Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА ГОРЮЧЕ-ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ СОСТАВОМ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для обработки пласта с высоковязкой нефтью нагретым газом, образующимся при сгорании жидкого горюче-окислительного состава (ГОС).

Известен способ обработки призабойной зоны пласта жидким горюче-окислительным составом (патент RU №2459946, МПК Е21В 43/263, опубл. в бюл. №24 от 27.08.2012 г.), включающий размещение ГОС в скважине, установку инициатора горения ГОС путем спуска его в герметизированном контейнере, при этом размещение ГОС в скважине осуществляют путем доставки его контейнером-желонкой на кабель-тросе и вылива ГОС единой массой в забой до уровня подошвы интервала обработки, доставку инициатора горения в герметизированном контейнере производят кабель-тросом в область границы раздела между ГОС и скважинной жидкостью, причем в качестве инициатора горения в герметизированном контейнере используют малогазовый, медленно горящий и высокотемпературный при сгорании твердый состав, например, на основе железоалюминиевого термита, затем выполняют непосредственное срабатывание инициатора горения от источника электроэнергии, подаваемой через кабель-трос с устья скважины, с возможностью послойного сгорания ГОС.

Недостатки способа:

- во-первых, низкая надежность реализации способа, обусловленная несрабатыванием контейнера желонки на кабель-тросе на забое скважины и, как следствие, невозможностью выливания ГОС из контейнера-желонки на забой скважины;

- во-вторых, низкое качество обработки пласта с высоковязкой нефтью, обусловленное выливанием на забой скважины до подошвы интервала обработки ограниченного количества ГОС с последующим его поджигом, поэтому времени, в течение которого происходит сжигание расчетного количества ГОС, может оказаться недостаточно для разогревания пласта;

- в-третьих, низкая эффективность сгорания ГОС, в качестве которого используют жидкий состав, состоящий, мас. % из нитрата аммония - 60,4; глицерина - 10 и воды - 29,6 плотностью 1390 кг/м³ вследствие его низкой энтальпии образования, т.е. выделения тепла на массу сгораемого продукта, а также низкой воспламеняемости и неполного сгорания ГОС;

- в-четвертых, бесконтрольный процесс горения ГОС, приводящий к созданию взрывоопасной ситуации в скважине и обусловленный отсутствием контроля за температурой сгорания ГОС в интервале обработки пласта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки пласта жидким горюче-окислительным составом (патент RU №2092682, МПК Е21В 43/263, опубл. в бюл. №28 от 10.10.1997 г.), содержащий размещение в скважине ГОС, установку в нем источника тепловой энергии для поджига ГОС путем его спуска в скважину, подачу управляющего сигнала на включение источника тепловой энергии и поджига ГОС за счет выделения тепла в источнике тепловой энергии, причем размещение ГОС в скважине осуществляют путем спуска к забою скважины насосно-компрессорных труб (НКТ), закачки в спущенные НКТ расчетного количества ГОС, продавку ГОС в зону обработки и последующего поднятия НКТ от места размещения ГОС, причем установку источника тепловой энергии осуществляют на глубине 10-50 м от верхней границы ГОС, при этом в качестве источника тепловой энергии используют источник с энерговыделением (Е, МДж), минимальное значение которого определяют из выражения Ε=к·(Т_р-T_o), где к равно примерно 0,1-0,125 МДж/К; Т_р - температура начала интенсивного разложения наиболее термостойкого компонента ГОС, К; T_o - начальная температура ГОС в зоне воспламенения, К; причем при большом времени нахождения ГОС в скважине до его поджига применяют разделительную жидкость, причем плотность ее должна быть не выше плотности ГОС и не ниже плотности скважинной жидкости, а при большом удалении зоны обработки от забоя скважины устанавливают ограничительный экран у нижней границы размещения ГОС. НКТ спускают для закачки ГОС к ограничительному экрану. Для предотвращения гидроудара по устьевому оборудованию часть скважинной жидкости удаляют из скважины перед поджигом ГОС, причем в качестве источника тепловой энергии применяют пороховой заряд из баллистита или смесевого твердого топлива массой не менее 7 кг.

Недостатки способа:

- во-первых, низкая надежность реализации, связанная с тем, что ГОС продавливают из НКТ на забой скважины, поэтому возможен «уход» ГОС через ограничительный экран или нарушение в скважине, а также поглощение ГОС через интервалы перфорации в пласт;

- во-вторых, низкое качество обработки пласта с высоковязкой нефтью нагреванием, обусловленное закачкой и продавкой в интервал обрабатываемого пласта расчетного (ограниченного) количества ГОС, поэтому времени, в течение которого происходит сжигание расчетного количества ГОС, может оказаться недостаточном и пласт не нагреется до температуры, необходимой для разжижения высоковязкой нефти, например, по причине неполного сгорания ГОС. Кроме того, сгорание ГОС происходит ниже интервалов перфорации обрабатываемого пласта, что снижает эффективность проникновения тепла вглубь пласта с высоковязкой нефтью;

- в-третьих, бесконтрольный процесс как воспламенения, так и горения ГОС, отсутствие контроля за температурой сгорания ГОС в интервале обработки пласта, а также бесконтрольная работа источника тепловой энергии (порохового заряда из баллистита или смесевого твердого топлива массой не менее 7 кг) длительное время. Все это может привести к созданию пожаро- и взрывоопасной ситуации в скважине;

- в-четвертых, необходимо проводить подготовку скважины перед проведением обработки пласта, а именно устанавливать ограничительный экран в виде искусственного забоя (пакер-пробки, цементного моста) ниже обрабатываемого пласта. Это ведет к удорожанию реализации способа;

- в-пятых, низкая эффективность стандартных ГОС, используемых при реализации способа, вследствие их низкой энтальпии образования, т.е. выделения тепла на массу сгораемого продукта, а также низкой воспламеняемости и неполного сгорания ГОС.

Техническими задачами изобретения являются создание надежного и качественного способа обработки пласта нагреванием газами, образующимися при сгорании ГОС с возможностью контроля за температурой горения в интервале обрабатываемого пласта, а также исключение установки ограничительного экрана ниже обрабатываемого пласта с возможностью использования для обработки пласта более эффективного состава ГОС.

Поставленные технические задачи решаются способом обработки пласта горюче-окислительным составом - ГОС, включающим спуск в скважину насосно-компрессорных труб - НКТ, закачку в колонну НКТ ГОС, спуск источника поджига на кабеле в колонну НКТ в интервал ГОС, подачу управляющего сигнала на кабель и поджиг ГОС.

Новым является то, что на устье скважины низ колонны НКТ оборудуют камерой сгорания с размещенной снаружи горелкой, а к верхнему торцу горелки закрепляют термопару с удлинительным проводом, на устье скважины верхний конец удлинительного провода крепят к устройству, измеряющему температуру, после чего в межколонное пространство скважины до отверстий горелки на кабеле спускают источник поджига - электрический запальник, затем с устья скважины с помощью насоса начинают постоянную закачку ГОС в колонну НКТ, причем используют ГОС следующего состава, мас. %:

- аммиачная селитра - 65,8%;

- 2%-ный водный раствор полиакриламида - 28,2%;

- бихромат калия - 1%;

- этиленгликоль - 5%,

по достижению ГОС отверстий горелки приводят в действие электрический запальник подачей управляющего сигнала на кабель, происходит воспламенение ГОС, извлекают кабель с электрическим запальником из колонны НКТ, осуществляют контроль за температурой горения в интервале обработки пласта посредством устройства, измеряющего температуру, причем при увеличении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта выше допустимой температуры горения подачу ГОС в НКТ снижают, а при снижении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта ниже допустимой температуры горения подачу ГОС в колонну НКТ увеличивают.

На фиг. 1 и 2 схематично и последовательно изображен способ обработки пласта горюче-окислительным составом.

На устье скважины 1 (см. фиг. 1) низ колонны НКТ 2 оборудуют камерой сгорания 3 с размещенной снаружи горелкой 4.

В качестве колонны НКТ 2 применяют, например, колонну 73 мм НКТ по ГОСТ 633-80, а в качестве камеры сгорания - отрезок трубы диаметром 114 мм с толщиной стенки 7 мм по ГОСТ 633-80.

Длина - L горелки 4 равна высоте - h обрабатываемого пласта 5 с высоковязкой нефтью (далее пласт 5).

В качестве горелки используют любое известное устройство, позволяющее сжигать горюче-окислительный состав, например, горелку для сжигания газа и мазута (патент RU №2403498, МПК F23D 17/00, опубл. в бюл. №31 от 10.11.2010 г.) или горелку для сжигания газа и мазута (Хзмалян Д.М., Каган Я.Н. / Теория горения и топочные устройства. - М.: Энергия, 1976. - С. 204.)

К верхнему торцу горелки 4 закрепляют термопару 6 (температурный датчик) с удлинительным проводом 7.

Используют любую известную термопару 6, имеющую диапазон измерений температуры в пределах температуры сгорания ГОС, например, используют термопару вольфрамрений-вольфрамрениевые (ТВР - Тип А-1) согласно ГОСТ 50431-92 для длительного применения с диапазоном температур 0-2200°С. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термопары 6.

Размещение горелки 4 напротив обрабатываемого пласта 5 и выполнение условия L=h позволяют охватить нагреванием пласт 5 по всей его высоте и обеспечить более глубокое проникновение (радиус охвата) тепла вглубь пласта 5 через перфорационные отверстия 5′ и тем самым повысить качество обработки пласта 5 нагреванием (снизить вязкость высоковязкой нефти до значения, обеспечивающего ее отбор из пласта 5 насосным оборудованием, спускаемым в скважину 1.

Спускают колонну НКТ 2 в скважину 1, при этом удлинительный провод 7 крепят клямсами (на фиг. 1 и 2 не показаны) на наружной поверхности колонны НКТ 2.

На устье скважины 1 (см. фиг. 1) провод термопары 6 соединяют с устройством 8, измеряющим температуру.

Затем с устья скважины 1 в межколонное пространство 9 скважины 1 до отверстий 10 горелки 4 на кабеле 11 спускают источник поджига - электрический запальник 12.

На устье скважины 1 в емкости 13 готовят ГОС или в готовом виде привозят на скважину 1, а затем переливают ГОС в емкость 13 в необходимом количестве, например 2 м³.

Для приготовления ГОС в емкость добавляют следующие компоненты, которые перемешивают в емкости, мас.%:

- аммиачная селитра - 65,8%

- 2%-ный водный раствор полиакриламида - 28,2%

- бихромат калия - 1%

- этиленгликоль - 5%

Для приготовления 2 м³ ГОС необходимо использовать компоненты в следующей пропорции, кг:

- аммиачная селитра - 1310,6 кг;

- 2%-ный водный раствор полиакриламида - 560,4 кг;

- бихромат калия - 20 кг;

- этиленгликоль - 100 кг.

Аммиачная селитра используется в качестве окислителя и выпускается по ГОСТ 2-2013, а полиакриламид используется в качестве стабилизирующей добавки, а также является загустителем ГОС.

Бихромат калия используется для повышения воспламеняемости, снижения начального воспламенения и полноты сгорания топлива и выпускается по ГОСТ 2652-78. Этиленгликоль используется в качестве горючего и выпускается по ГОСТ 19710-83.

С устья скважины 1 с помощью насоса 14 из емкости 13 начинают осуществлять закачку ГОС с постоянным расходом, например с расходом 15 л/мин, в колонну НКТ 1.

В качестве насоса 14 применяют любой известный насос, обеспечивающий подачу ГОС к отверстиям 10 горелки 4 с расходом, позволяющим поддерживать горение ГОС в заданном интервале температур, например, 900-800°С. Например, используют шестеренчатый насос НШ-10, создающий расход от 0 до 21 л/мин.

По достижению ГОС отверстий 10 горелки 4 приводят в действие электрический запальник 12 подачей управляющего сигнала на кабель 11.

В результате подачи управляющего сигнала на кабель 11 в электрическом запальнике возникает искровой разряд, который воспламеняет ГОС в горелке 4 камеры сгорания 3 с образованием открытого пламени в отверстиях 10 горелки 4 напротив интервала обрабатываемого пласта 5.

Повышается надежность обработки пласта с высоковязкой нефтью в связи с тем, что в предлагаемом способе жидкий ГОС не попадает на забой скважины, а сгорает в горелке 4 камере сгорания 3, поэтому исключается «уход» (потери) невоспламененного ГОС.

Извлекают кабель 11 (см. фиг. 1 и 2) с электрическим запальником 12 из колонны НКТ 2.

В процессе горения ГОС происходит разогревание пласта 5 (см. фиг. 2) по высоте и по глубине, а контроль за температурой горения в интервале обработки пласта 5 осуществляют посредством устройства 9, измеряющего температуру.

Повышается качество обработки пласта 5 за счет постоянной закачки ГОС с заданным расходом, а не ограниченного объема ГОС, как описано в прототипе. В результате этого происходит нагревание (обработка) пласта по всей его высоте, при этом исключается риск неполного сгорания ГОС.

При увеличении температуры горения в интервале обрабатываемого 5 выше допустимой температуры горения, которая находится в диапазоне, как отмечено выше 700-800°С, например до 900°С, подачу ГОС в НКТ снижают, от 15 л/мин, как отмечено выше, например до 10 л/мин.

При снижении температуры горения в интервале обрабатываемого пласта ниже допустимой температуры горения, которая находится в диапазоне, как отмечено выше 700-800°С, например до 550°С, подачу ГОС в НКТ увеличивают от 15 л/мин, как отмечено выше, например до 20 л/мин.

Наличие термопары 6, установленной на верхнем конце горелки, передающей сигнал на устройство, измеряющее температуру в интервале обработки пласта 5, позволяет полностью контролировать процесс горения ГОС (успешность поджига ГОС в горелке, температурный режим), так как температура горения в интервале пласта контролируется посредством термопары.

Реализацию способа продолжают до снижения вязкости высоковязкой нефти до значения, обеспечивающего ее отбор из пласта 5 насосным оборудованием. После чего реализацию способа прекращают, извлекают из скважины колонну НКТ 2 с камерой сгорания 3, спускают насосное оборудование, например винтовой насос, в скважину 1 и отбирают из пласта 5 разжиженную высоковязкую нефть.

Применение в качестве источника поджига - электрического запальника исключает бесконтрольную работу источника тепловой энергии (порохового заряда из баллистита или смесевого твердого топлива массой не менее 7 кг) в течение длительного времени, как описано в прототипе, так как электрический запальник спускается в скважину один раз для воспламенения ГОС, после чего извлекается из скважины.

Предлагаемый способ исключает необходимость подготовки скважины, а именно установки ограничительного экрана в виде искусственного забоя (пакер пробки, цементного моста).

Подаваемый по колонне НКТ ГОС сгорает в камере сгорания, вырабатывая тепло, а не продавливается на искусственный забой скважины, как описано в прототипе, что ведет к сокращению финансовых и материальных затрат на установку ограничительного экрана и, как следствие, удешевлению реализации способа.

Реализация предлагаемого состава ГОС позволяет повысить эффективность его использования вследствие его высокой энтальпии образования (3112 кДж/кг), т.е. выделения тепла на массу сгораемого продукта, а также высокой воспламеняемости (достаточно искры электроподжига для воспламенения ГОС в горелке) вследствие добавки этиленгликоля и полного сгорания ГОС благодаря добавке бихромата калия в состав ГОС в камере сгорания.

Предлагаемый способ позволяет

- повысить надежность реализации способа при обработке пласта с высоковязкой нефтью нагреванием;

- повысить качество обработки пласта высоковязкой нефти нагреванием;

- контролировать весь процесс реализации способа, начиная от воспламенения ГОС и до остывания призабойной зоны пласта после прекращения горения ГОС, а значит исключить создание пожаро- и взрывоопасной ситуации в скважине;

- исключить создание ограничительного экрана в виде искусственного забоя (пакер-пробки, цементного моста);

- повысить эффективность действия ГОС.