способ разработки месторождения высоковязкой нефти

Формула изобретения

1. Способ разработки месторождения высоковязкой нефти, включающий закачку топлива и окислителя в верхнюю часть продуктивного пласта с организацией внутрипластового горения и отбор продукции из нижней части продуктивного пласта из участка скважины, отклоненного относительно основного участка ствола, отличающийся тем, что скважину бурят в виде двухустьевой скважины с отклоненным участком, поднимающимся от подошвы продуктивного пласта к его кровле и оснащают обсадной колонной, в начале и конце отклоненного участка оборудованной соответственно верхним и нижним фильтрами, между которыми ближе к верхнему фильтру расположены переточные каналы, при установке обсадной колонны затрубное пространство между нижним фильтром и переточными каналами и между верхним фильтром и переточными каналами изолируют, после чего обсадную колонну от фильтров до устьев цементируют, внутреннее пространство между нижним фильтром и переточными каналами герметизируют пакером, из одного устья со стороны нижнего фильтра спускают насос, а с другого - технологическую колонну, межтрубное пространство которой между переточными каналами и верхним фильтром изолируют, причем закачку топлива производят по технологической колонне, а окислителя - по ее затрубью, при этом отбор продукции осуществляют насосом.

2. Способ разработки месторождения высоковязкой нефти по п.1, отличающийся тем, что закачку окислителя чередуют с закачкой воды для контроля температуры в процессе внутрипластового горения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к добыче высоковязких тяжелых и битуминозных нефтей.

Известен «Способ разработки нефтебитумной залежи» (патент RU № 2287677, E21B 43/24, опубл. Бюл. № 32 от 20.11.2006 г.), включающий проводку в пласте двух горизонтальных стволов параллельно между собой и закачку пара в верхнюю нагнетательную скважину и отбор продукции из нижней добывающей скважины.

Недостатком данного способа является низкая эффективность, особенно в тонких пластах, из-за больших тепловых потерь.

Также известен «Способ разработки высоковязкой нефти или битума» (заявка на патент № 97107687, E21B 43/24, опубл. 27.04.1999 г.), включающий закачку окислителя через нагнетательную скважину, создание прямоточного фронта горения, контроль за его продвижением и добычу пластовых флюидов через добывающие скважины, причем после создания фронта горения определяют границу влияния движущейся по пласту высокотемпературной зоны, после чего выбирают неохваченную тепловым воздействием добывающую скважину, через межтрубное пространство которой производят откачку газов горения из пласта, при этом откачку газа производят до увеличения пластовой температуры на забое добывающей скважины на 10-15°C.

Недостатками данного способа являются низкая эффективность его применения из-за невозможности регулировки прогрева пласта и создания паровой камеры, а также небольшой охват пласта, так как прогрев пласта и отбор продукции пласта идет точечно.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Способ разработки высоковязкой нефти или битума» (патент RU № 2358099, E21B 43/24, опубл. 10.06.2009 г.), включающий закачку окислителя через нагнетательные скважины, организацию внутрипластового горения и отбор продукции через добывающие скважины, при этом в качестве добывающих используют горизонтальные скважины с горизонтальным стволом в подошвенной части пласта, а вертикальные скважины размещают в стволе и концевой части горизонтального ствола, закачку топлива осуществляют через ближайшие к горизонтальной вертикальные скважины, а через удаленные - воздуха, при этом забойное давление закачки воздуха в скважине устанавливают выше забойного давления закачки топлива, при этом закачку топлива в ближайшие к горизонтальной вертикальные скважины, а в удаленные закачку воздуха чередуют с закачкой воды в объемах, допускающих поддержание пластового горения.

Недостатками данного способа являются:

- во-первых, низкая эффективность его применения из-за невозможности контроля за температурой отбираемой продукции по всей длине горизонтального участка добывающей скважины;

- во-вторых, небольшая площадь охвата паровой камерой пласта из-за подачи воздуха и топлива только через вертикальные скважины, поэтому прогрев пласта и отбор продукции пласта идет точечно;

- в-третьих, значительные финансовые затраты на осуществления способа, что связанно со строительством нескольких вертикальных скважин. Это обусловлено тем, что закачку топлива (горючего) осуществляют через ближайшие к горизонтальной вертикальные скважины, а через удаленные вертикальные скважины закачивают воздух (окислитель).

Технической задачей предлагаемого способа является снижение финансовых затрат на осуществление способа и повышение эффективности использования пластового горения за счет контроля за температурой отбираемой продукции по всей длине горизонтального участка скважины, а также расширение охвата пласта паровой камерой.

Техническая задача решается способом разработки месторождения высоковязкой нефти, включающим закачку топлива и окислителя в верхнюю часть продуктивного пласта с организацией внутрипластового горения и отбор продукции из нижней части продуктивного пласта из участка скважины, отклоненного относительно основного участка ствола.

Новым является то, что скважину бурят в виде двухустьевой скважины с отклоненным участком, поднимающимся от подошвы продуктивного пласта к его кровле и оснащают обсадной колонной, в начале и конце отклоненного участка оборудованной соответственно верхним и нижним фильтрами, между которыми ближе к верхнему фильтру расположены переточные каналы, при установке обсадной колонны затрубное пространство между нижним фильтром и переточными каналами и между верхним фильтром и переточными каналами изолируют, после чего обсадную колонну от фильтров до устьев цементируют, внутреннее пространство между нижним фильтром и переточными каналами герметизируют пакером, из одного устья со стороны нижнего фильтра спускают насос, а с другого - технологическую колонну, межтрубное пространство которой между переточными каналами и верхним фильтром изолируют, причем закачку топлива производят по технологической колонне, а окислителя - по ее затрубью, при этом отбор продукции осуществляют насосом.

Также новым является то, что закачку окислителя чередуют с закачкой воды для контроля температуры в процессе внутрипластового горения.

На чертеже изображен пласт в разрезе, проходящем в плоскости горизонтальных скважин.

Способ осуществляют следующим образом.

На месторождении с высоковязкой нефтью скважину бурят в виде двухустьевой скважины 1 с отклоненным участком 2, поднимающимся от подошвы продуктивного пласта 3 высоковязкой нефти к его кровле. После чего двухустьевую скважину 1 оснащают обсадной колонной 4, при этом в начале и конце отклоненного участка 2 обсадная колонна 4 оборудована соответственно верхним 5 и нижним 6 фильтрами, между которыми ближе к верхнему фильтру 5 расположены переточные каналы 7.

При установке обсадной колонны 4 в двухустьевой скважине 1 затрубное пространство между нижним фильтром 6 и переточными каналами 7 и между верхним фильтром и переточными каналами 7 изолируют любым известным способом, например с помощью надувных пакеров 8; 8'; 8'', после чего обсадную колонну от фильтров 5 и 6, соответственно до устьев двухустьевой скважины 1 цементируют.

Внутреннее пространство между нижним фильтром 6 и переточными каналами 7 герметизируют пакером 9, из одного устья со стороны нижнего фильтра 6 спускают насос 10 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 11, а с другого устья технологическую колонну 12, межтрубное пространство 13 которой между переточными каналами 7 и верхним фильтром 5 изолируют с помощью пакера 14. В качестве воды используют сточную воду плотностью 1100-1180 кг/м³. В качестве топлива используют, например, углеводородный газ, попутный газ, печное топливо или т.п.

После прогрева паропередвижной установкой приствольной части продуктивного пласта 3 двухустьевой скважины 1 производят в необходимом объеме закачку топлива по технологической колонне 12 через переточные каналы 7 в продуктивный пласт 3.

Далее по затрубью технологической колонны 12, то есть межтрубному пространству 13 через верхний фильтр 5 в пласт 3, производят закачку воздуха (окислителя) и под расчетным давлением производят поджиг пласта 3 и создают очаг горения.

В воздухе содержится азот, химически не участвующий в реакциях горения, но присутствующий в зоне горения. Поскольку в воздухе содержится 21% об. кислорода и 79% об. азота, при горении воздуха на один объем кислорода приходится 79:21=3,76 объема азота. Например, уравнение реакции горения природного газа (метана) в воздухе можно записать так:

CH₄+2O₂ +2×3,76N₂=CO₂+H₂O+2×3,76N ₂

Организуют процесс горения по этому уравнению так, что в зоне горения на 1 м³ горючего газа приходится 9,5 м³ воздуха, который и содержит требуемые 2 м ³ кислорода. Горючей смеси (или ее части) сообщают тепловой импульс достаточной мощности для начала реакции горения. В результате полного сгорания 1 м³ метана выделяется 36000 КДж тепла и образуется более 10,5 м³ продуктов горения (смеси двуокиси углеводорода, паров воды и азота). Температура воспламенения метана в воздухе составляет от 545 до 850°C. Так как в продуктивном пласте 2 содержится пластовая вода, то в процессе горения вода превращается в пар. Азотом воздуха созданный пар продвигается по продуктивному пласту 2. По мере продвижения по пласту 2 образуются зоны горения 15 и пара 16.

Так как пар и азот имеют удельный вес меньше, чем нефть, то в кровельной части пласта 2 образуется зона пара (паровая камера) 16, за счет сил гравитации нефть стекает в подошвенную часть продуктивного пласта 3 и отбирается на поверхность по колонне НКТ 11 из двухустьевой скважины 1 с помощью любого известного насоса 10 (например, винтового).

Созданная локализованная зона горения 15 позволяет генерировать пар в продуктивном пласте 3, что позволяет осуществить вытеснение как по разрезу, так и по площади. Давление закачки топлива производят при давлении выше давления раскрытия вертикальных трещин, что позволяет увеличить проницаемость продуктивного пласта 2 и осуществлять интенсивный отбор высоковязкой нефти, в том числе из пластов с низкой проницаемостью.

Датчики температуры (не показано) спущены в двухустьевую скважину 1 на оптико-волоконном кабеле со стороны того устья двухустьевой скважины 1, через которое на колонне НКТ 11 спущен насос 10 и размещены в обсадной колонне 4 по всей длине от устья до пакера 9 (например, на расстоянии 2-7 метров). Датчики температуры отслеживают температуру отбираемой продукции (высоковязкой тяжелой и битуминозной нефти) при увеличении или снижении температуры отбираемой продукции.

Например, при повышении температуры отбираемой продукции выше заданной, если заданная температура отбора продукции из горизонтальной скважины 1, равная 60°C, повысилась до 75°C, на что реагируют один или несколько датчиков температуры.

Закачку окислителя (воздуха) через другое устье двухустьевой скважины 1, а именно в межтрубное пространство скважины 13, прекращают и начинают подачу воды в межтрубное пространство 13. Из межтрубного пространства 13 вода через верхний фильтр 5 попадает в зону пара 16 и горения 15, вследствие чего происходит смешивание воды с топливом (горючим) в зоне горения 15, при этом параллельную закачку топлива (горючего) в технологическую колонну труб 12 через переточные каналы 7 в зону горения 15 ведут постоянно.

Вследствие закачки воды снижается температура отбираемой насосом 10 продукции, о чем сигнализируют один или несколько датчиков температуры, спущенные в двухустьевую скважину 1 на оптико-волоконном кабеле со стороны насоса 10.

Например, снижение температуры отбираемой продукции достигло 45°C, то есть температура, с которой отбирается продукция, оказалась ниже заданной, равной 60°C. Тогда закачку воды через другое устье двухустьевой скважины 1, а именно в межтрубное пространство скважины 13, прекращают и начинают подачу в межтрубное пространство 13 окислителя (воздуха).

Окислитель из межтрубного пространства 13 через верхний фильтр 5 попадает в зоны пара 16 и горения 15, вследствие чего происходит смешивание окислителя с топливом (горючим) в зоне горения 15, при этом параллельную закачку топлива (горючего) в технологическую колонну труб 12 через переточные каналы 7 в зону горения 15 ведут постоянно.

Вследствие закачки окислителя увеличивается температура отбираемой насосом 10 продукции, о чем сигнализируют один или несколько датчиков температуры, спущенные в двухустьевую скважину 1 на оптико-волоконном кабеле со стороны насоса 10. При дальнейшем превышении температуры отбираемой продукции выше допустимой, на что реагируют один или несколько датчиков температуры, процесс, описанный выше, повторяют.

Таким образом, закачку окислителя чередуют с закачкой воды, при этом осуществляют контроль температуры в процессе внутрипластового горения.

Осуществление данного способа требует значительно меньших финансовых затрат в сравнении с прототипом, поскольку позволяет избежать строительство нескольких нагнетательных скважин, а процесс отбора продукции наряду с закачкой топлива и окислителя решается с помощью одной двухустьевой скважины.

Благодаря тому, что скважину бурят в виде двухустьевой скважины с отклоненным участком, поднимающимся от подошвы пласта к его кровле, значительно расширяется площадь охвата паровой камерой продуктивного пласта, поэтому улучшается эффективность прогрева пласта и, как следствие, увеличивается объем отбираемой продукции. Кроме того, процесс внутрипластового горения регулируется за счет чередования закачки окислителя и воды, а температура отбираемой продукции контролируется датчиками температуры, спущенными в двухустьевую скважину на оптико-волоконном кабеле со стороны насоса, осуществляющего отбор продукции.