Способ эксплуатации скважин с гидратным режимом в призабойной зоне Советский патент 1992 года по МПК E21B43/24 

Изобретение относится к добыче полезных ископаемых и может быть использовано для интенсификации добычи газа путем повышения эффективности эксплуатации скважин с гидратным режимом в призабой- ной зоне.

В процессе эксплуатации газ-газогид- ратного пласта происходит понижение давления в. призабойной зоне скважины, вызванное разработкой данного пласта, и снижение температуры, обусловленное дроссельным эффектом. Поскольку в призабойной зоне имеется свободная вода, а также фильтрующийся газ является влажным, становится возможным повторное гидрато- образование. Вследствие этого проницаемость и пористость призабойной зоны уменьшается вплоть до закупорки пор и прекращается фильтрация газа к скважине.

Известен способ разработки газогид- ратной залежи, заключающийся в спуске в скважину электромагнитного или магнитострикторного излучателя, возбуждающего упругие колебания звукового диапазона. Под воздействием упругих колебаний кристаллы разрушаются и газ превращается в свободный. При этом давление в пласте повышается и газ поступает в скважину.

Недостатком известного способа является малая эффективность разрушения кристаллов газогидрата упругими волнами звукового диапазона, поскольку, при реально достижимых в призабойной зоне пласта интенсивностях звуковой зоны практически отсутствует тепловой фактор, играющий решающую роль при разрушении газовых гидратов. С другой стороны, интенсивность звуковой волны вглубь пласта падает по экспоненциальному закону и возникающие при прохождении волны упругие напряжения на несколько порядков ниже предела прочности кристаллов газовых гидратов. Это делает малоэффективным механическое разрушение кристаллов газогидрата.

к о

v4 Ы О

.

Известен также способ добычи газа из подземных месторождений, основанный на бурении с поверхности земли двух скважин на определенном расстоянии друг от друга до месторождения газа, находящегося в состоянии гидрата. При этом, для нагрева гидрата, его разложения и выделения из него газа осуществляется нагрев породы и гидрата в пласте пропусканием переменного электрического тока от одной скважины к другой.

Эффективность нагрева гидратов при пропускании переменного тока между скважинами будет незначительной из-за того, что гидраты являются диэлектриками с очень малой проводимостью. Поэтому, замыкание электрической цепи между скважинами возможно через кровлю и подошву (обладающими большей проводимостью), а не через газогидратный пласт, и за счет джоулевых потерь прежде всего будут нагреваться кровля и подошва пласта, а нагрев, гидратов будет происходить только за счет кондуктивного переноса тепла от кровли и подошвы. Таким образом, для нагрева и разложения гидрата потребуется такое же время, как если бы выше и ниже гидратного пласта были бы расположены маломощные нагреватели.

Наиболее близким к предлагаемому является способ борьбы с образованием газогидратов в пласте путем его периодического прогрева забойной газовой горелки или забойными электронагревателями. При ис- пользо.вании газовой горелки в специальной камере происходит сгорание смеси подаваемого с поверхности окислителя и части газа, поступающего из пласта. При этом, за счет выделения теплоты сгорания, температура призабойной зоны повышается, тем самым устраняется возможность гидратообразования.

Недостатками использования забойных горелок наряду с технологической и конструктивной трудностями осуществления спо- соба (необходимость в специальных системах подачи газа и отвода продуктов горения, а также в конструкциях забойных горелок), являются малая область теплового воздействия и незначительные скорости нагрева, которые обусловлены тем, что меха- низмом подачи тепла от горелки в призабойную зону является кондуктивная теплопроводность. Время t продвижения вглубь пласта теплового фронта на расстояние R имеет порядок , где а -темпе- ратурность пласта. Если м27с, то при м, ,5 сут, а при м - сут. В реальных случаях эти времена намного увеличиваются за счет конвективного уноса

тепла к скважине потоком газа. Таким образом, использование газовых горелок и забойных электронагревателей для разложения газогидратов требует значительных времени работы этих устройств, что

обусловливает большие экономические затраты, и, тем самым, низкую эффективность способа,

Цель изобретения - повышение эффек0 тивности эксплуатации скважин с гидрат- ным режимом в призабойной зоне за счет увеличения радиуса воздействия и уменьшения времени прогрева,

Поставленная цель достигается тем, что

5 в известном способе эксплуатации скважин с гидратным режимом в призабойной зоне, предусматривающем периодический прогрев ее с помощью нагревателя, в качестве

0 последнего используют высокочастотный электромагнитный нагреватель, при этом нагреватель включают при полном прекращении дебита, а выключают при достижении лавинообразного выноса гидратных

5 частиц потоком газа.

Применение в качестве нагревателя ВЧ электромагнитного излучателя для разработки гидратонасыщенных пород обладает рядом преимуществ перед другими видами

0 нагревателей.

Особенностью воздействия ВЧ электромагнитного поля, на гидратонасыщенную породу, представляющую собой неоднородную диэлектрическую среду, является то,

5 что в ней возникают внутренние источники тепла. Последние обеспечивают одновременный объемный прогрев породы на всем радиусе воздействия поля, который определяется только коэффициентом затухания электромагнитной волны в пласте. Это приводит к значительному расширению области теплового воздействия по сравнению с

другими видами нагревателей, основанных на кондуктивном механизме передачи тепла. Кроме того, скачок диэлектрической проницаемости порода-газогидратный элемент обусловливает максимальную плотность

0 именно в месте контакта зерен породы и гидратов. Вследствие этого разогрев и разложение гидрата происходит, в первую очередь, на контакте гидрат-порода, здесь же происходит резкое повышение давления из- за выделившегося газа. Последний, прорываясь через пласт в скважину, выносит не успевшие полностью разложиться, но потерявшие контакт с.зернами породы частицы гидрата. Лавинообразный вынос потоком газа гидратных элементов способствует восстановлению проницаемости пласта. Таким образом, характер взаимодействия ВЧ электромагнитного поля таков, что не требуется прогрев всего объема призабойной зоны до температуры, при которой газргид- ратные элементы полностью разлагаются. Достаточно прогреть лишь контакт порода- гидрат до температуры, необходимой для разложения этого контакта и прорыва газа в скважину, что увеличивает не только радиус воздействия высокочастотного электромагнитного поля, но и значительно сокращает время нагрева. Кроме того, об- ласть максимальной дисперсии диэлектрической проницаемости для гидратов природных газов лежит в высокочастотном диапазоне. Это позволяет выбрать оптимальную частоту, при которой происходит максимальное выделение тепла на контакте порода-гидрат, что позволяет сократить время работы ВЧ электромагнитного нагревателя. Таким образом, ВЧ излучатель имеет принципиально иной механизм передачи тепла, позволяющий повысить эффективность способа разработки газовых скважин с газогидратным режимом за счет увеличения радиуса воздействия и сокращения времени нагрева.

Способ осуществляют следующим образом.

С момента прекращения дебита скважины, что соответствует полной закупорке пор газогидратом, на призабойную зону пласта воздействуют высокочастотным электромагнитным полем от излучателя, расположенного на забое пробуренной скважины. При этом, за счет диэлектрических потерь на контакте зерна породы-гид- ратные элементы происходит разогрев и частичное разложение по поверхности последних. Вследствие этого происходит отрыв гидратных элементов от зерен породы и резкое повышение давления из-за выде- лившегося при разложении гидрата газа, который под давлением прорывается через пласт в скважину, вынося в потоке гидрат- ные элементы. Этот процесс, достигнув лавинообразного характера, восстанавливает проницаемость пласта. По восстановившемуся дебиту судят о необходимости отключения ВЧ - нагревателя. Работу ВЧ-источника возобновляют при последующем прекращении дебита скважины.

Проведена теоретическая оценка времени работы ВЧ-нагревателя. необходимого для достижения температуры, достаточной для наступления лавинообразного выноса гидратных элементов потоком газа.

Пример. Вследствие разработки пласта произошло полное загидрачивание : призабойной зоны радиусом м. Вследствие эффекта Джоуля-Томсона породы охладились до температуры, которая ниже

равновесной температуры гидратообрззо- вания на . Время, необходимое для прогрева всего объема загидраченной призабойной зоны ВЧ-нагревателем, найдено из соотношения.

л-dl- h-C

aW

Jr e2«0-rc)

где ,0625 м - радиус скважины, л 3,14; м - толщина пласта; С 2 106 Дж/м град - объемная теплоемкость пласта; а 0,1 - коэффициент затухания электромагнитной волны в пласте; кВт - мощность источника электромагнитной волны; е- основание натурального логарифма.

Для приведенных значений физических величин получено время, равное 5,25 ч. Но в предлагаемом способе прогревался лищь контакт гидрат-порода. Оценка проведена сверху, в предположении, что максимальная толщина контакта в предельном случае достигает радиуса пор, т.е. прогревался объем V, равный

,

где ,2 - пористость пласта; r2h - объем загидраченной призабойной зоны. С другой стороны, г ЭфЬ, где гэф - эффективный радиус, на который производился прогрев в предлагаемом способе. В этом случае -0,45 м и время работы источника соответственно составило 2,36 ч.

Использование предлагаемого способа повышает эффективность способа добычи газа за счет увеличения радиуса воздействия и ускорения разложения газогидратов благодаря объемному характеру нагрева га- зогидратного пласта ВЧ электромагнитным полем; уменьшает энергетические затраты на разложение газогидратов за счет уменьшения времени прогрева и сокращения потерь тепла по стволу скважины; разлагает газогидраты экологически чистым методом - воздействием электромагнитным полем; обеспечивает наименьшее влияние на зону вечной мерзлоты.

Формула изобретения

Способ эксплуатации скважин с гидрат- ным режимом в призабойной зоне, предусматривающий периодический прогрев зоны с помощью нагревателя, от личающий- с я тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет увеличения радиуса воздействия и уменьшения времени прогрева, в качестве нагревателя используют высокочастотный электромагнитный нагреватель, при этом нагреватель включают при полном Прекращении дебита, а выключают при достижении лавинообразного выноса гидратных частиц потоком газа.

Сущность изобретения: высокочастотным электромагнитным нагревателем периодически обогревают призабойнуй зону. Нагреватель включают при полном прекра щении дебита и выключают при достижении лавинообразного выноса гидратных частиц потоком газа.