способ скважинной добычи жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу

Формула изобретения

Способ скважинной добычи жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу, включающий защиту эксплуатационной колонны добывающей скважины от твердых образований, оседающих на стенках колонны из добываемого полезного ископаемого в процессе его перемещения от продуктивного пласта к устью скважины термостатированием колонны в интервале вероятного фазового перехода путем непрерывной или периодической прокачки горячего теплоносителя - раствора хлорида натрия или хлоридов кальция и магния, и отвод из продуктивного пласта жидкого полезного ископаемого, отличающийся тем, что прокачку горячего теплоносителя осуществляют по замкнутой циркуляционной системе, сформированной посредством размещения дополнительной подвесной технической колонны между кондуктором и эксплуатационной колонной, соединяющей по принципу «сообщающихся сосудов» через устьевую обвязку затрубное и внутреннее пространство подвесной технической колонны и наземное емкостное и насосное оборудование, для чего в процессе бурения добывающей скважины после цементажа кондуктора производят углубление скважины под подвесную техническую, а затем под эксплутационную колонны, спускают подвесную техническую, затем эксплуатационную колонны, цемент за эксплутационной колонной поднимают до глубины 50 м ниже башмака подвесной колонны, сразу давая промывку по сформированной циркуляционной системе и далее вскрывают продуктивный пласт, и в процессе добычи жидкого полезного ископаемого защиту эксплуатационной колонны от твердых образований осуществляют термостатированием эксплутационной колонны в интервале вероятного фазового перехода за счет непрерывной или периодической прокачки горячего теплоносителя по сформированной циркуляционной системе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к скважинным способам добычи жидких полезных ископаемых, склонных к температурным фазовым переходам, в частности концентрированных рассолов.

Концентрированные природные рассолы, насыщающие глубокозалегающие продуктивные пласты и перемещающиеся в процессе добычи от забоя к устью скважины, вскрывающей в геологическом разрезе интервалы многолетнемерзлых или низкотемпературных пород, переохлаждаются и претерпевают температурный фазовый переход, следствием которого является загрязнение скважинного оборудования твердыми образованиями, частичное или полное закупоривание колонного пространства выпадающими солями и снижение или полное прекращение выхода природного рассола из скважины. Выпадение солей в колонне и формирующиеся соляные пробки не позволяют произвести скважинную добычу рассолов.

Известен способ защиты скважинного оборудования от образования твердых осадков с помощью периодической закачки расчетного количества ингибитора солеотложения через скважину в поглощающую зону [SU 1462873 А1, 2000]. Однако с помощью этого способа не представляется возможным предотвратить обвальную, зачастую лавинообразную самопроизвольную кристаллизацию солей, выпадающих в стволе скважины в зоне многолетнемерзлых и низкотемпературных отложений, при транспортировании концентрированных природных рассолов от забоя к устью скважины. Необходимы значительные количества ингибитора на периодическую обработку призабойной зоны и внутренней поверхности рабочих колонн, что ведет к неоправданным производственным затратам, удорожанию процесса добычи.

Известен способ добычи и транспортирования жидких и газообразных полезных ископаемых [RU 21622513 С1, 27.01.2001], предусматривающий обработку технологического оборудования электромагнитными модулированными сигналами с несущей частотой 150-2000 кГц, частотой модуляции 1-200 кГц и девиацией 1 Гц. При использовании данного способа повышается эффективность добычи и транспортирования органических жидких и газообразных полезных ископаемых вследствие снижения их вязкости. Данный способ не позволяет предупреждать кристаллизацию неорганических солей из пересыщенных природных рассолов при их добыче из скважин, имеющих в верхней части разреза многолетнемерзлые и низкотемпературные отложения.

Ближайшим аналогом является «Способ добычи жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу» (Вахромеев А.Г. Способ добычи полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу. Патент № 2229587, опубл. Бюллетень № 15, 27.05.2004), в котором защита эксплуатационной колонны от твердых образований, оседающих на стенках колонны из добываемого полезного ископаемого в процессе его перемещения от продуктивного пласта к устью скважины, и отвод из пласта жидкого полезного ископаемого решены через термостатирование эксплуатационной колонны в интервале вероятного фазового перехода за счет непрерывной или периодической прокачки горячего теплоносителя по межколонному пространству в сформированную зону поглощения. Для этого перед спуском эксплуатационной колонны в скважине посредством гидроразрыва (ГРП) формируют зону поглощения, расположенную в интервале геологического разреза ниже пачки регионального водоупора, изолированную от других продуктивных и поглощающих горизонтов обсадными колоннами и сообщающуюся по межколонному пространству с наземным приемным устройством и нагнетательным оборудованием, для чего спускают эксплуатационную колонну и проводят цементаж заколонного пространства от забоя до подошвы сформированной зоны поглощения, чем обеспечивают сообщение по межколонному пространству зоны поглощения с наземным приемным устройством и нагнетательным оборудованием, далее вскрывают продуктивный пласт и в процессе освоения залежи и добычи жидкого полезного ископаемого защиту от твердых образований осуществляют за счет непрерывной или периодической прокачки горячего теплоносителя по межколонному пространству в сформированную зону поглощения, причем в качестве теплоносителя используют рассол хлорида натрия либо часть собственного полезного ископаемого - рассол хлоридов кальция и магния, либо отход его переработки.

Как показали испытания предложенного выше способа, в нем (этом способе) используется проточная система «наземные емкости - межколонное пространство - поглощающая зона», что нерационально из-за постоянных потерь теплоносителя. Теплоноситель не возвращается в цикл, а безвозвратно закачивается в зону поглощения, что в конечном итоге формирует постоянную составляющую затрат (на теплоноситель) и на его нагревание в структуре затрат промысла, т.е. ведет к удорожанию работ. Второй недостаток: с помощью этого способа не всегда представляется возможным предотвратить самопроизвольную кристаллизацию солей в поглощающей зоне, что ведет к необратимой кальматации (зоны поглощения), которая (кальматация) может происходить в результате необратимой реакции смешения двух разных геохимических типов природных вод, насыщенных солями (Дзюба А.А. Разгрузка рассолов Сибирской платформы. Новосибирск, Наука, 1984). При кальматации поглощающей зоны перепускная проточная система перестает работать и термостатирование эксплуатационной колонны невозможно.

Перечисленные недостатки решаются предлагаемым способом, в котором прокачку горячего теплоносителя осуществляют по замкнутой циркуляционной системе, сформированной посредством размещения дополнительной подвесной технической колонны между кондуктором и эксплуатационной колоннами, соединяющей по принципу «сообщающихся сосудов» через устьевую обвязку затрубное и внутреннее пространство подвесной технической колонны и наземное емкостное и насосное оборудование.

Для этого в процессе бурения (глубокой скважины) спуск подвесной технической колонны производят после углубления скважины под обе - подвесную техническую и эксплуатационную - колонны, затем спускают эксплуатационную колонну, цемент за эксплуатационной колонной поднимают до глубины 50 метров ниже башмака подвесной колонны, дают двойной цикл промывки через сформированную циркуляционную систему и далее вскрывают продуктивный пласт, и в процессе добычи жидкого полезного ископаемого защиту эксплуатационной колонны от твердых образований осуществляют термостатированием эксплуатационной колонны в интервале вероятного фазового перехода за счет непрерывной или периодической прокачки горячего теплоносителя - раствора хлорида натрия или хлоридов кальция и магния - по межколонным пространствам в сформированной циркуляционной системе.

Основное преимущество заявляемого способа добычи «жидкого» полезного ископаемого - возможность более надежного и менее затратного управления свойствами термобарически нестабильной системы, содержащей в своем составе вещества, склонные к фазовым переходам, благодаря замкнутой системе циркуляции горячего теплоносителя, обеспечивающей формирование тепловой завесы вокруг эксплуатационной колонны глубокой рассолодобывающей скважины на относительно небольшом объеме циркулирующего теплоносителя.

Таким образом, отличительным признаком заявляемого способа является применение циркуляционной системы замкнутого цикла через использование дополнительной подвесной технической колонны в глубокой скважине и, далее, постоянной или периодической прокачки теплоносителя в цикле на выбранном оптимальном режиме с поддержанием температуры теплоносителя через его подогрев в специальном аппарате.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и предлагаемым чертежом, на котором изображена принципиальная схема глубокой добывающей скважины, в процессе бурения (проходки) которой был осуществлен заявляемый способ.

Пример.

На Знаменском месторождении промышленных рассолов продуктивный рассолоносный пласт (6) залегает на глубине 1820-1830 м. Для защиты скважинного оборудования - эксплуатационной колонны от образования в ней твердых осадков (солей), препятствующих выходу добываемого жидкого полезного ископаемого, здесь - бромно-литиевого рассола, была запроектирована и реализована в процессе строительства глубокой скважины следующая последовательность действий.

В конструкции добывающей скважины (1) предусматривают размещение дополнительной подвесной технической колонны (2) в интервале глубин от поверхности до расчетной глубины 700 м, ниже которой значение температуры горных пород превышает величину температуры начала кристаллизации предельно- насыщенных рассолов, добычу которых планируется организовать.

1. Обсадную колонну-кондуктор 299 мм (3) спускают на гл. 770 м в подошву регионального водоупора - отложений верхоленской и литвинцевской свит нижнего кембрия для изоляции верхних пресных водоносных горизонтов, и заколонное пространство кондуктора цементируют до устья.

2. Далее меняют диаметр породоразрушающего инструмента и производят бурение под эксплуатационную (4) колонну (114 мм) до глубины 1730 м, не доходя около 90-100 м до продуктивного пласта (6).

3. Спускают подвесную (2) колонну (219 мм) колонну, размещая башмак на глубине 700 м, затем спускают эксплуатационную (4) колонну (114 мм) до глубины 1720 м и производят цементаж заколонного пространства эксплуатационной колонны, при этом цемент за колонной (4) поднимают до отметки на 50 м ниже башмака подвесной колонны (2) 219 мм, что составляет 750 м (см. фиг.1). Сразу производят цикл промывки путем прокачки двойного объема бурового раствора через сформированную циркуляционную систему «кондуктор (3) - подвесная техническая колонна (2) - эксплуатационная колонна (4)» для предупреждения прихвата башмака подвесной колонны в том случае, если цемент за эксплуатационной колонной переподняли.

4. Далее производят вскрытие продуктивного рассолоносного пласта (5), меняют устьевую обвязку (7), спускают насосно-компрессорные трубы (6) и обвязывают устье со специальной емкостью для подогрева теплоносителя (8) (раствора хлорида натрия или хлоридов кальция и магния), и добычу жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу - бромо-литевого рассола, по внутреннему пространству эксплуатационной колонны ведут параллельно с одновременной или периодической прокачкой наземным насосным оборудованием (9) горячего теплоносителя из подогреваемой емкости (8) в трубное пространство подвесной колонны (2). Это позволяет поднять температуру эксплуатационной колонны. Опускаясь до башмака подвесной колонны, теплоноситель нагревает стенку эксплуатационной колонны и далее через затрубное пространство подвесной колонны (отработавший теплоноситель) снова поступает в наземные емкости (8) для повторного нагрева.

Таким образом, в межколонном пространстве «кондуктор (3) - подвесная техническая колонна (2) - эксплуатационная колонна (4)» добывающей скважины формируют замкнутое рабочее пространство для обеспечения циркуляции горячего рассола с целью термостатирования эксплуатационной колонны (4).

В процессе испытания напорного рассолоносного пласта по эксплуатационной колонне (4) за четверо суток получено самоизливом около 6000 м³ жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу - литиево-бромных рассолов, с одновременной (независимой от процесса добычи) постоянной прокачкой горячего теплоносителя (раствора хлорида натрия или хлоридов кальция и магния) буровыми насосами на выбранном оптимальном режиме (2-5 м³/ч) в трубное пространство подвесной колонны (2). Бесперебойная работа добывающей скважины обеспечена через прогрев эксплуатационной колонны горячим потоком теплоносителя в замкнутой циркуляционной системе в низкотемпературном интервале геологического разреза.

Тем самым последовательно, по пп.1-4 реализован заявляемый «способ скважинной добычи жидкого полезного ископаемого» .

Предлагаемое техническое решение позволяет управлять свойствами термически нестабильной системы (концентрированный природный рассол), содержащей в своем составе вещества, склонные к фазовым переходам, а также обеспечить непрерывность добычи (отвода) жидкого полезного ископаемого, в частности промышленных литиево-бромных рассолов, из продуктивного пласта к устью скважины.