способ нагрева подземной геологической формации, прежде всего нагрева пластовых флюидов в зоне ствола скважины

Формула изобретения

1. Способ нагрева подземной геологической формации, заключающийся в том, что бурят скважину, которая доходит до подземной геологической формации, распределяют в подземной геологической формации преобразующий электромагнитную энергию в тепло материал и воздействуют на этот материал электромагнитной энергией, которую он преобразует в тепло, необходимое для нагрева подземной геологической формации, отличающийся тем, что преобразующий электромагнитную энергию материал распределяют в подземной геологической формации с использованием этой пробуренной скважины и указанный материал содержит расклинивающий наполнитель, который по крайней мере частично состоит из наночастиц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные наночастицы выбирают из группы, включающей магнитные наночастицы, обладающие электропроводностью наночастицы и их сочетания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные наночастицы получают из материала, выбранного из группы, включающей железо, кобальт, молибден, цирконий, никель, хром, кремний и другие подобные элементы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные наночастицы получают из материала, выбранного из группы, включающей оксид алюминия, диоксид кремния, оксид циркония, оксид магния, оксид титана и их смеси.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что бурят скважину, ствол которой проходит через геологическую формацию, а преобразующий электромагнитную энергию материал распределяют в окружающей ствол скважины в радиальном направлении зоне, которая нагревается при воздействии электромагнитной энергией на преобразующий энергию материал.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что подземную геологическую формацию разрывают гидравлическим способом, в результате чего в ней образуются трещины, которые заполняют распределяемым в формации расклинивающим наполнителем.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что подземную геологическую формацию перфорируют, в результате чего в ней образуются перфорационные каналы, которые заполняют распределяемым в формации расклинивающим наполнителем.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважину опускают генератор электромагнитной энергии, который воздействует электромагнитной энергией на преобразующий электромагнитную энергию материал.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействуют электромагнитной энергией на преобразующий электромагнитную энергию материал во время добычи флюидов из подземной геологической формации, которые в процессе добычи нагреваются теплом, выделяемым преобразующим электромагнитную энергию материалом.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу нагрева подземной геологической формации (пласта), в частности к способу нагрева пластовых флюидов в зоне ствола скважины с целью увеличения естественного выхода флюидов и дебита скважины за счет уменьшения вязкости флюидов и увеличения потока флюидов в пласте.

Добыча углеводородов из подземных месторождений осуществляется с помощью буровых скважин, которые проходят от поверхности земли до нефтеносных или газоносных пластов. Дебит скважины зависит от целого ряда факторов и в том числе от пластового давления, вязкости флюидов, проницаемости пластов и т.д.

В последние годы было предложено много различных решений, направленных на увеличение дебита скважин, предназначенных для добычи углеводородов. Для этой цели, в частности, были разработаны такие способы повышения дебита буровых скважин, как гидравлический разрыв пласта, использование нагнетательных скважин и ряд других решающих эту задачу способов.

В частности, из авторского свидетельства СССР №672332 известен способ нагрева подземной геологической формации, заключающийся в том, что бурят скважину, которая доходит до подземной геологической формации, распределяют в подземной геологической формации преобразующий электромагнитную энергию в тепло материал и воздействуют на этот материал электромагнитной энергией, которую он преобразует в тепло, необходимое для нагрева подземной геологической формации.

В качестве преобразующего электромагнитную энергию в тепло материала используют главным образом находящиеся в пласте нефть, битум и породы, вмещающие эти компоненты. В этой связи выделяемая электромагнитная энергия воздействует на все содержащиеся в призабойной части скважины флюиды и породы геологической формации, и по этой причине трудно ожидать существенного уменьшения вязкости флюидов и повышения их текучести с целью увеличения дебита скважины.

Поэтому проблема повышения дебита добывающих скважин все еще остается достаточно актуальной.

Именно этим и определяется основная задача настоящего изобретения, заключающаяся в разработке способа увеличения добычи углеводородов из подземных геологических формаций.

Еще одной задачей настоящего изобретения является разработка такого способа увеличения добычи углеводородов, который можно было бы применять на буровых добывающих скважинах различного типа и который не требовал бы для его осуществления создания какого-либо нового оборудования или использования новых устройств.

Поставленные задачи решаются предлагаемым в изобретении способом нагрева подземной геологической формации, согласно которому преобразующий электромагнитную энергию в тепло материал распределяют в подземной геологической формации с использованием пробуренной скважины и указанный материал содержит расклинивающий наполнитель, который по крайней мере частично состоит из наночастиц.

Предпочтительно указанные наночастицы выбирать из группы, включающей магнитные наночастицы, обладающие электропроводностью наночастицы и их сочетания.

Предпочтительно указанные наночастицы получать из материала, выбранного из группы, включающей железо, кобальт, молибден, цирконий, никель, хром, кремний и другие подобные элементы, либо из материала, выбранного из группы, включающей оксид алюминия, диоксид кремния, оксид циркония, оксид магния, оксид титана и их смеси.

Согласно изобретению ствол буримой скважины проходит через геологическую формацию, а преобразующий электромагнитную энергию материал распределяют в окружающей ствол скважины в радиальном направлении зоне, которая нагревается при воздействии электромагнитной энергией на преобразующий электромагнитную энергию материал.

Предпочтительно подземную геологическую формацию подвергнуть гидравлическому разрыву для образования в ней трещин, которые заполняют распределяемым в формации расклинивающим наполнителем.

Предпочтительно также подземную геологическую формацию вместо гидравлического разрыва перфорировать для образования в ней перфорационных каналов, которые заполняют распределяемым в формации расклинивающим наполнителем.

Предпочтительно использовать опускаемый в скважину генератор электромагнитной энергии, который воздействует электромагнитной энергией на преобразующий электромагнитную энергию материал.

В предпочтительном варианте изобретения на преобразующий электромагнитную энергию и выделяющий тепло материал воздействуют электромагнитной энергией во время добычи из пласта содержащихся в нем флюидов, которые под действием выделяемого преобразующим электромагнитную энергию материалом тепла нагреваются, в результате чего их вязкость снижается и дебит скважины (естественный выход флюидов) возрастает.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схема, иллюстрирующая предлагаемый в изобретении способ, и

на фиг.2 - зависимость вязкости различных углеводородов от температуры.

Настоящее изобретение относится к способу нагрева подземного пласта, а следовательно, и нагрева содержащихся в нем флюидов с целью уменьшения их вязкости и увеличения дебита (естественного выхода флюидов) доходящих до этого подземного пласта буровых скважин.

На фиг.1 показана буровая скважина 10, предназначенная для добычи углеводородов из нефтеносного или газоносного пласта 12. В соответствии с предлагаемым в изобретении и подробно описанным ниже способом имеющиеся в пласте трещины или выполненные в нем перфорационные каналы 20 в расположенной вокруг ствола 16 скважины зоне 14 заполняются определенными материалами, которые при воздействии на них электромагнитной энергией выделяют тепло. Выделяемое этими материалами в результате воздействия на них электромагнитной энергией тепло используется для нагрева пласта 12 и в первую очередь для нагрева расположенной вокруг ствола скважины зоны 14 и находящихся в ней флюидов.

Нагревание трещин или перфорационных каналов 20 и зоны 14 сопровождается заметным снижением вязкости флюидов и, как следствие этого, увеличением потока флюидов и повышением естественного выхода флюидов или дебита скважины 10.

Для нагрева расположенной вокруг ствола скважины зоны пласта используется материал, который преобразует электромагнитную энергию в тепло при воздействии на него магнитного, электрического и/или электромагнитного поля.

В предпочтительном варианте в результате гидравлического разрыва в пласте образуются трещины или перфорационные каналы 20, которые заполняются расклинивающими наполнителями 22, которые препятствуют закрытию трещин или каналов и увеличивают естественный выход флюидов или дебит скважины. В этом варианте изобретения в качестве преобразующего электромагнитную энергию материала используют материал, содержащий наночастицы и расклинивающий наполнитель, который выбирается из группы, включающей 1) кластер наночастиц, 2) обычный расклинивающий наполнитель, покрытый наночастицами, и 3) наночастицы, находящиеся внутри расклинивающего наполнителя.

В наиболее предпочтительном варианте изобретения расклинивающие наполнители сначала пропитывают в ванне жидкостью, в которой содержатся соответствующие наночастицы, которые целиком покрывают опущенные в ванну наполнители, после чего покрытые наночастицами наполнители сушат и заполняют ими обычным и хорошо известным способом имеющиеся в пласте трещины или каналы 20.

Воздействие на такие расклинивающие наполнители электромагнитной энергией сопровождается их нагреванием и нагреванием флюидов, протекающих через заполненные наполнителями 22 трещины или каналы 20, с соответствующим снижением их вязкости и повышением дебита скважины (естественного выхода флюидов).

В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения преобразующий энергию материал распределяют в пласте не по образовавшимся в нем в результате гидравлического разрыва трещинам, а иным способом. В некоторых пластах, например, с целью увеличения дебита скважины, выполняют перфорационные каналы, которые и используют для распределения в пласте преобразующего электромагнитную энергию материала. В этом варианте изобретения для заполнения перфорационных каналов описанными выше содержащими наночастицы расклинивающими наполнителями можно использовать суспензию, попадающую в перфорационные каналы пласта из скважины под действием собственного веса и выделяющую в них тепло при воздействии на нее электромагнитной энергией.

Еще в одном варианте настоящего изобретения, который относится к нагреву достаточно рыхлых, неплотных или обладающих высокой проницаемостью пластов, пропитывающие такие пласты расклинивающие наполнители не оказывают заметного влияния на проницаемость пласта. Попадающий в такие пласты расклинивающий наполнитель, содержащий или состоящий из наночастиц соответствующего материала, подвергают, как и в других вариантах, воздействию электромагнитной энергии, которая преобразуется им в тепловую энергию и нагревает расположенную вокруг ствола скважины зону 14 и находящиеся в ней флюиды, в результате уменьшения вязкости которых происходит увеличение дебита скважины.

Находящийся в трещинах или каналах 20 преобразующий электромагнитную энергию материал (см. фиг.1) во всех рассмотренных выше вариантах подвергают воздействию электромагнитной энергии от источника 24 энергии, который опускают в необходимое место скважины 10 с помощью соответствующего приспособления 26. В качестве источника 24 энергии можно использовать любой генератор электрического, магнитного или электромагнитного поля, при воздействии которого на находящийся в трещинах или каналах 20 преобразующий электромагнитную энергию материал происходит выделение им тепла.

Предлагаемый в изобретении способ позволяет существенно уменьшить вязкость флюидов при относительно небольшом потреблении энергии. Необходимое для уменьшения вязкости повышение температуры может быть получено при минимальном уровне энергии, подводимой к выделяющему тепло материалу. Зависимость вязкости от температуры для различных марок сырой нефти показана на фиг.2. Из этой зависимости следует, что повышение температуры может привести к значительному снижению вязкости сырой нефти и, как следствие этого, к значительному увеличению дебита скважины (естественного выхода флюидов).

Основу используемого в предлагаемом в изобретении способе преобразующего электромагнитную энергию материала предпочтительно составляют наночастицы, которые затем используют в качестве описанных выше расклинивающих наполнителей. Средний размер наночастиц обычно лежит в пределах приблизительно от 1 до 200 нм. Для заполнения трещин и/или перфорационных каналов такими наночастицами можно использовать, например, нагнетательные системы, предназначенные для закачивания в пласт описанных выше расклинивающих наполнителей со средним размером частиц от приблизительно 0,3 до 300 мкм.

Преобразующий электромагнитную энергию материал - в виде наночастиц или в другой форме - получают предпочтительно из материала, выбранного из группы, включающей железо, кобальт, молибден, цирконий, никель, хром, кремний и другие подобные элементы. Предпочтительно также для этой цели использовать материал, выбранный из группы, включающей оксид алюминия, диоксид кремния, оксид циркония, оксид магния, оксид титана и их смеси.

Следует подчеркнуть, что в соответствии с предлагаемым в изобретении способом тепло выделяется в зоне 14, расположенной в пласте 12 вокруг проходящего через него ствола скважины 10. Увеличение температуры в этой зоне сопровождается снижением вязкости находящихся в ней флюидов и значительным увеличением дебита скважины (естественного выхода флюидов).

Помимо рассмотренного выше способа заполнения трещин или перфорационных каналов содержащими наночастицы расклинивающими наполнителями, для нагрева пласта в расположенной вокруг ствола зоне можно использовать содержащую наночастицы жидкость-носитель, закачиваемую в пористый пласт под избыточным давлением. Для распределения в нагреваемом пласте расклинивающих наполнителей и/или наночастиц можно использовать саму добывающую скважину или другую проходящую рядом с ней буровую скважину.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ не требует значительных дополнительных затрат и может быть использован для увеличения дебита самых различных добывающих скважин.

Следует подчеркнуть, что приведенное выше описание и рассмотренные в нем варианты не ограничивают объем изобретения, а лишь иллюстрируют наиболее оптимальные подходы по реализации изобретения, которое не исключает возможности внесения в рассмотренные варианты различных изменений, связанных с предлагаемым в нем способом нагрева подземных формаций и применяемым для этой цели материалом. Более того, все изменения такого рода целиком охватываются объемом изобретения с учетом всех его особенностей, представленных в приведенной ниже формуле изобретения.