устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями или битумами

Формула изобретения

Устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями или битумами, включающее скважинный электронагреватель с токопроводом, размещенный 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 каналов в колонне 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, при этом электронагреватели охвачены снаружи кожухами, внутренняя полость которых сообщена с внутренним пространством колонны НКТ выше и ниже электронагревателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для теплового воздействия на призабойную зону и пласт с тяжелыми нефтями или битумами, 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 этом 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 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 устройства, позволяющего снизить тепловые потери и направлять значительную часть тепла на разогрев нефтяного пласта, путем увеличения охвата разогреваемого участка скважины и установкой дополнительных электронагревателей, позволяющих поддерживать разогретой тяжелую нефть при ее подъеме по колонне НКТ от пласта до устья скважины.

Поставленная задача решается устройством для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями или битумами, включающим скважинный электронагреватель с токопроводом, размещенный 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 каналов в колонне 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, при этом электронагреватели охвачены снаружи кожухами, внутренняя полость которых сообщена с внутренним пространством колонны НКТ выше и ниже электронагревателя.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями или битумами в момент отбора разогретой продукции.

На фигуре 2 изображено предлагаемое устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями или битумами в момент закачки разогретой продукции.

Устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями или битумами включает спущенные в скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 скважинные электронагреватель 3 и дополнительные электронагреватели 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, посажен в скважине 1 ниже динамического уровня продукции в скважине 1.

Дополнительные электронагреватели 3' 3ⁿ установлены на расстоянии, достаточном для поддержания продукции (тяжелой нефти) скважины 1 в нагретом и текучем состоянии. 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.

Дополнительные электронагреватели 3' 3ⁿ охвачены снаружи кожухами 12, внутренняя полость которых сообщена с внутренним пространством колонны НКТ 2 выше и ниже дополнительных электронагревателей 3' 3ⁿ.

Пакер 5 герметично разделяет межколонные пространства 13 и 14 скважины 1 между собой.

Устройство для теплового воздействия на пласт с тяжелыми нефтями или битумами 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 отверстии 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 14, 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 14 продукция.

Одновременно с этим плунжер 8 вставного глубинного насоса 7 посредством колонны штанг 15 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 14 скважины 1, причем разогретая тяжелая нефть попадает на прием вставного глубинного насоса 7 из межколонного пространства 14 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.

Кроме того, в процессе подъема тяжелой нефти по колонне НКТ 2 она проходит как через внутреннее пространство дополнительных электронагревателей 3' 3ⁿ по колонне НКТ 2 выше и ниже этих электронагревателей, так и под кожухом 12, который выполнен на каждом из дополнительных электронагревателей 3' 3ⁿ, что обеспечивает дополнительное разогревание тяжелой нефти при прохождении ей дополнительных электронагревателей 3' 3ⁿ и более полное использование тепла, вырабатываемого электронагревателями 3' 3ⁿ, именно для подогрева тяжелой нефти, поэтому уменьшаются не продуктивные потери тепла и, как следствие, происходит экономия материальных средств, расходуемых на электроэнергию.

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 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 или битумами 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 или битум в нагретом и текучем состоянии в процессе ее подъема по колонне НКТ от пласта до устья скважины, а наличие кожухов, которыми оснащаются дополнительные электронагреватели, позволяет производить дополнительное нагревание тяжелой нефти или битума в интервале дополнительных электронагревателей в процессе подъема тяжелой нефти или битума.