Способ добычи трудноизвлекаемого жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу Российский патент 2025 года по МПК E21B43/24 E21B36/00 E21B43/28 C09K8/58 

Изобретение относится к скважинным способам добычи трудно извлекаемых (ТРИЗ) жидких полезных ископаемых, склонных к температурным фазовым переходам, в частности концентрированных рассолов, в редкометальной литий- и бромдобывающей промышленности. Обеспечивает предупреждение кристаллизации солей из пересыщенных природных рассолов при добыче их из скважины.

Концентрированные природные рассолы, в составе которых промышленные концентрации лития, рубидия, брома, насыщающие глубокозалегающие продуктивные пласты и перемещающиеся в процессе добычи от забоя к устью скважины, вскрывающей в геологическом разрезе интервалы многолетнемерзлых или низкотемпературных пород, переохлаждаются и претерпевают температурный фазовый переход, следствием которого является загрязнение скважинного оборудования твердыми образованиями, частичное или полное закупоривание колонного пространства выпадающими солями и снижение или полное прекращение выхода природного рассола из скважины. Выпадение солей в колонне и формирующиеся соляные пробки не позволяют произвести скважинную добычу рассолов в постоянном режиме работы скважины из продуктивного пласта.

Известен способ добычи жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу (патент РФ №2229587, Е21В 43/00 (2000.01), опубл.: 27.05.2004), по которому для защиты эксплуатационной колоны от твердых образований, оседающих на ней из добываемого жидкого полезного ископаемого в процессе его перемещения из продуктивного пласта к устью скважины, перед спуском эксплуатационной колонны в скважине посредством гидроразрыва формируют зону поглощения, вскрывают продуктивный пласт и в процессе освоения осуществляют термостатирование за счет прокачки теплоносителя по межколонному пространству в зону поглощения. Способ обеспечивает поддержание температуры промышленных литиеносных рассолов, транспортируемых по лифтовым трубам от забоя на поверхность, выше температуры начала кристаллизации солей. Критическая температура начала кристаллизации солей из рассола составляет 25°С.

Недостатком способа является возможное снижение приемистости зоны поглощения в процессе эксплуатации, и в этом случае - отсутствие возможности дать циркуляцию через заколонное пространство, по которому на поверхность поднимается поток промышленных литиеносных рассолов (рапы), а также невозможность одновременной добычи газа, газоконденсата и промышленных литиеносных рассолов - рапы. Как следствие, невозможность осуществления прогрева лифтовой колонны

Известен способ снижения теплообмена в скважине при разработке многопластового месторождения (Патент РФ №2591325, Е21 В 36/00 (2006.01), Е21 В 37/00 (2006.01), F04D 13/10 (2006.01), F04F 5/14 (2006.01), опубл. 20.07.2016), состоящий в эффекте термостатирования за счет создания вакуума за эксплуатационной колонной путем включения в устьевую обвязку струйного насоса, работающего за счет пластового флюида.

К недостаткам данного способа можно включить необходимую периодическую замену струйного насоса, вследствие его эрозионного износа, а также большой перепад давления на самом насосе, что может привести к охлаждению пластового флюида непосредственно в устьевом оборудовании и выпадению твердого осадка.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков техническим решением является способ скважинной добычи жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу (см. патент РФ №2361067, Е21В 43/00 (2006.01), Е21 В 37/00 (2006.01), опубл. 10.07.2009), по которому осуществляется прокачка горячего теплоносителя по замкнутой циркуляционной системе, сформированной посредством размещения дополнительной подвесной технологической колонны между кондуктором и эксплуатационной колонной, соединяющей по принципу сообщающихся сосудов через устьевую обвязку затрубное и внутреннее пространство подвесной технологической колонны и наземное емкостное и насосное оборудование.

Недостатком способа являются усложнение конструкции скважины и обвязки устья за счет дополнительной обсадной колонны большого диаметра (существенно влияет на стоимость строительства скважины), и низкий коэффициент полезного действия (КПД) прогрева лифтовой колонны, так как существует достаточное количество «тепловых экранов», и прогрев теплоносителем ведется сначала эксплуатационной колонны, которая в свою очередь прогревает достаточно большой объем жидкости между эксплуатационной колонной и лифтовой колонной и уже потом прогревается сама лифтовая колонна и непосредственно флюид в ней. Как показала практика, недостаточный прогрев флюида может приводить к кристаллизации солей из природных рассолов, что приводит к засаливанию лифтовой колонны и устьевой обвязки.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа (последовательности операций) в цикле освоения скважины путем увеличения коэффициента полезного действия (КПД) прогрева лифтовой колонны с целью повышения эффективности добычи пластовых флюидов из высоконапорных пластов, насыщенных крепкими рассолами, без образования кристаллов солей в лифтовой колонне и устьевой обвязке.

Технический результат - повышение эффективности освоения скважин и возможность скважинной добычи крепких рассолов без рисков «засаливания лифтовой колонны» и устьевой обвязки.

Технический результат достигается предлагаемым способом добычи трудноизвлекаемого (ТРИЗ) жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу, включающим защиту лифтовой колонны добывающей скважины от твердых образований, оседающих на стенках колонны из добываемого полезного ископаемого в процессе его перемещения от продуктивного пласта к устью скважины термостатированием колонны в интервале геологического разреза с низкими (ниже 35°С) температурами, в интервале вероятного фазового перехода путем непрерывной или периодической прокачки горячего теплоносителя - раствора хлорида натрия или хлоридов кальция и магния, и отвод из продуктивного пласта жидкого полезного ископаемого, при этом прокачку горячего теплоносителя осуществляют по замкнутой циркуляционной системе с последующим зацикливанием теплоносителя. Данный способ отличается тем, что в цикле освоения скважины замкнутая циркуляционная система сформирована посредством включения в состав равнопроходной лифтовой колонны пакерующего элемента, выше которого лифтовая колонна представляет собой двойную трубу. Далее осуществляется посадка пакера в заданной точке и осуществляется подача нагретого до 50-60 градусов Цельсия теплоносителя в межтрубье двойной лифтовой колонны и выходом его в затрубное пространство - межколонное пространство между двойной лифтовой колонной и эксплуатационной обсадной колонной, с последующим зацикливанием в системе закачки теплоносителя на устье. Тем самым осуществляется эффективный прогрев лифтовой колонны и пластового флюида выше пакерного уплотнения. Далее выполняется вызов притока из пласта с подачей флюида в уже прогретую в верхней части над пакером лифтовую колонну. Устьевая обвязка также должна быть равнопроходного диаметра, равного диаметру лифтовой колонны и должна иметь возможность для штуцирования через как минимум две параллельные независимые друг от друга штуцерные батареи, и должна находиться в условиях постоянного прогрева не ниже 40 градусов Цельсия, при этом температура теплоносителя инструментально контролируется на выходе из затрубного пространства (межколонного пространства между двойной лифтовой колонной и эксплуатационной обсадной колонной), при этом вызов притока осуществляется без замещения всей скважины на более легкую промывочную жидкость, а только лишь прокачивая более легкую, прогретую до 40-50 градусов Цельсия светлую жидкость - рассол (теплоноситель), после его стабилизации, т.е. сброса определенного количества солей в котловане при охлаждении) из рапонакопителя в трубное пространство лифтовой колонны на поглощение в пласт, с последующим сбросом избыточного давления, созданием депрессии на пласт и получением пластового флюида по трубному пространству.

В свою очередь, глушение скважины выполняется прокачиванием светлой жидкости - рассола из рапонакопителя, предварительно прогретой до 40-50 градусов Цельсия в трубное пространство на поглощение в пласт с последующей продавкой буферной жидкостью и тяжелым буровым раствором, с последующим срывом пакера и прямой циркуляцией тяжелым буровым раствором.

Рассол из рапонакопителя теряет часть природных солей за счет высаливания в связи с изменением термобарических условий на устье скважины относительно пластовых условий.

Основное преимущество заявляемого способа - это более эффективное расходование энергии и прямой подвод тепла непосредственно к лифтовой колонне, а не через экран эксплуатационной колонны и жидкости в кольцевом пространстве. Также в способе-прототипе возможен прогрев лифтовой колонны только на глубину спуска кондуктора. В предлагаемом же нами способе глубина прогрева определяется исходя из глубины установки пакера, которая рассчитывается из температурного градиента разреза скважины. Все операции в призабойной зоне пласта и операции со скважиной (замещение прогретого до 40-50 градусов Цельсия рассола на тяжелый буровой раствор - глушение скважины с аномально высоким пластовым давлением (АВПД), перевод скважины на буровой раствор с меньшей плотностью) ведут с обязательным размещением в призабойной зоне пласта (ПЗП) и нижней (100 м части ствола скважины горячей (не ниже 40°С светлой жидкости - природного рассола после его стабилизации, т.е. сброса определенного количества солей в котловане при охлаждении).

Выбранные для освоения АВПД-пласты (пласты с аномально высоким пластовым давлением), насыщенные крепкими рассолами, являются суперколлекторами с градиентами пластового давления 2,42 МПа на 10 м и более и проницаемостью в единицы Дарси (1000 мДарси и более). При этом данные пласты отличаются высокими значениями приемистости при репрессии от 1 кгс/см² над пластовым давлением. Данный эффект позволяет проводить манипуляции по вызову притока в лифтовой колонне, оборудованной пакером, без замещения всей скважины на более легкую промывочную жидкость, а только лишь прокачивая более легкую прогретую до 40-50 градусов Цельсия жидкость в трубное пространство на поглощение в пласт, с последующим сбросом избыточного давления, созданием депрессии на пласт и получением пластового флюида по трубному пространству. Это является крайне важным моментом, так как оставление в затрубном пространстве (за лифтовой колонной) пластового флюида может повлечь тяжелые последствия по кристаллизации солей и потери подвижности лифтовой колонны. При этом регулировкой места установки пакера согласно расчету (по температуре ствола скважины на определенной глубине и лабораторным тестам на температуру начала кристаллизации солей из крепких рассолов конкретного месторождения и пласта) и вызову притока закачкой более легкой прогретой жидкости (рассола, из которого уже частично выпали соли) на поглощение можно устранить вышеприведенный эффект.

Пример осуществления изобретения

В качестве примера показаны типичные условия при вскрытии бурением локальных пластов, насыщенных крепкими рассолами, относящимися к трудноизвлекаемым (ТРИЗ) жидким полезным ископаемым, с аномально высоким пластовым давлением (АВПД) и высокими фильтрационно-емкостными свойствами на одном из нефтегазоконденсатных месторождений Лено-Тунгусской гидроминерально-нефтегазоносной провинции.

Глубина спуска эксплуатационной обсадной колонны 178 мм - 1890 м.

Далее открытый ствол 1890-1920 м диаметром 152,4 мм.

Глубина высоконапорного рапонасыщенного пласта - 1900-1920 м.

Давление в высоконапорном рапогазонасыщенном пласте - 47,7 МПа (градиент пластового давления 2,511 МПа на 10 м).

Дебит высокопроницаемого рапонасыщенного пласта с АВПД до 7000 м³/сут при депрессии до 12 МПа.

Плотность крепкого рассола - до 1470 кг/м³.

На фиг.1 представлена конструкция скважины:

1 - скважина;

2 - двойная лифтовая колонна выше пакера;

3 - кондуктор;

4 - эксплуатационная обсадная колонна;

5 - рассолоносный пласт;

6 - лифтовая колонна насосно-компрессорных труб ниже пакера;

7 - устьевая обвязка;

8 - емкость для подогрева теплоносителя;

9 - наземное насосное оборудование;

10 - пакер.

Также на фиг.1 показаны глубина залегания АВПД-пласта с содержанием рассола (рапы) и глубины спуска оборудования согласно примеру осуществления изобретения. Стрелками показано направление движения жидкости-теплоносителя.

Выполняется спуск лифтовой колонны 6 насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 73 мм (далее - НКТ 73) с толщиной стенки 5,5 мм (наружный диаметр муфты 89 мм) с пакером 10 в скважину на глубину 1870 м. Пакер 10 для эксплуатационной обсадной колонны диаметром 178 мм (ПРО-ЯДЖ-О-152-62-350, 3ПМС-ЯМ-151-62-350 либо аналог) установлен на глубине 1700 м. Выше пакера 10 лифтовая колонна спускается в виде двойной колонны в вариантах заводской двойной колонны (например, для комплексов с гидротранспортом керна (КГК) двойная бурильная легкосплавная труба ТБДЛ-75), либо при отсутствии двойных труб на НКТ 73 спускается НКТ диаметром 114 мм с толщиной стенки 5,5 мм. Внутреннее пространство НКТ 73 обвязывается на устьевую обвязку для добычи крепких рассолов. Межтрубное пространство двойной лифтовой колонны 2 и затрубное пространство между двойной лифтовой колонной 2 и эксплуатационной обсадной колонной 4 диаметром 178 мм обвязывается устьевым герметизатором (например, герметизирующий узел комплекта оборудования промывки скважин (КОПС)) с отводом гибкими шлангами через расширенный кабельный ввод планшайбы фонтанной арматуры на замкнутую циркуляционную систему для нагрева и закачки теплоносителя. Осуществляется посадка и опрессовка пакера на 300 кгс/см² (корректируется с учетом пластовых давлений). Далее осуществляется подача нагретого до 50-60 градусов теплоносителя в межтрубье двойной лифтовой колонны 2 и выходом его в межколонное пространство между двойной лифтовой колонной 2 и эксплуатационной обсадной колонной 4 диаметром 178 мм с последующим зацикливанием в системе закачки теплоносителя, далее выполняется вызов притока из пласта (путем закачки прогретого до 50-60 градусов Цельсия рассола CaCl₂ плотностью 1,25 г/см³ на поглощение в АВПД-пласт с дальнейшим сбросом избыточного давления и открытием трубного пространства с созданием естественной депрессии на пласт) с выходом флюида из пласта в уже прогретую над пакером 10 лифтовую колонну, при этом устьевая обвязка 7 также должна быть равнопроходного диаметра, равного диаметру лифтовой колонны, и должна находиться в условиях постоянного прогрева не ниже 40 градусов Цельсия.

При этом вызов притока осуществляется без замещения всей скважины на более легкую промывочную жидкость, а только лишь прокачивая более легкую по плотности, прогретую до 40-50 градусов Цельсия жидкость (рассол) в трубное пространство лифтовой колонны на поглощение в пласт, с последующим сбросом избыточного давления, созданием депрессии на пласт и получением пластового флюида (трудноизвлекаемого (ТРИЗ) жидкого полезного ископаемого) по трубному пространству. В свою очередь, глушение скважины выполняется прокачиванием светлой жидкости (рассола) из рапонакопителя, прогретой до 40-50 градусов Цельсия в трубное пространство на поглощение в пласт с последующей продавкой буферной жидкостью и тяжелым буровым раствором, с последующим срывом пакера и прямой циркуляцией тяжелым буровым раствором.

Изобретение относится к способу добычи жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу. Техническим результатом является повышение эффективности освоения скважин и возможность скважинной добычи крепких рассолов без рисков «засаливания лифтовой колонны» и устьевой обвязки. Сущность предлагаемого изобретения - включение в состав равнопроходной лифтовой колонны пакерующего элемента, выше которого лифтовая колонна представляет собой двойную трубу. Далее осуществляется посадка пакера, отсекающего интервал геологического разреза с низкими (ниже 35°С) температурами. Затем осуществляется подача нагретого до 50-60°С теплоносителя в межтрубье двойной лифтовой колонны с выходом его в межтрубное пространство между двойной лифтовой колонной и эксплуатационной обсадной колонной с последующим зацикливанием в системе закачки теплоносителя. Тем самым осуществляется эффективный прогрев лифтовой колонны и пластового флюида выше пакерного уплотнения. Далее выполняется вызов притока из пласта с подачей флюида в уже прогретую лифтовую колонну. Устьевая обвязка также должна быть равнопроходного диаметра, равного диаметру лифтовой колонны, иметь возможность для штуцирования через как минимум две параллельные независимые друг от друга штуцерные батареи и находиться в условиях постоянного прогрева не ниже 40°С, при этом температура теплоносителя инструментально контролируется на выходе из затрубного пространства. 1 ил.

Способ добычи жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу, включающий защиту лифтовой колонны добывающей скважины от твердых образований, оседающих на стенках колонны из добываемого полезного ископаемого в процессе его перемещения от продуктивного пласта к устью скважины термостатированием колонны в интервале геологического разреза с температурами ниже 35°С, в интервале вероятного фазового перехода путем непрерывной или периодической прокачки горячего теплоносителя - раствора хлорида натрия или хлоридов кальция и магния, и отвод из продуктивного пласта жидкого полезного ископаемого, при этом прокачку горячего теплоносителя осуществляют по замкнутой циркуляционной системе с последующим зацикливанием теплоносителя на устье, отличающийся тем, что в цикле освоения скважины замкнутую циркуляционную систему формируют посредством включения в состав равнопроходной лифтовой колонны пакерующего элемента, выше которого лифтовая колонна представляет собой двойную трубу, далее осуществляют посадку пакера в заданной точке и производят подачу нагретого до 50-60°С теплоносителя в межтрубье двойной лифтовой колонны с выходом его в затрубное пространство, а именно межколонное пространство между двойной лифтовой колонной и эксплуатационной обсадной колонной, далее выполняют вызов притока из пласта с подачей флюида в уже прогретую над пакером лифтовую колонну, при этом используют устьевую обвязку также равнопроходного диаметра, равного диаметру лифтовой колонны, и имеющую возможность для штуцирования через как минимум две параллельные независимые друг от друга штуцерные батареи, поддерживают устьевую обвязку в условиях постоянного прогрева не ниже 40°С, при этом температуру теплоносителя инструментально контролируют на выходе из затрубного пространства, а вызов притока осуществляют прокачиванием более легкой по плотности, прогретой до 40-50°С жидкости-теплоносителя в трубное пространство на поглощение в пласт с последующим сбросом избыточного давления, созданием депрессии на пласт и получением пластового флюида по трубному пространству лифтовой колонны, а глушение скважины выполняют прокачиванием жидкости из рапонакопителя, прогретой до 40-50°С, в трубное пространство лифтовой колонны на поглощение в пласт с последующей продавкой буферной жидкостью и тяжелым буровьм раствором, с последующим срывом пакера и прямой циркуляцией тяжелым буровым раствором.