способ теплового воздействия на нефтяной пласт

Формула изобретения

Способ теплового воздействия на нефтяной пласт, включающий нагрев закачиваемой воды в нагнетательных и нагрев добываемой нефти в добывающих скважинах, отличающийся тем, что исключают тепловые потери по стволам скважин, нагрев закачиваемой воды осуществляют за счет дросселирования и кавитации давлений, создаваемых насосами ЦНС в системе поддержания пластового давления непосредственно в зоне закачки воды в пласт, а добываемой нефти - глубинными насосами в системе добычи нефти ближе к зоне перфорации, для чего применяют теплогенератор в виде струйного насоса и вставки в колонне насосно-компрессорных труб нагнетательных и добывающих скважин, состоящей из наружной и внутренней труб, последняя из которых перфорирована по длине, предназначена для основного потока и образует с наружной трубой полость, где установлены завихрители потока, способствующие выделению теплоты, при этом в нагнетательной скважине струйный насос устанавливают в нижнем конце теплогенератора, а в добывающей скважине - в верхней его части.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к тепловому воздействию на нефтяные пласты с целью увеличения их нефтеотдачи и увеличения срока продолжительности фонтанирования нефтяных скважин.

Сущность всех тепловых методов воздействия на нефтяные пласты состоит в том, что при нагреве породы пласта и заполняющей ее жидкости снижаются вязкость пластовой нефти и поверхностное натяжение на границе "нефть - порода", уменьшается действие адсорбционных сил. Этим самым создаются условия для наиболее полного вытеснения нефти из пор пласта. Считается, что тепловое воздействие на нефтяные пласты имеет самое перспективное будущее среди прочих методов повышения их нефтеотдачи (В.Н.Муравьев. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М. Недра. 1973 г. стр.96-97).

Тепловое воздействие на нефтяной пласт может быть осуществлено различными способами: 1) газификацией пласта, т.е. созданием в пласте внутрипластового передвижного очага горения (ВДОГ), поддерживаемого непрерывной подачей воздуха или газовоздушной смеси с поверхности; 2) закачкой в пласт горячей воды, пара и других теплоносителей.

Для повышения нефтеотдачи несомненно целесообразно увеличивать температуру всего нефтеносного пласта. Этот вывод можно сделать, анализируя влияние теплового воздействия на физические свойства жидкостей в местах их залегания (воздействие на динамическую вязкость, плотность, на межфазные взаимодействия). Первое, что можно предложить для решения данной задачи, - это нагнетание нагретой жидкости. Необходимо заметить, что вода обладает замечательным свойством переносить гораздо большее количество тепла, приходящегося на единицу массы, чем любая другая жидкость в том же агрегатном состоянии (жидком или газообразном). (Ж.Бурже. П.Сурио. М.Комбарну. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. М., Недра. 1988 г. Стр.74).

Известен способ теплового воздействия на залежь высоковязкой нефти (см. патент РФ №2199656 от 20.02.2003), при которой бурят ряды вертикально нагнетательных и добывающих скважин. Вдоль рядов вертикальных скважин бурят горизонтальные скважины. В горизонтальные скважины периодический закачивают теплоноситель, например пар. Отбирают нефть из вертикальных добывающих и вертикальных нагнетательных скважин. В период прекращения закачки пара ведут отбор нефти из горизонтальных скважин, которые являются источником прорыва пара в вертикальные скважины. После выработки пласта в районе призабойных зон всех скважин переходят к площадной закачке вытесняющего агента, например воды, в вертикальные нагнетательные скважины. Одновременно отбирают нефть из остальных скважин. Перед площадной закачкой вытесняющего агента горизонтальные скважины, расположенные вблизи вертикальных нагнетательных скважин, заполняют изолирующим составом, например гелеобразующим.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится способ разработки нефтяного пласта (см. патент РФ №2199004 от 20.02.2003), выбранный в качестве прототипа. Этот способ включает проходку горных выработок ниже нефтяного пласта, бурение из нее пологовосстающих нагнетательных и добывающих скважин по нефтяному пласту, чередование закачки пара в нагнетательные скважины с отбором нефти из добывающих скважин. Согласно изобретению в период закачки пара в нагнетательные скважины, при снижении их приемистости, периодически отбирают жидкость из добывающих скважин до восстановления приемистости нагнетательных скважин. После повышения температуры пласта по сравнению с текущей, например, на 20-30°С закачку пара прекращают. Начинают непрерывный отбор нефти из добывающих скважин. При снижении добычи нефти периодический закачивают в начальной стадии разработки пар. На поздней стадии закачивают попутно добываемую воду в нагнетательные скважины.

Недостатками этих способов являются затраты на дополнительное бурение скважин, значительные потери тепла по стволам скважин и сложность технологии.

Целью предлагаемого изобретения является существенное снижение затрат при тепловом воздействии на нефтяной пласт, повышение нефтеотдачи и увеличение срока фонтанирования нефтяных скважин.

Сущность предлагаемого способа теплового воздействия на нефтяной пласт заключается в использовании эффекта тепловыделения при дросселировании и кавитации высоких давлений, создаваемых центробежными насосами (далее ЦНС) в системе поддержания пластового давления и глубинных насосов в системе добычи нефти. Расчет количества тепла, выделяемого при дросселировании давлений в нагнетательных и добывающих скважинах, можно определить, применяя формулу

а/с №1786365

где - коэффициент восстановления;

- критерий Прандтля,

- динамическая вязкость. Па·сек;

, ₁₅ - плотность, кг/м ³;

С - теплоемкость перекачиваемой жидкости, Дж/кг °С;

_н - коэффициент теплопроводности, Дж/м °С;

t - рабочая температура до процесса дросселирования;

Р - величина дросселируемого давления, Па.

Расчеты и практика показывают, что при явлениях дросселирования давлений и кавитации выделяется значительное количество теплоты.

К воде, предназначенной для закачки в пласт, предъявляются определенные требования и главное из них: вода должна быть по возможности чистой и не содержать больших количеств механических примесей и соединений железа. (В.М.Муравьев "Эксплуатация нефтяных скважин", стр.183). Поэтому предлагаемый способ теплового воздействия на тепловой пласт обладает более значительным тепловым эффектом.

Предлагаемое устройство для теплового воздействия на пласт представляет собой вставку в колонну НКТ нагнетательной скважины и состоит из двух концентрически расположенных труб длиной 8000 мм, диаметр зависит от обсадной колонны. Внутренняя труба, в которой движется основной поток нагнетаемой воды, перфорирована определенными расчетными диаметрами по длине. Часть нагнетаемой воды, проходя через перфорированную внутреннюю трубу, поступает, нагреваясь в полость между внутренней и наружной трубой, и направляется в нижнюю часть устройства. В полости между труб установлены завихрители потока, способствующие дополнительному выделению теплоты. Система отверстий и внутренних сопротивлений, расположенных в полости между трубами, рассчитана так, чтобы осуществлялся максимальный перепад давлений, что является условием более полного тепловыделения кавитирующей воды. В нижнем конце устройства расположен эжекторный струйный насос, прием которого соединен с полостью двух труб устройства. Стекающая горячая вода отсасывается через эжектор основным потоком закачиваемой воды, которая, смешиваясь, получает тепло. Кроме этого, поток воды получает тепло от горячих стенок внутренней трубы. Учитывая, что давление, создаваемое насосами ЦНС в системе поддержания пластового давления, достигает 250 кгс/см² и более, а вязкость закачиваемой воды с увеличением давления возрастает, то при явлениях дросселирования и кавитации в этих условиях количество выделяемой теплоты достигает значительных величин. Производительность кустовой насосной составляет 180 м³/час, которая распределяется в среднем по 20 скважинам. Расход воды на одну скважину составляет 9 м ³/час. Рассчитаем количество теплоты и мощность одного теплогенератора при прокачке 2 м³ воды по формуле

Q=c·m·(t₂-t ₁),

где Q - количество теплоты,

с - удельная теплоемкость воды, равная 4200 Дж/кг град,

m - количество воды, кг,

t₂-t₁ - разность температур, °С.

Q=4200·2000·80=6,92·10 ⁵ кДж 200 кВт·ч,

т.е. один теплогенератор, установленный в нагнетательной скважине, может поднять температуру объема закачиваемой воды на 25-30°С. При необходимости получения большей мощности тепловыделения можно применить два или более устройств.

При работе устройств в скважинах имеются определенные потери давления на эжекторный насос, но при устоявшемся режиме эксплуатации скважину можно рассматривать как условно замкнутую систему. То есть насосы создают постоянно действующее давление в каждой точке скважины, а тепло, выделяемое теплогенератором, будет способствовать восстановлению потерь давления в зоне нагнетания воды в пласт за счет термического расширения воды, что сводит потери давления от применения предлагаемого изобретения до минимума.

При разработке месторождении, особенно в начальный период, предлагаемое изобретение целесообразно использовать и в добывающих скважинных для нагрева нефти в зоне перфорации. Известно, что основным условием фонтанирования нефтяных скважин является превышение давления в забое, давления насыщения газа нефтью. Поэтому использование предлагаемого устройства в добывающих скважинах при содержании незначительных и достаточно мелких фракций песка в добываемой нефти вследствие теплового расширения содержащихся в нефти газов приводит к увеличению срока фонтанирования скважин. При этом в добывающей скважине эжекторный насос располагается в верхней части теплогенератора. А сам теплогенератор устанавливается в колонну НКТ ближе к зоне перфорации пласта. Если содержание песка значительно, то применяются меры к осаждению песка.

В существующих способах закачки воды в нефтяные пласты, вода, проходя по стволу скважины, особенно в зимний период или в районах вечной мерзлоты, охлаждается и способствует понижению температуры пласта, поэтому температура пластов месторождений поздней стадии разработки составляет всего 24-34 градусов Цельсия. А в случае подогрева горячей нефтью или паром добывающей скважины, значительное количество тепла уходит на нагрев всего ствола скважины.

Поэтому положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в том, что устройства для получения тепла от дросселируемого давления и кавитации потока располагаются близко или непосредственно перед зоной воздействия и подаваемое тепло не расходуется на потери по стволу скважины, а скважины не требуется теплоизолировать. Устройство просто в изготовлении, а способ по сравнению с применяемыми не требует существенных затрат, применим для любых месторождений, не зависит от глубины залегания пласта, предохраняет от осложнений в зимний период эксплуатации и экологически безопасен.

Применение предлагаемого способа теплового воздействия позволит повысить нефтеотдачу пластов.