Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДООТДАЧИ ТОПЛИВНОГО ПЛАСТА

Изобретение относится к проблеме увеличения углеводородоотдачи топливных пластов, в том числе нефтеотдачи нефтяных пластов, метаноотдачи угольных и конденсато(газо)отдачи газоконденсатных пластов.

Известен способ увеличения углеводородоотдачи топливных пластов с помощью бурения протяженных наклонно-горизонтальных скважин /1, 2/. Необсаженная горизонтальная часть таких скважин отличается более высоким притоком к ней углеводородного сырья, прежде всего за счет большой протяженности бурового канала (по сравнению с вертикальными скважинами). Однако использование только естественной проницаемости топливного пласта ограничивает углеводородоотдачу от него.

Другим известным техническим решением является способ термического (огневого) воздействия на горизонтальную часть скважины с целью активного трещинообразования в массиве, непосредственно примыкающем к буровому горизонтальному стволу скважины /3, 4/. Однако и этот способ имеет недостаток, выражающийся прежде всего в возможности образования легковоспламеняемой газовоздушной смеси и ее взрыву в добычной скважине.

Наиболее близким техническим решением является применение для повышения продуктоотдачи топливного пласта взрывчатых веществ на забое скважин /5/. Однако в этом способе не оптимизируется размещение взрывчатых веществ и технологический регламент взрыва, а следовательно, не достигается максимальный эффект от воздействия взрывной волны на топливный пласт.

Целью изобретения является повышение углеводородоотдачи топливного пласта путем максимального использования взрывной волны в горном массиве.

Поставленная цель достигается тем, что вдоль всей длины горизонтальных скважин укладывают в сплошной оболочке взрывчатое вещество, обеспечивают при этом теплоту взрыва на единицу длины канала от 3500 до 14000 ккал/м, а заполняемость объема горизонтальных скважин взрывчатым веществом выполняют равной от 5 до 20%, а перед моментом взрыва в обсаженную часть горизонтальной скважины опускают пакер. Для максимального охвата горного массива бурят серию горизонтальных и вертикальных скважин. Кроме того, для подработки и надработки топливного пласта бурят соответственно в его почве и кровле горизонтальные скважины, осуществляя в них описанные выше взрывы. Для повышения извлекаемости углеводородного сырья в горизонтальные скважины (по мере падения их дебита) нагнетают специальные компоненты, например, углекислоту, азот и др.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом и аналогами показывает, что предлагаемый способ отличается конкретными предложениями по размещению взрывчатого вещества вдоль горизонтальной скважины, включая теплоту взрыва на единицу длины канала и заполняемость последнего по объему. Для большего охвата горного массива предлагается бурить серии горизонтальных скважин в том числе в почве и кровле топливного пласта соответственно для его подработки и надработки.

Все эти отличия соответствуют критерию “новизна” заявляемого изобретения. В известном способе /5/ не конкретизируются технические параметры размещения взрывчатого вещества и тепловые характеристики взрыва. Кроме того, бурение горизонтальных скважин в почве и кровле топливного пласта благоприятствует разгрузке и разупрочнению горного массива в целом, а следовательно, интенсивному извлечению из него углеводородного сырья. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа изобретательскому уровню с критерием “существенные отличия”.

На чертеже представлен фрагмент наклонно-горизонтальной скважины с размещенным в ней взрывчатым веществом.

Предлагаемый способ повышения углеводородоотдачи топливного пласта представлен для случая угольного пласта и извлечения из него ад(аб)сорбированного метана. Реализуется он следующим образом.

На угольный пласт 1 пробурена наклонно-горизонтальная скважина 2 с обсаженной 3 (цементное кольцо 4) и необсаженной 5 частью. По длине горизонтальных скважин размещается в сплошной оболочке штатное взрывчатое вещество 6. Весь остальной объем горизонтальной скважены заполнен водой 7 (в случае нефтяного или газоконденсатного каналов соответственно нефтью или конденсатом). После установки в обсаженной части 3 скважины пакерного устройства 8 инициируется взрыв взрывчатого вещества 6 по всей длине горизонтальных скважин 5.

Взрыв вещества 6, размещенного под водой, характеризуется слабым затуханием ударных волн вследствие малой сжимаемости воды. В результате взрыва возникает газовый пузырь, давление внутри которого достигает нескольких тысяч атм. При этом возникающая вследствие расширения газов ударная волна то сжимается, то расширяется. В результате механических напряжений слои угольного пласта механически разрушаются и возникают существенные необратимые деформации.

Экспериментально было зафиксировано, что при диаметре горизонтального канала примерно 150 мм на расстоянии 1 м от него давление достигает 1500 атм, при этом период пульсации ударной волны (газового пузыря) составляет всего лишь 0,3-0,5 с.

Отдельный эксперимент был направлен на определение плотности размещения взрывчатого вещества (тротила) по длине горизонтального канала. Результаты этого эксперимента представлены в таблице.

Горизонтальная скважина диаметром 146 мм и длиной 100 м была подвергнута предлагаемому способу метаноотдачи угольного пласта. Критериями эффективности были приняты величина давления пульсирующей ударной волны и приемистость после взрыва. Согласно экспериментальным данным оптимальной величиной плотности размещения тротила в канале, т.е. удельной теплоты взрыва была принята величина 3500; 14000 ккал/м. После достижения теплоты взрыва 14000 ккал/м начинается снижение давления в угле на границе с водой и как следствие этого падение удельной приемистости обработанных взрывом горизонтальных скважин.

При величинах теплоты взрыва ниже 3500 ккал/м наблюдалось резкое снижение давления в газовом пузыре на границе с водой и удельной приемистости горизонтальных скважин.

В отдельном эксперименте было также зафиксировано, что при заполнении горизонтальных скважин взрывчатым веществом от 5% до 20% давление в ударной волне максимально. При заполнении более 20% ударная волна в малом объеме воды ослабевает, а при заполнении менее 5% - заряда взрывчатого вещества недостаточно для повышения давления в ударной волне и интенсивного разупрочнения топливного (угольного) пласта.

Для широкого охвата разупрочняемого топливного пласта в заявляемом способе предусматривается бурение нескольких наклонно-горизонтальных скважин, расположение которых может быть различным и должно определяться конкретными горно-геологическими условиями залегания топливного пласта.

Предусматривается также весьма эффективное средство воздействия на разгрузку топливного пласта - его подработка и надработка. Это достигается путем бурения в почве и кровле топливного (угольного) пласта горизонтальных скважин, в которых проводят взрывы в водной среде по вышеописанной технологии.

Взрыв в скважинах осуществляют только после установки в конце их зацементированной части пакерного устройства. Это необходимо для сохранения герметичности скважины в целом и без чего невозможно противостоять высоким давлениям в горизонтальной части скважины после осуществления взрыва.

На последней стадии извлечения углеводородного сырья в заявляемом изобретении предусмотрено нагнетание в разупрочненный пласт СO₂, N₂ и других компонентов, содействующих десорбции метана (в случае угольного пласта) или вытеснению и разжижению углеводородного сырья (в случае нефтяного или газоконденсатного пласта).

Таким образом, заявляемый способ основан на разрушающем эффекте ударной волны в топливном пласте, заполненном жидкостью (водой, нефтью, конденсатом). Его применение гарантирует интенсивное микроразрушение твердых частиц топливного пласта, разупрочнение последнего. Это естественно обуславливает углеводородоотдачу топливного пласта, основные элементы предлагаемой технологии повышения углеводородоотдачи топливных пластов испытаны в полевых и стендовых условиях.

Планируется реализация в Южном Кузбассе на угольном пласте, в Краснодарском крае на истощенных нефтяных пластах и в Северо-Западной Сибири (Вуктыльское газоконденсатное месторождение) на газоконденсатных пластах с большими остаточными запасами конденсата.

Экономическая и энергетическая эффективность заявляемого способа может быть весьма высокой и обусловлена прежде всего вовлечением в ТЭК новых источников углеводородного сырья (угольный метан, нефть средней и высокой вязкости, газовый конденсат).

Источники информации

1. Бурже Ж. и др. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов, М.: Недра, 1988.

2. Ярунин С.А. и др. Опыт проведения газодинамического воздействия на углеводородный массив через скважину с горизонтальным окончанием ствола. М.: Уголь, 1990, №6, с.18-20.

3. Патент №2054557, E 21 F 7/00, 1996.

4. Патент №2054557, Е 21 В 43/24, 1996.

5. Адушкин В.В., Тихомиров А.М. Волна сжатия при взрыве цилиндрического заряда в твердой среде. Ж. “ФТПРПИ”, 1986, №4, с.38-47.