способ добычи нефти или газа

Формула изобретения

1. Способ добычи нефти или газа, включающий строительство взрывных и эксплуатационных скважин, размещение во взрывных скважинах зарядов с последующим их подрывом и повышением давления в нефтеносном или газоносном пласте, отличающийся тем, что повышение давления в нефтеносном или газоносном пласте обеспечивают путем создания резонансных колебаний горных пород, строительство взрывных скважин осуществляют ударным устройством до середины газо- и влагонепроницаемого пласта, расположенного непосредственно над нефтеносным или газоносным пластом, а в эксплуатационных скважинах устанавливают сейсмические датчики, при этом в газо- и влагонепроницаемом пласте формируют камеры путем последовательных взрывов зарядов возрастающей мощности, причем на время взрыва взрывные скважины герметизируют путем размещения в них стального перекрывающего элемента с трубой, проходящей от взрывного заряда до устья взрывной скважины, заполнения пространства скважины до перекрывающего элемента водой и закупорки выхода из скважины заглушкой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве взрывных зарядов большой мощности используют природный или нефтяной газ, и сжатый воздух, а в образованную взрывами в нескольких взрывных скважинах искусственную линзу в виде соединенных между собой камер, закачивают воду под давлением не ниже давления в этом пласте.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве взрывных зарядов используют ядерные заряды артиллерийских снарядов или тактических ракет, подлежащих уничтожению, при этом электрокабель от взрывных устройств ядерных зарядов прокладывают от ядерных зарядов через взрывные скважины до центрального пункта одновременного подрыва всех ядерных зарядов, а взрывные скважины заполняют бетоном для их герметизации.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ относится к нефтяной и газовой добыче и может найти эффективное применение на промыслах, переставших давать нефть или природный газ в количествах, сохраняющих рентабельность их добычи.

Известен способ добычи нефти или газа, который предусматривает строительство взрывных и эксплуатационных скважин, размещение во взрывных скважинах зарядов с последующим их подрывом и повышением давления в нефтеносном или газоносном пласте (см. книгу Богорада Ю.Д. и др. Термические способы добычи нефти, М. ЦНИИПИ, 1965, с. 40-47).

Недостатком его является то, что проводится воздействие непосредственно на нефтеносный пласт закачкой в него горячей воды, которая затем откачивается вместе с добываемой нефтью. Выкачиваемая вода загрязнена нефтью и наносит экологический ущерб природе. Способ имеет также малую эффективность и большие энергетические затраты.

Взрывные работы ("торпедирование скважин") производится для образования в призабойной зоне пласта системы трещин, по которым увеличивается приток нефти (газа) к скважине. Взрывы в скважине производятся с помощью электрозапала и кабеля, выведенного по скважине на буровую установку. Данный способ дает малый производственный эффект, т.к. не увеличивает пластового давления нефти или газа. К тому же он портит скважины, в которых применяется.

Предлагаемый способ повышает пластовое давление нефти и газа за счет просадки горных пород, расположенных над нефтеносным (газоносным) пластом, в результате взрывов в водонепроницаемых пластах, находящихся над нефтеносном (газоносном) пластом. Взрывы производятся в специальных взрывных скважинах, создаваемых с помощью ударного устройства.

Взрывные скважины располагают на равных расстояниях между эксплуатационными скважинами по всей площади отдельного месторождения нефти (газа). Работа устройств ударного действия производится одновременно и синхронно на всей площади с периодичностью ударов кратной собственному периоду колебаний горных пород данного месторождения. В результате такой работы устройств ударного действия до завершения проходки взрывных скважин от резонансных сотрясений верхних слоев горных пород они будут смешаться на нефтеносный (газоносный) слой и повышать в нем пластовое давление, необходимое для рентабельной эксплуатации место рождения. О наличии такого давления будет получена информация от датчиков давления, предварительно установленных в эксплуатационных скважинах. С повышением пластового давления до величины, обеспечивающей рентабельную работу этих скважин они включаются в эксплуатационный процесс по добыче нефти (газа). В результате эксплуатации скважин через некоторое время пластовое давление вновь снизится ниже минимального, допустимого для рентабельной работы скважины. Тогда в скважины, изготовленные с помощью ударного устройства Кашеварова для проходки скважин (заявка на такое устройство подается вместе с данной заявкой) закладываются заряды рассчитанной мощности и подрываются одновременно во всех взрывных скважинах. От землетрясения ими вызванного при взрыве, вновь возникает пластовое давление в нефтеносных (газоносных) горизонтах, равное давлению масс вышерасположенных горных пород, которые опускаются от сотрясения, вызванного взрывом под воздействием силы тяжести на рыхлые породы, пропитанные нефтью или газом. Через несколько недель после искусственного землетрясения, в результате эксплуатации месторождения вновь уменьшится пластовое давление в нефтеносном (газоносном) слое и, как следствие этого, уменьшится и добыча нефти (газа). Для подъема пластового давления еще раз производится одновременный взрыв уже многотонных зарядов, заложенных в полости, образованные предшествовавшими взрывами во взрывных камерах. Более мощное искусственное землетрясение, вызванное взрывами многотонных зарядов, также повысит пластовое давление в нефтеносном слое на более длительное время. Затем в уже большие полости образованные многотонными взрывами, закачивают под большим давлением топливную смесь природного газа и воздуха и воспламеняют. Взрыв топливной смеси не только вызовет возобновление добычи нефти в эксплуатационных скважинах, но и увеличит ранее созданные полости взрывными многотонными зарядами, до искусственной линзы в водонепроницаемом слое над нефтеносными слоем, и заполненной газообразными продуктами сгоревшей топливной смеси. Эту газовую линзу в дальнейшем преобразуют в водяную линзу еще больших размеров в результате закачки в нее воду которая своим давлением прогнет дно водяной линзы водонепроницаемого слоя вниз и тем самым опять увеличит пластовое давление в пористом нефтяном слое, отжимая нефть (газ) к эксплуатационным скважинам. Закачиваемая вода не будет попадать в пористый слой, не будет откачиваться вместе с нефтью, следовательно не будет создавать экологического ущерба и на ее откачку не будет затрачиваться излишняя энергия, необходимая для работы нефтяных насосов по откачке этой уже загрязненной нефтью воды.

В некоторых случаях геологические условия нефтеносных месторождений позволят применить энергию мирного атома для увеличения пластового давления. Тогда вместо обычных взрывных зарядов могут быть эффективно использованы артиллерийские снаряды и головные части ракет тактического ядерного оружия, подлежащие уничтожению, с соблюдением соответствующих мер радиоактивной безопасности.

Сущность предлагаемого способа и устройств необходимых для его реализации поясняется следующими чертежами,

где:

на фиг. 1 дан вид сверху месторождения нефти;

на фиг. 2-3 сечение по А-А на фиг. 1 до и после взрывов;

на фиг. 4 место I на фиг. 3 в увеличенном виде;

на фиг. 5 сечение по Б-Б на фиг. 4.

Предлагаемый способ наиболее эффективно может быть применен на месторождениях нефти и газа Тюменской области России и в Татарстане на уже освоенных месторождениях.

В освоенном месторождении нефти где уже пробурены эксплуатационные скважины 1 (фиг. 1, 2 и 3) до нефтеносного слоя 2, образованного пористыми и проницаемыми горными породами и еще достаточное для добычи пластовое давление в нефтеносном слое 2 (изложение способа дано применительно к добыче нефти, но оно применимо и для добычи природного газа). Эксплуатационные скважины проходят через водонепроницаемый слой 3. С помощью устройства ударного действия Кашеварова изготавливают взрывные скважины 1 до средней части водонепроницаемого слоя 3. На дне скважины 4 закладывают взрывные заряды, которые одновременно подрывают для образования камер 5, в которые закладываются многотонные заряды взрывчатых веществ и закупоривают их стальной цилиндрической болванкой 6. Болванку 6 опускают в обсадные трубы 7 взрывных скважин, которые затем заполняют водой, а в верхний конец обсадной трубы 7 ввинчивают заглушки 8.

Взрывные скважины 4 сооружают с расчетом, чтобы во-первых, в результате взрывов в слое 3 можно было бы образовать пространства, заполненные в начале газообразными продуктами взрывов, а затем увеличить их закаченной в них водой 9 под большим давлением. Во-вторых, водонепроницаемый слой 3, расположенный между водой 9 и нефтеносным слоем 2, мог бы прогнуться вниз без разрывов и трещин, по которым вода 9 могла бы попасть в нефтеносный слой 2.

После одновременного взрыва многотонных зарядов в скважинах 4 произойдет повышение пластового давления в нефтеносном слое 2. Через несколько дней (недель) это давление в результате работы насосов на эксплуатационных скважинах, выкачивающих нефть, начнет падать. С понижением пластового давления и уменьшения суточной добычи нефти до минимально допустимого уровня, а трубе 10, проходящей коаксиально через болванку 6 и заглушку 8 открывается кран 11 и из пространства 12, образованного взрывом выпускаются газообразные продукты этого взрыва. Затем в пространство 12 с помощью компрессоров через трубу 10 нагнетается вначале природный (нефтяной) газ, а затем воздух под давлением более 100 кг/см². С помощью электрокабеля, проходящего через трубу 10, в пространстве 12, заполненным взрывной (топливной) смесью горючих газов и воздуха производят взрыв (воспламенение) который увеличит давление газов и пространство или занимаемое в несколько раз (это пространство обозначено пунктирной линией 13 на фиг. 2).

В результате проведенного взрыва топливной смеси пластовое давление в нефтеносном слое поднимется и из эксплуатационных скважин 1 вновь начнет поступать нефть. Этот период эксплуатации скважин 1, по-видимому, будет более длителен чем предшествующий, т.к. сжатые взрывом газы под давлением, в несколько раз превосходящим нормальное давление на уровне нефтеносного пласта 2, будут поддерживать пластовое давление своим расширением контура 13. При этом верхняя часть границы нефтеносного пласта займет положение обозначенной пунктирной линией 14 на фиг. 2.

Через несколько дней (недель) наступит момент, когда добыча нефти вновь понизится до минимально допустимого уровня. Тогда через трубу 10 в пространство контура 13 закачивают под давлением более 100 кг/см² воду 9, которая превращаясь в пар от высокой температуры в пласте 3 еще раз повысит пластовое давление нефти и увеличит ее добычу в скважинах 1. При этом газы, заполнившие контур 13, будут оттеснены вверх и сжаты давлением пара и воды 9 в пространстве 15, а кран 11 на трубе 10 закрыт после закачки воды 9. Газы сжатые в пространстве 15, будут длительное время расширяясь поддерживать давление воды 9 выше нормального пластового давления в нефтеносном слое, обеспечивая добычу нефти из скважин 1 на рентабельном уровне.

В зависимости от степени пористости нефтеносного слоя 3 из него будет отжато предлагаемым способ до 70-80% ранее находившейся нефти, а в пласте останется в 2 раза меньше нефти, чем при ее добыче известными способами. К тому же вода 9 закаченная в пласт 3 не будет загрязнена нефтью и не будет выкачиваться на поверхность земли, что является большим преимуществом предлагаемого способа от известного по части экологии и экономии добычи нефти.

Во время проходки скважины 5 с помощью синхронной работы всех ударных устройств в эксплуатационных скважинах 1 устанавливают как датчики пластового давления в нефтеносном слое 2, так и сейсмические датчики на среднем уровне водонепроницаемого слоя 3. Сейсмические датчики используются с целью получения частоты ударов устройств по проходке скважин 4 кратной частоте собственных колебаний водонепроницаемого слоя 3 для получения резонансного эффекта. С достижением резонансной частоты начинается опускание границы слоев 2 и 3, что зафиксируют датчики давлений, как повышение пластового давления в нефтеносном слое 2. Опускание и подъем стальной болванки 6 производится с помощью тросов 16.

Исходя из вышеперечисленного предлагаемый способ добычи нефти заключается в следующем:

1. На нефтяном месторождении, понизившим добычу нефти из-за уменьшения пластового давления до величины ниже необходимого, производят установку в скважинах, переставших эксплуатироваться, датчиков пластового давления нефти на уровне нефтеносного слоя и датчиков сейсмических колебаний на среднем уровне водонепроницаемого слоя, находящегося непосредственно над нефтеносным слоем.

2. Между эксплуатационными скважинами равномерно на всей площади месторождения нефти производят сооружение взрывных скважин, с помощью ударных устройств Кашеварова до нижнего уровня водонепроницаемого слоя, на котором еще исключается возможность разрыва трещинами этого слоя до нефтеносного слоя.

3. С помощью датчиков сейсмических колебаний, установленных в эксплуатационных скважинах, производят определение такой частоты работы ударных устройств, действующих синхронно на всех сооружаемых скважинах, при которой амплитуда колебаний будет максимальной. При этом изменение частоты ударных устройств производится путем изменения частоты работы свечей электрозажигания в камере сгорания этих устройств с помощью командного (центрального) пульта всех работ на данном месторождении нефти.

4. В результате работы ударных устройств с частотой, кратной частоте собственных колебаний водонепроницаемого слоя, водонепроницаемый слой, расположенный над нефтеносным слоем, под воздействием колебаний с резонансной частоты и силы тяжести начнет смещаться вниз восстанавливая изостатическое (равновесное) давление на нефтеносный слой, которое будет зарегистрировано датчиками давления, установленными в эксплуатационных скважинах.

5. При достижении расчетного пластового давления нефти в эксплуатационных скважинах, производят включение насосов этих скважин для добычи нефти по производственному графику, составленному применительно к предлагаемому способу добычи нефти.

6. В результате какого-то периода эксплуатации данного месторождения после окончания прокладки взрывных скважин пpоизойдет понижение пластового давления в нефтеносном слое до расчетной величины, определенной для этого этапа применения предлагаемого способа. В этот момент производят взрыв всех взрывных зарядов, предварительно заложенных во взрывные скважины после окончания их сооружения.

7. В результате произведенного взрыва произойдет следующий этап процесса опускания водонепроницаемого слоя (или его нижней части) на пористый нефтеносный слой с увеличением пластового давления нефти в этом слое и, как следствие этого, увеличение добычи нефти в эксплуатационных скважинах.

8. В пространство образовавшееся от взрывов во взрывных скважинах закладывают многотонные взрывные заряды, за на них опускают стальную болванку с трубой имеющей запорный кран на поверхности земли. Скважину заполняют водой от болванки до заглушки, которую завинчивают на верхнем конце обсадной трубы взрывной скважины. Через трубу проходит электрический кабель от взрывного устройства под болванкой до центрального пульта управления работами на нефтяном месторождении. Включением источника тока на центральном пульте управления производит одновременный подрыв всех многотонных зарядов во взрывных скважинах.

9. После падения добычи ниже рентабельного уровня, на трубах взрывных скважин открывают краны и выпускают газообразные продукты взрывов, находящихся под стальными болванками. Затем в полости, образовавшиеся от взрывов многотонных зарядов нагнетают вначале природный (нефтяной) газ, а затем воздух в пропорции необходимой для их воспламенения при давлении превышающем изостатическое (нормальное) пластовое давление на уровне взрывных полостей. С помощью электрокабеля и свечей зажигания (или бикфордова шнура) производят одновременное воспламенение топливной смеси во всех взрывных скважинах. Производят дальнейшую работу эксплуатационных скважин по добыче нефти.

10. С целью дальнейшего поддержания пластового давления в нефтеносном слое на возможно больший период времени через взрывные скважины 4 производится закачка воды в водяную линзу 9 под высоким давлением, которое передается через дно водяной линзы 9 и водонепроницаемый слой 3 на нефтеносный слой 2, поддерживая в нем пластовое давление, необходимое для работы эксплуатационных скважин. Прекращение закачки воды в скважины 4 производится при условии падения до добычи нефти в эксплуатационных скважинах 1 до величины, неоправдывающей затраты на закачку воды в скважины 4. Закачка воды начинается в полости, раскаленные взрывами и сжиганием топливной смеси газов и первые ее кубометры превращаются в пар, который резко поднимает давление в полости и увеличивает добычу нефти, что будет является дополнительными положительным свойством способа.

При благоприятных геологических условиях и правильно выбранной глубине взрывных скважин предлагаемый способ может дать вдвое большую добычу нефти чем известные вторичные способы подъема пластового давления путем закачки воды в эксплуатационные скважины расположенные по периметру нефтяного слоя. При этом исключается экологический ущерб, наносимый природе водой загрязненной нефтью, при добыче нефти известным способом.

В определенных геологических условиях залегания месторождения нефти может быть допустимым, а экономически весьма эффективным, применение ядерных зарядов, тактических ракет и артиллерийских снарядов, подлежащих уничтожению, для их использования в скважинах 4 для выполнения взрывов по п. 6 предлагаемого способа. В этом случае до взрыва ядерного заряда скважина 4, с заложенным в нее зарядом и выводным кабелем взрывного устройства в центральный пост управления взрыва, заполняется бетоном, надежно закрывающим бетонной пробкой на вечные времена реактивного джина в водонепроницаемом слое 3. Такое применение ядерных зарядов не только дает большую экономию средств при добыче нефти предлагаемым способом, но также сэкономит средства, необходимые для уничтожения ядерных арсеналов России известными способами.

Данный способ позволяет сжимать пористый нефтеносный слой, отжимая из него нефть к эксплуатационным скважинам до 70-80% в зависимости от степени его пористости.

Предлагаемый способ добычи нефти может быть не менее эффективно применен и для добычи природного газа без каких-либо существенных изменений. Предлагаемый способ позволяет продлить время эксплуатации нефтегазовых месторождений и получить дополнительно дефицитное углеводородное топливо в объеме на 20-30% большим чем при применении известных способов. При этом себестоимость дополнительно добытого топлива будет меньше стоимости топлива добытого до применения предлагаемого способа, будут полностью использованы все ранее произведенные затраты на создание инфраструктуры месторождения (эксплуатационные скважины, трубопроводы, дороги, поселки и т.п. сооружения). К тому же предлагаемый способ дает возможность исключить экологический ущерб наносимый природе применяемым в настоящее время способом закачки воды в нефтяной пласт и следующей откачки нефти с этой загрязненной нефтью водой через эксплуатационные скважины.