих скважин, возникает необходимость использования состоящих из насоса 11, приводимого в действие гидродвигателем 12 линейных насосных агрегатов 23, которые сообщают дополнительную энергию транспортируемым к очистным сооружениям нефти, газу и воде. Для привода гидродвигателя 12 насосного агрегата 23 также используются рабочая жидкость из водоснабжающей низконапорной сети и силовые насосы (насосные станции) 18.

По сравнению с аналогами и прототипом изобретение обеспечивает ряд преимуществ, в том числе:

1. Периодическое переключение нагнетательных скважин из режима нагнетания в режим отбора воды, а также высокая управляемость расходом нагнетаемой воды в нагнетательные скважины и отбора нефти, газа и воды из добывающих скважин существенно повышают эффективность процессов вытеснения нефти и нефтеотдачу пласта.

2. Использование в качестве рабочей жидкости гидродвигателей воды, отбираемой из нагнетательных и водоснабжающих скважин, уменьшает затраты на подъем жидкости из добывающих скважин и снижает себестоимость добычи нефти.

3. Использование однотипных насосов с приводом от гидродвигателей, однотипных наземных силовых и нагнетательных насосов (насосных станций), а также однотипных запорно-регулирующих устройств, оснащенных системами дистанционного управления и контроля, создает благоприятные возможности для высокой автоматизации технологических процессов добычи, а также для повышения надежности комплекса технологического оборудования и эффективности нефтедобычи в целом. Эксплуатация предлагаемой технологической системы может осуществляться с минимальным количеством обслуживающего персонала, а также в условиях затрудненного доступа к промысловым объектам.

Изобретение предназначено для добычи нефти с применением процессов поддержания пластового давления и вытеснения нефти из залежи водой. Обеспечивает усовершенствование управления процессом вытеснения нефти и снижение затрат на реализацию процесса. Сущность изобретения: по способу для вытеснения нефти используют воду, которую поднимают из добывающих скважин вместе с нефтью. Нефтедобывающие скважины эксплуатируют скважинными насосами, приводимыми в действие гидродвигателями, которые в свою очередь приводят в действие нагнетанием с поверхности воды, добываемой из водоносных пластов или открытых водоемов. Создают и используют отдельную водоснабжающую низконапорную сеть, к которой присоединяют выкидные линии вододобывающих скважин, а также выкидные линии нагнетательных скважин. Часть нагнетательных скважин также оборудуют скважинными насосами, приводимыми в действие гидродвигателями, обеспечивая возможность как для управляемого нагнетания воды в пласт, так и ее отбора из пласта. Такие же насосы используют для отбора воды из водоносных горизонтов, а также для транспортировки воды, нефти и газа от нефтедобывающих скважин на очистные сооружения. Затрубное пространство нефтедобывающих скважин периодически отсекают от нефтесборной сети. Наземные нагнетательные и силовые насосы - насосные станции, а также запорно-регулирующие устройства скважин снабжают системами дистанционного управления с центрального пульта. Изобретение повышает эффективность циклического воздействия на пласт, охват пласта процессами вытеснения и нефтеотдачу пласта, а также уменьшает затраты на подъем жидкости из нефтедобывающих скважин и снижает себестоимость добытой нефти и газа. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ скважинной добычи нефти, состоящий в вытеснении нефти и газа из залежи к забоям добывающих скважин нагнетанием в нагнетательные скважины воды, которую поднимают из нефтедобывающих скважин вместе с нефтью и газом, транспортируют по нефтесборной трубопроводной сети на очистные сооружения, там отделяют от нефти и газа, очищают от компонентов, снижающих проницаемость пород пласта, и по нагнетательным водоводам низкого давления транспортируют к нагнетательным насосам - насосным станциям, которыми закачивают эту воду в пласт, а притекающую на забои нефтедобывающих скважин нефть, газ и воду поднимают на поверхность насосами, приводимыми в действие гидродвигателями, которые, в свою очередь, приводятся в действие потоком рабочей жидкости, нагнетаемой наземными силовыми насосами, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости используют воду, добываемую из водоносных пластов или открытых водоемов, а для доставки этой воды к силовым насосам создают и используют отдельную водоснабжающую низконапорную сеть, к которой присоединяют выкидные линии вододобывающих скважин, а также выкидные линии нагнетательных скважин, которые оборудуют запорно-регулирующими устройствами, а сами нагнетательные скважины, по меньшей мере, часть из них, оборудуют насосами, приводимыми в действие гидродвигателями, которые спускают в скважину на двух рядах труб, оснащенных запорно-регулирующими устройствами на устье и пакером на забое, обеспечивая техническую возможность как для управляемого нагнетания воды в пласт, так и управляемого отбора воды из пласта с использованием в качестве рабочей жидкости воды, поступающей от нагнетательных насосов для нагнетания в пласт, а в процессе добычи нефти нагнетательные скважины периодически переключают в работу из режима нагнетания в режимы отбора воды, при этом всю отбираемую из нагнетательных скважин воду направляют в водоснабжающую низконапорную сеть.2. Способ скважинной добычи нефти по п.1, отличающийся тем, что для отбора воды из водоносных горизонтов, а также для транспортировки воды, нефти и газа от нефтедобывающих скважин на очистные сооружения, используют насосы, приводимые в действие гидродвигателями, а для привода в действие гидродвигателей используют воду, нагнетаемую теми же силовыми насосами - насосными станциями, которыми приводят в действие гидродвигатели нефтедобывающих скважин.3. Способ скважинной добычи нефти по п.1, отличающийся тем, что в процессе добычи нефти, притекающей на забой нефтедобывающей скважины, производят периодическое отсечение затрубного пространства нефтедобывающей скважины от нефтесборной сети, а когда уровень жидкости в затрубном пространстве понизится до определенной отметки, снова восстанавливают сообщение затрубного пространства с нефтесборной сетью.4. Способ скважинной добычи нефти по п.1, отличающийся тем, что каждый наземный нагнетательный и силовой насос - насосную станцию, а также каждое запорно-регулирующее устройство скважин снабжают системой дистанционного управления с центрального пульта.