СПОСОБ ОБРАБОТКИ 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, при открытом горении ГОС на забое скважины или искусственном мосте возникает чрезмерно сильное термическое воздействие на крепь скважины, что приводит к разрушению цементного кольца за эксплуатационной колонной и, как следствие, к выходу скважины из строя с последующим ремонтом (восстановлением крепления скважины);

- во-вторых, низкая надежность реализации способа, обусловленная не срабатыванием 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 горения ГОС, приводящий к созданию взрывоопасной ситуации в скважине и обусловленный отсутствием контроля за температурой сгорания ГОС в интервале обработки пласта.

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, продавку 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 (Е, МДж), минимальное значение которого определяют из выражения E=к·(Т_р - Т_o), где к равно примерно 0,1-0,125 МДж/К; Т_р - температура начала интенсивного разложения наиболее термостойкого компонента ГОС, К; Т_o - 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 надежность реализации, связанная с тем, что ГОС продавливают из НКТ на забой скважины, поэтому возможен «уход» ГОС через ограничительный экран или нарушение в скважине, а также поглощение ГОС через интервалы перфорации в пласт в процессе ее продавки;

- во-вторых, 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 недостаточном 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-третьих, бесконтрольный процесс как воспламенения ГОС, так и горения ГОС, отсутствие контроля за температурой сгорания ГОС в интервале обработки пласта, а также бесконтрольная работа источника тепловой энергии (порохового заряда из баллистита или смесевого твердого топлива массой не менее 7 кг) длительное время. Все это может привести к созданию пожаро- и взрывоопасной ситуации в скважине;

- в-четвертых, 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-пятых, при открытом горении ГОС на забое скважины или искусственном мосте возникает чрезмерно сильное термическое воздействие на крепь скважины, что приводит к разрушению цементного кольца за эксплуатационной колонной и, как следствие, к выходу скважины из строя с последующим ремонтом (восстановлением крепления скважины).

Техническими задачами изобретения являются создание надежного и качественного способа обработки пласта с высоковязкой нефтью нагреванием газами, образующимися при сгорании ГОС с возможностью контроля за температурой горения как в интервале обрабатываемого пласта, так и выше в межколонном пространстве скважины, а также исключение как установки ограничительного экрана ниже обрабатываемого пласта, так и термического воздействия на крепь скважины.

Поставленные технические задачи решается способом обработки 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 размещения ГОС, подачу управляющего сигнала на кабель и поджиг ГОС.

Новым является то, что на устье скважины низ колонны НКТ оборудуют камерой сгорания с горелкой и первой термопарой с удлинительным проводом, а выше камеры сгорания колонну НКТ оснащают сначала термостойким пакером и второй термопарой, спускают колонну НКТ в скважину, на устье скважины удлинительный провод соединяют с устройством, измеряющим температуру с обеих термопар, и производят посадку термостойкого пакера в скважине, по колонне НКТ в горелку на кабеле спускают источник поджига - электрический запальник, а с устья скважины с помощью насоса начинают закачку ГОС в колонну НКТ с постоянным расходом, по достижении ГОС горелки камеры сгорания приводят в действие электрический запальник подачей управляемого сигнала на кабель, воспламеняют ГОС в горелке камеры сгорания, извлекают кабель из колонны НКТ, причем контроль температуры горения в интервале обработки пласта производят первой термопарой, а контроль температуры в межколонном пространстве над термостойким пакером производят второй термопарой, при этом при увеличении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта и/или в межколонном пространстве выше допустимой температуры горения в интервале обработки пласта и/или температуры, разрушающей крепление скважины, подачу ГОС снижают, а при снижении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта ниже допустимой температуры горения подачу ГОС увеличивают с условием, чтобы температура в межколонном пространстве не превышала допустимую температуру, при которой начинается разрушение крепления скважины.

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

На устье скважины 1 (см. фиг. 1) низ колонны НКТ 2 оборудуют камерой сгорания 3. В качестве колонны НКТ применяют, например, колонну 73 мм НКТ по ГОСТ 633-80. В качестве камеры сгорания 3 используют отрезок трубы диаметром 114 мм с толщиной стенки 7 мм по ГОСТ 633-80.

В нижнем конце камеры сгорания 3 размещают горелку 4, а на боковой поверхности камеры сгорания 3 устанавливают первую термопару 5 (температурный датчик) с удлинительным проводом 6.

В качестве горелки 4 используют любое известное устройство, позволяющее сжигать горюче-окислительный состав, 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).

Первую термопару 5 размещают напротив интервалов перфорации 7 посередине обрабатываемого пласта 8 с высоковязкой нефтью (далее пласта). Длина камеры сгорания 3 (отрезка трубы диаметром 114 мм) составляет не менее половины высоты - h обрабатываемого пласта 8 (см. фиг. 1).

Первую термопару 5 располагают на расстоянии L=h/2, т.е. при высоте h=8 м обрабатываемого пласта L=4 м от нижнего торца камеры сгорания 3.

Выше камеры сгорания 3 (см. фиг. 1) колонну НКТ 2 оснащают сначала термостойким пакером 9, позволяющим пропустить через себя удлинительный провод 6, а затем колонну НКТ 2 оснащают второй термопарой 10.

Используют любой известный термостойкий пакер 9, например термостойкий пакер, описанный в патенте RU №2267003, МПК E21B 33/12, опубл. в бюл. №31 от 27.12.2005 г. или в патенте RU №2482263, МПК E21B 33/12, опубл. в бюл. №14 от 20.05.2013 г., предохраняющий крепь (цементное кольцо от разрушения) скважины 1 от термического воздействия.

В качестве первой 5 и второй 10 термопар используют любые известные термопары, имеющие диапазон измерений температуры в пределах температуры сгорания ГОС, например, используют термопару вольфрамрений-вольфрамрениевые (ТВР - Тип А-1), согласно ГОСТ 50431-92 для длительного применения с диапазоном температур 0-2200°C. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термопары 5 и 10.

Спускают колонну НКТ 2 в скважину 1 так, чтобы нижний конец камеры сгорания 3 размещался напротив подошвы 11 обрабатываемого пласта 8, а термостойкий пакер 9 размещался на 10 м выше обрабатываемого пласта 8.

В процессе спуска колонны НКТ 2 в скважину 1 вторую термопару 10 соединяют с удлинительным проводом 6, который крепят клямсами (на фиг. 1 и 2 не показаны) на наружной поверхности колонны НКТ 2 (см. фиг. 1).

После спуска колонны НКТ 2 в скважину 1 на устье скважины 1 удлинительный провод 6 соединяют устройством 12, позволяющим получать значения температур с первой 5 и второй 10 термопар.

Производят посадку термостойкого пакера 9 в скважине 1.

Термостойкий пакер 9 сажают на 10 м выше обрабатываемого пласта 6. Расстояние 10 м позволяет исключить прямое действие открытого пламени (температуры) горелки 4 на термостойкий пакер 9.

На верхнем конце колонны НКТ 2 устанавливают тройник 13. Сверху через тройник 13 по колонне НКТ 2 в горелку 4 камеры сгорания 3 на кабеле 14, например, с использованием геофизического подъемника ПКС - 5 (на фиг. 1 и 2 не показан) спускают источник поджига - электрический запальник 15 (см. фиг. 1), герметизируют кабель 14 на верхнем конце колонны НКТ 2 с помощью лубрикатора 16. В качестве лубрикатора 16 применяют любой известный устьевой герметизатор кабеля, например, разработанный институтом «ТатНИПИнефть» (г. Бугульма, РТ, Россия).

С устья скважины через боковой отвод тройника 13 с помощью насоса 17 начинают осуществлять постоянную закачку ГОС, например, с расходом 0,15 л/с в колонну НКТ.

В качестве насоса 17 применяют любой известный насос, обеспечивающий подачу ГОС к отверстиям 18 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 18 горелки 4 приводят в действие электрический запальник 15 подачей управляемого сигнала на кабель 14 с устья скважины 1.

В результате подачи управляемого сигнала на кабель 14 в электрическом запальнике 15 возникает искровой разряд, который воспламеняет ГОС в горелке 4 камеры сгорания 3 с образованием пламени в отверстиях 18 горелки 4 в интервале обрабатываемого пласта 7.

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) не воспламененного ГОС через ограничительный экран или нарушение в скважине, а также поглощение ГОС через интервалы перфорации в пласт в процессе ее продавки. Разгерметизируют кабель на верхнем конце НКТ 2 (отворачивают лубрикатор 16) и извлекают кабель 14 с электрическим запальником 15 из колонны НКТ 2 (см. фиг. 1 и 2).

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.

Контроль за температурой горения в интервале обработки пласта 8 осуществляют посредством устройства 12, показывающего температуру, на которое подается сигнал через удленительный провод 6 с первой 5 и второй 10 термопар.

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, при этом исключается риск неполного сгорания ГОС.

При увеличении температуры горения (сигнал с первой термопары 5) в интервале обрабатываемого пласта 8 выше допустимой температуры горения, которая находится в диапазоне, как отмечено выше, 800-900°C, например до 1000°C, и/или при увеличении температуры в межколонном пространстве 19 над термостойким пакером 9 (сигнал со второй термопары 10) выше температуры, разрушающей крепление скважины, например, 350°C при допустимой температуре например, 300°C подачу ГОС в НКТ 2 снижают от 15 л/мин, как отмечено выше, например до 10 л/мин.

При снижении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта ниже допустимой температуры горения, которая находится в диапазоне, как отмечено выше, 800-900°C, например до 750°C, подачу ГОС в НКТ увеличивают от 15 л/мин, как отмечено выше, например до 20 л/мин, с условием, чтобы температура в межколонном пространстве 19 над термостойким пакером 9 (сигнал со второй термопары 10) не превышала допустимую температуру, как отмечено выше, 300°C, при которой начинается разрушение крепления скважины 1.

Наличие первой термопары 5, установленной посередине обрабатываемого пласта 8 и передающей сигнал на устройство 12, измеряющее температуру в интервале обработки пласта 8, позволяет полностью контролировать процесс горения ГОС (успешность поджига ГОС в горелке, температурный режим), а наличие второй термопары 10 позволяет контролировать температуру в межколонном пространстве 19 скважины 1 над термостойким пакером, что позволяет исключить разрушение крепи скважины (цементного кольца).

Реализацию способа продолжают до снижения вязкости высоковязкой нефти до значения, обеспечивающего ее отбор из пласта 8 насосным оборудованием. После чего реализацию способа прекращают, извлекают из скважины колонну НКТ 2 с камерой сгорания 3, спускают насосное оборудование, например винтовой насос, 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 необходимость установки ограничительного экрана в виде искусственного забоя (пакер пробки, цементного моста).

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 надежность реализации способа при обработке пласта нагреванием;

- повысить качество обработки пласта нагреванием;

- контролировать весь процесс реализации способа, начиная от воспламенения ГОС и до остывания призабойной зоны пласта после прекращения горения ГОС, а значит, исключить создание пожаро- и взрывоопасной ситуации в скважине.

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

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 НКТ, закачку в колонну НКТ ГОС, спуск источника поджига на кабеле в колонну НКТ в интервал размещения ГОС, подачу управляющего сигнала на кабель и поджиг ГОС. На устье скважины низ колонны НКТ оборудуют камерой сгорания с горелкой и первой термопарой с удлинительным проводом, а выше камеры сгорания колонну НКТ оснащают термостойким пакером и второй термопарой, спускают колонну НКТ в скважину, на устье скважины удлинительный провод соединяют устройством, измеряющим температуру с обеих термопар, и производят посадку термостойкого пакера в скважине. По колонне НКТ в горелку на кабеле спускают источник поджига - электрический запальник, а с устья скважины с помощью насоса начинают закачку ГОС в колонну НКТ с постоянным расходом, по достижении ГОС горелки камеры сгорания приводят в действие электрический запальник подачей управляемого сигнала на кабель, воспламеняют ГОС в горелке камеры сгорания, извлекают кабель из колонны НКТ. Контроль температуры горения в интервале обработки пласта производят первой термопарой, а контроль температуры в межколонном пространстве над термостойким пакером производят второй термопарой. При увеличении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта и/или в межколонном пространстве выше допустимой температуры горения в интервале обработки пласта и/или температуры, разрушающей крепление скважины, подачу ГОС снижают, а при снижении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта ниже допустимой температуры горения подачу ГОС увеличивают с условием, чтобы температура в межколонном пространстве не превышала допустимую температуру, при которой начинается разрушение крепления скважины. Технический результат заключается в повышении надежности реализации способа. 2 ил.

Способ обработки 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 размещения ГОС, подачу управляющего сигнала на кабель и поджиг ГОС, отличающийся тем, что на устье скважины низ колонны НКТ оборудуют камерой сгорания с горелкой и первой термопарой с удлинительным проводом, а выше камеры сгорания колонну НКТ оснащают сначала термостойким пакером и второй термопарой, спускают колонну НКТ в скважину, на устье скважины удлинительный провод соединяют устройством, измеряющим температуру с обеих термопар, и производят посадку термостойкого пакера в скважине, по колонне НКТ в горелку на кабеле спускают источник поджига - электрический запальник, а с устья скважины с помощью насоса начинают закачку ГОС в колонну НКТ с постоянным расходом, по достижении ГОС горелки камеры сгорания приводят в действие электрический запальник подачей управляемого сигнала на кабель, воспламеняют ГОС в горелке камеры сгорания, извлекают кабель из колонны НКТ, причем контроль температуры горения в интервале обработки пласта производят первой термопарой, а контроль температуры в межколонном пространстве над термостойким пакером производят второй термопарой, при этом при увеличении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта и/или в межколонном пространстве выше допустимой температуры горения в интервале обработки пласта и/или температуры, разрушающей крепление скважины, подачу ГОС снижают, а при снижении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта ниже допустимой температуры горения подачу ГОС увеличивают с условием, чтобы температура в межколонном пространстве не превышала допустимую температуру, при которой начинается разрушение крепления скважины.