Способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта Российский патент 2022 года по МПК E21B43/247 E21B28/00 B82B1/00 B82Y40/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче нефти из продуктивных низкопроницаемых пластов.

Известен способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта (патент RU № 2732936, МПК E21B 43/18, опубл. 24.09.2020 Бюл. № 27), включающий закачку после падения пластового давления до заданного значения или ниже через скважину вытесняющего агента в газообразном состоянии под давлением, обеспечивающим максимально возможный радиус поршневого вытеснения продукции пласта до точки фазового перехода газообразного состояния в жидкость, определяемого термобарическими пластовыми условиями, с дальнейшим переходом на режим смешивающего вытеснения, причем закачку жидкости в газообразной фазе и отбор продукции осуществляют в циклическом режиме, при этом до начала эксплуатации скважины проводят исследования кернов из данного продуктивного пласта для определения граничной температуры продукции пласта, выше которой происходит увеличение процентного содержания насыщенных углеводородов в продукции пласта, а также определение заданного значения давления, при котором при температуре нагрева призабойной зоны пласта происходит фазовый переход легких фракций продукции пласта и/или связанной воды, находящейся в продукции пласта, в газообразное состояние - пар и обратно в жидкость, после чего в горизонтальный участок и/или участок с восходящим забоем скважины спускают теплообменник, через который прокачивают теплоноситель с температурой не менее граничной температуры, причем вытеснение продукции пласта к забою скважины обеспечивается парами легких фракций и/или воды, нагреваемыми теплообменником, а после снижения температуры под воздействием вакуума, создаваемого при фазовом переходе паров обратно в жидкое состояние, в призабойной зоне скважины формируется сеть трещин, увеличивающих охват пласта.

Недостатками данного способа являются большие затраты энергии, так как невозможно осуществлять прогрев по выбранным зонам, и необходим постоянный контроль за фазовым переходом пар-жидкость и наоборот, что при выходе из строя одного их датчиков может привести к резкому снижению эффективности его применения.

Наиболее близким по технической сущности является способ и устройство комплексного воздействия для добычи тяжелой нефти и битумов с помощью волновой технологии (патент RU № 2696740, МПК E21B 43/26, E21B 43/25, E21B 28/00, E21B 43/24, опубл. 05.08.2019 Бюл. № 22), в котором осуществляется способ комплексного воздействия и добычи высоковязкой, тяжелой нефти или битумов, включающий подбор параметров электрогидравлического, микроволнового и плазменного воздействия индивидуально для каждой скважины, предварительную обработку низкочастотным электрогидравлическим воздействием горизонтальной скважины электрогидравлическим прибором с плазменным разрядником направленного действия для создания микротрещин в пласте в верхнем и боковом направлениях по всей длине скважины, последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине скважинного прибора с попеременно чередующимися микроволновыми и акустическими излучателями для нагрева нефтяного пласта, соединенного с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля, осуществляют нагрев пласта обработкой микроволнами и акустическими волнами, посредством скважинного прибора с чередующимися микроволновыми и акустическими излучателями, при этом скважинный прибор последовательно перемещают вдоль горизонтальной скважины в прямом и обратном направлении, и извлекают нефть или битумы из скважины с помощью насоса и шлангокабеля после прогрева пласта до температуры 60 - 80°С, и прекращают микроволновое и акустическое воздействие при достижении температуры 120 - 130°С.

Недостатками данного способа являются узкая область применения (только для добычи тяжелой нефти и битумов), большие материальные затраты, связанные с необходимостью строительства двух скважин, низкая эффективность и, как следствие, большие затраты энергии из-за большого рассеивания волновой энергии, связанное с большой неравомерностью продуктивного пласта как по составу, так и по плотности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа разработки продуктивного низкопроницаемого пласта, позволяющего расширить его функциональные возможности, чтобы применять его для добычи в том числе и легкой нефти из низкопроницаемых пластов, снизить материальные затраты за счет использования для прогрева и добычи одной горизонтальной скважины, и эффективно прогревать пласт для извлечения трудноизвлекаемой нефти из низкопроницаемого пласта за счет предварительных гидроразрывов пласта с закачкой расклинивающего материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающимся при определенной частоте.

Техническая задача решается способом разработки продуктивного низкопроницаемого пласта, включающим подбор параметров микроволнового воздействия индивидуально для каждой скважины, предварительную обработку гидравлическим воздействием скважины для создания микротрещин в пласте по всей длине горизонтальной скважины, последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине скважинного прибора с как минимум одним микроволновым излучателем для нагрева нефтяного пласта, соединенного с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля, осуществляют нагрев пласта обработкой микроволнами, посредством скважинного прибора, при этом скважинный прибор перемещение вдоль горизонтальной скважины в прямом и обратном направлении, и извлечение нефти из скважины с помощью насоса.

Новым является то, что предварительную обработку пласта осуществляют в виде многостадийного гидравлического разрыва пласта с закачкой в образующие трещины расклинивающего и пропускающего через себя продукцию пласта материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающегося при определенной частоте, которую и выбирают в качестве параметров для микроволнового воздействия на пласт с общей мощностью излучателей не менее 90 кВт, при этом насос для извлечения нефти также спускают в скважину с скважинным прибором.

Новым является также то, что в качестве расклинивающего материала используют кварцевый песок или проппант с 10 - 30 % металлосодержащих наночастиц.

Способ реализуется в следующей последовательности.

В лабораторных условиях металлосодержащие (железо, никель, кальций, медь и т.п., а также их солей) наночастицы производят подбор параметров микроволнового воздействия, а именно: определяют частоту микроволнового излучения, при которой происходит максимальный нагрев этих частиц при минимальных затратах энергии. После чего производят настройку одного или нескольких микроволновых излучателей, входящих в состав скважинного прибора, на определенную в лабораторных условиях частоту. Скважный прибор собирают из одного микроволнового излучателя или нескольких последовательно соединенных излучателей, чтобы обеспечить суммарную мощность излучателя не менее 90 кВт, так как эмпирическим путем определили, что при меньшей мощности невозможно добиться прогрева продуктивного пласта для обеспечения промышленной добычи его продукции. Также определяют процент объемного количества металлических наночастиц в расклинивающем материале: 10 - 30%, так как при более 30% значительно повышается стоимость этого материала и снижается его проницаемость, а ниже 10 % - снижается эффективность прогрева пласта скважинным прибором. Любое промежуточное значение от 10 % до 30 % металлических наночастиц в расклинивающем материале не влияют на процессы, происходящие в пласте под действием волнового воздействия скважинным прибором, что очень важно при закачке расклинивающего материала в образующиеся при гидроразрывах трещины, суммарный объем которых точно в каждом конкретном случае невозможно определить (только вероятностные значения, что достаточно для поучения необходимой эффективной концентрации наночастиц в расклинивающем материала при таком разбросе параметров). В качестве носителя в расклинивающем материале на месторождениях Республики Татарстан (РТ) используют кварцевый песок или проппант, которые доказали свою эффективность при гидроразрывах пласта.

Для воздействия и разрушения (деструкции) на тяжелые фракции нефти и/или креоген (если они по анализам кернов находятся в продукции пласта), которые незначительно повышают текучесть при прогреве не растворяются обычными органическими растворителями благодаря своей высокой молекулярной массе (более 1000 г/моль), на них необходимо воздействие определенными частотами (авторы на это не претендуют). Наиболее эффективной для деструкции длинных цепочек малоподвижной фракции нефти и/или керогена является частота 2,45 ГГц (Bogdashov A. A., Krapivnitskaya T. O., Peskov N. Yu. Simulation of microwave pyrolysis of peat // Proceedings of the 28th International Conference "Microwave and Telecommunication Technology",v.6, p. 1381-1387). Такая частота является эффективной для нагрева наночастиц Fe и Ni (железа и никеля) в составе металла или сплава с небольшим содержанием (до 10%) их оксидов (Achinta Bera, Tayfun Babadagli Effect of native and injected nano-particles on the efficiency of heavy oil recovery by radio frequency electromagnetic heating Journal of Petroleum Science and Engineering 153 (2017) 244-256), которые и выбирают в таких случаях (авторы на это не претендуют).

После строительства в пласте горизонтальной скважины, в ней по всей длине размещают на оптоволоконном кабеле датчиков температуры (авторы не претендуют). Осуществляют предварительную обработку пласта в виде многостадийного гидравлического разрыва пласта с закачкой в образующие трещины расклинивающего и пропускающего через себя продукцию пласта материала с подобранными в лабораторных условиях металлосодержащими наночастицами в объеме 10 - 30 % от материала носителя расклинивающего материала. Для этого в носитель расклинивающего материала при помощи смесителя вводят в необходимом количестве выбранные металлосодержащие наночастицы. Последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине насоса совместно со скважинным прибором, имеющим с как минимум один микроволновый излучатель суммарной мощности не менее 90 кВт для нагрева продуктивного пласта. При этом скважинный прибор соединен с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля. Осуществляют нагрев пласта металлосодержащими наночастицами обработкой микроволнами, посредством скважинного прибора, при этом скважинный прибор перемещают в горизонтальной скважине в прямом и обратном направлении, а извлечение продукции из этой скважины осуществляют с помощью насоса. Перемещение скважинного прибора производят в наименее нагретые интервалы горизонтальной скважины, определяемые датчиками температуры в добывающей скважине (авторы на это не претендуют).

Как показали практические исследования: затраты на строительство скважин снизились в 2,25 - 2,5 раза (так как строительство параллельной скважины требует использования дорогого навигационного оборудования при бурении, снижая при этом скорость проходки), нагрев выбранного интервала пласта за счет металлических наночастиц скважинным прибором в прискважинной зоне, напротив которого прибор установлен в скважине, достигает в зависимости от металла и солей в наночастицах 145°С за 15 - 30 мин, 230°С - за 60 - 90 мин (чем более магнитомягкий материал - особенно металлы и сплавы с содержанием Fe, тем быстрее идет прогрев). При нагреве выше температуры кипения фракций продукции пласта, резко повышается давления в изолированных порах, разрушая их стенки увеличивая охват пласта и, как следствие, повышая коэффициент извлечения нефти из него. При этом увеличивается содержание легких алканов С10-С16 относительно высокомолекулярных гомологов С23-С29 до 30% при обработке частотой 2,45±5% ГГц. По сравнению с наиболее близким аналогом для достижения аналогичных результатов при предлагаемом способе затрачивается в 4 - 6 раз меньше электрической энергии.

Предлагаемый способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта позволяет расширить его функциональные возможности, чтобы применять его для добычи в том числе и легкой нефти из низкопроницаемых пластов, снизить материальные затраты за счет использования для прогрева и добычи одной горизонтальной скважины, и эффективно прогревать пласт для извлечения трудноизвлекаемой нефти из низкопроницаемого пласта за счет предварительных гидроразрывов пласта с закачкой расклинивающего материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающимся при определенной частоте.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к добыче нефти из продуктивных низкопроницаемых пластов. Способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта включает подбор параметров микроволнового воздействия индивидуально для каждой скважины, предварительную обработку гидравлическим воздействием скважины для создания микротрещин в пласте по всей длине горизонтальной скважины, последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине скважинного прибора с как минимум одним микроволновым излучателем для нагрева нефтяного пласта, соединенного с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля. Осуществляют нагрев пласта обработкой микроволнами посредством скважинного прибора. Скважинный прибор перемещают вдоль горизонтальной скважины в прямом и обратном направлении, извлекают нефть из скважины с помощью насоса. Предварительную обработку пласта осуществляют в виде многостадийного гидравлического разрыва пласта с закачкой в образующиеся трещины расклинивающего и пропускающего через себя продукцию пласта материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающегося при определенной частоте, которую и выбирают в качестве параметров для микроволнового воздействия на пласт с общей мощностью излучателей не менее 90 кВт. Насос для извлечения нефти также спускают в скважину со скважинным прибором. Предлагаемый способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта позволяет расширить его функциональные возможности, чтобы применять его для добычи в том числе и легкой нефти из низкопроницаемых пластов, снизить материальные затраты за счет использования для прогрева и добычи одной горизонтальной скважины и эффективно прогревать пласт для извлечения трудноизвлекаемой нефти из низкопроницаемого пласта за счет предварительных гидроразрывов пласта с закачкой расклинивающего материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающегося при определенной частоте. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта, включающий подбор параметров микроволнового воздействия индивидуально для каждой скважины, предварительную обработку гидравлическим воздействием скважины для создания микротрещин в пласте по всей длине горизонтальной скважины, последующее размещение на постоянной основе в горизонтальной скважине скважинного прибора с как минимум одним микроволновым излучателем для нагрева нефтяного пласта, соединенного с наземным блоком питания и управления посредством шлангокабеля, осуществляют нагрев пласта обработкой микроволнами посредством скважинного прибора, при этом скважинный прибор перемещают вдоль горизонтальной скважины в прямом и обратном направлении, и извлечение нефти из скважины с помощью насоса, отличающийся тем, что предварительную обработку пласта осуществляют в виде многостадийного гидравлического разрыва пласта с закачкой в образующиеся трещины расклинивающего и пропускающего через себя продукцию пласта материала с металлосодержащими наночастицами, нагревающегося при определенной частоте, которую и выбирают в качестве параметров для микроволнового воздействия на пласт с общей мощностью излучателей не менее 90 кВт, при этом насос для извлечения нефти также спускают в скважину со скважинным прибором.

2. Способ разработки продуктивного низкопроницаемого пласта по п. 1, отличающийся тем, что в качестве расклинивающего материала используют кварцевый песок или проппант с объемным количеством 10-30% металлосодержащих наночастиц в расклинивающем материале.