СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НЕФТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ НАГРЕВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E21B43/24 E21B36/00 G21H5/00 

Область техники:

Изобретение относится к способам добычи углеводородов с применением тепла из подземных пластов таких как углеводородсодержащие пласты.

Уровень техники:

Существуют различные способы, предлагающие использование тепловой энергии, выделяющейся в процессе распада радиоактивных материалов для нагрева подземных полостей и интенсификации добычи нефти из них.

Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения по мнению заявителя является способ добычи тяжелой нефти, описанный в патенте US 8127840. Способ заключается в использовании тепла, вырабатываемого тепловым генератором, а также в использовании пара, вырабатываемого при контакте между тепловым генератором и водой. Тепловой генератор представляет собой металлический экранированный контейнер цилиндрической формы, содержащий отдельные блоки уже инкапсулированных источников Стронция-90.

Техническая проблема:

Описанный способ имеет общие характерные признаки, присущие предлагаемому способу, а именно, размещение нагревателя, содержащего радиоактивные материалы, в скважине/колодце, соединяющей нефтеносный пласт с поверхностью земли, а также закачку воды в скважину для отвода тепла, выделяемого в процессе радиоактивного распада, от радиоактивного материала и переноса снятого тепла в геологические структуры нефтеносного пласта. Тем не менее, такой способ имеет существенный недостаток, заключающийся в использовании энергии продуктов, извлекаемых из отработанного ядерного топлива - такие продукты имеют низкое удельное энерговыделение, что существенно снижает общую эффективность известного способа.

Таким образом, перед авторами стояла задача устранения указанных недостатков, при этом технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, состоит в повышении количества проводимой к нефтеносному пласту энергии и температурного уровня нагреваемой при этом воды.

Раскрытие сущности изобретения:

Для достижения поставленного результата предлагается способ повышения эффективности извлечения нефти, включающий размещение в нагнетательной скважине на глубине расположения нагреваемого пласта сборки, содержащей по меньшей мере один нагреватель с по меньшей мере одним тепловыделяющим элементом, выполненным из или содержащим в качестве источника энергии радиоактивный материал, и прокачку воды через каждый нагреватель сборки и нагнетательную скважину.

Регулирование рабочих режимов нагревателя или нагревателей сборки и нагнетательной скважины осуществляют посредством изменения весового расхода прокачиваемой воды, согласно зависимости (1) перепада температур от количества нагревателей в сборке

где: ΔТ - полученный перепад температур, К;

N - число нагревателей;

G - расход воды, т./сутки;

каждый нагреватель сборки содержит цилиндрический корпус, размещенный внутри корпуса по меньшей мере один тепловыделяющий элемент и сквозную по длине нагревателя полость для прохождения прокачиваемой воды, а в качестве радиоактивного материала используют радиоактивный материал на основе изотопов кобальта или европия

Радиоактивный материал на основе изотопов кобальта или европия выбран из группы: изотоп кобальта-60, оксид европия Eu₂O₃, композиция Eu₂O₃ + Mo, изотопы европия-151, европия-153.

Существо заявленного способа поясняется с использованием фиг. 1 и 2, на которых представлены варианты принципиальных компоновок нагревателей, используемых для реализации заявленного способа (поперечные сечения), фиг. 3 с графиками зависимости подогрева воды сборкой нагревателей общей длиной 500 м для аналитического и расчетного решений, фиг. 4 с графическая зависимостью числа сборочных секций и суммарной длины сборки нагревателей от подогрева и расхода при использовании ПЭЛ с Eu₂O₃ активностью 14300 Ки (65 Ки/г) и фиг. 5, показывающей зависимость числа сборочных секций и суммарной длины сборки нагревателей от подогрева и расхода при использовании ПЭЛ с Eu₂O₃ активностью 14300 Ки (65 Ки/г)

Идеология, положенная в основу заявленного способа состоит в том, что в радиоактивном материале тепловыделяющего элемента нагревателя происходят ядерные реакции, сопровождающиеся выделением ионизирующего излучения и тепловой энергии. Материал внешней оболочки и материал, заполняющий межтрубное пространство нагревателя используется для захвата ионизирующего излучения, преобразуя его в дополнительные источники тепловой энергии. Выделяющаяся в нагревателе тепловая энергия отводится от него водой, прокачиваемой через скважину, что, в свою очередь, приводит к росту температуры воды, которая поступает в нефтенасыщенный пласт. Горячая вода повышает температуру пласта, повышает подвижность углеводородов, и, тем самым, увеличивает добычу нефти и нефтеотдачу пласта.

Со ссылкой на фиг. 1 и 2 нагреватель, используемый для реализации заявленного способа, в общем виде содержит цилиндрический корпус (внешнюю трубу) 1, размещенные внутри корпуса тепловыделяющие элементы 2 и сквозную по длине нагревателя полость (межтрубное пространство) 3 для прохождения прокачиваемой воды.

В качестве примеров используемых нагревательных элементов могут быть упомянуты:

- серийно производимые на предприятиях «Росатом» гамма-источники кобальтовые типа ГИК, в которых в качестве рабочего вещества используется кобальт суммарной активностью 800 Ки, соответствующей выводимым из эксплуатации ГИК-А6, и кобальт суммарной активностью 9600 Ки, соответствующей свежепроизведённым ГИК-А6;

- трубки поглощающих элементов (ПЭЛ) органов регулирования реакторов типа БН, в которых в качестве рабочего вещества используется молибден-европиевый кермет с суммарной активностью 8800 Ки (40 Ки/грамм), соответствующий параметрам выгружаемых из реактора ПЭЛ второй микрокампании или молибден-европиевый кермет с суммарной активностью 14300 Ки (65 Ки/грамм), соответствующий параметрам выгружаемых из реактора ПЭЛ четвёртой микрокампании; или же кобальт суммарной активностью 24000 Ки, соответствующий удельной активности выгружаемого из реактора кобальта 60 Ки/грамм;

- тепловыделяющие элементы ТВЭЛ стандартной конструкции на базе европия (40% Eu+ 60% Cu, 80% Eu₂O₃ +20% Cu и т.п.), стержни КС-СУЗ для реакторов типа БН-600, а также поглощающие элементы (ПЭЛ) органов регулирования реакторов типа БН из Eu₂O₃ или Eu₂O₃композиции типа Eu₂O₃+Mo.

Пример 1. Были произведены расчеты подогрева воды для нагревателя конструкции согласно фиг. 1. Исходные данные для расчета:

- обогреваемая длина канала - 500 м;

- тепловыделение по длине канала - 2345,2 Вт/м;

- температура жидкости (вода) на входе в обогреваемый канал - 25 °С;

- заглубление нижней точки обогреваемого канала под уровнем поверхности

3000м;

- температура грунта по высоте обогреваемого канала - от 52,4 °С (верхняя отметка на глубине 2500 м по поверхности) до 62,9 °С (нижняя отметка на глубине 3000м); средняя температура грунта - 57 °С;

- диаметр внутренней трубы с циркулирующей жидкостью - 132×7 мм;

- диаметр внешней трубы - 168×9 мм;

- толщина слоя породы - 2 м.

Результаты аналитических расчетов и моделирования (для расхода 100 т/сут и 200 т/сут, соответственно) представленные на фиг. 3 показывают совпадение представленного аналитического решения и моделирования - отклонения температуры воды на выходе из участка не превышает 3%

Пример 2. В нижеследующей таблице представлены результаты теплогидравлических расчетов нагревателя конструкции согласно фиг. 2 с различными компоновками нагревательных элементов для расходов воды 100 т/сут и 200 т/сут.

Таблица Компоновка
№ Масса Eu на единицу длины нагревателя, г/м Удельное энерговыделение нагреватель, Вт/м Удельное энерговыделение для воды, Вт/м Удельное энерговыделение НКТ, Вт/м Длина нагрева-теля, м Расход, т/сут Температура на выходе, °С 1 4 911 748 80 111 500 100 118 2 12 114 1925 194 300 500 100 240 3 11 760 2246 29 70 500 100 240 3 11 760 2246 29 70 500 200 142 3 11 760 2246 29 70 1020 200 250 3 11 760 2246 29 70 1400 200 322

Пример 3. Используя эмпирическую зависимость (1) подогрева воды от количества нагревателей в сборке и расхода подаваемой воды были построены графические зависимости числа сборочных секций внутрискважинного нагревателя и суммарной длины их сборки от подогрева и расхода воды:

- для расхода воды в количестве 100, 200 и 300 т./сутки, соответственно, при использовании нагревателей конструкции согласно фиг. 1 с тепловыделяющими элементами на основе ПЭЛ с Eu₂O₃ активностью 14300 Ки (65 Ки/г) - фиг. 4

- для расхода воды в количестве 100 и 200 т./сутки, соответственно, при использовании нагревателей конструкции согласно фиг. 2 с тепловыделяющими элементами на основе ПЭЛ с композицией типа Eu₂O₃o активностью 14300 Ки (65 Ки/г) - фиг. 5.

Изобретение относится к способам добычи углеводородов из подземных пластов с применением тепла. Технический результат - повышение количества проводимой к нефтеносному пласту энергии и температурного уровня нагреваемой при этом воды. В способе повышения эффективности извлечения нефти размещают в нагнетательной скважине на глубине расположения нагреваемого пласта сборку, содержащую по меньшей мере один нагреватель, и прокачивают воду через каждый нагреватель сборки и нагнетательную скважину. Каждый нагреватель сборки содержит цилиндрический корпус, размещенный внутри корпуса по меньшей мере один тепловыделяющий элемент, выполненный из или содержащий в качестве источника энергии радиоактивный материал, и сквозную по длине нагревателя полость для прохождения прокачиваемой воды. В качестве радиоактивного материала используют оксид европия Eu₂O₃. Регулирование рабочих режимов нагревателя или нагревателей сборки и нагнетательной скважины осуществляют посредством изменения весового расхода прокачиваемой воды, согласно зависимости перепада температур от количества нагревателей в сборке. 5 ил., 1 табл., 2 пр.

Способ повышения эффективности извлечения нефти, включающий размещение в нагнетательной скважине на глубине расположения нагреваемого пласта сборки, содержащей по меньшей мере один нагреватель с по меньшей мере одним тепловыделяющим элементом, выполненным из или содержащим в качестве источника энергии радиоактивный материал, и прокачку воды через каждый нагреватель сборки и нагнетательную скважину,

отличающийся тем, что регулирование рабочих режимов нагревателя или нагревателей сборки и нагнетательной скважины осуществляют посредством изменения весового расхода прокачиваемой воды, согласно зависимости (1) перепада температур от количества нагревателей в сборке

где: ΔТ - полученный перепад температур, К;

N - число нагревателей;

G - расход воды, т/сутки;

каждый нагреватель сборки содержит цилиндрический корпус, размещенный внутри корпуса по меньшей мере один тепловыделяющий элемент и сквозную по длине нагревателя полость для прохождения прокачиваемой воды, а в качестве радиоактивного материала используют оксид европия Eu₂O₃.