Тепловой способ добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг неё фильтра Российский патент 2019 года по МПК E21B43/24 E21B43/04 

Техническое решение относится к нефтяной промышленности -области добычи нефти тепловыми методами и может быть использовано для добычи высоковязкой нефти из вертикальной скважины и создания вокруг нее высокопроизводительного фильтра.

Известен способ создания скважинного гравийного фильтра по патенту РФ №2213207, кл. Е21В 43/04, Е21В 3/24, опубл. 27.09.2003, при котором с помощью бурового оборудования вскрывают продуктивный пласт, устанавливают обсадную трубу до свода продуктивного пласта, устанавливают трубу с фильтром, доставляют гравийный состав в пространство ниже свода продуктивного пласта. Внутри обсадной колонны устанавливают цементную колонну. Внутри цементной колонны устанавливают указанную трубу с фильтром. Указанная труба является насосно-компрессорной. Фильтр располагают в зоне продуктивного пласта ниже его свода. Гравийный состав представляет собой раствор из воды, цемента и гравия. Уплотнение этого гравийного состава производят механическим путем до момента превращения его в единый перфорированный монолит.

Общим у аналога с предлагаемым способом является вскрытие продуктивного пласта с помощью бурового оборудования, создания фильтра, доставка гравийного состава в область расположения фильтра.

Реализация этого способа является сравнительно трудоемкой из-за необходимости внутри обсадной колонны устанавливать цементную колонну и механически уплотнять гравийный состава, формирующий фильтр. В нем не предусмотрена возможность снижения вязкости добываемой нефти. Поэтому использование этого метода для добычи высоковязкой нефти малоэффективно.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ строительства и эксплуатации вертикальной скважины для парогравитационного дренажа высоковязкой нефти или битума, по патенту РФ №2516077, кл. Е21В 43/24, опубл. 20.05.2014. Он включает строительство вертикальной скважины с верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения, закачку высокотемпературного пара в верхний интервал и отбор продукции из нижнего интервала сообщения. Вертикальную скважину строят в два этапа, на первом из которых цементируют обсадную колонну до кровли пласта, а на втором - спускают хвостовик с компенсатором тепловых расширений, герметично взаимодействующим с обсадной колонной, и двумя интервалами сообщения с пластом, выполненными в виде соответствующих верхнего и нижнего фильтров с расположенным между ними местом для пакера. Верхний фильтр размещают ближе к кровле пласта, а нижний фильтр - ближе к его подошве. Через верхний и нижний фильтры хвостовика подают через скважину пар с температурой порядка 200°С в пласт и прогревают его вокруг этой скважины. После прогрева пласта прекращают подачу пара и скважину останавливают на термокапиллярную пропитку пласта. Подачу пара возобновляют после спуска колонны труб с пакером через верхний фильтр до образования в верхней части пласта паровой камеры. При этом закачку высокотемпературного пара в верхний интервал производят по межтрубному пространству скважины, а отбор продукции - по колонне труб.

Общим у прототипа с предлагаемым устройством является строительство вертикальной скважины с обсадной колонной, верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, спуск по обсадной колоне насоса с колонной труб ниже верхнего интервала сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения с пластом, закачка высокотемпературного вещества в верхний интервал сообщения с пластом по межтрубному пространству скважины и отбор продукции из нижнего интервала сообщения с пластом по колонне труб.

В этом способе пар из-за высокой подвижности стремится мигрировать вглубь породного массива по пути наименьшего сопротивления и из-за малого удельного веса в сравнении с вмещающей средой перемещаться вверх до непроницаемого слоя кровли, что существенно увеличивает затрату тепловой энергии на снижение вязкости нефти до требуемого значения вокруг скважины. Кроме этого, в этом способе в области забора нефти снижается несущая способность нефтяного пласта. Поэтому в освобождающееся от нефти пространство смещается горная порода, в том числе и из непроницаемой кровли, что приводит к забиванию каналов миграции нефти к скважине и тем самым снижению ее продуктивности. Все это обуславливает низкую эффективность способа.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности теплового способа добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину за счет снижения удельных тепловых затрат, повышения проницаемости и устойчивости зоны вокруг скважины.

Задача решается тем, что в тепловом способе добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра, включающем строительство вертикальной скважины с обсадной колонной, верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, спуск по обсадной колоне насоса с колонной труб ниже верхнего интервала сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения с пластом, закачку высокотемпературного вещества в верхний интервал сообщения с пластом по межтрубному пространству скважины и отбор продукции из нижнего интервала сообщения с пластом по колонне труб, согласно техническому решению в качестве высокотемпературного вещества используют легкую фракцию добываемой нефти с температурой ее возгонки перегонной установкой, размещаемой на поверхности, и подают ее в составе смеси с зернами фильтрующего материала, при этом обсадную колонну опускают до упора в забой скважины и перфорируют ее в верхнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий больше, а в нижнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий меньше, чем размеры зерен фильтрующего материала.

Такое техническое решение реализует идею создания автономного комплекса добычи высоковязкой нефти, энергообеспечение которого, в том числе и тепловой энергией для снижения вязкости добываемой нефти, осуществляют исключительно извлекаемой из скважины продукцией, включая попутный газ. Использование в качестве высокотемпературного вещества легкой фракции добываемой нефти с температурой ее возгонки перегонной установкой, размещаемой на поверхности, позволяет после перехода указанной фракции в жидкую фазу без ее дальнейшего охлаждения, транспортирования и повторного нагревания сразу подавать в зону извлечения нефти через скважину. При этом снижение вязкости добываемой нефти происходит не только в результате повышения ее температуры, но и смешивания с низковязкой указанной фракцией. Причем передача тепловой энергии от указанной фракции к добываемой нефти происходит непосредственно и, следовательно, с наименьшими потерями. Подача указанной фракции в составе смеси с зернами фильтрующего материала облегчает проникновение фильтрующего материала в область формирования фильтра, так как в этом случае зерна фильтрующего материала находятся в потоке вмещающей их жидкости. Обсадную колонну опускают до упора в забой скважины и перфорируют ее в верхнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий больше, а в нижнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий меньше, чем размеры зерен фильтрующего материала, для формирования в нефтяном пласте, прилегающем к скважине фильтра. Фильтрующий материал проникает в нефтяной пласт из обсадной колонны через верхний интервал сообщения с пластом и не может проникать обратно в обсадную колонну из нижнего интервала сообщения с пластом. За счет этого увеличиваются размеры фильтра, который выполняет также функцию закладки вокруг скважины, существенно снижающей вероятность сдвижения горных пород с закупориванием каналов миграции нефти к месту ее извлечения. При этом указанная фракция, смешиваясь с добываемой нефтью на протяженном интервале и образуя сравнительно большой объем смесь с вязкостью, обеспечивающей нормальную работу насоса, и через нижний интервал сообщения с пластом по колонне труб извлекается на поверхность. В результате повышается эффективность теплового способа добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину за счет снижения удельных тепловых затрат и повышения проницаемости и устойчивости зоны вокруг скважины.

Целесообразно выбирать удельный вес фильтрующего материала больше удельного веса добываемой нефти, но меньше удельного веса подошвы. Это удерживает фильтрующий материал в нефтяном пласте, что увеличивает его проницаемость в окрестности скважины, повышая тем самым ее продуктивность и, следовательно, повышает эффективность способа.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения теплового способа добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра и чертежом.

На фиг. показана схема реализации теплового способа добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра.

Тепловой способ добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра включает строительство вертикальной скважины 1 с обсадной колонной 2 (далее - колонна 2), верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, спуск по колоне 2 насоса 3 с колонной труб 4 (далее - труба 4) ниже верхнего интервала сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения с пластом, закачку высокотемпературного вещества (на фиг. его течение показано стрелками) в верхний интервал сообщения с пластом по межтрубному пространству скважины 1 и отбор продукции из нижнего интервала сообщения с пластом по трубе 4. В качестве высокотемпературного вещества используют легкую фракцию добываемой нефти с температурой ее возгонки перегонной установкой (на фиг. не показана), размещаемой на поверхности, и подают ее в составе смеси с зернами фильтрующего материала 5 (далее - материал 5). Колонну 2 опускают до упора в забой скважины 1 и перфорируют ее в верхнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий 6 больше, а в нижнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий 7 меньше, чем размеры зерен материала 5. Разделение интервалов сообщения с пластом могут осуществлять кольцом 8, скрепленным с внутренней стенкой колонны 2 под отверстием 6, и контактирующим с кольцом 8 кольцевым выступом 9, выполненным на внешней поверхности насоса 3. Нефть в насос 3 поступает через его входные отверстия 10. Для беспрепятственного прохождения насосом 3 кольца 8 могут использовать насос 3 с конусом 11 на конце. Поступающая в пласт через отверстия 6 указанная фракция смешивается с добываемой нефтью, образуя смесь, вязкость которой обуславливается температурой добываемой нефти, температурой указанной фракции и соотношением объемов добываемой нефти и указанной фракции в составе смеси. При этом общий объем указанной смеси определяется также расходом указанной фракции, расстоянием между отверстиями 6 и 7 и производительностью насоса 3. Производительностью насоса 3 (выбором типа), расходом указанной фракции и расстоянием между отверстиями 6 и 7 варьируют в зависимости от условий добычи нефти, добиваясь того, чтобы вязкость указанной смеси обеспечивала нормальную работу насоса 3 и в то же время в месте подачи ее в трубу 4 была максимально высокой. Затем с помощью насоса 3 указанную смесь по трубе 4 поднимают на поверхность. Часть поднятой указанной смеси подают в перегонную установку для получения указанной фракции, которую после ее перехода в жидкую фазу в составе смеси с зернами материала 5, удельный вес которых больше удельного веса добываемой нефти, но меньше удельного веса подошвы, подают в межтрубное пространство скважины 1.

Размеры фильтра, выполняющего также функцию закладки вокруг скважины 1, обуславливаются объемом внедренного через отверстия 6 в нефтяной пласт материала 5. С ростом размеров фильтра увеличивается поверхность, через которую нефть из пласта просачивается к скважине 1, возрастает проницаемость и устойчивость породного массива в месте отбора нефти. Поэтому размеры фильтра ограничивают только экономической целесообразностью затрат на внедрение в нефтяной пласт материала 5. При этом предполагается использовать материал 5, применяемый для расклинивания трещин, формируемых гидравлическим разрывом в известных технологиях повышения продуктивности нефтяных пластов. В таких технологиях и в предлагаемом способе требования к материалу 5 аналогичны. Отметим, что для исключения попадания материала 5 к входным отверстиям 10 насоса 3, показанные на фиг. отверстия 7 представляют собой узкие продольные щели с шириной меньше размеров зерен материала 5. В процессе отработки нефтяного пласта подачу смеси высокотемпературного вещества и материала 5 предусматривается подавать с различными перерывами и многократно.

Соотношение объемов высокотемпературного вещества и материала 5 можно варьировать в больших пределах в зависимости от свойств и условий залегания нефти, а также стадии формирования фильтра вокруг скважины 1. В некоторых случаях, когда нефть оказывается чрезмерно вязкой (например, битумная нефть), после формирования фильтра вокруг скважины 1 предполагается подавать высокотемпературное вещество с весьма малым содержанием в нем материала 5 (практически без него) в основном с целью изменения лишь вязкости нефти.

Изобретение относится к нефтяной промышленности - области добычи нефти тепловыми методами, и может быть использовано для добычи высоковязкой нефти из вертикальной скважины и создания вокруг нее высокопроизводительного фильтра. Технический результат - снижение удельных тепловых затрат и повышение проницаемости и устойчивости зоны вокруг скважины. Способ включает строительство вертикальной скважины с обсадной колонной, верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, спуск по обсадной колоне насоса с колонной труб ниже верхнего интервала сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения с пластом, закачку высокотемпературного вещества в верхний интервал сообщения с пластом по межтрубному пространству скважины и отбор продукции из нижнего интервала сообщения с пластом по колонне труб. В качестве высокотемпературного вещества используют легкую фракцию добываемой нефти с температурой ее возгонки перегонной установкой, размещаемой на поверхности, и подают ее в составе смеси с зернами фильтрующего материала. Обсадную колонну опускают до упора в забой скважины и перфорируют ее в верхнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий больше, а в нижнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий меньше, чем размеры зерен фильтрующего материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тепловой способ добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра включает строительство вертикальной скважины с обсадной колонной, верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, спуск по обсадной колоне насоса с колонной труб ниже верхнего интервала сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения с пластом, закачку высокотемпературного вещества в верхний интервал сообщения с пластом по межтрубному пространству скважины и отбор продукции из нижнего интервала сообщения с пластом по колонне труб, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного вещества используют легкую фракцию добываемой нефти с температурой ее возгонки перегонной установкой, размещаемой на поверхности, и подают ее в составе смеси с зернами фильтрующего материала, при этом обсадную колонну опускают до упора в забой скважины и перфорируют ее в верхнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий больше, а в нижнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий меньше, чем размеры зерен фильтрующего материала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удельный вес зерен фильтрующего материала выбирают больше удельного веса добываемой нефти, но меньше удельного веса подошвы.