СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ, НЕФТЯНЫХ ПЕСКОВ И БИТУМОВ Российский патент 2020 года по МПК E21B43/25 E21B43/24 

Предлагаемый способ относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при разработке залежей тяжелых нефтей, нефтяных песков и битумов.

Известен способ, включающий вскрытие пласта, закачку растворителя с одновременной обработкой пласта высокочастотным электромагнитным полем, передаваемым от генератора к забойному излучателю (патент РФ 2454532). Вскрытие пласта проводят, по меньшей мере, одной скважиной. Электромагнитную энергию передают посредством фидера и коротко замыкающей металлической планшайбы, на которую подвешивают колонну насосно-компрессорной трубы, центрирующей диэлектрической шайбы, замкнутого к насосно-компрессорной трубе на расстоянии четверти длины волны металлического штока, являющегося продолжением внутреннего проводника фидера, диэлектрических шайб. Скважину сначала переводят в режим нагнетания. Затем осуществляют выдержку скважины без какого-либо воздействия. Затем скважину переводят в режим добычи и осуществляют отбор смеси нефти с растворителем из пласта без высокочастотного электромагнитного воздействия. Все работы повторяют циклически после снижения температуры на забое скважины не ниже первоначальной пластовой температуры. Известны также ВЧ- и СВЧ-способы разработки нефтеносных пластов патент РФ №2555731, авторское свидетельство СССР 1723314, кл. E21B 43/24, 43/22, патент США № 2757738, Е21В 43/00.

Недостатком этих способов-аналогов является небольшая глубина проникновения электромагнитных волн, и, следовательно, ограниченный охват пласта нагревом. Объясняется это следующими обстоятельствами: во-первых, любая антенна имеет узкую диаграмму направленности, во-вторых, мощность, поглощаемая пластом на расстоянии l от антенны, уменьшается до величины ,

где P_п, P₀ - поглощенная и излучаемая антенной мощность, Вт; l - расстояние от антенны, м; α - коэффициент поглощения, зависящий от длины волны и диэлектрических характеристик пласта, 1/м (Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот. Перевод с англ. М., «Энергия», 1968, стр. 109). В рассматриваемых способах антенной является открытый (для ВЧ- и СВЧ-волн) конец коаксиального волновода, либо щелевые антенны. При этом вблизи от излучателя в зависимости от длины волны температура может стать недопустимо высокой, что может привести к коксованию пласта. При циклических ВЧ- или СВЧ-воздействиях пласт будет нагреваться в одном и том же месте. Поэтому при разработке залежей тяжелых нефтей, нефтяных песков и битумов эти способы неэффективны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, предусматривающий воздействие на пласт высокочастотным электромагнитным полем с одновременной закачкой смешивающегося агента - растворителя (патент РФ №1824983, Способ добычи полезных ископаемых). Способ предполагает воздействие высокочастотным электромагнитным полем с одновременной закачкой маловязкого агента (растворителя) в нагнетательной скважине. Из окружающих добывающих скважин извлекается смесь нефти и растворителя. Предварительно в добывающих скважинах также ведется обработка высокочастотным электромагнитным полем.

Способ осуществляют следующим образом. Битуминозный пласт разбуривают по меньшей мере двумя скважинами одной нагнетательной (НС) и одной и более эксплуатационными (ЭС), создают ВЧ ЭМП в ближайших ЭС с помощью расположенного в НС (или поверхностного) излучателя в широком диапазоне частот от 500 до 3 ГГц. Одновременно осуществляют отбор продукта до получения его стабильного притока. Стабильность притока в ЭС поддерживают возобновлением воздействия ВЧ ЭМП по мере снижения дебитов в них. Приводится пример. Продуктивный пласт, содержащий высоковязкую нефть с вязкостью при пластовой температуре 8°C в пределах 7-10 Па с, разбуривали по обращенной пятиточечной схеме с расстоянием между нагнетательной и эксплуатационными скважинами 50 м. Эффективная толщина пласта 6-8 м, глубина залегания 80-100 м, Используя ВЧ-генератор мощностью 30-60 кВт, подвергали воздействию ВЧ ЭМП эксплуатационные скважины при частоте 13,56 МГц, одновременно осуществляя отбор продукта. Через 20 ч с начала обработки дебит скважины начал увеличиваться с 1,2 10^-6 м³/с до 3 10^-6 м³/с в течение 5 суток.

Недостатком этого способа также является ограниченный охват пласта нагревом. Покажем это.

Нами разработана математическая модель, позволяющая исследовать время нагрева пласта для разных значений состава и характеристик пласта и параметров СВЧ-излучения, а также рассчитать температуру пласта в циклическом режиме СВЧ-нагрева, обеспечивающем допустимую температуру пласта вблизи излучателя. При включенном СВЧ-генераторе температура определяется с учетом СВЧ-нагрева и теплопереноса, а при выключенном рассчитывается распределение температуры только за счет теплопереноса. В данной модели решена задача определения температурного поля в диэлектрике с постоянными параметрами, на границу которого нормально падает плоская электромагнитная волна. (Саитов Р.И., Хасанова А.Ф., Абдеев Р.Г., Абдеев Э.Р., Рукомойников А.А. Математическая модель процесса электромагнитного нагрева многофазного многокомпонентного пласта тяжелой нефти. Вестник Академии наук Республики Башкортостан., Уфа, 2018. Том: 29 Номер: 4(92) Стр. 73-79).

Рассчитаем на данной модели температуру пласта за 5 суток нагрева при вышеприведенных в примере параметрах при двухстороннем нагреве (Фиг. 1). Если направления излучения лежат на прямой, соединяющей центры встречных излучений, то на этой линии за 5 суток пласт нагреется до 100 градусов. Однако, по другим направлениям нагрев будет происходить в основном за счет теплопереноса (Фиг. 2). Остальные нагреватели будут работать в одностороннем порядке (пунктирная линия на Фиг. 1) и также нагревать только в направлении диаграммы излучения. Для проверки адекватности модели нами была создана установка (Фиг. 3), с размерами емкости, в 6 раз превышающей длину волны излучения, равной 0,12 м, со сменными щелевой антенной (Фиг. 4, слева), штыревой - (Фиг. 4, справа), и рупорной - (Фиг. 5). Мощность генератора 5 кВТ, длина круглого волновода 35 м, диаметр 219 мм. (Сахабутдинов К.Г., Талыпов Ш.М., Газизов В.Б., Абдеев Р.Г., Саитов Р.И. Разработка технологии и технических средств для разогрева нефтешламов электромагнитными волнами СВЧ диапазона // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2012. № 6. С. 35-37).

Температура контролировалась на 3-х уровнях по 12 датчиков температуры.

Результаты экспериментов для разных антенн приведены на Фиг. 6 - Фиг. 9. Т.к. расстояние между щелями и штырями составляет половину длины волны (0,06 м) (Фиг. 11) влияние соседних излучателей по вертикали сказываются на картине температурного поля.

Рассчитанное по математической модели температурное поле в направлении диаграммы излучателя (Фиг. 10) отличается от температурного поля на фиг. 9 при тех же условиях не более, чем на 20%. Обратим внимание на то, что ширина диаграммы направленности штыревой антенны составляет 60°, а щелевой - 30°, т.е. π/3 и π/6 соответственно.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и рентабельности разработки залежей тяжелых нефтей, нефтяных песков и битумов.

Технический результат достигается тем, что в способе, в котором проводят вскрытие пласта по меньшей мере одной нагнетательной скважиной и вокруг нее по одинаковому радиусу несколькими эксплуатационными (добывающими) скважинами, сначала добывающие скважины переводят в режим нагнетания путем подключения к верхнему концу обсадной трубы через фидерное устройство выход СВЧ-генератора и проводят СВЧ-воздействие на пласт, при этом обсадную трубу вместе с СВЧ-генератором медленно вращают на 360 градусов, затем быстро возвращают обратно и начинают новый цикл, период медленного вращения определяют из условия ограничения температуры вблизи излучателей во избежание коксования пласта, а количество циклов определяют, исходя из суммарного времени, необходимой для достижения заданной температуры пласта, при достижении которой добывающие скважины переводят в режим добычи и осуществляют отбор нефти из пласта, а нагнетательную скважину оставляют работать в режиме СВЧ-воздействия.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. При медленном вращении антенны каждый сектор с учетом ширины диаграммы направленности антенны нагревается как бы циклически, время нагрева равно времени нахождения излучения в данном секторе, период обращения находят по формуле

Т = t_{нагрева} 360/ΔΦ,

где ΔΦ - угол сектора в градусах.

Таким образом временная цикличность превращается в пространственную цикличность - с переходом излучения в соседний сектор, нагрев в предыдущем секторе прекращается и начинается релаксация до возвращения излучения, т.е. время релаксации равно времени периода обращения, а общее время нагрева пласта равна t_общее = Т×n, где n - количество обращений.

На фиг. 12 представлена обращенная пятиточечная схема разбуривания пласта с расстоянием между нагнетательной и эксплуатационными скважинами 50 м, толщина нефтяного пласта 6-8 м, глубина залегания 80-100 м. Окружностями вокруг скважин показаны зоны влияния антенн. Рассчитанная температура пласта по вышеупомянутой модели приведена на фиг. 13 для частоты 0,3 ГГц и мощности генератора 50 кВт, состав пласта 30% воды, 50% нефти и 20% песка. Время нагрева в секторе равно t_{нагрева} = 1 час, Δϕ =12 град., n= 80, тогда Т=1*360/12 = 30 часов, t_общее = 30*80= 2400 часов, или 3,3 месяца.

Таким образом, благодаря вращению антенн, минимальная температура пласта составит 60°С, на площади 15000 м².

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при разработке залежей тяжелых нефтей, нефтяных песков и битумов. Для осуществления способа разработки залежей тяжелых нефтей проводят вскрытие пласта по меньшей мере одной нагнетательной скважиной и вокруг нее по одинаковому радиусу несколькими эксплуатационными (добывающими) скважинами. Сначала добывающие скважины переводят в режим нагнетания путем подключения к верхнему концу обсадной трубы через фидерное устройство выход СВЧ-генератора. Проводят СВЧ-воздействие на пласт с одновременным медленным вращением обсадной трубы вместе с СВЧ-генератором на 360 градусов. Затем быстро возвращают обсадную трубу с СВЧ-генератом обратно и начинают новый цикл. Период медленного вращения определяют из условия ограничения температуры вблизи излучателей во избежание коксования пласта. Количество циклов определяют, исходя из суммарного времени, необходимого для достижения заданной температуры пласта. После достижения заданной температуры пласта добывающие скважины переводят в режим добычи и осуществляют отбор нефти из пласта. Нагнетательную скважину оставляют работать в режиме СВЧ-воздействия. Достигается технический результат - повышение эффективности и рентабельности разработки залежей тяжелых нефтей, нефтяных песков и битумов, за счет равномерного циклического теплового воздействия. 13 ил.

Способ разработки залежей тяжелых нефтей, нефтяных песков и битумов, в котором проводят вскрытие пласта по меньшей мере одной нагнетательной скважиной и вокруг нее по одинаковому радиусу несколькими эксплуатационными (добывающими) скважинами, сначала добывающие скважины переводят в режим нагнетания путем подключения к верхнему концу обсадной трубы через фидерное устройство выход СВЧ-генератора и проводят СВЧ-воздействие на пласт, отличающийся тем, что при этом обсадную трубу вместе с СВЧ-генератором медленно вращают на 360 градусов, затем быстро возвращают обратно и начинают новый цикл, период медленного вращения определяют из условия ограничения температуры вблизи излучателей во избежание коксования пласта, а количество циклов определяют исходя из суммарного времени, необходимого для достижения заданной температуры пласта, при достижении которой добывающие скважины переводят в режим добычи и осуществляют отбор нефти из пласта, а нагнетательную скважину оставляют работать в режиме СВЧ-воздействия.