СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИНЫ Российский патент 2009 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности к способам повышения продуктивности скважины за счет термического воздействия на нефтяной пласт в призабойной зоне скважин.

Известен способ добычи вязкой нефти (см. Патент RU 2232263), включающий расположение ствола скважины ниже подошвы нефтяного пласта с образованием цементного стакана, бурение из вертикального ствола скважины бокового ствола с устьем последнего над кровлей нефтяного пласта и забоем выше водонефтяного контакта, причем боковой ствол обсаживают незацементированным щелевидным хвостовиком, закачивают теплоноситель в боковой ствол, нефть отбирают из вертикального ствола скважины штанговым насосом, установленным на забое.

Подача теплоносителя с устья скважины на ее забой связана с большими тепловыми потерями по стволу скважины. В связи с этим необходимы большие энергетические затраты.

Снижение энергетических затрат достигается в способе повышения продуктивности скважины (см. Патент RU 2235870), включающем размещение в скважине смеси горючего и окислителя, инициацию реакции окисления горючего с помощью тепла от скважинного нагревателя и поддержание реакции окисления в режиме устойчивого горения смеси без ее детонации.

К недостаткам описанного способа следует отнести выделение газообразных продуктов окисления (сгорания) топлива и закупоривание ими пор породы продуктивного пласта. Это снижает продуктивность пласта и, соответственно, скважины.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности выделения нефти продуктивным пластом при тепловом воздействии.

Для достижения этого технического результата в способе повышения продуктивности скважины, включающем тепловое воздействие на нефтяной пласт плазмой, периодическое повышение и уменьшение температуры плазмы по ступенчатому закону прямоугольной формы с инициированием в продуктивном пласте тепловых волн, увеличением и уменьшением объема нефти и повышением ее подвижности.

Инициируют тем самым в нефтяном пласте тепловые волны, действием которых увеличивают и уменьшают объем нефти за счет ее нагревания и остывания и повышают ее подвижность в порах нефтяного пласта.

Плазму получают электродуговым разложением воды на водород и кислород с последующим их соединением в теплоносителе.

Периоды нагрева плазмы поддерживают равными между собой и длительностью не менее часа.

Периоды охлаждения плазмы выдерживают равными между собой и длительностью не менее часа.

Периодическое повышение и уменьшение температуры плазмы по ступенчатому закону прямоугольной формы, имеющему следующий вид:

где T_max=353 К - максимальная температура плазмы;

T_min=293 К - минимальная температура плазмы;

t - длительность одного периода нагрева/охлаждения, с, позволяют инициировать в нефтяном пласте тепловые волны. Под действием тепловых волн увеличивается, а затем уменьшается локальное поровое давление. При увеличении температуры в каждой локальной точке породы происходит десятикратное увеличение объема нефти по сравнению с объемом породы. Это приводит к увеличению порового давления и перемещению разогретой нефти в зону пониженного давления - к забою скважины. Из зоны пониженного давления нефть отбирается. При остывании локальное поровое давление уменьшается, т.е. уменьшается давление в первую очередь на забое. Это уменьшение происходит за счет уменьшения объема нефти. И в зону пониженного давления - на забой скважины, поступает из пласта нефть. При этом каждая пора пласта работает, как локальный насос, повышая подвижность нефти в сторону забоя скважины. Это повышает эффективность выделения нефти продуктивным пластом при тепловом воздействии и, в конечном итоге, повышает продуктивность скважины.

Производство плазмы, получаемой электродуговым разложением воды на водород и кислород с последующим их соединением в теплоносителе, позволяет исключить выделение газообразных продуктов, заполняющих поры породы, т.к. при соединении кислорода и водорода получают воду, которая при давлении в скважине (обычно более 10,0 МПа) находится в жидком состоянии. Данным техническим приемом повышается заполнение пор породы пласта нефтью, и тем самым повышается эффективность выделения последней.

Поддержание периодов нагрева плазмы равными между собой и длительностью не менее часа позволяет инициировать тепловые волны на большое расстояние по нефтяному пласту и, как следствие, увеличивать количество нефти в порах продуктивного пласта.

Выдерживание периодов охлаждения плазмы равными между собой и длительностью не менее часа позволяет наиболее полно удалить нефть из уменьшающихся пор продуктивного пласта в сторону скважины и, тем самым, повысить ее продуктивность.

Авторам не известно из существующего уровня техники повышение эффективности выделения нефти продуктивным пластом и, как следствие, повышение продуктивности скважины подобным образом.

На фигуре 1 изображен продольный разрез скважины, в которую на колонне НКТ опущены глубинный насос и генератор плазмы.

На фигуре 2 изображен общий вид и принцип действия генератора плазмы.

На фигуре 3 изображен ступенчатый закон изменения температуры плазмы, имеющий прямоугольную форму.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

В скважине 1 (фиг.1) на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 закреплены глубинный насос 3 и генератор плазмы 4, которые подключены к источнику электрического тока 5, расположенного на поверхности. В генераторе плазмы 4 при подаче электрического напряжения на электроды 6 и 7 (фиг.2) между ними происходит разряд в виде дуги 8. Вода 9 (фиг.1), которую подают насосом 10 по трубопроводу 11, проходя через электрическую дугу 8 (фиг.2), разлагается на водород и кислород, которые истекают из отверстия 12 (фиг.2), соединяются и образуют высокотемпературное (порядка 6000 К) пламя 13. Пламя нагревает окружающую его область 14. Удельный расход воды на создание плазмы составляет 0,03 кг/(кВт·ч).

Путем включения и выключения генератора плазмы температуру получаемой плазмы периодически повышают и уменьшают по ступенчатому закону прямоугольной формы (фиг.3), инициируют тем самым в нефтяном пласте 15 (фиг.1) тепловые волны. При этом каждая пора работает, как локальный насос. Нефть движется от зоны высокого давления 15 в продуктивном пласте в зону низкого давления, которая находится на забое скважины 1 (фиг.1). Нефть попадает в скважину через перфорацию обсадной трубы 16.

Периоды нагрева и охлаждения плазмы поддерживают равными между собой и длительностью не менее часа.

ПРИМЕР

В призабойной зоне создается температурная волна с круговой частотой 4,4 ч^-1 и длиной 1,15 м. Максимальная температура плазмы - 823 К. Производят нагрев вязкой нефти и породы до равенства их температур Т_Н=Т_n. При этом приращение объема нефти ΔV_H относительно объема породы ΔV_n составляет

где m=0,25-0,3 - пористость пласта;

β=0,96·10^-3 град^-1 - коэффициент объемного расширения нефти;

α=1,2·10^-5 - коэффициент объемного расширения породы.

Т.е. при равенстве температур нефти и пласта Т_H=Т_n нефть расширяется на порядок больше, чем порода. Соответственно, давление нефти в порах увеличивается также на порядок. При этом вязкость нефти уменьшается с увеличением температуры. В связи с тем, что модуль объемной упругости нефти (10³ МПа) на порядок меньше модуля упругости скелета породы (10⁴ МПа), то нефть перемещается в зону пониженного давления - к забою, откуда ее откачивают.

При уменьшении до 373 К температуры нефти и породы происходит уменьшение объема нефти в порах породы, и, как следствие, уменьшается давление в последних. Под действием разности давлений на периферии пласта и в его порах, на которые воздействуют тепловой волной, нефть притекает в эти поры.

После чего волновой цикл повторяют.

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к способам повышения продуктивности скважины за счет термического воздействия на продуктивный пласт в призабойной зоне скважин. Технической задачей изобретения является повышение эффективности выделения флюида продуктивным пластом при тепловом воздействии. По способу осуществляют тепловое воздействие на нефтяной пласт плазмой, получаемой электродуговым разложением воды на водород и кислород с последующим их соединением в теплоносителе. Осуществляют периодическое повышение и уменьшение температуры плазмы по ступенчатому закону прямоугольной формы с инициированием в продуктивном пласте тепловых волн, увеличением и уменьшением объема нефти за счет ее нагрева и остывания и повышения ее подвижности в порах продуктивного пласта. При этом периоды нагрева плазмы поддерживают равными между собой и длительностью не менее часа. Одновременно и периоды охлаждения плазмы выдерживают равными между собой и длительностью не менее часа. 3 ил.

Способ повышения продуктивности скважины, включающий тепловое воздействие на нефтяной пласт плазмой, получаемой электродуговым разложением воды на водород и кислород с последующим их соединением в теплоносителе, периодическое повышение и уменьшение температуры плазмы по ступенчатому закону прямоугольной формы с инициированием в продуктивном пласте тепловых волн, увеличением и уменьшением объема нефти за счет ее нагрева и остывания и повышения ее подвижности в порах продуктивного пласта, отличающийся тем, что периоды нагрева плазмы поддерживают равными между собой и длительностью не менее часа, при этом и периоды охлаждения плазмы выдерживают равными между собой и длительностью не менее часа.