СПОСОБ ДОБЫЧИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ И БИТУМА Российский патент 2015 года по МПК E21B43/267 E21B43/24 

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для добычи высоковязкой нефти и битума с помощью теплового воздействия на пласт.

Известен способ разработки залежей высоковязкой нефти и битума (Вахитов Г.Г., Симкин Э.М. Использование физических полей для извлечения нефти из пластов. - М.: Недра, 1985. - С. 192-194), включающий воздействие электрическим полем на пласт через скважины.

Недостатком способа является низкая эффективность разработки залежей высоковязкой нефти и битума из-за недостаточного охвата пласта электрическим полем и прогреванием.

Известен способ разработки залежей высоковязкой нефти и битума (патент RU №2418163, МПК Е21В 43/24, опубл. 10.05.2011 г.), включающий строительство скважины с подземной емкостью, вскрытие пласта горизонтальными скважинами, устья которых обвязаны через дистанционно управляемые задвижки и коллектор с подземной емкостью, прогрев пласта, сбор продукции в подземной емкости и ее откачку на поверхность насосами, при этом прогрев пласта для приведения его продукции в текучее состояние осуществляют комбинированным воздействием электромагнитных и акустических полей, создаваемых излучателями, помещенными в горизонтальные скважины с возможностью периодического перемещения и соединенными через устьевые уплотнители и соответствующие линии передач внутри скважины с наземными генераторами высокочастотных и акустических колебаний, причем прогрев участков пласта начинают согласно принятой технологии добычи от устья горизонтальных скважин до забоя для попутного прогрева в последующем неохваченных полями участков пласта теплом протекающей продукции, оптимальной температуры которой достигают регулированием дебита дистанционно управляемыми задвижками, при этом продукция пласта в гравитационном режиме и под действием пластового давления поступает в подземную емкость, а насосы для откачки продукции помещают в дополнительную скважину, соединенную с наземной системой улавливания легких фракций и перфорированную в зоне подземной емкости, при этом генераторы высокочастотных и акустических колебаний помещают в зоне пласта в скважине, а на разрабатываемом месторождении строят скважины, охватывая всю его площадь, а расстояния между ними выбирают больше двойных длин горизонтальных скважин.

Недостатки способа:

- во-первых, сложный технологический процесс реализации способа;

- во-вторых, неравномерный прогрев пласта, небольшой охват тепловым воздействием залежи и, как следствие, низкие коэффициенты охвата и нефтеотдачи залежи высоковязкой нефти и битума;

- в-третьих, дороговизна осуществления способа, связанная с применением большого количества технологического оборудования (наземные генераторы высокочастотных и акустических колебаний, излучатели, подземная емкость и т.д.) и строительством дополнительной скважины. Все эти затраты значительно повышают себестоимость добычи нефти.

Наиболее близким по технической сущности является способ разработки залежей высоковязкой нефти и битума (патент RU №2085715, МПК Е21В 43/24, опубл. 27.07.1997 г.), включающий прогрев электрическим током пласта посредством установленных в скважине электродов. Предварительно разбуривают кустовым способом не менее трех скважин с вертикальными и горизонтальными участками стволов, направленными параллельно друг другу, при этом в крайние скважины устанавливают электроды, а в промежуточную - электроцентробежный насос двустороннего действия, после прогрева пласта разогретую продукцию промежуточно расположенной скважины направляют в неохваченную электрическим полем часть пласта с последующей откачкой путем реверса насоса разогретой нефти на поверхность.

Недостатки способа:

- во-первых, низкая эффективность прогревания пласта электрическим полем, обусловленная точечным прогреванием электродами ограниченного участка пласта в «пятке» горизонтальной скважины с получением ограниченного объема разогретой нефти и последующей закачкой реверсивным насосом этого объема разогретой нефти через перфорационные отверстия, выполненные в «носке» горизонтальных скважин с целью прогревания пласта на забоях горизонтальных скважин;

- во-вторых, небольшой охват тепловым воздействием и неравномерный прогрев пласта, обусловленные небольшим охватом (10-12 м) залежи прогреванием электрическим полем в «пятке» горизонтальной скважины и еще меньшим охватом (5-6 м) залежи прогреванием разогретой нефтью в «носке» горизонтальной скважины, что приводит к низкой нефтеотдаче залежи высоковязкой нефти и битума, вследствие чего часть запасов высоковязкой нефти и битума остаются неизвлеченными в пласте;

- в-третьих, низкий дебит высоковязкой нефти и битума, обусловленный тем, что перед отбором высоковязкой нефти и битума, разогретых в начальном участке пласта, они закачиваются обратно в пласт с целью прогревания конечного участка пласта, где частично успевают остыть и уже обратно на поверхность не извлекаются;

- в-четвертых, низкая надежность реализации способа, так как необходимо применять насосы специальной конструкции для реверсирования продукции в скважине, которые будут работать в неблагоприятных условиях вследствие расположения насосов непосредственно в горизонтальных стволах скважин, что ведет к быстрому выходу насосов из строя.

Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности прогревания пласта высоковязкой нефти и битума, а также увеличение охвата пласта тепловым воздействием с его равномерным прогревом, повышение дебита разогретых высоковязкой нефти и битума и надежности реализации способа.

Поставленные технические задачи решаются способом добычи высоковязкой нефти и битума, включающим бурение кустовым способом верхней, средней и нижней скважин с вертикальными участками и горизонтальными стволами, расположенными параллельно друг другу, установку в скважины электродов и погружного электроцентробежного насоса, прогревание пласта электрическим током посредством установленных в скважине электродов, отбор разогретых высоковязкой нефти и битума погружным электроцентробежным насосом.

Новым является то, что горизонтальные стволы скважин бурят в направлении максимального напряжения σ_max горных пород, слагающих пласт, по всей длине горизонтального ствола верхней скважины выполняют гидравлический разрыв пласта с образованием продольных трещин с последующим их креплением расклинивающим агентом из токопроводящего материала, затем бурят вертикальные скважины с пересечением в начальном и в конечном участках горизонтального ствола верхней скважины в интервале проведения гидравлического разрыва пласта, в вертикальные скважины в интервал пересечения с горизонтальным стволом верхней скважины спускают электроды, в качестве которых применяют колонны насосных штанг, на устье скважин электроды обвязывают с электрической подстанцией, затем в вертикальный участок средней скважины спускают на колонне труб погружной центробежный насос, осуществляют прогревание пласта через горизонтальный ствол верхней скважины, а добычу разогретых высоковязкой нефти и битума осуществляют из горизонтального ствола средней скважины по колонне труб погружным электроцентробежным насосом, по окончании выработки высоковязкой нефти и битума из пласта на участке между горизонтальными стволами верхней и средней скважин отсоединяют электроды от электрической подстанции и извлекают электроды из вертикальных скважин, а из вертикального участка ствола средней скважины извлекают колонну труб с погружным электроцентробежным насосом, затем в горизонтальном участке средней скважины выполняют гидравлический разрыв пласта с образованием продольных трещин с последующим их креплением расклинивающим агентом из токопроводящего материала, далее добуривают вертикальные скважины с пересечением в начальном и в конечном участках горизонтального ствола средней скважины в интервале проведения гидравлического разрыва пласта, в вертикальные скважины в интервал их пересечения с горизонтальным стволом средней скважины спускают электроды и на устьях скважин обвязывают электроды с электрической подстанцией, затем спускают погружной центробежный насос в вертикальный участок ствола нижней скважины, осуществляют прогревание пласта через горизонтальный ствол средней скважины, а добычу разогретой нефти осуществляют из горизонтального ствола нижней скважины по колонне труб погружным электроцентробежным насосом.

На фиг. 1 и 2 изображены схемы предлагаемого способа добычи высоковязкой нефти и битума.

Способ добычи высоковязкой нефти и битума включает бурение кустовым способом верхней 1 (см. фиг. 1 и 2), средней 2 и нижней 3 скважин с соответствующими вертикальными участками 1′, 2′, 3′ и горизонтальными стволами 1", 2", 3", расположенными параллельно друг другу, например, на расстоянии 15 м, причем горизонтальные стволы 1", 2", 3" бурят в направлении максимального напряжения σ_max горных пород, слагающих пласт 4.

По всей длине горизонтального ствола 1" верхней скважины 1 спуском через ее вертикальный участок 1′ технологической колонны труб (на фиг. 1 и 2 не показана) выполняют гидравлический разрыв пласта с образованием продольных трещин 5 длиной до 5-7 м относительно горизонтального ствола 1, вследствие бурения горизонтального ствола 1 в направлении максимального напряжения σmax горных пород, слагающих пласт 4.

Гидравлический разрыв пласта производят любым известным способом, например, как описано в патенте RU №2485306, МПК Е21В 43/26, опубл. 20.06.2013.

Производят крепление продольных трещин 5 расклинивающим агентом из токопроводящего материала 6, например, используют тонко покрытый металлом песок.

Затем бурят вертикальные скважины 7 и 8 с пересечением в начальном и в конечном участках горизонтального ствола 1" верхней скважины 1 в интервале проведения гидравлического разрыва пласта.

В вертикальные скважины 7 и 8 в интервал их пересечения с горизонтальным стволом 1" верхней скважины 1 спускают электроды 9 (катод «+») и 10 (анод «-»), в качестве которых применяют колонны насосных штанг, например диаметром 22 мм, заизолированных на устье вертикальных скважин 7 и 8.

На устье вертикальных скважин 7 и 8 соединяют соответственно электроды 9 и 10 с электрической подстанцией 11, например, подстанцией КТП ТВ 630/10/0,4, выпускаемой ООО «УралТрансформатор» (г. Екатеринбург, Россия).

Затем в вертикальный участок 2′ ствола средней скважины 2 спускают на колонне труб 13 погружной центробежный насос 12.

Осуществляют прогревание пласта 4 через горизонтальный ствол 1" верхней скважины 1. Для этого запускают электрическую подстанцию 11 в работу, которая подает электрический ток на электроды: катод «+» 9 и анод «-» 10 соответствующих вертикальных скважин 7 и 8, от которых электрический ток проходит через закрепленные токопроводящим материалом 6 продольные трещины 5 по всей длине - L₁ горизонтального ствола 1" скважины 1, при этом закрепленные токопроводящим материалом 7 трещины 6 в горизонтальном стволе 1" скважины 1 работают как нагревательные элементы, вырабатывая тепло.

Тепло от трещин 6 передается в окружающую горную породу - пласт 4, вызывая его прогревание. В результате высоковязкая нефть и битум, находящиеся в пласте 4, разогреваются до температуры, достаточной для их течения по пласту 1. Под действием сил гравитации разогретая нефть стекает в горизонтальный ствол 2" скважины 2.

Запускают погружной электроцентробежный насос 12. Добычу разогретой нефти из горизонтального ствола 2" средней скважины 2 на поверхность осуществляют по колонне труб 13 погружным электроцентробежным насосом 12.

По окончании извлечения высоковязкой нефти и битума из пласта 4 на участке между горизонтальными стволами 1" и 2" соответственно верхней 1 и средней 2 скважин отсоединяют электроды 9 и 10 от электрической подстанции 11, а затем из вертикальных скважин 7 и 8 извлекают электроды 9 и 10 соответственно.

Из вертикального участка 2′ средней скважины 2 извлекают колонну труб 13 с погружным электроцентробежным насосом 12.

Затем в горизонтальном участке 2" средней скважины 2 выполняют гидравлический разрыв пласта с образованием продольных трещин 14 с длиной до 5-7 м с последующим их креплением расклинивающим агентом из токопроводящего материала 15, например, используют тонко покрытый металлом песок.

Далее добуривают 16 и 17 вертикальные скважины 7 и 8 с пересечением в начальном и в конечном участках горизонтального ствола 2" средней скважины 2 в интервале проведения гидравлического разрыва пласта.

В вертикальные скважины 7 и 8 в интервал их пересечения с горизонтальным стволом 2" средней скважины 2 спускают электроды 9 (катод «+») и 10 (анод «-») соответственно.

На устье вертикальных скважин 7 и 8 вновь соединяют электроды с электрической подстанцией 11.

Затем в вертикальный участок 3′ ствола средней скважины 3 спускают на колонне труб 12 погружной центробежный насос 13, а в горизонтальный ствол 1" верхней скважины 1 спускают оптико-волоконный кабель с датчиками температуры.

Осуществляют прогревание пласта 4 через горизонтальный ствол 2" средней скважины 2.

Для этого запускают высокочастотную установку 11 в работу, которая подает электрический ток на электроды: катод «+» 9 и анод «-» 10 соответствующих вертикальных скважин 7 и 8, от которых электрический ток проходит через закрепленные токопроводящим материалом 15 трещины 14 в горизонтальном стволе 2" скважины 2, вырабатывая тепло.

Тепло от трещин 14 передается в окружающую горную породу - пласт 4, вызывая его прогревание. В результате высоковязкая нефть и битум, находящиеся в пласте 4, разогреваются до температуры, достаточной для их течения по пласту 1. Под действием сил гравитации разогретая нефть стекает в горизонтальный ствол 3" скважины 3.

Запускают погружной электроцентробежный насос 12. Добычу разогретой нефти из горизонтального ствола 3" нижней скважины 3 на поверхность осуществляют по колонне труб 12 погружным электроцентробежным насосом 13, при этом через горизонтальный ствол 1" верхней скважины 1 ведут контроль температуры при разогревании высоковязкой нефти и битума в горизонтальном стволе 2" средней скважины 2.

По окончании извлечения высоковязкой нефти и битума из пласта 4 на участке между горизонтальными стволами 2" и 3" соответственно средней 2 и нижней 3 скважин из вертикальных скважин 7 и 8 извлекают электроды 9 и 10 соответственно и извлекают колонну труб 12 с погружным электроцентробежным насосом из скважины 3. Реализация способа окончена.

При наличии оставшихся запасов высоковязкой нефти и битума в пласте 4 ниже горизонтального ствола 3" скважины 3 пробуривается дополнительная скважина с горизонтальным стволом (на фиг 1. и 2 не показан), параллельным горизонтальному стволу 3" скважины 3 (см. фиг. 2), и описанные выше технологические операции, начиная с гидравлического разрыва пласта и заканчивая отбором нефти из нижележащего горизонтального ствола, повторяются.

Повышается эффективность прогревания залежи вследствие того, что прогревание залежи 1 происходит по всей длине L₁ и L₂ горизонтальных стволов 2" и 3" соответствующих скважин 2 и 3, при этом исключается точечное прогревание залежи электрическим полем, создаваемым между электродами высокочастотной установки с последующей закачкой ограниченного объема разогретой нефти в другую часть залежи.

В результате проведения гидравлического разрыва пласта в крайних скважинах образуются продольные трещины длиной до 5-7 м, что позволяет увеличить охват залежи тепловым воздействием до 15-20 м, при этом происходит равномерное прогревание залежи по всей длине L₁ и L₂ горизонтальных стволов 2" и 3" соответствующих скважин 2 и 3.

Исключается обратная закачка разогретой нефти обратно в пласт, где она успевает частично остыть, что позволяет увеличить дебит разогретой нефти из пласта 4.

При реализации предлагаемого способа исключается применение погружных электроцентробежных насосов специальной конструкции для реверсирования продукции в скважине, кроме того, погружные электроцентробежные насосы размещают не в горизонтальных стволах скважин, а на нижних частях вертикальных участков скважин с горизонтальными стволами, в связи с чем улучшаются условия работы погружных электроцентробежных насосов. Все это повышает надежность реализации способа.

Предлагаемый способ добычи высоковязкой нефти и битума позволяет повысить эффективность прогревания пласта высоковязкой нефти и битума, увеличить охват пласта тепловым воздействием с его равномерным прогревом, повысить дебит разогретой нефти и надежность реализации способа.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применено для добычи высоковязкой нефти и битума с помощью теплового воздействия на пласт. Способ включает бурение кустовым способом верхней, средней и нижней скважин с вертикальными участками и горизонтальными стволами, расположенными параллельно друг другу, установку в скважины электродов и погружного электроцентробежного насоса, прогревание пласта электрическим током посредством установленных в скважине электродов, отбор разогретых высоковязкой нефти и битума погружным электроцентробежным насосом. Горизонтальные стволы скважин бурят в направлении максимального напряжения σ_max горных пород, слагающих пласт. По всей длине горизонтального ствола верхней скважины выполняют гидравлический разрыв пласта с образованием продольных трещин с последующим их креплением расклинивающим агентом из токопроводящего материала. Бурят вертикальные скважины с пересечением в начальном и в конечном участках горизонтального ствола верхней скважины в интервале проведения гидравлического разрыва пласта. В вертикальные скважины в интервал пересечения с горизонтальным стволом верхней скважины спускают электроды, в качестве которых применяют колонны насосных штанг. На устье скважин электроды обвязывают с электрической подстанцией, затем в вертикальный участок средней скважины спускают на колонне труб погружной центробежный насос. Осуществляют прогревание пласта через горизонтальный ствол верхней скважины, а добычу разогретых высоковязкой нефти и битума осуществляют из горизонтального ствола средней скважины по колонне труб погружным электроцентробежным насосом. По окончании выработки высоковязкой нефти и битума из пласта на участке между горизонтальными стволами верхней и средней скважин отсоединяют электроды от электрической подстанции и извлекают электроды из вертикальных скважин, а из вертикального участка ствола средней скважины извлекают колонну труб с погружным электроцентробежным насосом. Затем в горизонтальном участке средней скважины выполняют гидравлический разрыв пласта с образованием продольных трещин с последующим их креплением расклинивающим агентом из токопроводящего материала. Добуривают вертикальные скважины с пересечением в начальном и в конечном участках горизонтального ствола средней скважины в интервале проведения гидравлического разрыва пласта, в вертикальные скважины в интервал их пересечения с горизонтальным стволом средней скважины спускают электроды и на устьях скважин обвязывают электроды с электрической подстанцией. Спускают погружной центробежный насос в вертикальный участок ствола нижней скважины, осуществляют прогревание пласта через горизонтальный ствол средней скважины, а добычу разогретой нефти осуществляют из горизонтального ствола нижней скважины по колонне труб погружным электроцентробежным насосом. Технический результат заключается в повышении эффективности прогревания пласта высоковязкой нефти и битума, увеличении охвата пласта тепловым воздействием с его равномерным прогревом, повышении дебита разогретой нефти и надежности реализации способа. 2 ил.

Способ добычи высоковязкой нефти и битума, включающий бурение кустовым способом верхней, средней и нижней скважин с вертикальными участками и горизонтальными стволами, расположенными параллельно друг другу, установку в скважины электродов и погружного электроцентробежного насоса, прогревание пласта электрическим током посредством установленных в скважине электродов, отбор разогретых высоковязкой нефти и битума погружным электроцентробежным насосом, отличающийся тем, что горизонтальные стволы скважин бурят в направлении максимального напряжения σ_max горных пород, слагающих пласт, по всей длине горизонтального ствола верхней скважины выполняют гидравлический разрыв пласта с образованием продольных трещин с последующим их креплением расклинивающим агентом из токопроводящего материала, затем бурят вертикальные скважины с пересечением в начальном и в конечном участках горизонтального ствола верхней скважины в интервале проведения гидравлического разрыва пласта, в вертикальные скважины в интервал пересечения с горизонтальным стволом верхней скважины спускают электроды, в качестве которых применяют колонны насосных штанг, на устье скважин электроды обвязывают с электрической подстанцией, затем в вертикальный участок средней скважины спускают на колонне труб погружной центробежный насос, осуществляют прогревание пласта через горизонтальный ствол верхней скважины, а добычу разогретых высоковязкой нефти и битума осуществляют из горизонтального ствола средней скважины по колонне труб погружным электроцентробежным насосом, по окончании выработки высоковязкой нефти и битума из пласта на участке между горизонтальными стволами верхней и средней скважин отсоединяют электроды от электрической подстанции и извлекают электроды из вертикальных скважин, а из вертикального участка ствола средней скважины извлекают колонну труб с погружным электроцентробежным насосом, затем в горизонтальном участке средней скважины выполняют гидравлический разрыв пласта с образованием продольных трещин с последующим их креплением расклинивающим агентом из токопроводящего материала, далее добуривают вертикальные скважины с пересечением в начальном и в конечном участках горизонтального ствола средней скважины в интервале проведения гидравлического разрыва пласта, в вертикальные скважины в интервал их пересечения с горизонтальным стволом средней скважины спускают электроды и на устьях скважин обвязывают электроды с электрической подстанцией, затем спускают погружной центробежный насос в вертикальный участок ствола нижней скважины, осуществляют прогревание пласта через горизонтальный ствол средней скважины, а добычу разогретой нефти осуществляют из горизонтального ствола нижней скважины по колонне труб погружным электроцентробежным насосом.