способ термической разработки газогидратных месторождений и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ термической разработки газогидратных месторождений, включающий разбуривание залежи пересекающей продуктивный пласт по меньшей мере одной добывающей скважиной с системой горизонтальных боковых секций, формирование теплового поля и отбор углеводородов из пласта, отличающийся тем, что осуществляют бурение, по меньшей мере, одной пары скважин: нагнетательной и добывающей, горизонтальные стволы которых выполнены параллельно и направлены навстречу друг другу, подачу горячего теплоносителя от источника тепловой энергии в нагревательную скважину и откачку полученных продуктов разложения гидратов - газа и воды осуществляют через добывающую скважину, и продукты разложения гидратов подают для разделения в сепаратор, при этом в качестве источника тепловой энергии используют ядерный реактор, к которому подсоединен также отводящий трубопровод рециркуляции, сообщенный с полостью между эксплуатационной колонной и колонной насосно-компрессорных труб, при этом колонна насосно-компрессорных труб заглушена в нижней части и имеет перфорацию в горизонте продуктивного пласта.

2. Устройство для термической разработки месторождений, содержащее, по меньшей мере, одну добывающую скважину, содержащую эксплуатационную колонну с горизонтальным участком, и, по меньшей мере, одну нагревательную скважину, имеющую колонну обсадных, с горизонтальным участком в горизонте продуктивного пласта, в которой установлена колонна насосно-компрессорных труб, соединенная с подводящим трубопроводом циркуляции теплоносителя, соединенным, в свою очередь, с источником тепловой энергии, при этом в качестве источника тепловой энергии использован ядерный реактор, к которому подсоединен также отводящий трубопровод рециркуляции, сообщенный с полостью между эксплуатационной колонной и колонной насосно-компрессорных труб, при этом колонна насосно-компрессорных труб заглушена в нижней части и имеет перфорацию в горизонте продуктивного пласта.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн выполнены параллельно.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн выполнены с чередованием на одном горизонтальном уровне или в нескольких уровнях.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн выполнены на разных уровнях, при этом горизонтальные участки эксплуатационных колонн расположены выше.

6. Устройство по любому из пп.3-5, отличающееся тем, что на выходе из насосно-компрессорных труб добывающих скважин установлен сепаратор, первый выход которого соединен с накопительной емкостью, а второй - с трубопроводом сброса воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области разработки газогидратных месторождений.

Известен способ добычи газа из твердых газогидратов, согласно которому в газо-гидратной залежи создаются неравновесные термобарические условия путем снижения давления и подвода тепла, при этом теплоподвод осуществляют введением твердого сорбента в зону залегания газогидрата для поглощения воды с удельным тепловыделением, превышающим теплоту диссоциации твердого газогидрата (см. патент RU 2159323, Е21В 43/00, 1999).

Недостатком этого способа является необходимость создания наземных сооружений для подачи в зону залегания газогидрата через скважину твердого сорбента и последующей регенерации сорбента, а также малая площадь контакта сорбента в вертикальном стволе скважины с породой, содержащей газогидрат.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки месторождений твердых углеводородов, включающий разбуривание залежи системой сгруппированных по площади залежи скважин с горизонтальными участками, в каждой группе которой через один ряд скважин производят закачку теплоносителя в одни продуктивные пласты, а из другого осуществляют отбор углеводородов из других продуктивных пластов, причем в смежных группах скважин попеременно чередуют продуктивные пласты, в которые производят закачку теплоносителя и из которых отбирают углеводороды, см. патент US № 5016709, Е21В 43/24, 1991, прототип.

Этот способ позволяет повысить эффективность процесса теплового воздействия за счет реализации принципа многоуровнего воздействия на пласты и, как следствие, увеличить степень нефтеизвлечения углеводородов.

К недостаткам способа относятся большой расход теплоносителя, а также сложность реализации многоуровневой схемы теплового воздействия, что в итоге снижает экономичность процесса разработки, повышая удельные затраты на единицу добываемой продукции.

Задачи создания изобретения: значительное улучшение прогрева газогидратов для их плавления и испарения.

Решение указанных задач достигнуто в способе термической разработки газогидратных месторождений, включающем разбуривание залежи пересекающей продуктивный пласт, по меньшей мере, одной добывающей скважиной с системой горизонтальных боковых секций, формирование теплового поля и отбор углеводородов из пласта, тем, что осуществляют бурение, по меньшей мере, одной пары скважин: нагнетательной и добывающей, горизонтальные стволы которых выполнены параллельно и направлены навстречу друг другу, осуществляют подачу горячего теплоносителя от источника тепловой энергии в нагревательную скважину и откачку полученных продуктов разложения гидратов - газа и воды осуществляют через добывающую скважину и продукты разложения гидратов подают для разделения в сепаратор, при этом в качестве источника тепловой энергии используют ядерный реактор, к которому подсоединен также отводящий трубопровод рециркуляции, сообщающийся с полостью между эксплуатационной колонной и колонной насосно-компрессорных труб, при этом колонна насосно-компрессорных труб заглушена в нижней части и имеет перфорацию в горизонте продуктивного пласта.

Решение указанных задач достигнуто в устройстве для термической разработки газогидратных месторождений твердых углеводородов, содержащем, по меньшей мере, одну добывающую скважину, содержащую эксплуатационную колонну с горизонтальным участком, и, по меньшей мере, одну нагревательную скважину, имеющую колонну обсадных, с горизонтальным участком в горизонте продуктивного пласта, в которой установлена колонна насосно-компрессорных труб, соединенная с подводящим трубопроводом циркуляции теплоносителя, соединенным, в свою очередь, с источником тепловой энергии, отличающаяся тем, что в качестве источника тепловой энергии используют ядерный реактор, к которому подсоединен также отводящий трубопровод рециркуляции теплоносителя, сообщающийся с полостью между эксплуатационной колонной и колонной насосно-компрессорных труб, при этом колонна насосно-компрессорных труб заглушена в нижней части и имеет перфорацию в горизонте продуктивного пласта. Горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн выполнены параллельно. Горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн выполнены с чередованием на одном горизонтальном уровне или в нескольких уровнях. Горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн выполнены на разных уровнях, при этом горизонтальные участки эксплуатационных колонн расположены выше. Для непрерывной принудительной циркуляции теплоносителя (жидкого натрия) по замкнутому контуру применен насос, установленный между ядерным реактором и насосно-компрессорными трубами нагревательных скважин.

На выходе из насосно-компрессорных труб добывающих скважин установлен сепаратор, первый выход которого соединен с накопительной емкостью, а второй - с трубопроводом сброса воды.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения. Новизна и изобретательский уровень подтверждаются проведенными патентными исследованиями.

Сущность изобретения раскрывается на фиг.1 6, где:

на фиг.1 приведена схема добычи продукта,

на фиг.2 приведен вид сверху,

на фиг.3 приведен вид А,

на фиг.4 приведен вид Б,

на фиг.5 и 6 приведен вид В.

Устройство для термической разработки месторождений твердых углеводородов содержит две системы: систему подогрева 1 и систему добычи продукта 2 и предназначено для термической разработки продуктивного пласта 3, находящегося ниже грунта (породы) 4.

В систему подогрева 1 (фиг.1) входят: ядерный реактор 5, к которому подсоединены подводящий и отводящий трубопроводы рециркуляции теплоносителя (жидкого натрия) соответственно 6 и 7 с насосом 8, расположенным на трубопроводе рециркуляции 6 и клапанами 9, 10 и 11. Кроме того, в систему нагрева входят как минимум одна нагревательная скважина 12 с колонной обсадных труб 13 и насосно-компрессорной трубой 14, а также горизонтальным участком колонны труб 15.

В систему добычи продукта входят, по меньшей мере, одна добывающая скважина 16, содержащая эксплуатационную колонну 17 и насосно-компрессорные трубы 18, проходящие внутри. Кроме того, в состав этой системы входит горизонтальный участок эксплуатационной колонны 19, трубопровод отбора смеси 20, один конец которого соединен с насосно-компрессорными трубами 18, а другой с входом сепаратора 21. Первый выход из сепаратора 21 промежуточным трубопроводом 22 соединен с накопительной емкостью 24, а второй выход из сепаратора 21 соединен с трубопроводом сброса воды 23. Система оборудована задвижками 25, 26 и 27. Обсадная колонна 13, точнее ее горизонтальный участок 15 заглушен с торца заглушкой 26, насосно-компрессорные трубы 14 также могут быть заглушены с торца заглушкой 27, при этом на горизонтальном участке насосно-компрессорных труб 14 выполнена перфорация - отверстия «Г». Между обсадной колонной 13 и насосно-компрессорными трубами 14 образуется межтрубный зазор «Д». Аналогично обсадная колонна 17, точнее ее горизонтальный участок 19 заглушен заглушкой 28, а насосно-компрессорные трубы 18 заглушкой 29, и в ней выполнена перфорация - отверстия «Е». На боковой поверхности эксплуатационной колонны 17 также выполнены отверстия «Ж». На наружной поверхности перфорированной части насосно-компрессорных труб 18 могут быть установлены фильтрующие элементы 30.

Горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн 15 и 19 выполнены параллельно (фиг.2). Горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн 15 и 19 могут быть выполнены с чередованием на одном горизонтальном уровне или в нескольких уровнях (фиг.5). Горизонтальные участки эксплуатационных и обсадных колонн 15 и 19 могут выполнены на разных уровнях, при этом горизонтальные участки эксплуатационных колонн 19 расположены выше, чем обсадных колонн 15 нагревательных скважин 12 (фиг.6).

При работе запускают ядерный реактор 5, и теплоноситель (жидкой натрий) по подающему трубопроводу рециркуляции 6 насосом 8 подается в нагревательную скважину (скважины) 12, точнее в насосно-компрессорные трубы 14, и на горизонтальном участке 15 через отверстия «Г» (фиг.3) теплоноситель выходит в заколонный зазор «Е», подогревает горизонтальный участок 15 обсадной колонны труб 13 и возвращается в ядерный реактор 8. Тепловой поток передается в окружающую среду, т.е. в продуктивный пласт 3, осуществляя термическое воздействие на твердые углеводороды и находящуюся вместе с ней в твердой фазе воду, расплавляя их и частично испаряя. Смесь твердых углеводородов с водой через отверстия «Ж» в обсадной трубе поступает в межтрубный зазор «Е», далее через отверстия «Д» в насосно-компрессорных трубах проходят по трубопроводу отбора смеси 20 в сепаратор 21, где углеводороды отделяются и поступают в накопительную емкость 23.

Применение ядерного реактора дает ряд преимуществ, связанных с тем, что в отдаленные районы страны трудно доставить компактный и мощный источник энергии. Кроме того, применение замкнутой схемы подогрева без расходования теплоносителя также дает преимущество, уменьшает загрязнение добываемой смеси. Применение в качестве теплоносителя жидкого натрия, имеющего высокую температуру и большую теплоемкость, позволяет быстрее и эффективнее произвести термическую обработку продуктивного пласта, состоящего преимущественно из углеводородов в твердой фазе и льда.

Предложенный способ разработки позволяет:

- использовать мощный источник тепловой энергии - термоядерный реактор, способствующий разложению газовых гидратов на газ и воду;

- обеспечить поддержание экологического равновесия процесса.