Способ разработки залежи битуминозной нефти из горизонтальной скважины

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для разработки залежей углеводородных флюидов, в частности, при добыче высоковязкой нефти и природного битума.

Известен способ разработки и добычи высоковязкой нефти (заявка РФ №2007122922/03, Е21В 43/24, опубл. 27.12.2008), включающий бурение этажной горизонтальной скважины с размещением двух горизонтальных стволов в одной вертикальной плоскости, при этом окна зарезки горизонтальных стволов располагаются в нефтенасыщенном пласте на расстоянии 8-10 м друг от друга, а вытеснение вязкой нефти или битума производится с помощью закачки теплоносителя. Горизонтальные стволы бурятся по восходящей траектории и размещаются по направлению к купольной части залежи, забой каждого ствола располагается выше окна зарезки. Закачка теплоносителя ведется через насосно-компрессорные трубы (НКТ) верхнего горизонтального ствола, а отбор жидкости - через НКТ нижнего горизонтального.

Недостатками данного способа являются высокая стоимость бурения этажной горизотальной скважины с размещением двух горизонтальных стволов в одной вертикальной плоскости, сложность монтажа спускаемого оборудования. Необходимость бурения двух горизонтальных стволов скважины ограничивает выбор разрабатываемого участка по толщине продуктивного пласта. Недостатком этого способа также является невозможность исследований месторождений для выделения участков с наличием газовых шапок, что приведет к неоптимальной закачке пара (теплоносителя) и, как следствие, к значительным энергетическим затратам и снижению прогрева и добычи высоковязкой нефти, так как при закачке пара в нагнетательную скважину будут происходить большие теплопотери за счет утечки пара в газовую шапку.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ теплового вытеснения нефти из горизонтальной скважины (патент РФ №2067168, Е21В 43/24, опубл. 27.09.1996), включающий добычу высоковязкой нефти методом циклической закачки теплоносителя в конечную часть ствола горизонтальной скважины и отбора жидкости из отделенной пакером зоны закачки пара ближайшего участка. Способ реализуется следующим образом: по кольцевым образующим в начале и в конце горизонтальной части участка эксплуатационной колонны скважины производится перфорация, к ближайшему к забою интервалу перфорации спускаются НКТ, снабженные пакерным устройством, разобщающим горизонтальный ствол скважины между этими двумя группами перфорации. Теплоноситель закачивается по НКТ в пласт через удаленную зону перфорации, а жидкость отбирается из ближней от устья зоны перфорации. Транспорт жидкости на поверхность производится по кольцевому межтрубному пространству скважины.

Недостатком этого способа является невозможность исследования месторождений для выделения участков с наличием газовых шапок, что приведет к неоптимальной закачке пара (теплоносителя) и, как следствие, к значительным энергетическим затратам и снижению прогрева и добычи высоковязкой нефти, так как при закачке пара в нагнетательную скважину будут происходить большие теплопотери за счет утечки пара в газовую шапку. Также недостатками являются в предложенном способе использование только фонтанного способа подъема жидкости на поверхность по межтрубному пространству, что дает нестабильный и низкий отбор жидкости, а также исключение предварительного прогрева всей зоны.

Техническими задачами способа разработки залежи битуминозной нефти являются расширение функциональных возможностей за счет возможности подъема продукции из залежей с низким пластовым давлением, а также применение на залежах с наличием газовых шапок и снижение затрат на прогрев продуктивного пласта за счет исключения прорыва теплоносителя в газовые шапки благодаря контролю распространения теплового воздействия, что в совокупности приводит к экономии энергетических ресурсов и увеличению коэффициента извлечения нефти (КИН).

Технические задачи решаются способом разработки битуминозной нефти из горизонтальной скважины, включающим строительство горизонтальной скважины с вскрытием продуктивного пласта, спуск НКТ, подачу теплоносителя по НКТ и отбор продукции скважины.

Новым является то, что до начала строительства скважины производят исследование месторождения для выделения участков с наличием газовых шапок, горизонтальную скважину располагают под газовой шапкой, а при строительстве в ней располагают устройства контроля давления и температуры, в качестве рабочего агента применяют водяной пар, который циклически нагнетают при давлении, не превышающем давление в газовой шапке, сочетая с ожиданием термокапиллярной пропитки и последующим отбором продукции по НКТ.

На чертеже изображена схема реализации способа разработки залежи битуминозной нефти из горизонтальной скважины.

Способ реализуется в следующей последовательности.

Исследуют залежь 1 для выделения участков с наличием газовых шапок 2 при помощи промыслово-геофизических методов, например импульсного нейтрон-нейтронного каротажа. На участке залежи 1 с наличием одной из газовых шапок 2 производят строительство скважины 3 с соответствующим вскрытым горизонтальным 4 участком, расположенным в залежи 1 ниже газовой шапки 2. При строительстве в скважине 3 располагают устройство 5 контроля давления и температуры. В горизонтальную скважину спускают НКТ 6. Закачку теплоносителя сначала производят через НКТ 6 в скважину 3 с прогревом продуктивного пласта залежи 1. Производят закачку в скважину 3 при давлении в призабойной зоне скважины 3, меньшем (например, на 10-15%), чем давление в газовой шапке 2, не допуская утечку закачиваемого пара через кровлю нефтеносного продуктивного пласта залежи 1 в газовую шапку 2. После прогрева залежи закачку пара прекращают для осуществления процесса термокапиллярной пропитки пласта (время термокапиллярной пропитки определяют эмпирическим путем), производят отбор продукции через горизонтальный участок 4 скважины 3 по НКТ 6, например, глубинно-насосным оборудованием (не показано) и контроль за состоянием отбираемого флюида за счет устройства контроля давления и температуры 5 при помощи наблюдательных скважин (не показаны) и аэрофотосъемки, а также снятия термограммы в горизонтальном участке 4 скважины 3 с определением зон наименьшего прогрева (не показаны). Циклы закачки пара, термокапиллярной пропитки и отбор нефти повторяются до максимального извлечения из залежи 1 высоковязкой нефти.

При превышении температуры в скважине 3 выше допустимой температуры (например, более 120°C) для глубинно-насосного оборудования, которую определяют устройством контроля 5 давления и температуры, приводящей к износу глубинно-насосного оборудования при отборе продукции из скважины 3, отбор разжиженной нефти снижают для охлаждения нефти в призабойной зоне пласта. В качестве теплоносителя используется перегретый пар или пар с инертным газом.

Пример конкретного выполнения

Предложенный способ разработки залежи углеводородных флюидов был рассмотрен на Улановском поднятии Ново-Елховского месторождения, исследования которой определили участок со следующими геолого-физическими характеристиками:

- глубина залегания - 148 м;

- средняя общая толщина пласта - 30 м;

- нефтенасыщенная толщина пласта - 18 м;

- значение начального пластового давления - 0,9 МПа;

- начальная пластовая температура - 8°C;

- плотность нефти в пластовых условиях - 1,01 т/м³;

- коэффициент динамической вязкости нефти в пластовых условиях - 480140,5 мПа⋅с;

- коэффициент динамической вязкости воды в пластовых условиях - 1,3 мПа⋅с;

- значение средней проницаемости по керну в пласте - 296 мкм²;

- значение средней пористости по керну в пласте - 0,16 д. ед.;

- средняя толщина газовой шапки на разрабатываемом участке - 7 м;

- давление в газовой шапке составляет - 0,9 МПа.

Исследуют залежь 1 для выделения участков с наличием газовых шапок 2. Газонасыщение в газовой шапке 2 составляло 71%. Расположили скважину 3 в нефтяной залежи 1 с соответствующим горизонтальным 4 участком. Скважину 3 оборудовали устройством контроля температуры и давления 5. Горизонтальный участок 4 скважины 3 вскрыли ниже газовой шапки 2 на 4 м. В горизонтальный ствол спустили НКТ 6. После обустройства скважины 3 через НКТ 6 в скважину 3 и далее в пласт залежи 1 производили закачку рабочего агента в объеме 5 тыс.т. В качестве теплоносителя использовался пар с температурой 191°C и сухостью 0,9 д. ед. После прогрева залежи 1 закачку пара прекратили для осуществления процесса термокапиллярной пропитки пласта. В течение 1,5 мес происходил процесс термокапиллярной пропитки залежи 1. По истечении полутора месяцев произвели отбор продукции по НКТ 6 из горизонтального участка 4 скважины 3, а контроль за состоянием отбираемого флюида осуществляли устройством контроля давления и температуры 5. Циклы закачки пара, термокапиллярной пропитки и отбора нефти повторили 5 раз.

Производили закачку по НКТ 6 в горизонтальный участок 4 скважины 3 при давлении в призабойной зоне скважины 3 меньше на 12,7% (0,8 МПа), чем давление (0,9 МПа) в газовой шапке 2, не допуская утечку закачиваемого пара через кровлю нефтеносной залежи 1 в газовую шапку 2 залежи 1.

При исследовании выявлены преимущества способа перед наиболее близким аналогом: снижение неэффективной закачки пара в 3,8 раза, снижение процента обводненности добываемой продукции из пласта на 14%, увеличение накопленной добычи нефти более чем на 6,2%.

Предложенный способ позволяет решать поставленные технические задачи, такие как увеличение КИН на 0,10 д. ед., увеличение продолжительности эксплуатации месторождения, а также снижение затрат на прогрев пласта на 25%.

Пример осуществления предлагаемого изобретения показывает его полезность для разработки разведанных, но неэксплуатируемых (из-за высокой стоимости извлечения вязкого флюида) месторождений углеводородного сырья для повышения рентабельности разрабатываемых месторождений высоковязкой нефти и природных битумов.

Предлагаемый способ разработки залежей битуминозной нефти позволяет расширить функциональные возможности за счет применения на залежах с низким пластовым давлением и наличием газовых шапок, снизить затраты на прогрев продуктивного пласта за счет исключения прорыва теплоносителя в газовые шапки, что в совокупности приводит к экономии энергетических ресурсов и увеличению КИН.