СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА С ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТЬЮ ГОРЮЧЕ-ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ СОСТАВОМ Российский патент 2015 года по МПК E21B43/263 E21B36/02 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для обработки пласта с высоковязкой нефтью нагретым газом, образующимся при сгорании жидкого горюче-окислительного состава (ГОС).

Известен способ обработки призабойной зоны пласта жидким горюче-окислительным составом (патент RU №2459946, МПК E21B 43/263, опубл. в бюл. №24 от 27.08.2012 г.), включающий размещение ГОС в скважине, установку инициатора горения ГОС путем спуска его в герметизированном контейнере, при этом размещение ГОС в скважине осуществляют путем доставки его контейнером-желонкой на кабель-тросе и вылива ГОС единой массой в забой до уровня подошвы интервала обработки, доставку инициатора горения в герметизированном контейнере производят кабель-тросом в область границы раздела между ГОС и скважинной жидкостью, причем в качестве инициатора горения в герметизированном контейнере используют малогазовый, медленно горящий и высокотемпературный при сгорании твердый состав, например, на основе железоалюминиевого термита, затем выполняют непосредственное срабатывание инициатора горения от источника электроэнергии, подаваемой через кабель-трос с устья скважины, с возможностью послойного сгорания ГОС.

Недостатки способа:

- во-первых, низкая эффективность разогревания пласта с высоковязкой нефтью, так как основная часть тепла, которое выделяется при сжигании ГОС, «уходит» в межколонное пространство скважины, не проникая вглубь пласта с высоковязкой нефтью, поэтому обрабатываемый пласт прогревается только в призабойной зоне скважины;

- во-вторых, низкая надежность реализации способа, обусловленная несрабатыванием контейнера-желонки на кабель-тросе на забое скважины и, как следствие, невозможностью выливания ГОС из контейнера-желонки на забой скважины;

- в-третьих, низкое качество обработки пласта с высоковязкой нефтью, обусловленное выливанием на забой скважины до подошвы интервала обработки ограниченного количества ГОС с последующим его поджигом, поэтому времени, в течение которого происходит сжигание расчетного количества ГОС, может оказаться недостаточно для разогревания пласта;

- в-четвертых, бесконтрольный процесс воспламенения и начала сгорания ГОС, приводящий к созданию взрывоопасной ситуации в скважине;

- в-пятых, невозможно использование ГОС, в качестве которого используют жидкий состав, состоящий мас. % из нитрата аммония - 60,4; глицерина - 10 и воды - 29,6, плотностью 1390 кг/м³, в зимний период времени, так как одним из основных компонентов является вода, которая замерзает при отрицательной температуре.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки пласта жидким горюче-окислительным составом (патент RU №2092682 МПК E21B 43/263, опубл. в бюл. №28 от 10.10.1997 г.), содержащий размещение в скважине ГОС, установку в нем источника тепловой энергии для поджига ГОС путем его спуска в скважину, подачу управляющего сигнала на включение источника тепловой энергии и поджига ГОС за счет выделения тепла в источнике тепловой энергии, причем размещение ГОС в скважине осуществляют путем спуска к забою скважины насосно-компрессорных труб (НКТ), закачки в спущенные НКТ расчетного количества ГОС, продавки ГОС в зону обработки и последующего поднятия НКТ от места размещения ГОС, причем установку источника тепловой энергии осуществляют на глубине 10-50 м от верхней границы ГОС, при этом в качестве источника тепловой энергии используют источник с энерговыделением (E, МДж), минимальное значение которого определяют из выражения E=к·(T_р-T₀), где к равно примерно 0,1-0,125 МДж/К; T_р - температура начала интенсивного разложения наиболее термостойкого компонента ГОС, К; T₀ - начальная температура ГОС в зоне воспламенения, К; причем при большом времени нахождения ГОС в скважине до его поджига применяют разделительную жидкость, причем плотность ее должна быть не выше плотности ГОС и не ниже плотности скважинной жидкости, а при большом удалении зоны обработки от забоя скважины устанавливают ограничительный экран у нижней границы размещения ГОС. НКТ спускают для закачки ГОС к ограничительному экрану. Для предотвращения гидроудара по устьевому оборудованию часть скважинной жидкости удаляют из скважины перед поджигом ГОС. В качестве источника тепловой энергии применяют пороховой заряд из баллистита или смесевого твердого топлива массой не менее 7 кг.

Недостатки способа:

- во-первых, низкая эффективность разогревания пласта с высоковязкой нефтью, так как основная часть тепла, которое выделяется при сжигании ГОС, «уходит» в межколонное пространство скважины, не проникая вглубь пласта с высоковязкой нефтью, поэтому обрабатываемый пласт прогревается только в призабойной зоне скважины;

- во-вторых, низкая надежность реализации, связанная с тем, что ГОС продавливают из НКТ в скважины, поэтому возможны утечки ГОС через ограничительный экран или нарушение в скважине, а также поглощение ГОС через интервалы перфорации в пласт в процессе его продавки;

- в-третьих, низкое качество обработки пласта с высоковязкой нефтью нагреванием, обусловленное закачкой и продавкой в интервал обрабатываемого пласта расчетного (ограниченного) количества ГОС, поэтому времени, в течение которого происходит сжигание расчетного количества ГОС, может оказаться недостаточно и пласт не нагреется до температуры, необходимой для разжижения высоковязкой нефти, например, по причине неполного сгорания ГОС. Кроме того, сгорание ГОС происходит ниже интервалов перфорации обрабатываемого пласта, что снижает эффективность проникновения тепла вглубь пласта с высоковязкой нефтью;

- в-четвертых, бесконтрольный процесс воспламенения и начала горения ГОС, что может привести к созданию пожаро- и взрывоопасной ситуации в скважине;

- в-пятых, необходимо проводить подготовку скважины перед проведением обработки пласта, а именно устанавливать ограничительный экран в виде искусственного забоя (пакер-пробки, цементного моста) ниже обрабатываемого пласта. Это ведет к удорожанию реализации способа;

- в-шестых, невозможность использования стандартных ГОС при низких (отрицательных) температурах, так как одним из основных их компонентов является вода.

Техническими задачами изобретения являются создание условий для эффективного разогревания пласта с высоковязкой нефтью, а также надежного и качественного способа обработки пласта с высоковязкой нефтью нагреванием газами, образующимися при сгорании ГОС, с возможностью контроля за воспламенением и началом горения ГОС, а также исключение установки ограничительного экрана ниже обрабатываемого пласта и разработка состава ГОСа, позволяющего его использование в зимний период времени.

Поставленные технические задачи решаются способом обработки призабойной зоны пласта с высоковязкой нефтью горюче-окислительным составом - ГОС, включающим спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб - НКТ, закачку в колонну НКТ ГОС, спуск источника поджига на кабеле в колонну НКТ в интервал ГОС, подачу управляющего сигнала на кабель и поджиг ГОС.

Новым является то, что на устье скважины низ колонны НКТ оборудуют камерой сгорания с горелкой, причем выше камеры сгорания колонну НКТ оснащают пакером, спускают колонну НКТ в скважину так, чтобы пакер находился на расстоянии 30 м выше кровли пласта, после чего по колонне НКТ в камеру сгорания на электрическом кабеле, совмещенном с оптоволоконным кабелем, спускают источник поджига - электрический запальник до контакта с горелкой, начинают закачку ГОС в колонну НКТ с постоянным расходом, причем используют ГОС следующего состава, % мас.:

- аммиачная селитра - 45,5;

- 2%-ный водный раствор полиакриламида - 19,5;

- бихромат калия - 5;

- этиленгликоль - 30,

по достижении ГОС горелки камеры сгорания приводят в действие электрический запальник подачей управляющего сигнала на электрический кабель, происходит воспламенение ГОС в горелке камеры сгорания, контролируют воспламенение и начало сжигания ГОС в камере сгорания, после чего извлекают электрический кабель, совмещенный с оптоволоконным кабелем, из колонны НКТ, производят посадку пакера в скважине, продолжают сжигание ГОС и разогревание высоковязкой нефти в пласте со снижением ее вязкости до величины, достаточной для отбора продукции насосным оборудованием.

На фиг. 1 и 2 схематично и последовательно изображен способ обработки призабойной зоны пласта с высоковязкой нефтью горюче-окислительным составом.

На устье скважины 1 (см. фиг. 1) низ колонны НКТ 2 оборудуют камерой сгорания 3 с горелкой 4. В качестве колонны НКТ применяют, например, колонну 60-мм НКТ по ГОСТ 633-80. В качестве камеры сгорания 3 используют отрезок трубы диаметром 102 мм с толщиной стенки 6,5 мм по ГОСТ 633-80.

В качестве горелки 4 используют любое известное устройство, позволяющее сжигать ГОС, например горелку для сжигания газа и мазута (патент RU №2403498, МПК F23D 17/00, опубл. в бюл. №31 от 10.11.2010 г.) или горелку для сжигания газа и мазута (Хзмалян Д.М., Каган Я.Н. Теория горения и топочные устройства. - М.: Энергия, 1976. - С. 204).

Выше камеры сгорания 3 колонну НКТ 2 оснащают пакером 5. В качестве пакера 5 используют любой известный пакер, позволяющий изолировать межколонное пространство 6 скважины 1 и сохранять герметичность в интервале посадки пакера в диапазоне воспринимаемых им температур. Спускают колонну НКТ 2 в скважину 1 так, чтобы пакер 5 находился на расстоянии 30 м выше кровли пласта, а горелка 4 размещалась напротив интервалов перфорации 7 обрабатываемого пласта 8. Высота камеры сгорания 3 равна высоте - h обрабатываемого пласта 8, например h=8 м.

На верхнем конце колонны НКТ 2 устанавливают тройник 9. Сверху через тройник 9 по колонне НКТ 2 в горелку 4 камеры сгорания 3 на электрическом кабеле 10, совмещенном с оптоволоконным кабелем (на фиг. 1 и 2 не показан), например, с использованием геофизического подъемника ПКС - 5 (на фиг. 1 и 2 не показан), спускают источник поджига - электрический запальник 11 (см. фиг. 1). Оптоволоконный кабель используют по ГОСТ Р52266-2004 «КАБЕЛИ ОПТИЧЕСКИЕ».

Герметизируют электрический кабель 10 на верхнем конце колонны НКТ 2 в тройнике 9 с помощью лубрикатора 12. В качестве лубриктора 12 применяют любой известный устьевой герметизатор кабеля, например разработанный институтом «ТатНИПИнефть» (г. Бугульма, РТ, Россия).

На устье скважины 1 в емкости 13 готовят предлагаемый состав ГОС или завозят на скважину в готовом виде и переливают ГОС в емкость 13, в необходимом количестве, например 3 м³. Для приготовления ГОС в емкость 13 добавляют следующие компоненты, которые перемешивают в емкости, % мас.:

- аммиачная селитра - 45,5;

- 2%-ный водный раствор полиакриламида - 19,5;

- бихромат калия - 5;

- этиленгликоль - 30.

Для приготовления 3 м³ ГОС используют компоненты в следующей пропорции, кг: аммиачная селитра - 1365 ; 2%-ный водный раствор полиакриламида - 585 ; бихромат калия - 150 ; этиленгликоль - 900 .

Аммиачная селитра используется в качестве окислителя и выпускается по ГОСТ 2-2013, а полиакриламид используется в качестве стабилизирующей добавки и также является загустителем ГОС. Бихромат калия используется для повышения воспламеняемости, снижения начального воспламенения и полноты сгорания топлива. Выпускается по ГОСТ 2652-78. Этиленгликоль используется в качестве горючего и выпускается по ГОСТ 19710-83.

Данный состав имеет значительное содержание этиленгликоля, что обуславливает его использование при низких температурах, так как при таком содержании этиленгликоля (30%) ГОС становится не замерзающим в зимний период времени.

С устья скважины через боковой отвод тройника 9 с помощью насоса 14 начинают осуществлять постоянную закачку ГОС, например, с расходом 0,15 л/с, в колонну НКТ 2.

В качестве насоса 14 применяют любой известный насос, обеспечивающий подачу ГОС к отверстиям 15 горелки 4 с расходом, позволяющим поддерживать горение ГОС в заданном интервале температур, например 800-900°C. Например, используют шестеренчатый насос НШ-10, создающий расход от 0 до 21 л/мин.

По достижении ГОС отверстий 15 горелки 4 приводят в действие электрический запальник 11 подачей управляющего сигнала на электрический кабель 10 с устья скважины 1.

В результате подачи управляющего сигнала на кабель 10 в электрическом запальнике 11 возникает искровой разряд, который воспламеняет ГОС в горелке 4 камеры сгорания 3 с образованием открытого пламени из отверстий 15 горелки 4 в интервале обрабатываемого пласта 8.

Оптоволоконный кабель контролирует воспламенение ГОС и начало сжигания ГОС в камере сгорания 3, и при увеличении температуры в камере сгорания 3 оптоволоконный кабель посылает сигнал на измерительную аппаратуру (на фиг. 1 и 2 не показана), расположенную на устье скважины 1. Повышение температуры в камере сгорания 3 означает, что произошло воспламенение и горение ГОС.

При достижении в камере сгорания 3, например, температуры 150°C разгерметизируют на устье скважины 1 электрический кабель 10, совмещенный с оптоволоконным кабелем, т.е. на верхнем конце НКТ 2 отворачивают лубрикатор 12. Извлекают электрический кабель 10, совмещенный с оптоволоконным кабелем и электрическим запальником 11, из колонны НКТ 2 (см. фиг. 1 и 2).

Производят посадку пакера 5 (см. фиг. 2) в скважине 1 и изолируют межколонное пространство 6 выше пакера 5 в скважине 1. Пакер 5 сажают на 30 м выше обрабатываемого пласта, что позволяет исключить негативное действие высокой температуры в интервале горелки 4 на герметичность пакера 5.

Повышается эффективность разогревания пласта 8 с высоковязкой нефтью, так как тепло, которое выделяется при сжигании ГОС, благодаря пакеру 5, установленному в скважине 1 выше пласта 8, не «уходит» в межколонное пространство 6 скважины 1, поэтому основная часть тепла проникает в глубь пласта с высоковязкой нефтью.

В процессе горения ГОС происходит разогревание пласта 8 (см. фиг. 2) как по высоте, так и по глубине, при этом происходит разжижение (снижение вязкости) высоковязкой нефти в пласте 8.

Повышается надежность обработки пласта с высоковязкой нефтью в связи с тем, что в предлагаемом способе жидкий ГОС не попадает на забой скважины, а сгорает в горелке 4 камеры сгорания 3, поэтому по сравнению с прототипом исключается «уход» (потери) невоспламененного ГОС через ограничительный экран или нарушение в скважине, а также поглощение ГОС через интервалы перфорации в пласт в процессе его продавки. Повышается качество обработки пласта за счет постоянной закачки ГОС с заданным расходом, а не ограниченного объема ГОС, как описано в прототипе. В результате этого происходит нагревание (обработка) пласта по всей его высоте и вглубь, при этом охватываются нагреванием зоны пласта, отдаленные от призабойной зоны скважины, которые невозможно нагреть при реализации способа прототипом, при этом исключается риск неполного сгорания ГОС.

Реализацию способа продолжают до снижения вязкости высоковязкой нефти в пласте 8 до значения, например, 150 сСт, обеспечивающего ее отбор из пласта 8 насосным оборудованием - винтовым насосом для перекачки высоковязких нефтепродуктов. После чего извлекают из скважины колонну НКТ 2 с камерой сгорания 3 и пакером 5. Спускают насосное оборудование, винтовой насос для перекачки высоковязких нефтепродуктов в скважину 1 и отбирают из пласта 8 разжиженную высоковязкую нефть.

Применение в качестве источника поджига - электрического запальника исключает бесконтрольную работу источника тепловой энергии (порохового заряда из баллистита или смесевого твердого топлива массой не менее 7 кг) в течение длительного времени, как описано в прототипе, так как электрический запальник спускается в скважину один раз для воспламенения ГОС, после чего извлекается из скважины.

Предлагаемый способ исключает необходимость подготовки скважины, а именно установки ограничительного экрана в виде искусственного забоя (пакер-пробки, цементного моста), исключая дополнительные затраты.

Подаваемый по колонне НКТ ГОС сгорает в камере сгорания, вырабатывая тепло, а не продавливается на искусственный забой скважины, как описано в прототипе, что ведет к сокращению финансовых и материальных затрат на установку ограничительного экрана и, как следствие, удешевлению реализации способа.

Предлагаемый способ позволяет:

- повысить эффективность разогревания пласта с высоковязкой нефтью;

- повысить надежность реализации способа при обработке пласта с высоковязкой нефтью нагреванием;

- повысить качество обработки пласта с высоковязкой нефтью нагреванием вглубь пласта;

- контролировать процесс воспламенения и начала горения ГОС и исключить создание пожаро- и взрывоопасной ситуации в скважине;

- исключить создание ограничительного экрана в виде искусственного забоя (пакер-пробки, цементного моста);

- использовать состав ГОС в зимний период времени.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть применено для обработки пласта с высоковязкой нефтью нагретым газом, образующимся при сгорании жидкого горюче-окислительного состава (ГОС). Способ включает спуск в скважину колонны НКТ, закачку в колонну НКТ ГОС, спуск источника поджига на кабеле в колонну НКТ в интервал ГОС, подачу управляющего сигнала на кабель и поджиг ГОС. На устье скважины низ колонны НКТ оборудуют камерой сгорания с горелкой. Причем выше камеры сгорания колонну НКТ оснащают пакером, спускают колонну НКТ в скважину так, чтобы пакер находился на расстоянии 30 м выше кровли пласта. После этого по колонне НКТ в камеру сгорания на электрическом кабеле, совмещенном с оптоволоконным кабелем, спускают источник поджига - электрический запальник до контакта с горелкой, начинают закачку ГОС в колонну НКТ с постоянным расходом. Причем используют ГОС следующего состава, % мас.: аммиачная селитра - 45,5; 2%-ный водный раствор полиакриламида - 19,5; бихромат калия - 5; этиленгликоль - 30. По достижении ГОС горелки камеры сгорания приводят в действие электрический запальник подачей управляющего сигнала на электрический кабель, происходит воспламенение ГОС в горелке камеры сгорания. Контролируют воспламенение и начало сжигания ГОС в камере сгорания. После этого извлекают электрический кабель, совмещенный с оптоволоконным кабелем, из колонны НКТ, производят посадку пакера в скважине, продолжают сжигание ГОС и разогревание высоковязкой нефти в пласте со снижением ее вязкости до величины, достаточной для отбора продукции насосным оборудованием. Технический результат заключается в повышении эффективности разогревания пласта с высоковязкой нефтью и надежности реализации способа. 2 ил.

Способ обработки призабойной зоны пласта с высоковязкой нефтью горюче-окислительным составом (ГОС), включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), закачку в колонну НКТ ГОС, спуск источника поджига на кабеле в колонну НКТ в интервал ГОС, подачу управляющего сигнала на кабель и поджиг ГОС, отличающийся тем, что на устье скважины низ колонны НКТ оборудуют камерой сгорания с горелкой, причем выше камеры сгорания колонну НКТ оснащают пакером, спускают колонну НКТ в скважину так, чтобы пакер находился на расстоянии 30 м выше кровли пласта, после чего по колонне НКТ в камеру сгорания на электрическом кабеле, совмещенном с оптоволоконным кабелем, спускают источник поджига - электрический запальник до контакта с горелкой, начинают закачку ГОС в колонну НКТ с постоянным расходом, причем используют ГОС следующего состава, % мас.:
аммиачная селитра - 45,5;
2%-ный водный раствор полиакриламида - 19,5;
бихромат калия - 5;
этиленгликоль - 30,
по достижении ГОС горелки камеры сгорания приводят в действие электрический запальник подачей управляющего сигнала на электрический кабель, происходит воспламенение ГОС в горелке камеры сгорания, контролируют воспламенение и начало сжигания ГОС в камере сгорания, после чего извлекают электрический кабель, совмещенный с оптоволоконным кабелем, из колонны НКТ, производят посадку пакера в скважине, продолжают сжигание ГОС и разогревание высоковязкой нефти в пласте со снижением ее вязкости до величины, достаточной для отбора продукции насосным оборудованием.