СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ И БИТУМА Российский патент 2016 года по МПК E21B43/247 E21B7/04 

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для разработки залежи высоковязкой нефти и битума путем нагревания.

Известен способ разработки залежи 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 залежи высоковязкой нефти и битума из-за недостаточного охвата пласта электрическим полем и прогреванием.

Известен способ разработки залежи высоковязкой нефти и битума (патент RU №2418163, МПК E21B 43/24, опубл. 10.05.2011 г., бюл. №13), 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.

Недостатками способа являются:

- во-первых, сложный технологический процесс реализации способа;

- во-вторых, дороговизна осуществления способа, связанная с применением большого количества технологического оборудования (наземных генераторов высокочастотных и акустических колебаний, излучателей, подземной емкости и т.д.) и строительством дополнительной скважины. Эти затраты повышают себестоимость добычи нефти;

- в-третьих, небольшой охват тепловым воздействием залежи и, как следствие, низкие коэффициенты охвата и нефтеотдачи залежи высоковязкой нефти и битума.

Наиболее близким по технической сущности является способ разработки залежи высоковязкой нефти и битума (патент RU №2085715, МПК E21B 43/24, опубл. 27.07.1997 г., бюл. №21), включающий разбуривание залежи двумя технологическими скважинами и добывающей скважиной с горизонтальными стволами, направленными параллельно друг другу, при этом в горизонтальные стволы технологических скважин устанавливают электроды, а на устье скважины соединяют электроды с высокочастотной установкой, в горизонтальный ствол добывающей скважины спускают электроцентробежный насос двустороннего действия, производят прогрев залежи электрическим током с помощью установленных в горизонтальных стволах технологических скважин электродов - анода и катода, после прогрева залежи разогретую продукцию из горизонтального ствола добывающей скважины направляют в неохваченную электрическим полем часть залежи с последующей откачкой путем реверса насоса разогретой нефти на дневную поверхность.

Недостатками способа являются:

- во-первых, низкая эффективность прогревания залежи электрическим током, создаваемым высокочастотной установкой, обусловленная точечным прогреванием электродами ограниченной площади залежи в начальном участке (со стороны устья) горизонтальной скважины с получением ограниченного объема разогретой продукции, и последующей закачкой реверсивным насосом этого объема разогретой продукции через перфорационные отверстия, выполненные в конечном участке (со стороны забоя) горизонтальных скважин с целью разогревания залежи высоковязкой нефти и битума на забоях горизонтальных скважин. Кроме того, все это осложняет технологический процесс реализации способа;

- во-вторых, небольшой охват (10-12 м) залежи прогреванием электрическим полем в начальном участке горизонтальной скважины и еще меньший охват (5-6 м) залежи прогреванием разогретой продукции в конечном участке горизонтальной скважины и, как следствие, неравномерный прогрев залежи, приводящий к низкой нефтеотдаче залежи высоковязкой нефти и битума;

- в-третьих, низкие объемы отбора (дебит) разогретых нефти и битума из добывающих скважин при разработке залежи обусловлены тем, что перед отбором поднятая на поверхность разогретая продукция закачивается обратно в залежь с целью ее прогревания, где частично успевает остыть и обратно уже не отбирается;

- в-четвертых, низкая надежность реализации способа, так как необходимо применять насосы специальной конструкции для реверсирования продукции в скважине, которые будут работать в неблагоприятных горизонтальных условиях, и для разработки всей залежи потребуется большое количество дорогой насосной техники.

Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности прогревания залежи высоковязкой нефти и битума, упрощение технологического процесса реализации способа, увеличение охвата залежи прогреванием, повышение объемов отбора разогретых нефти и битума и повышение надежности реализации способа.

Поставленные технические задачи решаются способом разработки залежи высоковязкой нефти и битума, включающим разбуривание залежи двумя технологическими скважинами и добывающей скважиной с горизонтальными стволами, установку в горизонтальные стволы технологических скважин электродов, соединение электродов с электрической подстанцией на устье скважины, спуск в горизонтальный ствол добывающей скважины электроцентробежного насоса, прогрев залежи электрическим током с помощью установленных в горизонтальных стволах технологических скважин электродов, отбор разогретых нефти и битума из залежи электроцентробежным насосом из горизонтального ствола добывающей скважины.

Новым является то, что первоначально бурят как минимум одну добывающую и одну нагревательную скважины с горизонтальными стволами, расположенными параллельно и друг под другом на расстоянии 15 м, затем в верхнем горизонтальном стволе нагревательной скважины производят гидравлический разрыв пласта с образованием продольной трещины с последующим ее креплением токопроводящим материалом, затем перпендикулярно начальному участку горизонтального ствола нагревательной скважины бурят первую технологическую скважину с горизонтальным стволом, а перпендикулярно конечному участку горизонтального ствола нагревательной скважины бурят вторую технологическую скважину с горизонтальным стволом, причем горизонтальные стволы технологических скважин размещают в пределах трещин гидравлического разрыва пласта, затем между технологическими скважинами параллельно их вертикальным стволам и перпендикулярно горизонтальным стволам пары нагревательной и добывающей скважин бурят две дополнительные добывающие скважины, горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин размещают параллельно и между верхним и нижним горизонтальными стволами нагревательной и добывающей скважин, в качестве электродов, спускаемых в скважину, используют колонны насосных штанг, оснащают нижний горизонтальный ствол добывающей скважины и горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин электроцентробежными насосами, осуществляют прогрев залежи с помощью верхнего горизонтального ствола нагревательной скважины, а отбор разогретых нефти и битума осуществляют с помощью электроцентробежных насосов через нижний горизонтальный ствол добывающей скважины и горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин.

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

Способ разработки залежи высоковязкой нефти и битума реализуют следующим образом.

На залежи 1 (см. фиг. 1 и 2) высоковязкой нефти и битума на расстоянии, например, 50 м друг от друга, бурят пары нагревательных 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ и добывающих 3′, 3″, 3″′, …3ⁿ скважин с параллельными горизонтальными стволами 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ и 5′, 5″, 5″′, …5ⁿ соответственно, расположенными друг под другом на расстоянии A=15 м.

Затем в верхних горизонтальных стволах 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ производят гидравлический разрыв пласта (ГРП) с образованием продольных трещин 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ с последующим их креплением токопроводящим материалом.

Для получения продольных трещин 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ бурят горизонтальные стволы 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ соответствующих нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ в направлении максимального напряжения σ_max в залежи 1.

ГРП производят любым известным способом, например, как описано в патенте RU №2485306, МПК E21B 43/26, опубл. 20.06.2013 г., бюл. №17.

В качестве токопроводящего материала, закачиваемого в продольные трещины 6 горизонтальных стволов 4 и 5 соответствующих скважин 2 и 3 с целью их крепления, например, используют искусственный графит, смешанный с алюминиевой пудрой в соотношении 3:1 по массе. Графит искусственный имеет следующие физико-химические свойства:

- насыпная масса, г/см, не менее 0,05;

- углерод, %, не менее 99,0;

- влажность, %, не более 1,0;

- сера, %, не более 0,05;

- зольность, %, не более 1,0.

Пудра алюминиевая выпускается по ГОСТ 5494-95.

Например, для крепления одного горизонтального ствола длиной 200 м необходимо использовать 12 т графита гранулированного и 4 т пудры алюминиевой.

Смешивание графита искусственного массой 12 т и алюминиевой пудры массой 4 т производят на устье скважины в бункере смесительного агрегата (на фиг. 1 и 2 не показан).

Далее перпендикулярно начальному участку верхних горизонтальных стволов 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ (см. фиг. 1 и 2) нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ бурят первую технологическую скважину 7 с горизонтальным стволом 7′, а перпендикулярно конечному участку верхних горизонтальных стволов 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ бурят вторую технологическую скважину 8 с горизонтальным стволом 8′.

Горизонтальные стволы 7′ и 8′ технологических скважин 7 и 8 соответственно пробурены в пределах трещин ГРП 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ. Закрепленные трещины ГРП 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ могут иметь высоту до 7 м.

Между технологическими скважинами 7 и 8 бурят дополнительные добывающие скважины 9′ и 9″ перпендикулярно горизонтальным стволам пар нагревательных 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ и добывающих 3′, 3″, 3″′, …3ⁿ скважин с параллельными горизонтальными стволами 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ и 5′, 5″, 5″′, …5ⁿ соответственно.

Горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин 9′ и 9″ размещают посередине между верхними 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ и нижними 5′, 5″, 5″′, …5ⁿ горизонтальными стволами нагревательных 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ и добывающих 3′, 3″, 3″′, …3ⁿ скважин соответственно.

Например, при длине L=150 м горизонтальных стволов 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ на равноудаленном расстоянии бурят две дополнительные добывающие скважины 9′ и 9″, т.е. на расстоянии b=50 м от первой 7 и второй 8 технологических скважин соответственно, а также на расстоянии b=50 м между дополнительными добывающими скважинами 9′ и 9″ с горизонтальными стволами, размещенными посередине, т.е. на расстоянии c=15/2=7,5 м между верхними 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ и нижними 5′, 5″, 5″′, …5ⁿ горизонтальными стволами нагревательных 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ и добывающих 3′, 3″, 3″′, …3ⁿ скважин соответственно.

В горизонтальном стволе 7′ первой технологической скважины 7 устанавливают электрод 10 - катод «+».

В горизонтальном стволе 8′ второй технологической скважины 8 устанавливают электрод 11 - анод «-».

Электроды 10 и 11 пересекают трещины ГРП 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ в верхних горизонтальных стволах 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ и взаимодействуют с токопроводящим материалом, заполняющим трещины ГРП 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ.

В качестве электродов, спускаемых в скважину, используют колонну насосных штанг диаметром 22 мм. На устье скважин соединяют электроды 10 и 11 с электрической подстанцией 12 любого известного производителя.

Оснащают нижние горизонтальные стволы 5′, 5″, 5″′, …5ⁿ добывающих скважин 3′, 3″, 3″′, …3ⁿ и горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин 9′, 9″ электроцентробежными насосами.

Начинают разработку залежи 1. Запускают электрическую подстанцию 12 в работу, которая подает электрический ток на электроды 10 и 11, по которым электрический ток проходит через закрепленные токопроводящим материалом трещины 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ по всей длине (L=150 м) горизонтальных стволов 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ, при этом закрепленные токопроводящим материалом трещины 6″, 6″′, …6ⁿ работают как нагревательные элементы.

Вырабатываемое тепло от трещин 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ передается в окружающую горную породу (залежь 1), вызывая их прогревание. В результате высоковязкая нефть и битум, находящиеся в залежи 1, разогреваются до температуры, достаточной для ее течения в залежи 1 под действием сил гравитации. Запускают в эксплуатацию насосы, размещенные в нижних горизонтальных стволах 5′, 5″, 5″′, …5ⁿ добывающих скважин 3′, 3″, 3″′, …3ⁿ, а также в горизонтальных стволах дополнительных добывающих скважин 9′, 9″.

Повышается эффективность прогревания залежи высоковязкой нефти и битума вследствие того, что прогреванием охватывается вся площадь залежи 1. Это происходит по всей длине (L=150 м) горизонтальных стволов 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ, а также по всей ширине залежи 1 на расстоянии a=50 м между параллельными горизонтальными стволами 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ, при этом исключается точечное прогревание залежи электрическим полем, создаваемым между электродами электрической подстанции с последующей закачкой ограниченного объема разогретых нефти и битума в другую часть залежи, поэтому упрощается технологический процесс реализации способа.

В результате реализации способа в верхних горизонтальных стволах 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ нагревательных скважин 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ образуются соответствующие продольные трещины 6′, 6″, 6″′, …6ⁿ высотой до 7 м, что позволяет увеличить охват залежи тепловым воздействием до 15 м, при этом происходит равномерное прогревание залежи по всей длине горизонтального ствола, увеличивается нефтеотдача залежи высоковязкой нефти и битума.

Разогретые высоковязкая нефть и битум под действием сил гравитации стекают вниз в нижние горизонтальные стволы 5′, 5″, 5″′, …5ⁿ добывающих скважин 3′, 3″, 3″′, …3ⁿ и в горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин 9′, 9″. Откуда погружными электроцентробежными насосами (на фиг. 2 показаны условно) отбираются на дневную поверхность.

Исключается обратная закачка разогретых нефти и битума в залежь, где они успевают частично остыть, а наличие двух дополнительных горизонтальных добывающих скважин 9′, 9″ (см. фиг. 1 и 2), пробуренных параллельно на равноудаленном расстоянии друг от друга и между верхними 4′, 4″, 4″′, …4ⁿ и нижними 5′, 5″, 5″′, …5ⁿ горизонтальными стволами нагревательных 2′, 2″, 2″′, …2ⁿ, и добывающих 3′, 3″, 3″′, …3ⁿ скважин соответственно, позволяет увеличить объемы отбора (дебит) разогретых нефти и битума из залежи 1.

При реализации предлагаемого способа исключается применение погружных электроцентробежных насосов специальной конструкции для реверсирования продукции в скважине, поэтому вследствие исключения реверсирования нет необходимости размещать насосы в горизонтальных условиях, в связи с чем улучшаются условия работы погружных электроцентробежных насосов и повышается надежность реализации способа.

Предлагаемый способ разработки позволяет повысить эффективность прогревания залежи высоковязкой нефти и битума нагреванием, упростить технологический процесс реализации способа, увеличить охват залежи прогреванием, повысить объемы отбора разогретых нефти и битума, надежность реализации способа.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для разработки залежи высоковязкой нефти и битума путем нагревания. Технический результат - повышение эффективности прогревания залежи, увеличение охвата залежи прогреванием, повышение объемов отбора нефти и битума, надежность способа. Способ разработки залежи высоковязкой нефти и битума включает разбуривание залежи двумя технологическими скважинами и добывающей скважиной с горизонтальными стволами, установку в горизонтальные стволы технологических скважин электродов, соединение электродов с электрической подстанцией на устье скважины, спуск в горизонтальный ствол добывающей скважины электроцентробежного насоса, прогрев залежи электрическим током с помощью установленных в горизонтальных стволах технологических скважин электродов, отбор разогретых нефти и битума из залежи электроцентробежным насосом из горизонтального ствола добывающей скважины. Первоначально бурят как минимум одну добывающую и одну нагревательную скважины с горизонтальными стволами, расположенными параллельно и друг под другом на расстоянии 15 м. Затем в верхнем горизонтальном стволе нагревательной скважины производят гидравлический разрыв пласта с образованием продольной трещины с последующим ее креплением токопроводящим материалом. Затем перпендикулярно начальному участку горизонтального ствола нагревательной скважины бурят первую технологическую скважину с горизонтальным стволом, а перпендикулярно конечному участку горизонтального ствола нагревательной скважины бурят вторую технологическую скважину с горизонтальным стволом, причем горизонтальные стволы технологических скважин размещают в пределах трещин гидравлического разрыва пласта. Затем между технологическими скважинами параллельно их вертикальным стволам и перпендикулярно горизонтальным стволам пары нагревательной и добывающей скважин бурят две дополнительные добывающие скважины. Горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин размещают параллельно и между верхним и нижним горизонтальными стволами нагревательной и добывающей скважин. В качестве электродов, спускаемых в скважину, используют колонны насосных штанг. Оснащают нижний горизонтальный ствол добывающей скважины и горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин электроцентробежными насосами. Осуществляют прогрев залежи с помощью верхнего горизонтального ствола нагревательной скважины, а отбор разогретых нефти и битума осуществляют с помощью электроцентробежных насосов через нижний горизонтальный ствол добывающей скважины и горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин. Предлагаемый способ разработки позволяет повысить эффективность прогревания залежи высоковязкой нефти и битума нагреванием, упростить технологический процесс реализации способа, увеличить охват залежи прогреванием, повысить объемы отбора разогретых нефти и битума, надежность реализации способа. 2 ил.

Способ разработки залежи высоковязкой нефти и битума, включающий разбуривание залежи двумя технологическими скважинами и добывающей скважиной с горизонтальными стволами, установку в горизонтальные стволы технологических скважин электродов, соединение электродов с электрической подстанцией на устье скважины, спуск в горизонтальный ствол добывающей скважины электроцентробежного насоса, прогрев залежи электрическим током с помощью установленных в горизонтальных стволах технологических скважин электродов, отбор разогретых нефти и битума из залежи электроцентробежным насосом из горизонтального ствола добывающей скважины, отличающийся тем, что первоначально бурят как минимум одну добывающую и одну нагревательную скважины с горизонтальными стволами, расположенными параллельно и друг под другом на расстоянии 15 м, затем в верхнем горизонтальном стволе нагревательной скважины производят гидравлический разрыв пласта с образованием продольной трещины с последующим ее креплением токопроводящим материалом, затем перпендикулярно начальному участку горизонтального ствола нагревательной скважины бурят первую технологическую скважину с горизонтальным стволом, а перпендикулярно конечному участку горизонтального ствола нагревательной скважины бурят вторую технологическую скважину с горизонтальным стволом, причем горизонтальные стволы технологических скважин размещают в пределах трещин гидравлического разрыва пласта, затем между технологическими скважинами параллельно их вертикальным стволам и перпендикулярно горизонтальным стволам пары нагревательной и добывающей скважин бурят две дополнительные добывающие скважины, горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин размещают параллельно и между верхним и нижним горизонтальными стволами нагревательной и добывающей скважин, в качестве электродов, спускаемых в скважину, используют колонны насосных штанг, оснащают нижний горизонтальный ствол добывающей скважины и горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин электроцентробежными насосами, осуществляют прогрев залежи с помощью верхнего горизонтального ствола нагревательной скважины, а отбор разогретых нефти и битума осуществляют с помощью электроцентробежных насосов через нижний горизонтальный ствол добывающей скважины и горизонтальные стволы дополнительных добывающих скважин.