Результат интеллектуальной деятельности: Тепловой способ добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг неё фильтра

Техническое решение относится к нефтяной промышленности -области добычи нефти тепловыми методами и может быть использовано для добычи высоковязкой нефти из вертикальной скважины и создания вокруг нее высокопроизводительного фильтра.

Известен способ создания скважинного гравийного фильтра по патенту РФ №2213207, кл. Е21В 43/04, Е21В 3/24, опубл. 27.09.2003, при котором с помощью бурового оборудования вскрывают продуктивный пласт, устанавливают обсадную трубу до свода продуктивного пласта, устанавливают трубу с фильтром, доставляют гравийный состав в пространство ниже свода продуктивного пласта. Внутри обсадной колонны устанавливают цементную колонну. Внутри цементной колонны устанавливают указанную трубу с фильтром. Указанная труба является насосно-компрессорной. Фильтр располагают в зоне продуктивного пласта ниже его свода. Гравийный состав представляет собой раствор из воды, цемента и гравия. Уплотнение этого гравийного состава производят механическим путем до момента превращения его в единый перфорированный монолит.

Общим у аналога с предлагаемым способом является вскрытие продуктивного пласта с помощью бурового оборудования, создания фильтра, доставка гравийного состава в область расположения фильтра.

Реализация этого способа является сравнительно трудоемкой из-за необходимости внутри обсадной колонны устанавливать цементную колонну и механически уплотнять гравийный состава, формирующий фильтр. В нем не предусмотрена возможность снижения вязкости добываемой нефти. Поэтому использование этого метода для добычи высоковязкой нефти малоэффективно.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ строительства и эксплуатации вертикальной скважины для парогравитационного дренажа высоковязкой нефти или битума, по патенту РФ №2516077, кл. Е21В 43/24, опубл. 20.05.2014. Он включает строительство вертикальной скважины с верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения, закачку высокотемпературного пара в верхний интервал и отбор продукции из нижнего интервала сообщения. Вертикальную скважину строят в два этапа, на первом из которых цементируют обсадную колонну до кровли пласта, а на втором - спускают хвостовик с компенсатором тепловых расширений, герметично взаимодействующим с обсадной колонной, и двумя интервалами сообщения с пластом, выполненными в виде соответствующих верхнего и нижнего фильтров с расположенным между ними местом для пакера. Верхний фильтр размещают ближе к кровле пласта, а нижний фильтр - ближе к его подошве. Через верхний и нижний фильтры хвостовика подают через скважину пар с температурой порядка 200°С в пласт и прогревают его вокруг этой скважины. После прогрева пласта прекращают подачу пара и скважину останавливают на термокапиллярную пропитку пласта. Подачу пара возобновляют после спуска колонны труб с пакером через верхний фильтр до образования в верхней части пласта паровой камеры. При этом закачку высокотемпературного пара в верхний интервал производят по межтрубному пространству скважины, а отбор продукции - по колонне труб.

Общим у прототипа с предлагаемым устройством является строительство вертикальной скважины с обсадной колонной, верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, спуск по обсадной колоне насоса с колонной труб ниже верхнего интервала сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения с пластом, закачка высокотемпературного вещества в верхний интервал сообщения с пластом по межтрубному пространству скважины и отбор продукции из нижнего интервала сообщения с пластом по колонне труб.

В этом способе пар из-за высокой подвижности стремится мигрировать вглубь породного массива по пути наименьшего сопротивления и из-за малого удельного веса в сравнении с вмещающей средой перемещаться вверх до непроницаемого слоя кровли, что существенно увеличивает затрату тепловой энергии на снижение вязкости нефти до требуемого значения вокруг скважины. Кроме этого, в этом способе в области забора нефти снижается несущая способность нефтяного пласта. Поэтому в освобождающееся от нефти пространство смещается горная порода, в том числе и из непроницаемой кровли, что приводит к забиванию каналов миграции нефти к скважине и тем самым снижению ее продуктивности. Все это обуславливает низкую эффективность способа.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности теплового способа добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину за счет снижения удельных тепловых затрат, повышения проницаемости и устойчивости зоны вокруг скважины.

Задача решается тем, что в тепловом способе добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра, включающем строительство вертикальной скважины с обсадной колонной, верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, спуск по обсадной колоне насоса с колонной труб ниже верхнего интервала сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения с пластом, закачку высокотемпературного вещества в верхний интервал сообщения с пластом по межтрубному пространству скважины и отбор продукции из нижнего интервала сообщения с пластом по колонне труб, согласно техническому решению в качестве высокотемпературного вещества используют легкую фракцию добываемой нефти с температурой ее возгонки перегонной установкой, размещаемой на поверхности, и подают ее в составе смеси с зернами фильтрующего материала, при этом обсадную колонну опускают до упора в забой скважины и перфорируют ее в верхнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий больше, а в нижнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий меньше, чем размеры зерен фильтрующего материала.

Такое техническое решение реализует идею создания автономного комплекса добычи высоковязкой нефти, энергообеспечение которого, в том числе и тепловой энергией для снижения вязкости добываемой нефти, осуществляют исключительно извлекаемой из скважины продукцией, включая попутный газ. Использование в качестве высокотемпературного вещества легкой фракции добываемой нефти с температурой ее возгонки перегонной установкой, размещаемой на поверхности, позволяет после перехода указанной фракции в жидкую фазу без ее дальнейшего охлаждения, транспортирования и повторного нагревания сразу подавать в зону извлечения нефти через скважину. При этом снижение вязкости добываемой нефти происходит не только в результате повышения ее температуры, но и смешивания с низковязкой указанной фракцией. Причем передача тепловой энергии от указанной фракции к добываемой нефти происходит непосредственно и, следовательно, с наименьшими потерями. Подача указанной фракции в составе смеси с зернами фильтрующего материала облегчает проникновение фильтрующего материала в область формирования фильтра, так как в этом случае зерна фильтрующего материала находятся в потоке вмещающей их жидкости. Обсадную колонну опускают до упора в забой скважины и перфорируют ее в верхнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий больше, а в нижнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий меньше, чем размеры зерен фильтрующего материала, для формирования в нефтяном пласте, прилегающем к скважине фильтра. Фильтрующий материал проникает в нефтяной пласт из обсадной колонны через верхний интервал сообщения с пластом и не может проникать обратно в обсадную колонну из нижнего интервала сообщения с пластом. За счет этого увеличиваются размеры фильтра, который выполняет также функцию закладки вокруг скважины, существенно снижающей вероятность сдвижения горных пород с закупориванием каналов миграции нефти к месту ее извлечения. При этом указанная фракция, смешиваясь с добываемой нефтью на протяженном интервале и образуя сравнительно большой объем смесь с вязкостью, обеспечивающей нормальную работу насоса, и через нижний интервал сообщения с пластом по колонне труб извлекается на поверхность. В результате повышается эффективность теплового способа добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину за счет снижения удельных тепловых затрат и повышения проницаемости и устойчивости зоны вокруг скважины.

Целесообразно выбирать удельный вес фильтрующего материала больше удельного веса добываемой нефти, но меньше удельного веса подошвы. Это удерживает фильтрующий материал в нефтяном пласте, что увеличивает его проницаемость в окрестности скважины, повышая тем самым ее продуктивность и, следовательно, повышает эффективность способа.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения теплового способа добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра и чертежом.

На фиг. показана схема реализации теплового способа добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра.

Тепловой способ добычи высоковязкой нефти через вертикальную скважину с созданием вокруг нее фильтра включает строительство вертикальной скважины 1 с обсадной колонной 2 (далее - колонна 2), верхним и нижним интервалами сообщения с пластом, спуск по колоне 2 насоса 3 с колонной труб 4 (далее - труба 4) ниже верхнего интервала сообщения с пластом, разделение интервалов сообщения с пластом, закачку высокотемпературного вещества (на фиг. его течение показано стрелками) в верхний интервал сообщения с пластом по межтрубному пространству скважины 1 и отбор продукции из нижнего интервала сообщения с пластом по трубе 4. В качестве высокотемпературного вещества используют легкую фракцию добываемой нефти с температурой ее возгонки перегонной установкой (на фиг. не показана), размещаемой на поверхности, и подают ее в составе смеси с зернами фильтрующего материала 5 (далее - материал 5). Колонну 2 опускают до упора в забой скважины 1 и перфорируют ее в верхнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий 6 больше, а в нижнем интервале сообщения с пластом с размерами отверстий 7 меньше, чем размеры зерен материала 5. Разделение интервалов сообщения с пластом могут осуществлять кольцом 8, скрепленным с внутренней стенкой колонны 2 под отверстием 6, и контактирующим с кольцом 8 кольцевым выступом 9, выполненным на внешней поверхности насоса 3. Нефть в насос 3 поступает через его входные отверстия 10. Для беспрепятственного прохождения насосом 3 кольца 8 могут использовать насос 3 с конусом 11 на конце. Поступающая в пласт через отверстия 6 указанная фракция смешивается с добываемой нефтью, образуя смесь, вязкость которой обуславливается температурой добываемой нефти, температурой указанной фракции и соотношением объемов добываемой нефти и указанной фракции в составе смеси. При этом общий объем указанной смеси определяется также расходом указанной фракции, расстоянием между отверстиями 6 и 7 и производительностью насоса 3. Производительностью насоса 3 (выбором типа), расходом указанной фракции и расстоянием между отверстиями 6 и 7 варьируют в зависимости от условий добычи нефти, добиваясь того, чтобы вязкость указанной смеси обеспечивала нормальную работу насоса 3 и в то же время в месте подачи ее в трубу 4 была максимально высокой. Затем с помощью насоса 3 указанную смесь по трубе 4 поднимают на поверхность. Часть поднятой указанной смеси подают в перегонную установку для получения указанной фракции, которую после ее перехода в жидкую фазу в составе смеси с зернами материала 5, удельный вес которых больше удельного веса добываемой нефти, но меньше удельного веса подошвы, подают в межтрубное пространство скважины 1.

Размеры фильтра, выполняющего также функцию закладки вокруг скважины 1, обуславливаются объемом внедренного через отверстия 6 в нефтяной пласт материала 5. С ростом размеров фильтра увеличивается поверхность, через которую нефть из пласта просачивается к скважине 1, возрастает проницаемость и устойчивость породного массива в месте отбора нефти. Поэтому размеры фильтра ограничивают только экономической целесообразностью затрат на внедрение в нефтяной пласт материала 5. При этом предполагается использовать материал 5, применяемый для расклинивания трещин, формируемых гидравлическим разрывом в известных технологиях повышения продуктивности нефтяных пластов. В таких технологиях и в предлагаемом способе требования к материалу 5 аналогичны. Отметим, что для исключения попадания материала 5 к входным отверстиям 10 насоса 3, показанные на фиг. отверстия 7 представляют собой узкие продольные щели с шириной меньше размеров зерен материала 5. В процессе отработки нефтяного пласта подачу смеси высокотемпературного вещества и материала 5 предусматривается подавать с различными перерывами и многократно.

Соотношение объемов высокотемпературного вещества и материала 5 можно варьировать в больших пределах в зависимости от свойств и условий залегания нефти, а также стадии формирования фильтра вокруг скважины 1. В некоторых случаях, когда нефть оказывается чрезмерно вязкой (например, битумная нефть), после формирования фильтра вокруг скважины 1 предполагается подавать высокотемпературное вещество с весьма малым содержанием в нем материала 5 (практически без него) в основном с целью изменения лишь вязкости нефти.