Способ термической добычи нефти

 

Изобретение относится к термическим методам повышения нефтеотдачи. Способ включает бурение вертикальных и вертикально-горизонтальных скважин, сбойку скважин гидроразрывом, розжиг нефтеносного пласта, управление противоточным перемещением очага горения по горизонтальному буровому каналу с контролем его перемещения по изменению гидравлического сопротивления канала. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к термическим методам повышения нефтеотдачи пластов путем их нагрева и снижения вязкости нефти.

Известен термический метод повышения нефтеотдачи пластов путем нагнетания в них через скважины пара [1] Благодаря прогреву нефтеносного пласта горячим паром, нагнетаемым через скважины, снижается вязкость нефти и увеличивается ее дебит в продуктовой скважине. Однако характерным для известного метода является низкая его энергетическая эффективность: велики потери в кровлю и почву пласта (20-40%) и энергетические затраты на производство пара (на 1 л дополнительно добытой нефти затрачивается 5-6 т пара, что требует сжигания в котле 0,5 т нефти).

Известны также тепловые способы повышения нефтеотдачи путем нагнетания в пласт горячей воды и газообразных теплоносителей [2] Но для всех этих методов характерна невысокая энергетическая эффективность, не превышающая 40-50% (отношение энергетических затрат на производство теплоносителей к энергии дополнительно добытой нефти).

Наиболее близким техническим решением является метод внутрипластового движущегося очага горения (ВДОГ) [3] Традиционная технология ВДОГ основана на организации внутрипластового горения непосредственно в естественно залегающем продуктивном пласте. И прямоточное, и противоточное горение обусловлены высоким давлением нагнетаемого воздуха и ограниченным его количеством.

Известный способ имеет много недостатков, которые предопределили весьма ограниченное его применение. Из-за низкой приемистости нефтяного пласта процесс прогрева пласта чрезвычайно неинтенсивен, велики удельные затраты сжатого воздуха (до 3000-4000 нм³/м³ нефти). Очень важно, что этот способ мало управляем, были случаи подземных взрывов. Последнее было обусловлено неконтролируемым смешением продуктов горения нефти с проскочившим потоком окислителя.

Целью изобретения является повышение интенсивности термического извлечения нефти при сниженных энергетических затратах.

Цель достигается тем, что в известном способе термической добычи нефти, включающем бурение вертикальных и вертикально-горизонтальных скважин, соединение их путем гидравлического разрыва с последующим нагнетанием в скважины окислителя, розжиг пласта, создание движущегося очага горения и извлечение из скважин нефти пониженной вязкости, розжиг нефтеносного пласта осуществляют в вертикальной скважине с постепенным переводом нагнетания окислителя в вертикально-горизонтальную скважину, после этого производят контроль гидравлического сопротивления горизонтального бурового канала при противоточном перемещении по нему очага горения, а о завершении его перемещения судят по стабилизации гидравлического сопротивления горизонтального канала. В процессе перевода нагнетания окислителя в вертикально-горизонтальную скважину веpтикальную скважину открывают для отвода продуктов горения нефтеносного пласта. В качестве окислителя в скважины нагнетают воздух, обогащенный кислородом от 21 до 96% с добавлением водяного пара, жидких и газообразных химических активных веществ. Стадии нагнетания окислителя и извлечения нефти проводят циклически и многократно.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что термическую обработку нефтеносного пласта осуществляют через протяженные буровые горизонтальные каналы, соединенные в единую гидравлически связанную систему. При этом система имеет высокую пропускную способность. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Известны технические решения [3] в которых термический метод тоже заключается в организации в нефтеносном пласте очага горения. Однако последний создают в неизменяемой среде пласта, что обусловливает низкую приемистость нагнетательной скважины и соответственно малую интенсивность прогрева нефтеносного пласта. В заявляемом же техническом решении достигают не только качественного, но и количественного эффекта, заключающегося в возможности осуществления высокоинтенсивной термической обработки пласта на больших расходах дутья (тысячи нм³/ч вместо сотни) и незначительном его давлении (единицы бар вместо сотен); Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия". Термическое воздействие на нефтеносный пласт через длинные буровые каналы позволяет не только интенсифицировать добычу нефти (повысить нефтеотдачу), но и существенно сократить удельные энергетические затраты.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема пары скважин, поперечный разрез; на фиг.2 гидравлическая характеристика процесса противоточного перемещения очага горения по горизонтальному каналу; на фиг.3 один из возможных сочетаний модулей, показанных на фиг.1, охватывающее нефтяное месторождение по площади.

Предлагаемый способ термической добычи нефти реализуется следующим образом.

На нефтеносный пласт 1 бурится вертикально-горизонтальная скважина 2 с необсаженной частью 3. На дальний конец скважины 2 бурится вертикальная скважина 4, которая обсаживается до нефтеносного пласта. Скважины 2 и 4 соединяют, как правило, методом гидроразрыва согласно известной технологии. После промывки щели гидроразрыва в скважине 4 разжигают нефтеносный пласт при закрытой скважине 2. Затем дутье постепенно переводят в скважину 2, а скважину 4 постепенно открывают в атмосферу. Очаг горения начинает перемещаться по буровому каналу 3 навстречу нагнетаемому дутью.

На фиг. 2 показан пример огневой проработки буpового канала 3, осуществляемой на постоянном расходе. В процессе проработки канала в нефтеносном пласте фиксируют величину его гидравлического сопротивления Р Р₂ Р₂ Р₄ где Р₂ давление дутья на головке скважины 2; Р₂ гидравлическое сопротивление обсаженной части скважины 2; Р₄ гидравлическое сопротивление колонны скважины 4.

По мере перемещения очага горения по каналу 3 навстречу дутью гидравлическое его сопротивление изменяется. В случае с тяжелой нефтью Р^т оно постепенно увеличивается, так как по мере роста проработанной части канала и заполнения ее сжиженной нефтью сопротивление растет. Стабилизация давления наступает после перемещения очага горения под колонну скважины 2.

В случае более легких (подвижных) нефтей гидравлическое сопротивление канала Р^л постепенно снижается, так как проработанная часть канала освобождается от жидкой нефти. Как только очаг горения переместится под колонну скважины 2, весь канал освободится от жидкой нефти, давление стабилизируется. Естественно, что Р^л < Р^т.

Так, для нефти средней вязкости (Старо-Калужское месторождение) требуемый расход нагнетаемого воздуха в вертикально-горизонтальную скважину 2 для противоточного перемещения очага горения составляет 1000-1500 нм³/ч при давлении нагнетания 2,0-2,5 бар. Скорость перемещения очага горения от вертикальной скважины 4 составляет около 1 м/ч. При длине горизонтального канала 3 около 500 м огневая проработка последнего закончится через 20 дней. Приемистость горизонтального канала будет выражаться следующими параметрами: расход воздуха 3000 нм³/ч, давление нагнетания 5,5 бар.

Такой проработанный коллектор в нефтеносном пласте является хорошей дреной с развитой и устойчивой боковой поверхностью. При этом для более интенсивного прогрева пласта обе скважины 2 и 4 могут быть нагнетательными, большая величина поверхности фильтрации обеспечит низкую величину давления нагнетаемого в пласт дутья.

При термическом воздействии на нефтеносный пласт в качестве дутья может применяться воздух с обогащением до 96% а также водяной пар и различные присадки химических веществ, воздействующих на породную и продуктивную (нефть) часть пласта.

Обе стадии термической добычи нефти (тепловое воздействие и извлечение нефти) осуществляют циклично. Многократно повторяя их, увеличивают нефтеотдачу пласта. Возможны различные продолжительности обеих стадий.

Использование предлагаемого способа термической добычи нефтей различной вязкости обеспечивает по сравнению с существующими методами следующие преимущества: возможность нагнетания в пласт больших количеств нагнетаемого дутья при малом давлении; возможность управлять процессом и извлекать из пласта до 60% нефти; существенно снизить энергетические затраты на термическую добычу нефти, воздухонефтяной фактор снизить до 500-1000 нм³/м³ нефти.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДОБЫЧИ НЕФТИ, включающий бурение вертикальных и вертикально-горизонтальных скважин, соединение их путем гидравлического разрыва с последующим нагнетанием в скважины окислителя, розжиг пласта, создание движущегося очага горения и извлечение из скважин нефти пониженной вязкости, отличающийся тем, что розжиг нефтеносного пласта осуществляют в вертикальной скважине с постепенным переводом нагнетания окислителя в вертикально-горизонтальную скважину, после чего производят контроль гидравлического сопротивления горизонтального бурового канала при противоточном перемещении по нему очага горения, а о завершении его перемещения судят по стабилизации гидравлического сопротивления горизонтального канала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при постепенном переводе нагнетания окислителя в вертикально-горизонтальную скважину вертикальную скважину открывают для отвода продуктов горения нефтеносного пласта.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве окислителя в скважины нагнетают воздух, обогащенный кислородом от 21 до 96% с добавлением водяного пара, жидких и газообразных химических активных веществ.

4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что нагнетание окислителя и извлечение нефти проводят циклически и многократно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3