Результат интеллектуальной деятельности: 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 горизонтальной 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. Недостатками этого способа также являются 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.

Недостатками этого способа являются 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. 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 применения на залежах с наличием газовых шапок и снижение затрат на прогрев продуктивного пласта за счет исключения прорыва теплоносителя в газовые шапки, что в совокупности приводит к экономии энергетических ресурсов и увеличению коэффициента извлечения нефти (КИН), а также контроль распространения теплового воздействия по битуминозной залежи.

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 исследования месторождения для выделения участков с наличием газовых шапок, бурят оценочную скважину над горизонтальной скважиной с вскрытием газовой шапки, горизонтальную скважину располагают под газовой шапкой, а при строительстве в скважинах располагают устройства контроля давления и температуры, в качестве рабочего агента для оценочной скважины применяют инертный газ, который нагнетают в газовую шапку, соблюдая условие, что давление в газовой шапке должно быть больше на 5-20% давления нагнетания рабочего агента в горизонтальную скважину, причем в качестве рабочего агента для горизонтальной скважины применяют водяной пар, который циклически нагнетают, 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 расположенных друг над другом оценочной 3 и парациклической 4 скважин с соответствующими вскрытыми вертикальным 5 и горизонтальным 6 участками, расположенными в залежи 1 в газовой шапке 2 и ниже газовой шапки 2 соответственно. При строительстве в скважинах 3 и 4 располагают устройства 7 контроля давления и температуры. Забой вертикальной скважины 3 располагают над средней частью горизонтальной скважины 4 на 5-15 м выше. В оценочную 3 и горизонтальную 4 скважины производят спуск НКТ 8 и 9. Производят закачку инертного газа через НКТ в вертикальный участок оценочной скважины на уровне газовой шапки, повышая давление в газовой шапке.

Закачивают в скважину 4 при давлении в призабойной зоне скважины 4 меньше (например, на 5-20%), 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). После этого производят отбор продукции через горизонтальный участок 6 скважины 4 по НКТ 8, например, глубинно-насосным оборудованием (не показано) и контроль за состоянием отбираемого флюида с использованием устройства контроля давления и температуры 7 при помощи наблюдательных скважин (не показаны) и аэрофотосъемки, а также снятия термограммы в горизонтальном участке 6 скважины 4 с определением зон наименьшего прогрева (на фигуре не показаны). Циклы закачки пара, термокапиллярной пропитки и отбора нефти повторяются до максимального извлечения из залежи 1 высоковязкой нефти.

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 73%. Расположили оценочную скважину 3 в газовой шапке 2 нефтяной залежи 1. Под оценочной скважиной 3 на расстоянии 10 м расположили пароциклическую горизонтальную скважину 4 с соответствующими вертикальным 5 и горизонтальным 6 участками. Скважины 3 и 4 оборудовали устройствами контроля температуры и давления 7. Вертикальный участок 5 скважины 3 вскрыли на уровне газовой шапки. В скважины 4 и 3 спустили НКТ 8 и 9. После обустройства оценочной 3 и горизонтальной 4 скважин через НКТ 9 в вертикальный участок 5 оценочной скважины 3 производили закачку инертного газа в объеме 3 тыс. т. для увеличения давления нагнетания теплоносителя в горизонтальный участок 6 пароциклической скважины 4 нефтеносной залежи 1. Также производили закачку по НКТ 8 теплоносителя 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 залежи 1. В течение 1,5 мес. происходил процесс термокапилярной пропитки залежи 1. По истечении полутора месяцев произвели отбор продукции по НКТ 8 из горизонтального участка 6 скважины 4, а контроль за состоянием отбираемого флюида осуществляли устройством контроля давления и температуры 5. Циклы закачки пара, термокапиллярной пропитки и отбора нефти повторили 6 раз.

Производили закачку теплоносителя по НКТ 8 в горизонтальный участок 6 пароциклической скважины 4 при давлении в призабойной зоне скважины 4 меньше на 10% (1,8 МПа), чем давление (2,0 МПа) в газовой шапке 2, не допуская утечку закачиваемого пара через кровлю нефтеносной залежи 1 в газовую шапку 2 залежи 1. Поддерживали давление в газовой шапке больше на 5-20%, чем в призабойной зоне горизонтальной скважины 4.

При исследовании выявлены преимущества способа перед наиболее близким аналогом: снижение неэффективной закачки пара в 3,5 раза, снижение процента обводненности добываемой продукции из пласта на 12%, увеличение накопленной добычи нефти более чем на 6,8%.

Предложенный способ позволяет решать поставленные технические задачи, такие как увеличение КИН на 0,18 д. ед., увеличение продолжительности эксплуатации месторождения, а также снижение затрат на прогрев пласта на 23%.

Пример осуществления предлагаемого изобретения показывает его эффективность 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 наличием газовых шапок и 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.