способ разработки нефтяной залежи

Классы МПК:E21B43/24 с применением тепла, например нагнетанием пара
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Хисамутдинов Наиль Исмагзамович
Приоритеты:
подача заявки:
2000-10-09
публикация патента:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к тепловым способам разработки нефтяных залежей. Обеспечивает повышение эффективности способа на поздней стадии разработки. Сущность изобретения: способ включает последовательную закачку в нагнетательные скважины выбранных участков теплоносителя и неподогретой воды с определением оптимального момента перехода с закачки теплоносителя на закачку неподогретой воды и добычу нефти через добывающие скважины. Дополнительно проводят исследования теплоемкости и теплопроводности пористой среды, нефти и окружающей породы. Для выбора участков дополнительно проводят глубинные измерения температур залежи. Собирают промысловые данные по объемам закачки и температуре неподогретой воды за предшествующий период разработки. Строят карты температурных полей путем моделирования процессов тепломассообмена. Выделяют охлажденные участки с повышенной и пониженной текущей нефтенасыщенностью и последовательно закачивают в нагнетательные скважины выбранных участков теплоноситель и неподогретую воду - каждую оторочку - до момента, определяемого моделированием процессов тепломассообмена и в течение общего времени, необходимого для дохождения переднего фронта оторочки теплоносителя до границы выделенного для прогрева участка пласта. В качестве теплоносителя закачивают последовательно серную кислоту и щелочь. 5 з.п.ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1

Формула изобретения

1. Способ разработки нефтяной залежи, включающий последовательную закачку в нагнетательные скважины выбранных участков теплоносителя и неподогретой воды с определением оптимального момента перехода с закачки теплоносителя на закачку неподогретой воды и добычу нефти через добывающие скважины, отличающийся тем, что дополнительно проводят исследование теплоемкости и теплопроводности пористой среды, нефти и окружающей породы, а для выбора участков дополнительно проводят глубинные измерения температур залежи, собирают промысловые данные по объемам закачки и температуре неподогретой воды за предшествующий период разработки, строят карты температурных полей путем моделирования процессов тепломассообмена, выделяют охлажденные участки с повышенной и пониженной текущей нефтенасыщенностью и последовательно закачивают в нагнетательные скважины выбранных участков теплоноситель и неподогретую воду - каждую оторочку - до момента, определяемого моделированием процессов тепломассообмена и в течение общего времени, необходимого для дохождения переднего фронта оторочки теплоносителя до границы выделенного для прогрева участка пласта, причем в качестве теплоносителя закачивают последовательно серную кислоту и щелочь.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что теплоноситель закачивают до выравнивания температур охлажденного участка и пласта в целом, причем добычу нефти в этот период осуществляют в режиме пониженных дебитов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на сильно охлажденных участках теплоноситель закачивают дополнительно в добывающие скважины, а добычу нефти осуществляют после выравнивания температур охлажденной зоны и пласта в целом.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно прогретые нагнетательные скважины переводят на добычу нефти на период сохранения их дебита не ниже среднего по участку.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что в нагнетательные скважины закачивают неподогретую воду, загущенную вязкоупругим составом.

6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что в нагнетательные скважины предварительно закачивают оторочку бактерицида и поверхностно-активного вещества или одного из них.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к способам разработки нефтяных залежей на поздней стадии эксплуатации, когда в результате закачки больших объемов холодной воды температура нефтеносного пласта и окружающей породы снизилась на 15-20oС. Как известно, снижение температуры приводит к ухудшению фильтрационных свойств нефти, к снижению ее извлекаемости. Фильтрация девонской нефти при температуре ниже 18o-22oС начинается только после достижения определенного перепада давления (давления сдвига) [1]. При тепловом воздействии увеличение нефтеизвлечения достигается посредством повышения температуры пласта путем закачки искусственного источника тепла, либо путем выравнивания температуры пласта за счет воздействия естественного теплового потока из недр.

Известен способ термохимической разработки нефтяной залежи, включающий последовательную закачку в пласт суспензии магния и соляной кислоты, с тем, чтобы магний, прореагировав с кислотой в призабойной зоне скважины, выделил тепло, обеспечивающее тепловую обработку призабойной зоны [2]. Однако при таком способе прогревается лишь часть пласта в непосредственной близости к забою скважины, а прогрева продуктивной части пласта не происходит. Кроме того, в результате реакции магния с соляной кислотой и водой выделяется пожаро- и взрывоопасный газ - водород, что значительно снижает технологичность способа [2].

Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором на основе данных разбуривания (в том числе, нефтеотдачи) уточняют неоднородность пласта по простиранию на его отдельных участках и на каждом из них, с учетом энергетического критериального соотношения определяют момент перехода с нагнетания теплоносителя (например, горячей воды) на неподогретую воду для поддержания или повышения пластового давления и температуры [3]. При этом правило выбора отдельных участков пласта строго не регламентируется.

Недостаток прототипа в том, что при проектировании мероприятий по поддержанию и повышению пластового давления и температуры не учитывается распределение температуры в пласте, так что применение этого способа на поздней стадии эксплуатации на одних участках пласта (где охлаждение не столь значительно) приводит к неоправданно большим затратам энергии, а на других (где охлаждение существенное) - не будет достигнута рациональная нефтеотдача.

Задачей изобретения является повышение эффективности способа разработки нефтяных залежей на поздней стадии эксплуатации за счет повышения снизившейся в результате закачки неподогретой воды температуры пласта, с контролем распределения температур в пласте.

Поставленная задача решается тем, что в способе разработки нефтяной залежи, включающем последовательную закачку в нагнетательные скважины выбранных участков теплоносителя и неподогретой воды с предварительным аналитическим определением оптимального момента перехода с закачки теплоносителя на закачку неподогретой воды и добычу нефти через добывающие скважины, дополнительно проводят исследования теплоемкости и теплопроводности пористой среды, нефти и окружающей породы, а для выбора участков дополнительно проводят глубинные измерения температур залежи, собирают промысловые данные по объемам закачки и температуре неподогретой воды за предшествующий период разработки, строят карты температурных полей путем моделирования процессов тепломассообмена, выделяют охлажденные участки с повышенной и пониженной текущей нефтенасыщенностью и последовательно закачивают в нагнетательные скважины выбранных участков теплоноситель и неподогретую воду - каждую оторочку - до момента, определяемого моделированием процессов тепломассообмена; причем в качестве теплоносителя закачивают последовательно серную кислоту и щелочь.

Теплоноситель закачивают до выравнивания температур охлажденного участка и пласта в целом, причем добычу нефти в этот период осуществляют в режиме пониженных дебитов.

На сильно охлажденных участках теплоноситель закачивают дополнительно в добывающие скважины, а добычу нефти осуществляют после выравнивания температур охлажденной зоны и пласта в целом.

Дополнительно прогретые нагнетательные скважины (вокруг которых температура пласта по заданному радиусу поднялась до заданного уровня) переводят на добычу нефти на период сохранения их дебита не ниже среднего по участку.

В нагнетательные скважины закачивают неподогретую воду, загущенную вязкоупругим составом.

В нагнетательные скважины предварительно закачивают оторочку бактерицида и поверхностно-активного вещества (ПАВ) или одного из них.

Авторами впервые предложено для выбора участка под тепловую обработку проводить построение карт температурных полей путем моделирования процессов тепломассообмена с проверкой их корреляции с показаниями глубинных измерений температур залежи. Применение в качестве теплоносителя системы серная кислота - щелочь, кроме теплового эффекта, обеспечивает также образование нефтяных сульфонатов, обладающих поверхностно-активными свойствами.

Отметим, что возможности непосредственного измерения температуры глубоко залегающих участков пласта с помощью измерительной техники весьма ограничены, измерить температуру можно лишь в непосредственной близости от скважины. Поэтому для описания температурного поля пласта необходимо провести теоретические расчеты, используя дифференциальные уравнения, моделирующие процесс распространения тепла в пространстве: конвективный перенос тепла движущейся жидкостью, кондуктивный теплообмен между пластом и его кровлей и подошвой.

Тепломассообмен внутри нефтяного пласта описывается уравнением вида

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 (1)

где cko,способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631ko - средневзвешенные объемная теплоемкость и теплопроводность коллектора, которые вычисляются по теплоемкости и теплопроводности пористой среды и нефти (ккал/м3способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631град, ккал/мспособ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631градспособ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631час), Q - количество закачиваемой неподогретой воды за единицу времени (м3/час), Т - температура (oС), r - расстояние от забоя скважины (м), z - глубина от поверхности земли, H - мощность коллектора, Св - объемная теплоемкость воды.

Распространение тепла в окружающей пласт породе описывается уравнением теплопроводности

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

где cn,способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631n - объемная теплоемкость и теплопроводность породы.

Приток тепла из кровли и подошвы учитывается в виде уравнений (2) и условий равенства тепловых потоков на границе разделов коллектор - кровля и кровля - подошва

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

Здесь Тko - температура коллектора, Tn - температура породы.

Описанная выше математическая модель исследуется численно конечно-разностным методом. При составлении разностной схемы использовался метод переменных направлений. Численные расчеты производились в среде программирования Delphi.

Более грубый расчет температуры в пласте вокруг нагнетательной скважины можно производить по формуле

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

выражающей решение упрощенной модели, при пренебрежении явлением кондуктивного теплообмена в коллекторе. Здесь способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

Тн - температура коллектора до начала эксплуатации, oС; t - время закачки, час.

Для расчета теплового поля, создаваемого под влиянием нескольких нагнетательных скважин, воспользуемся тем, что охлаждающий эффект от закачки неподогретой воды в несколько скважин равен сумме охлаждающих эффектов от каждой из скважин.

Предположим, что через нагнетательную скважину посредством теплоносителя в пласт внесено тепло в количестве Р ккал. Часть Р0 этого тепла пойдет на прогрев коллектора, через P1 и Р2 обозначим тепло, затраченное на нагревание неподогретой воды, закачиваемой в скважину для проталкивания теплоносителя по пласту и, соответственно, на нагревание кровли и подошвы пласта, так что Р= P0+P1+P2. При условии равномерного распределения тепла в количестве 0 достаточно для прогрева участка пласта цилиндрической формы мощностью Hko и радиуса r0 на способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631Tспособ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631C, если

P0 = способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631r20Hkockoспособ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631T. (4)

Тепло вносится в пласт посредством теплоносителя объема V1, закачиваемого с интенсивностью Q1 м3/час, так что время закачки теплоносителя равно t1= V1/Q1. Теплоноситель проталкивается неподогретой водой, закачиваемой в пласт с интенсивностью Q2 м3/час. Через t часов после начала закачки теплоносителя (t>t1) передний фронт оторочки теплоносителя будет находиться на расстоянии

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

где m - пористость коллектора. На основе формул (4), (5) находят суммарное время to закачки теплоносителя и неподогретой воды, необходимое для того, чтобы передний фронт оторочки теплоносителя дошел до границы (боковой поверхности) выделенного цилиндрического участка пласта

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

Теплопотери, связанные с нагревом неподогретой воды, закачиваемой в скважины с целью проталкивания теплоносителя в пласт по простиранию, составляют

P1 = Q2(t0-t1)cв(T1+способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631T-T3),

где T1 - температура участка пласта до начала закачки теплоносителя, Т3 - температура закачиваемой воды.

Вычислим теплопотери Р2, связанные с оттоком тепла в кровлю и подошву пласта. Согласно схеме Ловерье, отток тепла с единицы площади кровли (подошвы) пласта за единицу времени равен способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 где способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 - время, отсчитываемое от момента начала прогрева данного элемента площади. Количество тепла, ушедшего в кровлю и подошву со всего выделенного участка цилиндрической формы за время t0 дается интегралом

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

где s = способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631r2Hkomko/Q1. Для простоты предполагается, что Q1=Q2. Вычисляя интеграл, находим

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631

Известно, что конечный коэффициент вытеснения нефти способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 повышается с ростом температуры. Для небольших конкретных диапазонов изменения значений температуры эта зависимость может быть представлена в виде линейной функции

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631(T) = способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631T+способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631, (7)

где способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 и способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 - некоторые числа. Эта формула показывает, что при повышении температуры пласта на способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631Tспособ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631C увеличение количества извлекаемой нефти составляет 100способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631T%. Если геологические запасы нефти составляют N м3 для выделенного участка, то повышение температуры коллектора на способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631Tспособ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631C дает увеличение добываемой продукции на способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631N = способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631Tспособ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631N м3.

Способ осуществляется следующей последовательностью операций.

1. Проведение исследований теплоемкости и теплопроводности пористой среды и нефти и окружающей пласт породы

2. Для выбора участков дополнительно:

- проведение глубинных измерений температур залежи;

- сбор промысловых данных по объемам закачки и температуре неподогретой воды за предшествующий период разработки;

- построение карт температурных полей путем моделирования процессов тепломассообмена; проверка корреляции карт с данными глубинных измерений температур залежи;

- выделение охлажденных участков с повышенной и пониженной текущей нефтенасыщенностью.

3. Аналитическое определение оптимального момента перехода с закачки теплоносителя на закачку неподогретой воды путем моделирования процессов тепломассообмена на основе результатов исследований по п.1 и выбора участков по п.2.

4. Последовательная закачка в нагнетательные скважины выбранных участков теплоносителя: серной кислоты и щелочи и неподогретой воды - каждой оторочки - до момента, определенного моделированием процессов тепломассообмена по п. 3.

5. Добыча нефти через добывающие скважины.

Предпочтительно, в зависимости от обстоятельств разработки, выполнять также следующие условия и операции.

- Теплооситель закачивать до выравнивания температур охлажденного участка и пласта в целом, причем, добычу нефти в этот период осуществлять в режиме пониженных дебитов.

- На сильно охлажденных участках теплоноситель закачивать дополнительно в добывающие скважины, а добычу нефти осуществлять после выравнивания температур охлажденной зоны и пласта в целом.

- Дополнительно прогретые нагнетательные скважины переводить на добычу нефти на период сохранения их дебита не ниже среднего по участку.

- В нагнетательные скважины закачивать неподогретую воду, загущенную вязкоупругим составом.

- В нагнетательные скважины предварительно закачивать оторочку бактерицида и ПАВ.

Пример конкретного осуществления способа

В качестве конкретного объекта изучения возьмем скважину 310д Абдрахмановской площади Ромашкинского месторождения, которая по промысловым данным за период с 1986 по 1999 годы эксплуатировалась как нагнетательная и в нее закачано неподогретой воды 1904500 м3 при средней температуре, близкой к 15oС. Глубинные измерения указывают на понижение температуры в близлежащем участке залежи с 32oС до 16oС. По данным геологических исследований теплоемкость и теплопроводность пористой среды равны 600 и 1,8, соответственно. Для нефти они равны 500 и 0,15. Теплоемкость окружающей породы (кровли и подошвы пласта) равна 400, теплопроводность - 2. Мощность пласта равна 5,4 м, пористость m=0,2. В непосредственной близости от этой скважины находятся нагнетательные скважины 9196, 18869, 14064. Объемы закачек за время эксплуатации указанных скважин в качестве нагнетательных следующие: 561800 м3 неподогретой воды за последние два года, 1488360 м3 - за последние четыре года и 239500 м3 - за последние 3 года, соответственно. Эти скважины могут повлиять на распределение температуры вокруг скважины 310д.

Составляем карту температурных полей. Из этой карты видно, что температура пласта (горизонт d1) (фиг.1) вокруг скважины 310д на расстоянии до 70 м охладилась на 15o, до 100 м - охладилась на 10o. Эти данные хорошо коррелируют с результатами глубинных измерений температуры.

Поставим задачу повысить температуру цилиндрического участка пласта с радиусом r0=100 м на способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631T = 10способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631. Для этого при равномерном распределении тепла необходимо внести в пласт тепло в количестве Р=P0+P1+P2, где P0 = способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631способ разработки нефтяной залежи, патент № 21876311002способ разработки нефтяной залежи, патент № 21876315,4способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631600способ разработки нефтяной залежи, патент № 218763110 способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 109 ккал - тепло, идущее на прогрев коллектора. Вычислим теплопотери р1 и p2. Источником тепла будет химическая реакция между серной кислотой и едким натром. Пренебрегая разницей между теплоемкостями воды и растворов кислоты и щелочи и полагая, что все закачиваемые агенты имеют одну и ту же температуру 3=15oС, участок пласта на расстоянии до 100 метров от забоя скважины имеет температуру T1=22oC, найдем количество тепла, необходимого для повышения температуры всех закачиваемых агентов (кислоты, щелочи и проталкивающей воды) до T1+способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631T = 32способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631C, что составляет способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631 - потери в кровлю и подошву. Здесь Q1=Q2-33,2 м3/час. Следовательно, в пласт необходимо внести тепло в количестве Р=109+0,6способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631109+0,4способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631109=2способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631109 ккал.

В качестве теплоносителя используем отработанную 72%-ную серную кислоту (ТУ 6-02-12-130-88) и 45%-ный раствор щелочи NaOH. Известно, что от взаимодействия 1 т 72%-ного раствора серной кислоты и 1,3 т 45%-ного раствора NaOH выделится 2,05способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631105 ккал теплоты. Находим, что для получения тепла в количестве Р=2способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631109 ккал потребуется около 104 т раствора кислоты и 1,3способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631104 т раствора щелочи. Из формулы (6) находим общее время to закачки теплоносителя и проталкивающей воды при интенсивности Q=800 м3/сутки, оно равно t0= 42 сут. При этом химические реагенты: 5600 м3 раствора кислоты и 9300 м3 раствора щелочи будут закачиваться последовательно небольшими порциями по 280 м3 раствора кислоты и 465 м3 раствора щелочи для обеспечения более интенсивного протекания реакции в течение времени t1=18,6 суток. Затем в течение 23,4 суток будет закачиваться неподогретая вода, проталкивающая оторочку теплоносителя. По истечении 42 суток от начала закачки теплоносителя рекомендуется перевести скважину на режим добычи.

Начальная нефтенасыщеноость пласта составляет 0,8. Поэтому коллектор объемом V = способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631r2способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631Hko м3 = 16,2способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631104 м3 содержал изначально N=25920 м3 нефти. Для нефтей Ромашкинского месторождения формула (7) в диапазоне температур 10o<Т<40C имеет вид [4]

способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631(T) = 0,618+0,004T.

При повышении температуры коллектора на 10o количество извлекаемой нефти увеличится на способ разработки нефтяной залежи, патент № 2187631N = 1037 м3. Кроме того, увеличение нефтеотдачи происходит и за счет действия поверхностно-активных веществ, содержащихся в отработанной серной кислоте. Как показывают расчеты [5] , ПАВ способствуют улучшению нефтевымывающих свойств воды, закачиваемой вслед за раствором. При этом происходит прирост коэффициента нефтеотдачи примерно на 6%, что в условиях данного примера составляет еще 1555 м3 нефти.

Источники информации

1. Аминев М. Г. , Вахитов Г.Г., Глумов Ф.Ф., Фоменко И.Е. Особенности фильтрации пластовой девонской нефти при пониженных температурах. В сб. "Теория и практика добычи нефти". - М.: Недра, 1966.

2. Патент РФ 2030568, кл. Е 21 В 43/27. Способ термохимической обработки призабойной зоны пласта. Шевченко А.К., - опубл. 10.03.95, БИ 7.

3. Патент РФ 2034136, E 21 В 43/24. Способ разработки месторождений высокопарафинистых и вязких нефтей (варианты) Розенберг М.Д. и др., - опубл. 30.04.95, БИ 12.

4. Валиханов А.В., Вахитов Г.Г., Грайфер В.И., Муслимов Р.Х., Мухарский З. Д. , Пустовойт С.П., Султанов С.А. Разработка нефтяных месторождений Татарии с применением повышенного давления - Казань, Татарское книжное издательство, 1971.

5. Ибрагимов Г. З., Хисамутдинов Н.И. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти. - М.: Недра, 1983.

Класс E21B43/24 с применением тепла, например нагнетанием пара

системы для обработки подземного пласта с циркулируемой теплопереносящей текучей средой -  патент 2529537 (27.09.2014)
способ термошахтной разработки месторождения высоковязкой нефти по одногоризонтной системе -  патент 2529039 (27.09.2014)
способ добычи газа из газовых гидратов -  патент 2528806 (20.09.2014)
способ разработки изометрических залежей природного битума -  патент 2528760 (20.09.2014)
способ разработки участка нефтяного месторождения -  патент 2528310 (10.09.2014)
способ разработки месторождения сверхвязкой нефти -  патент 2527984 (10.09.2014)
способ (варианты) и система регулирования эксплуатационной температуры в стволе скважины -  патент 2527972 (10.09.2014)
способ разработки залежей высоковязких нефтей или битумов при тепловом воздействии -  патент 2527051 (27.08.2014)
способ разработки залежи высоковязкой и тяжелой нефти с термическим воздействием -  патент 2526047 (20.08.2014)
устройство для разработки залежи сверхвязкой нефти -  патент 2525891 (20.08.2014)
Наверх