Устройство для повышения нефтеотдачи нефтегазовых месторождений
Заявляемое изобретение относится к технологиям эксплуатации нефтегазовых месторождений и может быть использовано для нефтеизвлечения при разработке новых месторождений или текущей эксплуатации действующих месторождений нефти. Способ повышения нефтеотдачи нефтегазовых месторождений при скважинной системе нефтеизвлечения, включает реагентное воздействие на призабойные зоны добывающих, нагнетательных скважин и продуктивный пласт продуктами взаимодействия гидрореагирующих элементов, при этом, в качестве гидрореагирующих элементов используют измельченный металлический алюминий, который помещают в перфорированный контейнер и доставляют в интервал обработки на насосно-компрессорных трубах, реагентное воздействие осуществляют закачкой в интервал обработки щелочного водного раствора, реагентное воздействие прекращают удалением щелочного водного раствора из интервала обработки. Технический результат - повышение эффективности воздействия на продуктивные пласты и труднодоступные узлы скважинного оборудования и качественное улучшение вязкостных характеристик извлекаемых углеводородов при одновременном обеспечении безопасности воздействия за счет исключения неуправляемой пассивации активной массы гидрореагирующего элемента. 1 н.п. ф-лы., 5 з.п. ф-лы., 3 рис.
Заявляемая полезная модель относится к технологиям эксплуатации нефтегазовых месторождений и может быть использовано для нефтеизвлечения при разработке новых месторождений или текущей эксплуатации действующих месторождений нефти.
Широко известны методы увеличения нефтеотдачи (МУН) путем использования физико-химических воздействий на продуктивный пласт.
Известны аппараты ультразвукового акустического воздействия на продуктивную зону скважины в технологическом диапазоне частот 10-25 кГц, которые приводят к изменению физико-химических характеристик пласта, например к снижению вязкости нефти (Патент US 
5109922, Е21В 43/00; В01D 17/04; E21B 043/25; 1992). Это способствует очистке порового пространства, однако область акустического воздействия ограничена только ближней призабойной зоной продуктивного пласта скважины.
Известен аппараты акустического воздействия на пласт, при этом, на ближнюю призабойную зону скважины воздействуют акустическими колебаниями суммы электрических сигналов ряда частот технологического диапазона, а на дальнюю продуктивную зону воздействуют низкочастотными акустическими колебаниями комбинационных разностных частот технологического диапазона, что обеспечивает возбуждение как ближних, так и удаленных от скважины продуктивных слоев, и, как следствие, приводит к повышению дебита скважин (Патент RU 2162519, МПК Е21В 43/25, Е21В 28/00, 2001).
Эффективными следует признать известные устройства для повышения нефтеотдачи путем тепловых методов воздействия с использованием различного вида парогенераторов, пластового горения, энергоимпульсных воздействий (Патент US 4637461, МПК E21B 43/00; E21B 43/30; E21B 043/24, 1986; Патент US 4662441, МПК E21B 43/00; E21B 43/30; E21B 43/24; E21B 43/16; E21B 043/24, 1987).
При этом, к недостаткам известных аппаратов следует отнести то, что в процессе эксплуатации месторождений остающаяся в пласте нефть меняет свои свойства, обогащаясь тяжелыми углеводородами в виде парафинов, смол, асфальтенов [Фахретдинов Р.Н., Халитов Г.Г., Давиденко Н.В. «Металлопорфирины в остаточной нефти некоторых месторождений Башкирии»// «Нефтехимия», 1991, 3, с 776-780]. Факт прогрессирующего ухудшения качества углеводородного сырья, повышения вязкостных характеристик добываемых флюидов признается практически всеми специалистами. Тепловые МУН в традиционном их исполнении имеют, кроме того, большие ограничения, связанные с опасностью деформации и нарушением целостности скважинных коммуникаций из-за неизбежных линейных расширений. Разработка локальных источников разогрева для скважинных коммуникаций могла бы стать основой решения многих эксплуатационных задач нефтегазодобывающей отрасли.
В науке известны локальные источники воздействия на призабойную зону и труднодоступные коммуникации нефтегазодобывающих скважин, приводящие к повышению нефтеотдачи.
Так, например, известно локальное термо-газо-химического воздействие в труднодоступных коммуникациях нефтегазодобывающих скважин, осуществляемое посредством автономного генератора водорода гидролизного типа. Гидрореагирующий элемент включает алюминиевый цилиндрический стакан, заполненный активной массой на основе металлического натрия, защитный гидроизолирующий слой, удаляемый перед началом использования, причем указанный защитный слой представляет собой состав на основе парафина, между указанными активной массой и защитным слоем размещена вставка, выполненная из смеси нитрата натрия и гидроксида натрия, обеспечивающая временную задержку взаимодействия указанной активной массы с водным раствором (Патент RU 2275494, Е21В 37/06, 2006).
Наиболее близким к предлагаемому, является устройство термохимической обработки призабойной зоны посредством которого в нефтегазодобывающей скважине с эмульгированным шламом в зоне реакции от интенсивной деструкции асфальтосмолистых и парафиногидратных образований, которое содержит механизм, выполненный с возможностью обеспечения режима повторяющихся циклов доставки герметичного алюминиевого контейнера, наполненного металлическим натрием, удерживания контейнера необходимое время в забое скважины и последующего его подъема, что обеспечивает прерывание каждого цикла и исключает образование эмульсии типа «вода в масле». (Патент RU 2301330, Е21В 43/27, 2007).
Однако, практическое использование гидрореагирующих элементов (ГРЭЛ), в качестве которых в известных решениях берут щелочные металлы, помещенные в алюминиевый корпус, показало, что для обеспечения эффективности их воздействия, требуется исключить случаи пассивации активной массы ГРЭЛ с пластовыми флюидами. Как показали исследования, процессы пассивации активной массы в реакционном объеме связаны с переходом инверсионной точки систем «масло в воде» - «вода в масле». Реализация этого перехода грозит снижением эффективности воздействия, а остатки неотработанной активной массы впоследствии могут начать взаимодействовать в самых неожиданных обстоятельствах, например, при проведении ремонтных работ или транспортных операциях. Неотработанная активная масса может привести к неуправляемым и опасным процессам, имеющим высокую вероятность взрыва.
Задача изобретения - повышение эффективности и безопасности устройства за счет исключения неуправляемой пассивации активной массы гидрореагирующего элемента, повышения эффективности воздействия на продуктивные пласты и труднодоступные узлы скважинного оборудования.
Поставленная задача решается тем, что устройство повышения нефтеотдачи нефтегазовых месторождений при скважинной системе нефтеизвлечения представляет собой контейнер, выполненный с возможностью его периодического перемещения в интервал обработки и обратно, а внутри контейнера помещены гидрореагирующие элементы, при этом, возможность перемещения контейнера в интервал обработки и обратно обеспечивается посредством крепления контейнера к насосно-компрессорным трубам, контейнер выполнен перфорированным, а его внутренняя полость заполнена гидрореагирующими элементами, представляющими собой предпочтительно измельченный металлический алюминий, контейнер размещен в скважинной системе с возможностью реагентного взаимодействия со щелочным водным раствором, закачиваемым в интервал обработки.
В качестве щелочного водного раствора может быть использован водный раствор едкого натра (NaOH) в концентрации, достаточной для проведения химической реакции взаимодействия с алюминием, преимущественно в концентрации не менее 1,0 N водный раствор NaOH. Кроме того, в качестве щелочного водного раствора могут быть использованы растворы едкого калия (KOH), содопоташной смеси, соды (Na2CO3).
Под интервалом обработки понимается вся зона реагентного воздействия, т.е. зона реакции.
Для достижения дополнительного результата, связанного с возможностью изоляции промытых зон обрабатываемого пласта, в перфорированный контейнер дополнительно к измельченному металлическому алюминию могут быть добавлены измельченные кремний и/или ферросилиций, которые в процессе реагентного воздействия вступают в реакцию со щелочным водным раствором с образованием осадка, изолирующего промытые зоны. Кремний и/или ферросилиций добавляют в виде порошков в количестве до 25% от массы алюминия.
Кроме того, в нагнетательных скважинах для инициирования процесса реагентного воздействия могут дополнительно использоваться ГРЭЛ, выполненные в виде алюминиевых стаканов, заполненных металлическим натрием, для ввода которых в насосно-компрессорную трубу (НКТ) используется устьевой лубрикатор, а доставка дополнительных ГРЭЛ в интервал обработки осуществляется за счет скорости нисходящего потока без остановки закачки.
Перфорированный контейнер может быть изготовлен из стальной трубы или из металлического алюминия.
В качестве измельченного алюминия может быть использован алюминиевый порошок, алюминиевая стружка или алюминиевые гранулы.
Добывающие скважины могут быть обработаны с использованием заявляемого устройства в процессе подземного ремонта.
Сравнение заявляемого устройства с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна».
Заявляемое устройство обеспечивает возможность осуществления нового способа воздействия и позволяет контролировать процесс воздействия на призабойные зоны скважин или продуктивный пласт на всех его стадиях, исключает протекание неуправляемых процессов, поскольку скорость протекания реакции взаимодействия щелочи с алюминием с образованием алюмината натрия и газообразного водорода ниже, нежели скорость реакции металлического натрия и воды. Более того, реакция взаимодействия алюминия и щелочи сопровождается выделением большего количества тепла, нежели реакция взаимодействия натрия и воды. Доставка перфорированного контейнера с гидрореагирующим элементом может быть осуществлена на стадии спуска (начальная стадия), а закачка щелочного водного раствора для инициирования реагентного воздействия может быть осуществлена на любой стадии эксплуатации, при этом контакт ГРЭЛ с водой, находящейся в скважине, не приводит к инициированию химической реакции, т.к. измельченный алюминий химически инертен по отношению к воде. Более того, перфорированный контейнер с ГРЭЛ может быть использован неоднократно, поскольку предшествующая реакция может быть остановлена откачкой щелочного раствора из интервала обработки, а непрореагировавший металлический алюминий может вступить в новую реакцию с вновь закачанным щелочным раствором. Контейнер с измельченным металлическим алюминием подлежит извлечению из зоны воздействия только после того, как весь металлический алюминий прореагирует со щелочью, т.е. будет полностью израсходован. Это позволяет не останавливать процесс нефтедобычи и использовать в течение нескольких циклов один и тот же контейнер с ГРЭЛ. Выделяющийся газообразный водород обеспечивает гидрирование тяжелых углеводородов в виде парафинов, смол и асфальтенов в условиях образующейся щелочной парогазовой среды, устраняя причины снижения дебита нефти и повышая нефтеотдачу.
Обсадная и эксплуатационные колонны скважин подвержены воздействию градиента температур строго в локальном интервале. Заявляемый способ исключает опасность нарушения целостности коммуникаций при термических расширениях. Последний фактор очень сильно затрудняет реализацию тепловых методов увеличения нефтеоотдачи. Кроме того, в результате реализации заявляемого способа образуются щелочные растворы, которые ингибируют процессы коррозии конструкционных материалов на железной основе, с одной стороны, а с другой стороны, обеспечивают благоприятную среду для снятия остаточной нефти с поверхности пластовых пород.
Заявляемое устройство может быть осуществлено с использованием известного оборудования и известных материалов на действующих и вновь вводимых месторождениях нефти, что позволяет сделать вывод о его промышленной применимости.
Заявляемое устройство иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1. Использование заявляемого устройства на добывающих и нагнетательных скважинах.
На рисунке 1 представлена схема компоновки оборудования для реализации заявляемого устройства в нефтегазодобывающих скважинах. Обсадная труба (1) с перфорацией боковой поверхности (5) показана в интервале обработки (6). Перфорированный контейнер (4) выполнен из стальной трубы, внутренняя полость (7) заполнена порошком металлического алюминия. Перфорированный контейнер (4) крепится к насосно-компрессорной трубе (НКТ) (2), первой от интервала обработки в процессе очередного подземного ремонта скважины. Соединение перфорированного контейнера (4) с НКТ (2) обозначено позицией (3). Дополнительно к измельченному металлическому алюминию могут быть добавлены кремний и/или ферросилиций в количестве 15% от массы металлического алюминия. Для инициирования процесса реагентного воздействия, в интервал обработки закачивается предварительно подготовленный щелочной водный раствор, объем и концентрация которого пропорциональны интервалу обработки. В качестве щелочного водного раствора используют водный раствор NaOH в концентрации не менее 1,0 N. Закачка водного раствора NaOH осуществляется насосом (на рисунке не показан). Время технологической выдержки водного раствора NaOH в контакте с измельченным металлическим алюминием определяется технико-геологическими условиями и варьируется от 0.5 до 2.5 часов. После запланированного времени реагентного воздействия, скважина переводится в штатный режим работы, избыток гидрореагирующего состава в ГРЭЛ пассивируется для повторных обработок, а избыток водного раствора NaOH и образовавшийся в процессе воздействия алюминат натрия откачивается насосом (на рисунке не показан).
Реализация заявляемого устройства по примеру 1 позволяет восстановить проводимость призабойной зоны по нефти и повысить коэффициент продуктивности на величину 0,15-0,5 от базового показателя (до реагентного воздействия). Статистически достоверно подтверждено изменение скин-фактора в отрицательный диапазон значений.
Пример 2. Реализация заявляемого устройства на добывающих и нагнетательных скважинах.
Пример осуществляется аналогично примеру 1 и иллюстрируется рис.1. Перфорированный контейнер (4) выполнен из металлического алюминия, внутренняя полость (7) заполнена гранулами металлического алюминия. Дополнительно к гранулам металлического алюминия добавлен кремний в количестве 25% от массы металлического алюминия.
Реализация заявляемого устройства по примеру 2 позволяет повысить приемистость скважины на 35-50%.
Пример 3. Реализация заявляемого устройства на нагнетательных скважинах системы поддержания пластового давления.
На рисунке 2 представлена схема компоновки оборудования для реализации заявляемого устройства на нагнетательных скважинах, в которых по существу одновременно используются два типа ГРЭЛ. Базовая масса ГРЭЛ, изготовленная по примеру 1 или примеру 2 доставляется в обрабатываемый интервал в перфорированном контейнере на НКТ. Дополнительно используются ГРЭЛ, которые вводят в скважину через устьевой лубрикатор и предназначенные для инициирования основного реагентного воздействия. При этом, в качестве дополнительных ГРЭЛ используют алюминиевые тонкостенные стаканы, заполненные металлическим натрием при соотношении натрий: алюминий 10:1 соответственно. Для инициирования процесса обработки продуктивного пласта базовой массой ГРЭЛ используется дополнительный ГРЭЛ выполненный в виде алюминиевого стакана (8), заполненного металлическим натрием (9), который вводится в корпус устьевого лубрикатора (10), снабженный заглушкой (11) и шаровым краном (12) для сообщения полости корпуса лубрикатора с НКТ скважины (13) в обсадной колонне (14). Патрубок с задвижкой (15) предназначен для закачки воды в скважину. Для инициирования процесса обработки дополнительный ГРЭЛ вводится в корпус лубрикатора (10) при открытой заглушке (11) и закрытом шаровом кране (12). Заглушка (11) герметизирует корпус лубрикатора (10), после чего шаровый кран (12) переводится в положение «открыто». Нагнетаемая в скважину вода через патрубок (15) поступает в корпус лубрикатора, входит в контакт с активной массой дополнительного ГРЭЛ (9). За счет реактивной составляющей взаимодействия активной массы с водой ГРЭЛ вместе с потоком нагнетаемой воды доставляется в интервал перфорации скважины. При этом за счет взаимодействия с водой образуется щелочной раствор, который призван инициировать взаимодействие основного ГРЭЛ в обрабатываемом интервале.
Реализация заявляемого устройства по примеру 3 позволяет исключить пассивацию активной массы инициирующих ГРЭЛ подавляющим превосходством воды в зоне реакционного объема по отношению к массе диспергируемых загрязнений. Кроме того, ГРЭЛ после ввода под уровень жидкости в НКТ движется к забою скважины со скоростью около 2 м/сек благодаря собственной реактивной составляющей, что исключает образование пассивирующих пленок.
Пример 4. Реализация устройства на добывающих скважинах - контрольный пример.
На Рис.3 представлена компоновочная схема реализации контрольного устройства обработки на добывающих скважинах.
Для осуществления используют только ГРЭЛ в виде алюминиевых тонкостенных стаканов, заполненных металлическим натрием при соотношении Na:Al=10:1 в системе Na-Al-H2O. Для доставки ГРЭЛ в зону перфорации скважины используют стандартную канатную технику и кумулятивный перфоратор (16) стандартного типа, диаметром 105 мм., кабельный ввод (17), несущий кабель геофизической лебедки (18). В полости перфоратора (16) по высоте размещают ГРЭЛ в виде алюминиевых стаканов (8). заполненных металлическим натрием (9) и один кумулятивный заряд, соединенный с кабелем (19). После срабатывания кумулятивного заряда рабочие окна (20) перфоратора (16) открываются. Скважинная жидкость поступает в полость перфоратора (16) и вступает во взаимодействие с активной массой ГРЭЛ - натрием металлическим. Образующийся щелочной раствор растворяет алюминиевый стакан (8) с образованием алюмината натрия. При этом выделяется активный водород, который турбулизирует реакционный объем и обеспечивает мощный тепловой конвективный поток. Процесс взаимодействия данной конструкции ГРЭЛ составляет 10-15 минут. На один кг активной массы выделяется более 1500 кКал, 0,5 М3 активного водорода и до 2 кг щелочи в пересчете на NaOH.
Реализация известного устройства возможна только после подъема НКТ непосредственно во время подземного или капитального ремонта скважин. Кроме того, в известном устройстве из-за ограниченной объемом перфоратора массы ГРЭЛ. глубина воздействия на продуктивный пласт исчисляется первыми сантиметрами от обсадной колонны.
В отличие от известного устройства, заявляемое устройство может быть использовано, в том числе, и в межремонтный период, а для скважин поддержания пластового давления может быть использовано вообще без остановки закачки и позволяет обеспечивать более глубокое проникновение в продуктивный пласт, т.е. не ограничивается только ближней призабойной зоной.
Заявляемое устройство может быть реализовано для добывающих и нагнетательных скважин в режиме восстановления фильтрационно-емкостных свойств призабойной зоны, восстановления приемистости и блокирования промытых зон. Перфорированный контейнер в период подземного ремонта скважины доставляется в интервал обработки и скважина запускается в штатный режим эксплуатации. При снижении дебита в результате ухудшения фильтрационно-емкостных характеристик в призабойной зоне и продуктивном пласте, в интервал обработки вводится щелочной раствор и осуществляется реагентное воздействие. Для поддержания пластового давления нагнетательных скважин для инициирования заявляемого реагентного воздействия может быть предложена дополнительная обработка гидрореагирующими элементами (ГРЭЛ) на основе системы: Na-Al без остановки закачки. Дополнительные ГРЭЛ вводятся в НКТ через специальный лубрикатор на устье скважины. Их движение по НКТ вглубь скважины осуществляется под действием потока закачки и на основе собственной реактивной составляющей.
Для поддержания пластового давления, в случае, когда осуществляется только заявляемое (базовое) реагентное воздействие гидрореагирующей системой, содержащей измельченный металлический алюминий, в который могут быть добавлены кремний и/или, ферросилиций, осуществляется комплексное воздействие на продуктивный пласт, при котором одновременно происходит изоляция промытых зон и расширение фронта охвата. Базовый гидрореагирующий состав может располагаться в перфорированном корпусе, закрепленном на НКТ, при этом его количество может значительно превышать количество, необходимое на один цикл обработки. Инициирование активного периода воздействия осуществляется закачкой щелочного водного раствора или доставкой гидрореагирующих элементов в виде металлического натрия в алюминиевом стакане в интервал обработки. Последний вариант может быть реализован с наименьшими затратами без изменения режима штатной закачки. По мере продвижения продуктов реакции в промытых зонах скорость движения значительно выше, разбавление водой более интенсивное за счет чего реализуется процесс преимущественного осадкообразования алюмосиликатов. В то же время в зоне нефтепроводности процесс разбавления практически не реализуется, а щелочной водный раствор усиливает воздействие водорода, комплексно снижая вязкость.
1. Устройство для повышения нефтеотдачи нефтегазовых месторождений при скважинной системе нефтеизвлечения, включающее контейнер, выполненный с возможностью его перемещения в интервал обработки и обратно, и гидрореагирующие элементы, помещенные внутри контейнера, отличающееся тем, что контейнер закреплен к насосно-компрессорным трубам, выполнен перфорированным, а в качестве гидрореагирующих элементов использован измельченный металлический алюминий с возможностью его реагентного взаимодействия с закачанным в интервал обработки щелочным водным раствором.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве щелочного водного раствора использован водный раствор едкого натра в концентрации, достаточной для проведения химической реакции взаимодействия с алюминием, преимущественно в концентрации не менее 1,0 N водный раствор NaOH.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве измельченного металлического алюминия использован алюминиевый порошок, алюминиевая стружка или алюминиевые гранулы.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в перфорированный контейнер дополнительно к измельченному металлическому алюминию добавлен измельченные кремний и/или ферросилиций.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорированный контейнер изготовлен из стальной трубы или из металлического алюминия.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нагнетательных скважинах дополнительно использованы гидрореагирующие элементы, выполненные в виде алюминиевых стаканов, заполненных металлическим натрием, с возможностью введения в насосно-компрессорные трубы через устьевой лубрикатор и доставки в интервал обработки за счет скорости нисходящего потока без остановки закачки.
