способ совместной разработки твердых полезных ископаемых и высоковязких углеводородов

Формула изобретения

Способ совместной разработки твердых полезных ископаемых и высоковязких углеводородов, включающий подготовку и разработку рудной залежи путем создания в ней системы горизонтальных горных выработок и отбор высоковязких углеводородов через пологовосстающие добывающие скважины, закачку теплоносителя в нагнетательные скважины, пробуренные с поверхности, с последующим распределением теплоносителя по пласту через пологовосстающие парораспределительные скважины, забои которых ориентированы в кровлю пласта высоковязких углеводородов, пересекают нагнетательные скважины или проходят в зоне их влияния, отличающийся тем, что из пройденных подготовленных горных выработок в подкровельном слое рудной залежи проходят восстающие выработки в нижнюю часть вышележащего пласта высоковязких углеводородов, нарезают кольцевую эксплуатационную галерею, из которой бурят добывающие и парораспределительные скважины, ориентированные ниже забоев вертикальных нагнетательных скважин, причем парораспределительные и добывающие скважины бурят по продуктивному пласту в виде радиальных лучей, расположенных в одной вертикальной плоскости, а добытые высоковязкие углеводороды транспортируют по канавке или трубопроводу из кольцевой эксплуатационной галереи по восстающей выработке на горизонтальную горную выработку, оборудованную под установку подготовки нефти, после очистной выемки в рудной части залежи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной и нефтегазодобывающей промышленности, в частности к совместной разработке месторождений титаносодержащих руд и высоковязких нефтей, залегающих в одном пласте.

Известен подземно-поверхностный способ разработки месторождения высоковязкой нефти (см. Патент РФ №2114289, Е21В 43/24, опубл. 27.06.98, бюл. №18), включающий отбор нефти через пологовосстающие добывающие скважины, пробуренные из горной выработки, пройденной в продуктивном нефтяном пласте или ниже его, закачку теплоносителя (пара) в нагнетательные скважины, пробуренные с поверхности с последующим распределением теплоносителя (пара) по пласту через пологовосстающие парораспределительные скважины, забои которых ориентированы в кровлю нефтяного пласта и пересекают нагнетательные скважины или проходят в зоне их влияния, при этом они пробурены из горной выработки параллельно добывающим скважинам в промежутке между ними.

Недостатком данного способа является длительное время установления гидродинамической связи между парораспределительными и добывающими скважинами. Это объясняется высокой вязкостью пластовой нефти, малым объемом свободного порового пространства, по которому может распространяться теплоноситель, что весьма существенно при достаточно больших расстояниях между парораспределительными и добывающими скважинами, при этом возможность увеличения давления закачки теплоносителя, в качестве которого применяется в основном насыщенный водяной пар, для вытеснения нефти ограничена свойствами нефти и условиями шахтной разработки (опасность возгонки нефти и поступления нефтяных газов в горные выработки). Все это приводит к снижению темпов закачки теплоносителя и добычи нефти и, следовательно, к увеличению времени выхода на проектную добычу нефти.

Известен также подземно-поверхностный способ разработки месторождения высоковязкой нефти (см. Патент РФ №2199657, Е21В 43/24, опубл. 27.02.2003, бюл. №6), включающий отбор нефти через пологовосстающие скважины, пробуренные из горной выработки, пройденной в нефтяном пласте или ниже его, закачку теплоносителя в нагнетательные скважин, пробуренные с поверхности, с последующим распределением пара по пласту через пологовосстающие парораспределительные скважины, забои которых ориентированы в кровлю нефтяного пласта, пересекают нагнетательные скважины или проходят в зоне их влияния, пробуренные из галереи параллельно добывающим скважинам. Недостатком данного способа является проходка двух вертикальных стволов, соединенных горизонтальной выработкой, что увеличивает затраты на освоение месторождения. Причем способ не решает задачи комплексного освоения месторождений на участке совместного залегания и представленных рудной залежью и залежью с высоковязкими углеводородами.

Известна публикация, в которой описаны предположительно варианты последовательной разработки титаноносного нефтенасыщенного пласта Ярегского месторождения с частичным использованием одних и тех же подземных горных выработок для добычи нефти и последующей добычи из пласта титановой руды известным способом, принятая нами за прототип. (См. Долгий И.Е., Питиримов В.В. и др. Обоснование порядка комплексного освоения Ярегского нефтетитанового месторождения. Наука в СПб ГГИ, вып.3, 1998, 174-182). Недостатком этого способа является значительный объем бурения добывающих и парораспределительных скважин по пустым породам.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение затрат на строительство вскрывающих стволов, выработок центрального рудничного двора, на бурение добывающих и парораспределительных скважин по пустым породам.

Поставленная задача в способе совместной разработки твердых полезных ископаемых и высоковязких углеводородов, включающем подготовку и разработку рудной залежи путем создания в ней системы горизонтальных горных выработок и отбор высоковязких углеводородов через пологовосстающие добывающие скважины, закачку теплоносителя в нагнетательные скважины, пробуренные с поверхности, с последующим распределением теплоносителя по пласту через пологовосстающие парораспределительные скважины, забои которых ориентированы в кровлю пласта высоковязких углеводородов, пересекают нагнетательные скважины или проходят в зоне их влияния, решается тем, что из пройденных подготовленных горных выработок в подкровельном слое рудной залежи проходят восстающие выработки в нижнюю часть вышележащего пласта высоковязких углеводородов, нарезают кольцевую эксплуатационную галерею, из которой бурят добывающие и парораспределительные скважины, ориентированные ниже забоев вертикальных нагнетательных скважин, причем парораспределительные и добывающие скважины бурят в виде радиальных лучей, расположенных в одной вертикальной плоскости, а добытые высоковязкие углеводороды транспортируют по канавке или трубопроводу из кольцевой эксплуатационной галереи по восстающей выработке на горизонтальную горную выработку, оборудованную под установку подготовки нефти после очистной выемки в рудной части залежи.

Существенными отличительными признаками заявленного нами изобретения являются:

- из пройденных подготовленных горных выработок в подкровельном слое залежи проходят восстающие выработки в нижнюю часть вышележащего пласта высоковязких углеводородов;

- нарезают кольцевую эксплуатационную галерею, из которой бурят добывающие и парораспределительные скважины, ориентированные ниже забоев вертикальных нагнетательных скважин;

- парораспределительные и добывающие скважины бурят в виде радиальных лучей, расположенных в одной вертикальной плоскости только по продуктивному пласту;

- добытые высоковязкие углеводороды транспортируют по канавке или трубопроводу из кольцевой эксплуатационной галереи по восстающей выработке на горизонтальную горную выработку, оборудованную под установку подготовки высоковязких углеводородов после очистной выемки в рудной части залежи.

Указанная совокупность существенных отличительных признаков способствует реализации одновременной разработки рудной залежи и добычи высоковязких углеводородов. Так за счет слоевой подготовки рудной залежи горизонтальными горными выработками создаются условия эффективной подготовки вышележащей залежи высоковязких углеводородов к разработке. При этом отпадает необходимость в проходке вскрывающих вертикальных стволов и их сбойки горизонтальной горной выработкой, что существенно снижает затраты по подготовке месторождения к эксплуатации.

За счет расположения парораспределительных и дополнительных добывающих скважин в виде радиальных лучей уменьшается расстояние между скважинами, поэтому давления теплоносителя (пара), поступившего в парораспределительные скважины, достаточно, чтобы вытеснить разогретую нефть в дополнительные добывающие скважины и высвободить поровое пространство, которое будет заполняться паром, обеспечивая интенсивный прогрев пласта и темп закачки теплоносителя в нагнетательные скважины. Расположение парораспределительной и дополнительной добывающей скважины в одной вертикальной плоскости обеспечивает равномерный прогрев пласта, при этом движение теплового фронта по нефтяному пласту происходит от кровли к подошве нефтяного пласта. После прорыва пара в дополнительные добывающие скважины их переводят в разряд парораспределительных. К этому времени значительный объем порового пространства в районе стволов парораспределительных и добывающих скважин будет освобожден от нефти и пластовой воды и занят паром, что обеспечит прогрев нефтяного пласта за счет большой поверхности взаимодействия пара с нефтяным пластом и приведет к установлению гидродинамической связи между нагнетательными и парораспределительными скважинами с добывающими. Основная добыча нефти после установления гидродинамической связи будет проходить через добывающие скважины, таким образом, заявленный способ обеспечивает комплексную разработку месторождения, активизацию процесса разогрева пласта и добычи вязких углеводородов, что способствует ускорению вывода разрабатываемого участка на проектный уровень добычи высоковязких углеводородов, сокращению срока разработки месторождения и исключает бурение скважин по пустым породам.

Заявленная совокупность существенных признаков не известна авторам из уровня техники, поэтому заявленное изобретение является новым. Существенные отличительные признаки являются неочевидными для среднего специалиста данной области знаний, следовательно, соответствуют критерию "изобретательский уровень". Изобретение промышленно применимо, так как имеющееся отечественное оборудование и технология, разработанная авторами, позволяют использовать способ в полном объеме.

На фиг.1 изображен участок разрабатываемого месторождения в плане; на фиг.2 - тот же участок с горными выработками и скважинами, разрез А-А фиг.1; на фиг.3 показана принципиальная схема вскрытия и подготовки нефтетитановой залежи для комплексной отработки на нефть и титан.

На участке месторождения (фиг.3), подлежащем разработке, сооружают горизонтальные горные выработки 1 в подошве рудной залежи, а в подкровельном слое рудной залежи сооружают главный вентиляционный штрек 2. Из главного вентиляционного штрека 2 проходят восстающие горные выработки 3 на подошву вышележащего пласта высоковязких углеводородов и сооружают эксплуатационную кольцевую галерею 4. Вблизи границы участка 5 (фиг.1, 2) бурят с поверхности ряд нагнетательных скважин 6 до средней части пласта с высоковязкими углеводородами. Из эксплуатационной кольцевой галереи 4 бурят пологовосстающие скважины 7, 8, 9 под углом 1-5° до границы участка 5.

Добывающие скважины 9 (фиг.2) располагают параллельными рядами в два и более ярусов в зависимости от мощности пласта высоковязких углеводородов в середине интервала между нагнетательными скважинами 6.

В середине между нагнетательными скважинами 6 (фиг.2) бурят ряды из двух пологовосстающих скважин 7 и 8, одна из которых ориентирована в кровлю пласта и пересекает нагнетательную скважину 6 или находится в зоне ее влияния - парораспределительная скважина 7, а вторая - дополнительная добывающая скважина 8 проходит ниже забоя нагнетательной скважины 6, при этом парораспределительную скважину 7 и дополнительную добывающую скважину 8 бурят из одного места галереи в виде радиальных лучей, расположенных в одной вертикальной плоскости. Парораспределительная скважина 7, пересекаясь с призабойной зоной нагнетательной скважины 6, образует единую систему нагнетания для закачки теплоносителя. Дополнительная добывающая скважина 8 служит для дренирования нефтяного пласта в районе расположения нагнетательной 6 и парораспределительной скважины 7. Вертикальные нагнетательные скважины 6 бурят до середины нефтяного пласта и обустраивают для закачки пара и воды. Все подземные скважины: добывающие 9, парораспределительные 7 и дополнительные добывающие 8 обсаживают на глубину 30-50 м и оборудуют запорной арматурой.

Заявленный способ осуществляют следующим образом.

Стадия 1. Нарезают горизонтальные горные выработки подкровельного слоя рудной залежи месторождения главный вентиляционный штрек 2 (фиг.2). Из горизонтальных выработок 2 проходят в подошву вышележащего пласта высоковязких углеводородов восстающий 3 и нарезают в центре каждого блока эксплуатационную кольцевую галерею 4, из которой бурят парораспределительные 7, дополнительные добывающие 8 и добывающие 9 скважины. Одновременно с этими работами выполняется бурение нагнетательных скважин 6. В подготовленном подкровельном слое рудной залежи приступают к очистной выемке полезного ископаемого.

Стадия 2. Пар закачивают во все нагнетательные скважины 6. Он попадает в парораспределительные скважины 7, осуществляя прогрев околоствольного пространства. Так как добывающие скважины 9 находятся довольно далеко от парораспределительных скважин 7, до установления гидродинамической связи между ними нефть будет вытесняться в дополнительные добывающие скважины 8, которые расположены рядом. На этой стадии устья добывающих скважин 9 открыты, а устья парораспределительных 7 открывают только для спуска накопившейся в стволах жидкости.

Стадия 3. На этой стадии происходит прорыв пара в дополнительные добывающие скважины 8 и их переводят в разряд парораспределительных, при этом дополнительные добывающие скважины 8 закрывают и открывают только для спуска накопившейся в стволах жидкости. Это говорит об образовании раздренированной зоны нефтяного пласта в районе стволов парораспределительных 7 и дополнительных добывающих скважин 8, которая обеспечивает большую поверхность взаимодействия пара с нефтяным пластом. На этой стадии устанавливают гидродинамическую связь между парораспределительными 7 и дополнительными добывающими скважинами 8. Происходит постоянный рост дебита нефти по добывающим скважинам 9. В случае прорыва пара в добывающие скважины 9 по высокопроницаемым зонам или трещинам эти скважины закрывают, при этом закачку пара во все нагнетательные скважины 6 производят с максимально возможными расходами для скорейшего разогрева нефтяного пласта.

Стадия 4. К началу этой стадии нефтяной пласт достаточно хорошо и равномерно разогрет. Происходит интенсивный отбор нефти. Все добывающие скважины 9 открыты и при прорыве пара в них закрывают нагнетательные скважины 6, которые имеют с ними прямую гидродинамическую связь по высокопроницаемым зонам или трещинам. Парораспределительные 7 и дополнительные добывающие скважины 8 открывают только для спуска накопившейся в них жидкости.

Стадия 5. На этой стадии пар закачивают только в нагнетательные скважины 6, которые связаны с наименее разработанными участками нефтяного пласта. Все добывающие 9 и парораспределительные 7 и дополнительные добывающие скважины 8, не связанные с нагнетательными скважинами 6, в которые ведется закачка пара, открыты. Их закрывают по мере прорыва пара в них. Для лучшей отмывки нефти от пород пласта закачивают поверхностно-активные вещества (ПАВ) и попутно добываемую воду.

Пример. Заявленный способ может быть реализован на Ярегском нефтетитановом месторождении, на участках совместного залегания нефти и титановой руды, где вязкость нефти в пластовых условиях составляет 15-20 тыс. МПа·с. Нефтяной пласт залегает на глубине 140-160 м, титановая часть на глубине 170-200 м от поверхности.

Создают систему подземных выработок: нарезные подготовительные горизонтальные горные выработки по подошве рудной части залежи 1 и подкровельного слоя рудной залежи месторождения (главный вентиляционный штрек 2), восстающие выработки 3, пройденные в подошву пласта высоковязких углеводородов и эксплуатационную кольцевую галерею 4 в центре разрабатываемого блока.

Эксплуатационную кольцевую галерею 4 сооружают сечением не менее 10 м² в свету, что необходимо для размещения в ней бурового оборудования. Из эксплуатационной кольцевой галереи 4 в разные стороны параллельными рядами бурят по продуктивному пласту добывающие скважины 9, дополнительные добывающие и парораспределительные под углом к горизонту 1-5° длиной до 250 м. В каждом ряду по две скважины, расположенные в два яруса.

С поверхности бурят ряд вертикальных нагнетательных скважин 6 до середины нефтяного пласта с каждой стороны от эксплуатационной кольцевой галереи 4 на расстоянии 50-70 м от границы участка 5. Нагнетательные скважины 6 располагают в середине промежутка между рядами добывающих скважин 9. Парораспределительные скважины 7 ориентированы в кровлю нефтяного пласта и пересекают нагнетательные скважины 6 или проходят в зоне их влияния, а дополнительные добывающие скважины 8 проходят в нефтяном пласте ниже забоев нагнетательных скважин 6.

Пар от котельной или парогенераторной установки (ПГУ) подают в нагнетательные скважины 6 максимальными темпами с давлением до 1,0 МПа и температурой до 180°С.

Добываемую жидкость из подземных скважин 7, 8, 9 транспортируют по специальной канавке в эксплуатационной кольцевой галерее 4, или по трубопроводу, проложенному в эксплуатационной кольцевой галерее 4 и далее по восстающей выработке 3 и выработкам 2 в сборные емкости, на фиг. не показаны (установки подготовки нефти). После предварительной подготовки высоковязкие углеводороды откачивают на поверхность для дальнейшей подготовки и транспортировки на нефтеперерабатывающий завод.

Все месторождение отрабатывается одновременно или последовательно отдельными участками.

Изобретение по сравнению с прототипом позволяет комплексно освоить месторождение, увеличить темпы разработки и создать комфортные условия для работающего персонала.