способ теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями, включающий спуск скважинного электронагревателя на колонне насосно-компрессорных труб - НКТ в интервал пласта с последующим разогревом и добычей разогретой продукции из скважины, отличающийся тем, что при спуске колонну НКТ также оснащают электронагревателями, а нагрев продукции скважин дополнительно осуществляют и при подъеме ее по колонне НКТ, причем добычу разогретой продукции скважин ведут с периодической закачкой разогретой продукции скважины обратно в пласт, объем и давление закачки разогретой продукции и, соответственно, глубину проникновения разогретой продукции в пласт с каждым периодом увеличивают до достижения максимально допустимого давления закачки продукции в пласт, при каждом из периодов объем закачки разогретой продукции обратно в пласт в несколько раз меньше объема добытой продукции из скважины.

2. Устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями, включающее скважинный электронагреватель с токопроводом, размещенные на колонне насосно-компрессорных труб - НКТ, отличающееся тем, что колонна НКТ выше скважинного электродвигателя, но ниже динамического уровня продукции в скважине, снабжена пакером, герметично разделяющим межколонное пространство скважины, при этом ниже пакера и выше электронагревателя в колонне НКТ выполнены входные каналы, а выше входных каналов в колоне НКТ установлен вставной глубинный насос, причем колонна снизу заглушена, при этом колонна НКТ снаружи выше пакера снабжена соединенными с токопроводом дополнительными электронагревателями, которые установлены на расстоянии, достаточном для поддержания продукции скважины в нагретом и текучем состоянии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для теплового воздействия на призабойную зону и нефтяной пласт, в том числе для предупреждения или разогрева парафино-гидратных отложений.

Известен скважинный электронагреватель (авторское свидетельство SU № 1627671, МПК ⁷ Е21В 36/04, Е21В 43/24, опубл. 15.02.1991 г.), содержащий токопровод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенными по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом, при этом нагревательный элемент размещен по длине корпуса неравномерно с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу.

Известен также индукционный скважинный электронагреватель (патент RU № 2198284, МПК ⁷ Е21В 36/04, Е21В 43/24, опубл. в бюл. № 4 от 10.02.2003 г.), включающий корпус, являющийся одновременно магнитным сердечником, нагревательный элемент в виде индукционной катушки, намотанной на наружной поверхности корпуса, контактный узел с токоподводящим кабелем, причем корпусом, являющимся одновременно магнитным сердечником, служит насосно-компрессорная труба (НКТ), оснащенная металлическими кольцами с разрезами, через которые проложены провода обмоток индукционной катушки, при этом индукционная катушка выполнена двухслойной и имеет три обмотки из проводов с термостойкой изоляцией.

Недостатками обоих аналогов являются:

- во-первых, сложное конструктивно устройство, кроме того, большинство нагревателей индукционного типа с высоким электрическим сопротивлением нагревательного элемента выделяет большое количество тепла на единицу длины и потому недолговечно и недостаточно надежно;

- во-вторых, недостаточно эффективны для тепловой обработки мощных пластов, например карбонатных, а также для расплавления или предупреждения парафиногидратных пробок большой протяженности; асфальтосмолистых, афальтосмолопарафиновых отложений большой протяженности в НКТ и на глубинно-насосных штангах;

- в-третьих, устройства не применимы также для подогрева и снижения вязкости продукции скважин на приеме глубинных насосов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является скважинный электронагреватель (патент RU № 2198284, МПК ⁷ Е21В 36/04, Е21В 37/00 опубл. в бюл. № 9 от 27.03.2005 г.), содержащий токоподвод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным на его поверхности длинномерным нагревательным элементом в виде кабеля с возможностью подачи в него через токоподвод питающего напряжения от источника, отличающийся тем, что имеет заземление к трубчатому корпусу, и использован кабель с малым электрическим сопротивлением, установленный в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса с возможностью образования замкнутого контура и подачи от источника питающего переменного напряжения, при том что кабель с малым электрическим сопротивлением установлен в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса по его периметру в виде многоходовой последовательности параллельных длинномерных нагревательных элементов, причем ферромагнитная трубка выполнена разделенной на секции, количество которых определено расчетом в зависимости от интенсивности искривления эксплуатационной колонны и габаритных размеров, и способ его применения, включающий спуск скважинного электронагревателя на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в интервал нефтяного пласта с последующим разогревом и добычей разогретой продукции из скважины.

Недостатками данного способа являются:

- во-первых, низкая эффективность из-за незначительного увеличения нефтеоотдачи нефтяного пласта, так как радиус прогрева невелик, а это не обеспечивает приток нефти к скважине с удаленной от скважины зоны. Более того, в результате практического применения данного способа выявлено, что наибольшее увеличение дебита по нефти достигнуто в низкодебитных (до 2,0 тонн/сутки) добывающих скважинах. В добывающих скважинах с начальным дебитом 3-5 тонн/сутки относительное увеличение дебита за счет применения данного электронагревателя значительно ниже. Отсюда следует, что использование электронагревателя с целью интенсификации добычи нефти целесообразно только в низкодебитных добывающих скважинах (с дебитом до 2,0 тонн/сутки);

- во-вторых, невозможно поддержание продукции (например, тяжелой нефти или битума) в нагретом и текучем состоянии в процессе ее подъема по колонне НКТ.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, большие тепловые потери, так как разогрев продукции скважины происходит только в интервале размещения скважинного электронагревателя, и основная часть тепла, выделяемого электронагревателем, отбирается вместе с продукцией, которая извлекается из скважины, и небольшой охват участка (практически этот участок ограничен геометрическими размерами электрообогревателя), на котором происходит разогревание продукции;:

- во-вторых, мощности прогрева одного электронагревателя не достаточно для подъема по колонне НКТ разогретой продукции (например, тяжелой нефти или битума) от пласта до устья скважины, так как по мере подъема по колонне НКТ тяжелая нефть будет остывать.

Задачей изобретения является создание эффективного способа теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями, позволяющего производить обширный прогрев нефтяного пласта, увеличивая радиус охвата и обеспечивая приток нефти к скважине с удаленной от скважины зоны, а также позволяющего интенсифицировать добычу нефти как из малодебитных скважин с дебитом до 2 тонн/сутки, так и из скважин с более высокими дебитами, а также возможности поддержания тяжелой нефти в нагретом и текучем состоянии в процессе ее подъема по колонне НКТ и устройства для его осуществления, позволяющего снизить тепловые потери и направлять значительную часть тепла на разогрев нефтяного пласта, путем увеличения охвата разогреваемого участка скважины и установки дополнительных электронагревателей, позволяющих поддерживать разогретой тяжелую нефть при ее подъеме по колонне НКТ от пласта до устья скважины.

Поставленная задача решается способом теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями, включающим спуск скважинного электронагревателя на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в интервал пласта с последующим разогревом и добычей разогретой продукции из скважины.

Новым является то, что при спуске колонну НКТ также оснащают электронагревателями, а нагрев продукции скважин дополнительно осуществляют и при подъеме ее по колонне НКТ, причем добычу разогретой продукции скважин ведут с периодической закачкой разогретой продукции скважины обратно в пласт, объем и давление закачки разогретой продукции и, соответственно, глубину проникновения разогретой продукции в пласт с каждым периодом увеличивают, до достижения максимально допустимого давления закачки продукции в пласт, при каждом из периодов объем закачки разогретой продукции обратно в пласт в несколько раз меньше объема добытой продукции из скважины.

А также устройством теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями, включающим скважинный электронагреватель с токопроводом, размещенные на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ).

Новым является то, что колонна НКТ выше скважинного электродвигателя, но ниже динамического уровня продукции в скважине снабжена пакером, герметично разделяющим межколонное пространство скважины, при этом ниже пакера и выше электронагревателя в колонне НКТ выполнены входные каналы, а выше входных каналов в колоне НКТ установлен вставной глубинный насос, причем колонна снизу заглушена, при этом колонна НКТ снаружи выше пакера снабжена соединенными с токопроводом дополнительными электронагревателями, которые установлены на расстоянии, достаточном для поддержания продукции скважины в нагретом и текучем состоянии.

На фигуре 1 изображен предлагаемый способ теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями и устройством для его осуществления в момент отбора разогретой продукции скважины.

На фигуре 2 изображен предлагаемый способ теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями и устройство для его осуществления в момент закачки в пласт разогретой продукции скважины.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сначала определяют динамический уровень продукции в скважине. После чего в скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 спускают электронагреватели 3; 3' 3ⁿ (электронагреватели могут быть аналогичными электронагревателю, описанному в патенте RU № 2198284, МПК ⁷ Е21В 36/04, Е21В 37/00, опубл. в бюл. № 9 от 27.03.2005 г.), которыми колонну НКТ 2 оснащают последовательно по мере спуска. Электронагреватели 3; 3' 3ⁿ соединяют между собой токопроводом 4.

Также при спуске в скважину 1 колонну НКТ 2 снабжают пакером 5, который размещают на колонне НКТ 2 выше электронагревателя 3, при этом электронагреватель 3 устанавливают в интервале пласта 6, а пакер 5 сажают в скважине 1 ниже динамического уровня, например, на 100 метров (на фиг.1 и 2 не показано). После чего спускают в скважину вставной глубинный штанговый насос 7.

Включают скважинные электронагреватели 3; 3' 3ⁿ. Электронагреватель 3 разогревает тяжелую нефть в интервале пласта 6, а электронагреватели 3' 3ⁿ осуществляют нагрев продукции (тяжелой нефти) дополнительно при ее подъеме по колонне НКТ 2.

Запускают в работу привод (например, станок-качалку) (на фиг.1 и 2 не показано) вставного глубинного насоса 7 и производят добычу разогретой тяжелой нефти по колонне НКТ 2 из скважины 1 в объеме - V_д.

Через определенный промежуток времени, который определяется расчетным путем в зависимости от мощности электронагревателя, физико-химических свойств добываемой тяжелой нефти (вязкости, плотности и т.д.), отключают привод вставного глубинного насоса 7 и приподнимают плунжер 8 (см. фиг.2) из цилиндрического корпуса 9 глубинного штангового насоса 7.

После этого с устья скважины 1 по колонне НКТ 2 любым известным насосом производят закачку в объеме V_з, в несколько раз меньшем от объема добытой тяжелой нефти V _д, что определяется расчетным путем.

В результате закачки в пласт 6 разогретой продукции увеличивается радиус прогрева электронагревателем 3 пласта 6, что обеспечивает приток тяжелой нефти к скважине 1 с удаленной от скважины зоны. После закачки расчетного объема V_з устанавливают плунжер 8 обратно в цилиндрический корпус 9 и запускают в работу привод вставного глубинного насоса 7 и вновь производят добычу разогретой продукции по колонне НКТ 2 из скважины 1, причем благодаря электронагревателям 3' 3ⁿ продукция скважины поддерживается в нагретом и текучем состоянии.

Через определенный промежуток времени, когда будет добыто из скважины 1 вставным глубинным насосом 7 на поверхность разогретой продукции V_{д 1} больше закаченной V_з, отключают привод вставного глубинного насоса 7 и приподнимают плунжер 8 (см. фиг.2) из цилиндрического корпуса 9 глубинного штангового насоса 7.

После этого с устья скважины 1 производят закачку по колонне НКТ 2, извлеченной из скважины 1 подогретой тяжелой нефти обратно в пласт 6 в расчетном объеме V_з1, при этом разогретая продукция проникает еще глубже в нефтяной пласт 6 сравнительно с первоначально закаченным объемом V_з.

Давление закачки Р_з1 объема V_з1 в пласт 6 превышает давление закачки Р_з объема

V_з, то есть (Р_з1>Р_з), что обусловлено более глубоким проникновением (продавливанием) разогретой продукции в пласт 6.

В результате еще больше увеличивается радиус прогрева электронагревателем 3 пласта 6, что обеспечивает приток нефти к скважине с более удаленной от скважины зоны. После закачки расчетного объема разогретой продукции в пласт 6 (см. фиг.1) устанавливают плунжер 8 обратно в цилиндрический корпус 9 и запускают в работу привод вставного глубинного насоса 7, и начинают добычу разогретой продукции по колонне НКТ 2 из скважины 1.

В дальнейшем вышеописанный цикл повторяют. В результате с каждым циклом добычи и закачки разогретой продукции увеличивается радиус прогрева нефтяного пласта 5 электронагревателем 3 пласта 6 и обеспечивается приток нефти к скважине 1 с более удаленной от скважины 1 зоны, при этом электронагреватели 3; 3' 3ⁿ работают постоянно. При этом при каждой последующей закачке разогретой продукции в пласт 6 увеличивается глубина проникновения (радиус охвата) разогретой продукции в более отдаленные зоны пласта 6, и соответственно, с каждой последующей закачкой увеличивается давление закачки.

Таким образом, постепенно и пропорционально увеличивают объемы закачки V _дn и V_зn до достижения максимально допустимого давления закачки Р_{з max} в пласт 6, которое ограничивает глубину проникновения разогретой продукции в пласт 6.

В дальнейшем, периодически сочетая добычу и закачку разогретой продукции, не превышая максимально допустимого давления закачки Р_{з max}, продолжают разработку нефтяного пласта 6.

Предлагаемый способ теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями позволяет производить обширный прогрев пласта за счет постепенного увеличения с каждым циклом объема закачки разогретой продукции обратно в нефтяной пласт, благодаря чему увеличивается радиус охвата, что обеспечивает приток нефти к скважине с удаленной от скважины зоны и дает возможность интенсифицировать добычу нефти как из малодебитных скважин с дебитом до 2 тонн/сутки, так и из скважин с более высокими дебитами. Также предлагаемый способ позволяет поддерживать тяжелую нефть, извлекаемую из нефтяного пласта в нагретом и текучем состоянии в процессе ее подъема по колонне НКТ.

Устройство для осуществления вышеописанного способа включает спущенные в скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 скважинные электронагреватели 3; 3' 3ⁿ, соединенные токопроводом 4, размещенным на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2. Пакер 5, установленный в составе колонны НКТ 2 выше электронагревателя 3, размещенного в интервале пласта 6, и посаженный в скважине 1 ниже динамического уровня продукции в скважине 1. В колонне НКТ 2 выше пакера 5 установлен вставной глубинный насос 7, состоящий из плунжера 8 и цилиндрического корпуса 9. Колонна НКТ 2 снизу заглушена заглушкой 10, а ниже пакера 5 колонна НКТ 2 оснащена входными каналами 11, что позволяет аккумулировать тепло, выделяемое электронагревателем 3 на расстоянии S, то есть на участке колонны НКТ 2 от заглушки 10 до входных каналов 11 образуется застойная зона разогретой электронагревателем 3 продукции скважины. Пакер 5 герметично разделяет межколонные пространства 12 и 13 скважины 1 между собой.

Устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями работает следующим образом.

Устройство в сборе, как показано на фигуре 1, запускают в работу (включают электронагреватель 3 и дополнительные электронагреватели 3' 3ⁿ, а также запускают вставной глубинный насос 7), при этом электронагреватель 3 одновременно с разогревом тяжелой нефти в интервале пласта 6 передает тепло на внутренние стенки колонны НКТ 2.

В результате нагревается тяжелая нефть, находящаяся внутри колонны НКТ 2 от заглушки 10 до радиальных отверстий 11 на участке S, поэтому площадь теплоотдачи электронагревателя 3 увеличивается в несколько раз, то есть внутри колонны НКТ 2 на участке S образуется застойная зона разогретой продукции. Тепло от стенок колонны НКТ 2 на участке S направлено на разогревание продукции скважины в межколонном пространстве 13, а это позволяет расширить охват разогреваемого участка на расстояние S в сравнении с прототипом, где разогрев тяжелой нефти происходит только в пределах электронагревателя, а также сохранить как можно больше теплой продукции (тяжелой нефти) как при добыче из скважины 1, так и при закачке в пласт 6, так как в пласт 6 поступает прогретая в межколонном пространстве 13 продукция.

Одновременно с этим плунжер 8 вставного глубинного насоса 7 посредством колонны штанг 14 и привода (на фиг.1 и 2 не показано) совершает возвратно-поступательные перемещения относительно цилиндрического плунжера 9, подавая в колонну НКТ 2 разогретую электронагревателем 3 продукцию из межколонного пространства 13 скважины 1, причем разогретая нефть попадает на прием вставного глубинного насоса 7 из межколонного пространства 13 через входные каналы 11, так как нижний конец колонны НКТ 2 заглушен заглушкой 10.

В колонне НКТ 2 по мере подъема тяжелой нефти происходит ее разогревание от пласта до устья скважины 1 благодаря дополнительным электронагревателям 3' 3ⁿ, позволяющим предотвратить ее застывание и добывать на устье скважины разогретую тяжелую нефть, причем количество дополнительных электронагревателей 3' 3ⁿ, устанавливаемых в составе колонны НКТ, определяют расчетным путем исходя из поддержания тяжелой нефти или битума в текучем состоянии при ее подъеме по колонне НКТ 2 от пласта 6 до устья скважины 1 в зависимости от мощности электронагревателя.

Перед закачкой разогретой продукции в пласт 6 приподнимают плунжер 8 (см. фиг.2) из цилиндрического корпуса 9 вставного глубинного насоса 7. После этого с устья скважины 1 производят закачку извлеченной из скважины 1 разогретой продукции (тяжелой нефти) по колонне НКТ 2 сквозь входные каналы 11, так как снизу колонна НКТ 2 заглушена заглушкой 10 обратно в пласт 6.

После закачки разогретой продукции в нефтяной пласт 6 (см. фиг.1) устанавливают плунжер 8 обратно в цилиндрический корпус 9 и запускают в работу привод глубинного насоса 7, и вновь начинают добычу тяжелой нефти по колонне НКТ 2 из скважины 1. После чего цикл работы устройства повторяется.

Предлагаемое устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями позволяет снизить тепловые потери и направлять значительную часть тепла на разогрев нефтяного пласта, из-за того что колонна НКТ снизу заглушена и электронагреватель одновременно с разогревом продукции в интервале нефтяного пласта передает тепло на внутренние стенки колонны НКТ, а это позволяет аккумулировать тепло на участке колонны НКТ от заглушки до пакера, за счет чего значительно увеличивается охват разогреваемого участка скважины. Кроме того, предлагаемое устройство за счет установки в состав колонны НКТ дополнительных электронагревателей позволяет поддерживать тяжелую нефть, в нагретом и текучем состоянии в процессе ее подъема по колонне НКТ от пласта до устья скважины.