СПОСОБ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2021 года по МПК E21B43/16 E21B43/26 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано, в частности, при добыче углеводородов, например, из нефтяных залежей, газонефтяных залежей, нефтегазовых залежей, газоконденсатных залежей, нефтегазоконденсатных залежей, газоконденсатно-нефтяных залежей.

Известен способ добычи углеводородов, который включает закачку парогазовой смеси через скважину в насыщенный углеводородами пласт и извлечение содержащего углеводороды флюида из насыщенного углеводородами пласта через скважину /см. патент РФ №2485304, опуб. 20.06.2013/. К недостаткам известного способа можно отнести значительные энергозатраты энергии (на закачку и получение парогазовой смеси) для повышения дебита скважины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и достигаемому результату является способ (прототип), который включает закачку диоксида углерода через скважину в насыщенный углеводородами пласт и извлечение содержащего углеводороды флюида из насыщенного углеводородами пласта через скважину /см. патент РФ №2677524, опуб. 17.01.2019/. К недостаткам известного способа можно отнести большой расход диоксида углерода для увеличения дебита скважин. Это обусловлено тем, что после закачки в насыщенный углеводородами пласт значительная часть диоксида углерода (прежде всего около забоя скважины) не взаимодействует с пластовыми флюидами и извлекается, не произведя воздействие на пластовые флюиды, из насыщенного углеводородами пласта при отборе содержащего углеводороды флюида. Также к недостаткам известного способа относятся значительные энергозатраты на закачку и нагрев диоксида углерода до температуры, превышающей критическую температуру диоксида углерода (около 31°С), перед поступлением диоксида углерода в насыщенный углеводородами пласт.

Технический результат, на который направлено изобретение, состоит в повышении дебита скважины (скважин), снижении энергозатрат на закачку диоксида углерода в насыщенный углеводородами пласт и снижении расхода диоксида углерода при добыче углеводородов.

Технический результат достигается при осуществлении предлагаемого способа, который включает осуществление по крайней мере в одной скважине гидравлического разрыва насыщенного углеводородами пласта, имеющего пластовую температуру выше критической температуры диоксида углерода, закачку порции диоксида углерода, имеющего температуру ниже пластовой температуры, в насыщенный углеводородами пласт по крайней мере через одну упомянутую скважину, а затем извлечение содержащего углеводороды флюида по крайней мере через одну упомянутую скважину из насыщенного углеводородами пласта после нагрева по крайней мере части порции диоксида углерода в насыщенном углеводородами пласте.

Закачка диоксида углерода в насыщенный углеводородами пласт (далее в описании изобретения насыщенный углеводородами пласт будем именовать «пласт») для обработки призабойной зоны скважин обеспечивает повышение дебита скважин. При этом часть пластовых флюидов вытесняется за пределы призабойной зоны скважины и снижается насыщенность коллектора жидкими углеводородами около забоя скважины. В свою очередь, около забоя скважины достигается наибольшая насыщенность коллектора диоксидом углерода. Таким образом около забоя скважины формируется избыток диоксида углерода, который не взаимодействует с пластовыми флюидами (соответственно, не растворяется в жидких углеводородах и не обогащается жидкими углеводородами), а извлекается через скважину из пласта в процессе отбора содержащего углеводороды флюида. При осуществлении предлагаемого способа выполняют гидравлический разрыв пласта, что обеспечивает не только повышение дебита скважины (скважин) при добыче содержащего углеводороды флюида. В результате гидравлического разрыва пласта увеличивается площадь (поверхность) фильтрации. Соответственно, при закачке (и после закачки) диоксида углерода в пласт увеличивается поверхность контакта диоксида углерода с пластовыми флюидами. В связи чем в пласте снижается количество диоксида углерода, которое не взаимодействует с пластовыми флюидами, что обеспечивает снижение расхода диоксида углерода при добыче углеводородов. Кроме того, в результате гидравлического разрыва пласта снижается фильтрационное сопротивление. Поэтому уменьшаются энергозатраты при закачке диоксида углерода в пласт. Более того, нагрев диоксида углерода (температура которого до закачки ниже пластовой температуры) в пласте, с одной стороны, обеспечивает нахождение диоксида углерода в пласте (температура пласта выше критической температуры диоксида углерода) в сверхкритическом или газообразном состоянии (в зависимости от пластового давления). В связи с чем достигается эффективное воздействие и массообмен диоксида углерода с пластовыми флюидами. Как результат, при добыче содержащего углеводороды флюида повышается дебит скважин и снижается расход диоксида углерода. С другой стороны, нагрев диоксида углерода в пласте обеспечивает снижение энергозатрат на закачку в пласт диоксида углерода. Данное снижение энергозатрат обусловлено тем, что фильтрация диоксида углерода в пласте осуществляется, в том числе, благодаря значительному расширению диоксида углерода при его нагреве в пласте. Это достигается за счет того, что диоксид углерода имеет высокий коэффициент объемного теплового расширения при значениях температуры выше критической температуры диоксида углерода, а также, благодаря снижению фильтрационного сопротивления после гидравлического разрыва пласта. Иными словами фильтрация диоксида углерода в пласте осуществляется также за счет использования тепловой энергии пласта. Например, если давление диоксида углерода составляет 100 бар, то при нагреве от 310 К до 340 К объем диоксида углерода увеличивается более чем в 2,5 раза.

Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа достигается повышение дебита скважины (скважин), снижение энергозатрат на закачку диоксида углерода в пласт и снижение расхода диоксида углерода при добыче углеводородов.

В описании и формуле изобретения указанные ниже термины имеют следующее значение.

Флюид - вещество, обладающее свойством текучести, или вещества, любое из которых обладает свойством текучести. Примером флюида может служить газ, или жидкость, или смесь газа и жидкости, или раствор в виде жидкости с растворенным в ней газом. При этом флюид может содержать в качестве примесей твердые частицы, например частицы породы. Примером содержащего углеводороды флюида может служить нефть, или нефть с растворенным в ней попутным нефтяным газом, или газоконденсатная смесь, содержащая газовый конденсат и газ (который содержит по крайней мере один газообразный углеводород, а также может содержать по крайней мере один негорючий газ, например, азот и/или диоксид углерода). Природный горючий газ является еще одним примером содержащего углеводороды флюида. Также примером содержащего углеводороды флюида является смесь (или раствор), которая содержит нефть (или, например, газовый конденсат), по крайней мере один газообразный углеводород (например: метан, этан, пропан, бутан и тому подобное), а также любой негорючий газ (например: азот и/или диоксид углерода) и воду (или пары воды). Еще одним примером содержащего углеводороды флюида является нефтяная эмульсия, содержащая нефть, воду и газ. Термин «содержащий углеводороды флюид», термин «содержащий углеводород флюид», термин «флюид, содержащий углеводороды» и термин «флюид, содержащий углеводород» взаимозаменяемы, любой из этих терминов означает флюид, содержащий по крайней мере один углеводород.

Диоксид углерода - химическое соединение с химическое формулой СО₂; или смесь, в которой преобладает химическое соединение с химической формулой СО₂; или раствор, в котором преобладает химическое соединение с химической формулой СО₂. Например, «диоксид углерода с чистотой 99 об. %» означает то, что концентрация химического соединения с химической формулой СО₂ в смеси или растворе составляет 99 об. %.

Приведенные определения терминов и приведенные примеры не являются исчерпывающими. Значения приведенных терминов и приведенные примеры дополняются и поясняются в описании изобретения, а также наиболее широким определением, приведенным по крайней мере в одной публикации или патенте. Кроме этого, описание предлагаемого способа не ограничивается терминами, приведенными в описании и формуле изобретения. Все синонимы упомянутых терминов, их эквиваленты, новые разработки и технические решения, которых служат той же или аналогичной цели, считаются включенными в объем формулы изобретения.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В скважине (или скважинах) осуществляют гидравлический разрыв пласта, который насыщен углеводородами и имеет пластовую температуру выше критической температуры диоксида углерода (около 31°С). Углеводороды, которые насыщают пласт, могут представлять собой, например, нефть, и/или газ, и/или газовый конденсат. При гидравлическом разрыве пласта формируется по крайней мере одна трещина. В связи с чем увеличивается площадь (поверхность) фильтрации и снижается фильтрационное сопротивление.

После этого диоксид углерода подают в закачивающее устройство (закачивающую станцию) из емкости для хранения диоксида углерода (например, из резервуара или, например, из изотермической цистерны), или, например, из углекислотной установки, или подобного. В том случае, если в закачивающее устройство диоксид углерода поступает в жидком состоянии, то закачивающее устройство комплектуют насосом для нагнетания диоксида углерода. Если в закачивающее устройство диоксид углерода подают в газообразном состоянии (или сверхкритическом состоянии), то закачивающее устройство комплектуют компрессором для нагнетания диоксида углерода. С использованием закачивающего устройства порцию диоксида углерода, имеющего температуру ниже пластовой температуры, закачивают в пласт по крайней мере через одну скважину. Например, осуществляют закачку порции диоксида углерода с использованием насоса, в который диоксид углерода поступает в жидком состоянии. Также в пласт по крайней мере через одну скважину могут закачивать более одной порции диоксида углерода, имеющего температуру ниже пластовой температуры. При этом между закачкой любых двух порций диоксида углерода устанавливают интервал времени.

До поступления диоксида углерода (порции или порций диоксида углерода) в скважину (или скважины) могут устанавливать необходимую температуру (которая ниже пластовой температуры) диоксида углерода посредством нагрева (при избыточно низкой температуре диоксида углерода) или охлаждения диоксида углерода (например, если осуществляют сжижение диоксида углерода с использованием холодильной установки). Например, если из изотермической цистерны подают в закачивающее устройство диоксид углерода в жидком состоянии, имеющий температуру - 20°С, то до поступления в скважину диоксид углерода могут нагревать до необходимой температуры (которая ниже пластовой температуры) в нагревателе, который устанавливают в выкидной линии насоса, размещенного в закачивающем устройстве.

При закачке порции (или порций) диоксида углерода в течение по крайней мере одного интервала времени (или в течение закачки порции или порций диоксида углерода) могут поддерживать максимальное давление диоксида углерода, например, для выравнивания фильтрационных потоков в трещинах, через которые забой скважины (или скважин) сообщен с зонами пласта с различным давлением. При этом максимальное давление диоксида углерода могут устанавливать не менее давления раскрытия по крайней мере одной трещины, например, горизонтальной трещины (или горизонтальных трещин), и/или вертикальной трещины (или вертикальных трещин), и/или наклонной трещины (или наклонных трещин). Раскрытие по крайней мере одной трещины влечет также снижение фильтрационного сопротивления и, следовательно, энергозатрат на закачку диоксида углерода в пласт. Кроме того, при закачке порции диоксида углерода по крайней мере в течение одного интервала времени могут поддерживать максимальное давление диоксида углерода, а в течение по крайней мере одного последующего интервала времени могут поддерживать минимальное давление диоксида углерода. Причем минимальное давление диоксида углерода могут устанавливать не менее пластового давления, а максимальное давление диоксида углерода могут устанавливать не менее давления раскрытия по крайней мере одной трещины.

В пласте закаченный диоксид углерода (закаченная порция диоксида углерода) нагревается (то есть температура диоксида углерода повышается), что приводит к росту его давления (прежде всего в зонах с высокой насыщенностью диоксида углерода около забоя и в трещинах). Таким образом за счет тепловой энергии пласта обеспечивается повышение давления диоксида углерода, что способствует фильтрации диоксида углерода и, соответственно, снижению энергозатрат на закачку. Причем приращение температуры диоксида углерода на одинаковую величину в различных термобарических условиях приводит к различным приращениям давления диоксида углерода. Наибольшее увеличение давления (точнее, произведения давления и объема) диоксида углерода при повышении его температуры достигается при давлениях диоксида углерода, превышающих давление, при котором коэффициент сжимаемости диоксида углерода имеет минимальное значение.

Согласно уравнению Клапейрона-Менделеева:

где z(p_пp, Т_пр) - коэффициент сжимаемости; р - давление газа; V - объем газа; Т - температура газа; m - масса газа; М - молярная масса газа; R - универсальная газовая постоянная; р_кр - критическое давление газа; Т_кр - критическая температура газа.

Из данного соотношения, принимая во внимание характер изменения коэффициента сжимаемости z(p_пp, Т_пр) /см., например, Багатуров С.А. Теория и расчет перегонки и ректификации. М.: Гостоптехиздат, 1961, с. 10/, следует, что наибольшее приращение давления (точнее, произведения давления и объема) при нагреве (увеличении температуры) диоксида углерода достигается при и Поскольку в этом случае приращение давления (точнее, произведения давления и объема), вызванное нагревом (повышением температуры) диоксида углерода, связано также с увеличением коэффициента сжимаемости z(p_пp, Т_пр). В связи с чем нагрев в пласте диоксида углерода в наибольшей степени способствует фильтрации диоксида углерода, если пласт имеет пластовое давление выше давления, при котором коэффициент сжимаемости диоксида углерода, имеющего температуру, равную пластовой температуре, принимает минимальное значение.

После нагрева в пласте по крайней мере части порции диоксида углерода извлекают содержащий углеводороды флюид из пласта через скважину (или скважины). Если производят закачку в пласт через скважину (или скважины) более одной порции диоксида углерода, то осуществляют извлечение содержащего углеводороды флюида из пласта через скважину (или скважины) после нагрева в пласте по крайней мере части последней порции диоксида углерода. При разработке нефтяной залежи содержащий углеводороды флюид обычно содержит нефть, газ, воду. При разработке, например, газоконденсатной залежи флюид обычно содержит газовый конденсат, газ, воду. Также содержащий углеводороды флюид может содержать по крайней мере часть закаченного в пласт диоксида углерода.

Кроме того, до извлечения содержащего углеводороды флюида могут предусматривать остановку скважины для повышения эффективности взаимодействия по крайней мере части закаченной в пласт порции диоксида углерода с пластовыми флюидами. Например, при разработки нефтяной залежи могут предусматривать остановку скважины для более продолжительной фильтрации и более полного растворения диоксида углерода в пластовых флюидах, что влечет снижение вязкости нефти и, соответственно, обеспечивает повышение нефтеотдачи и дебета скважин при последующем извлечении содержащего углеводороды флюида. В нефтяной пласт через скважину для понижения вязкости нефти могут закачивать, например, порцию диоксида углерода 10-500 т. При разработке газоконденсатной залежи закаченный в пласт диоксид углерода осушает призабойную зону скважины (или скважин) и трещину (или трещины), образованную при гидравлическом разрыве пласта, в результате вытеснения и испарения выпавшего конденсата. Благодаря этому достигается повышение конденсатоотдачи и дебита скважин при последующем извлечении содержащего углеводороды флюида.

Длительность (интервал времени) остановки (выдержки) скважины могут устанавливать с учетом длительности нагрева в пласте по крайней мере части порции диоксида, а также длительности процесса насыщения (фильтрации, массообмена) диоксидом углерода пластовых флюидов, что зависит, в частности, от геолого-физической характеристики месторождения и/или темпов закачки диоксида углерода.

Цикл, включающий закачку диоксида углерода в пласт через скважину и извлечение содержащего углеводороды флюида, или цикл, включающий закачку диоксида углерода в пласт через скважину, остановку (интервал времени для выдержки скважины) и извлечение содержащего углеводороды флюида, могут осуществлять один или несколько раз. Таким образом осуществляют циклическую закачку диоксида углерода.

Возможны многие модификации и вариации, исходя из раскрытых вариантов осуществления изобретения, материалов и технических средств, не выходя за рамки сущности и объема изобретения. Соответственно, объем формулы изобретения, приведенных в формуле изобретения признаков и их функциональных эквивалентов не должен быть ограничен конкретными вариантами осуществления, которые описаны и показаны в описании изобретения, так как эти варианты приведены в качестве примера.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при добыче углеводородов, например, из нефтяных залежей, газонефтяных залежей, нефтегазовых залежей, газоконденсатных залежей, нефтегазоконденсатных залежей, газовых залежей. Способ добычи углеводородов включает осуществление по крайней мере в одной скважине гидравлического разрыва насыщенного углеводородами пласта, имеющего пластовую температуру выше критической температуры диоксида углерода. Согласно предлагаемому способу порцию диоксида углерода, имеющего температуру ниже пластовой температуры, закачивают в насыщенный углеводородами пласт по крайней мере через одну упомянутую скважину. После чего извлекают содержащий углеводороды флюид по крайней мере через одну упомянутую скважину из насыщенного углеводородами пласта после нагрева по крайней мере части порции диоксида углерода в насыщенном углеводородами пласте. 9 з.п. ф-лы.

1. Способ добычи углеводородов, включающий осуществление по крайней мере в одной скважине гидравлического разрыва насыщенного углеводородами пласта, имеющего пластовую температуру выше критической температуры диоксида углерода, закачку порции диоксида углерода, имеющего температуру ниже пластовой температуры, в насыщенный углеводородами пласт по крайней мере через одну упомянутую скважину, а затем извлечение содержащего углеводороды флюида по крайней мере через одну упомянутую скважину из насыщенного углеводородами пласта после нагрева по крайней мере части порции диоксида углерода в насыщенном углеводородами пласте.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при закачке порции диоксида углерода по крайней мере в течение одного интервала времени поддерживают максимальное давление диоксида углерода, при этом максимальное давление диоксида углерода устанавливают не менее давления раскрытия по крайней мере одной трещины.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при закачке порции диоксида углерода по крайней мере в течение одного интервала времени поддерживают максимальное давление диоксида углерода, а затем по крайней мере в течение одного последующего интервала времени поддерживают минимальное давление диоксида углерода, при этом минимальное давление диоксида углерода устанавливают не менее пластового давления, а максимальное давление диоксида углерода устанавливают не менее давления раскрытия по крайней мере одной трещины.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до поступления порции диоксида углерода по крайней мере в одну упомянутую скважину устанавливают необходимую температуру диоксида углерода посредством нагрева или охлаждения диоксида углерода.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в насыщенный углеводородами пласт по крайней мере через одну упомянутую скважину закачивают более одной порции диоксида углерода, имеющего температуру ниже пластовой температуры, при этом устанавливают интервал времени между закачкой любых двух порций диоксида углерода, причем при закачке по крайней мере одной порции диоксида углерода поддерживают максимальное давление диоксида углерода, при этом максимальное давление диоксида углерода устанавливают не менее давления раскрытия по крайней мере одной трещины, кроме того, после нагрева в пласте по крайней мере части последней порции диоксида углерода осуществляют извлечение содержащего углеводороды флюида из насыщенного углеводородами пласта по крайней мере через одну упомянутую скважину.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закачку диоксида углерода осуществляют с использованием насоса, в который диоксид углерода поступает в жидком состоянии.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что насыщенный углеводородами пласт имеет пластовое давление выше давления, при котором коэффициент сжимаемости диоксида углерода, имеющего температуру, равную пластовой температуре, принимает минимальное значение.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что после закачки порции диоксида углерода осуществляют извлечение содержащего углеводороды флюида через интервал времени, который устанавливают в зависимости от длительности нагрева порции диоксида углерода в насыщенном углеводородами пласте, а также в зависимости от геолого-физической характеристики пласта и/или темпов закачки диоксида углерода.

9. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что цикл, включающий закачку диоксида углерода и извлечение содержащего углеводороды флюида, осуществляют более чем один раз.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что цикл, включающий закачку диоксида углерода и извлечение содержащего углеводороды флюида через интервал времени после закачки диоксида углерода, осуществляют более чем один раз.