способ извлечения газогидратов

Формула изобретения

1. Способ извлечения газогидратов, заключающийся в бурении на газогидратную залежь модулей, состоящих из направленных скважин с многоствольным горизонтальным окончанием, нагнетании в одни из них различных теплоносителей и извлечении гидратов в неравновесном газообразном состоянии из других добычных скважин, отличающийся тем, что многоствольное горизонтальное окончание направленной скважины выполняют необсаженным и веерным по толще газогидратной залежи, на расстоянии, равном длине веерных горизонтальных окончаний, в плоскости их торцов бурят вертикально направленную скважину, затем удаляют колонну вертикальной скважины преимущественно с помощью направленной взрывной перфорации на уровне навигационно зафиксированного соответствующего торца веерного горизонтального окончания и последовательно соединяют вертикально направленную скважину с каждым из горизонтальных окончаний веера, после этого воспламеняют газогидрат залежи на выходе из колонны направленной скважины, нагнетают в нее воздушное дутье и прогревают газогидратную залежь путем прямоточного перемещения воспламененной зоны вдоль горизонтального окончания от забоя обсадки направленной скважины к вертикально направленной скважине.

2. Способ извлечения газогидратов по п.1, отличающийся тем, что воспламенение газогидрата производят в вертикально-направленной скважине на уровне стволов горизонтальных окончаний, нагнетают воздушное дутье в направленную скважину с веерными горизонтальными окончаниями и прогревают последние путем противоточного перемещения воспламененной зоны вдоль горизонтальных окончаний от вертикально направленной скважины к забою направленной скважины с веерными горизонтальными окончаниями.

3. Способ извлечения газогидратов по п.1, отличающийся тем, что давление в стволах горизонтальных окончаний регулируют и прогревают газогидратную залежь в радиальном направлении от них путем управления задвижками на головках вертикально направленной скважины и направленной скважины с веерными горизонтальными окончаниями.

4. Способ извлечения газогидратов по п.1, отличающийся тем, что газогидратную залежь разрабатывают путем бурения модулей в различных сочетаниях, при этом газогидратную залежь разрабатывают по всей ее площади и мощности путем последовательного чередования добычных и нагнетательных модулей.

5. Способ извлечения газогидратов по п.1, отличающийся тем, что в вертикальные стволы скважин опускают внутренние дутьепроводы, оборудуют их забойными дросселирующими устройствами и поддерживают давление нагнетаемого флюида перед дросселем на уровне, существенно ниже равновесного давления в газогидратной залежи.

6. Способ извлечения газогидратов по п.1, отличающийся тем, что вертикальные стволы скважин оборудуют отсасывающими насосами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к разработке месторождений газовых гидратов и прежде всего к проблеме повышения степени их извлечения. Колоссальные мировые запасы газовых гидратов и практическое отсутствие эффективных технологий промышленной разработки месторождений газогидратов делают эту проблему особенно актуальной.

Известен способ вскрытия месторождения углеводородов с помощью бурения горизонтальных скважин, одни из которых являются нагнетательными (для рабочего агента), а другие служат для извлечения углеводородного сырья [1].

Недостатком известного способа является отсутствие в этом техническом решении технологических и конструктивных рекомендаций по эффективному использованию горизонтальных буровых каналов для повышения углеводородоотдачи месторождения.

Другим известным техническим решением является способ термического воздействия на горизонтальную часть скважины с целью активного трещинообразования вокруг нее [2]. Однако согласно этому способу охват углеводородной залежи незначителен, что неприемлемо для месторождения газовых гидратов.

Наиболее близким техническим решением является способ сооружения многоствольной системы горизонтальных скважин. Система содержит два вертикальных устья с пробуренными из них горизонтальными окончаниями, направленными навстречу друг другу и соединенными между собой с помощью навигационных систем [3].

Однако данный способ имеет ряд недостатков:

- проблематичность создания единой гидравлической системы путем соединения (сбойки) горизонтальных окончаний, пробуренных из обоих устьев вертикальных скважин навстречу друг другу;

- навигационные системы буровых установок не в состоянии обеспечить точное совпадение встречных горизонтальных окончаний;

- использование внешнего теплоносителя (пара) для нагнетания в поровое пространство углеводородной залежи энергетически весьма затратно и сопряжено с большими потерями тепла при транспорте теплоносителя по длине вертикального ствола горизонтальной скважины.

Целью предлагаемого изобретения является создание практически осуществимой системы единого гидравлически связанного комплекса буровых каналов для энергетически эффективного воздействия на месторождение газовых гидратов и интенсивное извлечение последних.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе извлечения газогидратов, заключающемся в бурении на газогидратную залежь модулей, состоящих из направленных скважин с многоствольным горизонтальным окончанием, нагнетании в одни из них различных теплоносителей и извлечении гидратов в неравновесном газообразном состоянии из добычных скважин, многоствольное горизонтальное окончание направленной скважины выполняют необсаженным и веерным по толще газогидратной залежи, на торец веерных горизонтальных окончаний бурят вертикально направленную скважину и ориентируют ее трассу на расстоянии, равном длине веерных горизонтальных окончаний, затем удаляют колонну вертикальной скважины преимущественно с помощью направленной взрывной перфорации на уровне навигационно зафиксированного соответствующего торца веерного горизонтального окончания и последовательно соединяют вертикально направленную скважину с каждым из горизонтальных окончаний веера, после этого воспламеняют газогидрат залежи на выходе из колонны направленной скважины, нагнетают в нее воздушное дутье и прогревают газогидратную залежь путем прямоточного перемещения воспламененной зоны вдоль каждого горизонтального окончания от забоя обсадки направленной скважины к вертикально направленной скважине.

Воспламенение газогидрата производят в вертикально направленной скважине на уровне стволов горизонтальных окончаний путем нагнетания воздушного дутья в направленную скважину с веерными горизонтальными окончаниями и прогревают их путем противоточного перемещения воспламененной зоны вдоль горизонтальных окончаний от вертикально направленной скважины к забою направленной скважины.

Процесс регулировки давления в стволах веерных горизонтальных окончаний и прогрева газогидратной залежи в радиальном направлении от них осуществляют с помощью задвижек на головках скважин вертикально направленной и снабженной веерными горизонтальными окончаниями. Газогидратную залежь разрабатывают по всей ее площади и мощности путем последовательного чередования добычных и нагнетательных модулей.

В вертикальные стволы скважин опускают внутренние дутьепроводы, оборудуют их забойными дросселирующими устройствами и поддерживают давление нагнетаемого флюида на уровне, существенно ниже равновесного давления в газогидратной залежи. Вертикальные стволы скважин оборудуют отсасывающими насосами.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается практически осуществимыми и конкретными технологическими предложениями по созданию единой гидравлически связанной системы в газогидратной залежи, позволяющей эффективно воздействовать с помощью теплоносителя на газогидратную залежь с целью извлечения газового гидрата в газообразном состоянии. Кроме того, в поровое пространство залежи предлагается нагнетать не внешний теплоноситель, а продукты сгорания газогидрата, образующиеся непосредственно в подземных условиях. Предложенное решение соответствует критерию "новизна". Анализ формулы изобретения по сравнению с прототипом показал, что заявленный способ извлечения газогидратов соответствует изобретательскому уровню с критерием "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой модуля, состоящего из вертикальных направленных скважин и веерных горизонтальных окончаний, представленного на чертеже:

залежь (пласт) газогидратов 1, колонна направленной скважины 2, веерные горизонтальные окончания 3, вертикально направленная скважина 4, торцы веерных горизонтальных окончаний (сотв. места установки взрывных зарядов) 5, выход 6 из колонны направленной скважины 2, дутьепроводы 7 с дроссельными устройствами 8, опущенные в вертикальные стволы скважин 2 и 4, насосы 9, установленные на стволах скважин 2 и 4.

Способ осуществляется следующим образом.

Для эффективного скважинного извлечения углеводородного сырья необходимо нарушить равновесное состояние залежи газогидратов с давлением 6-10 МПа и температурой 3-12°С путем повышения температуры залежи или снижения давления.

Для масштабного воздействия на залежь газогидратов необходимо прежде всего создать систему гидравлически связанных буровых каналов по всей толще залежи, благодаря которым возможно непосредственно воздействовать на равновесное состояние газовых гидратов с последующим извлечением их в газообразном состоянии.

На залежь (пласт) газогидратов 1 бурят направленную скважину 2 с необсаженными горизонтальными окончаниями 3, при этом горизонтальные окончания выполняют веерными по толще залежи и ориентируют их преимущественно в одной плоскости вкрест простирания пласта залежи. На расстоянии, равном длине веерных горизонтальных окончаний направленной скважины 2, в плоскости торцов веерных горизонтальных окончаний бурят вертикально направленную скважину 4.

После этого удаляют колонну из вертикально направленной скважины 4 преимущественно с помощью направленных взрывных зарядов (перфорируют) на уровне торцов 5 веерных горизонтальных окончаний 3. Места установки взрывных зарядов предварительно определяют с помощью навигационных систем при бурении веерных горизонтальных окончаний 3 и вертикально направленной скважины 4. Места прострелов в колонне вертикально направленной скважины 4 соединяют с соответствующими торцами 5 горизонтальных окончаний непосредственно в результате прострелов или путем гидравлического разрыва пласта газогидратов. При этом гидроразрыв осуществляют последовательно с каждым из горизонтальных окончаний 3, применяя пакер, устанавливаемый в колонне вертикально направленной скважины 4. Таким образом, создают (формируют) единую гидравлическую систему буровых каналов в залежи газогидратов 1.

После этого воспламеняют газовый гидрат на выходе 6 из колонны направленной скважины 2 и нагнетают в нее воздух от передвижного компрессора под давлением, превышающем равновесное давление в залежи 1. В результате зона воспламенения перемещается вдоль горизонтальных окончаний 3 по направлению от места воспламенения 6 к местам перфораций, соответствующих торцам 5, в вертикально направленной скважине 4. Процесс прогрева газогидратной залежи продуктами горения газовых гидратов происходит более эффективно по сравнению с известными техническими решениями [3], осуществляемыми с помощью внешнего теплоносителя (пара).

Возможен также вариант с воспламенением газового гидрата в местах перфораций, совпадающих с торцами 5, и нагнетанием воздуха в направленную скважину 2. В этом случае воспламененная зона перемещается вдоль горизонтальных окончаний 3 навстречу потоку воздушного дутья, благодаря чему прогревается газогидратная залежь вокруг горизонтальных окончаний 3.

Управляя задвижками на устьях скважин 2 и 4, повышают давление в стволах горизонтальных окончаний 3 выше равновесного в залежи 1. Таким образом, горячие продукты проникают радиально вглубь залежи, обеспечивая ее прогрев и переход твердых естественных газовых гидратов в неравновесное газообразное состояние.

Для тепловой обработки газогидратной залежи 1 (как по мощности, так и по площади) модули, состоящие из направленной скважины 2 с горизонтальными окончаниями 3 и вертикально направленной скважины 4, бурят в различных сочетаниях, при этом одни модули служат для нагнетания воздуха и генерации горячего теплоносителя, а другие - для извлечения (добычи) газообразных углеводородов.

Другим направлением изменения равновесного состояния залежи газовых гидратов является снижение давления в ней. Для этого в вертикальные стволы скважин 2 и 4 опускают дутьепроводы 7 с дроссельными устройствами 8. Эффект дросселирования нагнетаемого флюида сопровождается образованием зоны пониженного давления за дросселем 8. В открытой скважине и горизонтальных окончаниях 3 создают давление, существенно меньшее равновесного в залежи 1, в результате чего твердый газогидрат интенсивно переходит в неравновесное газообразное состояние. Снижение давления в залежи 1 обеспечивают путем оборудования вертикальных стволов скважин 2 и 4 отсасывающими насосами 9.

Проблема успешного освоения месторождений газовых гидратов имеет глобальное энергетическое значение. Отсутствие реальных технических решений разработки этих месторождений существенно снижает возможности топливной энергетики.

Практическая реализация предлагаемого изобретения значительно расширит ресурсы добычи углеводородного сырья.

Источники информации

1. Патент США N 5273111, Е 21 В 43/30, 1993.

2. Патент РФ N 2054531, Е 21, 1996.

3. Патент РФ N 2180387, Е 21 В 7/04, 37/00, 43/24, 2002.