Способ термодинамического воздействия на нефтяной пласт и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к разработке нефтяных и битумных месторождений. Сущность изобретения: в трубу нагнетательной скважины циклично закачивают газовый теплоноситель и воду. Регулируя их температуру и количество, обеспечивают вскипание воды в забое и поддерживают заданную температуру стенки скважины. При этом устройство для осуществления способа включает источники давления воды и газового теплоносителя, трубу, подогреватели. Управление осуществляют регулятором и переключателем потоков. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к разработке нефтяных и битумных месторождений, в частности к способам и устройствам добычи высоковязких нефтей и битумов с помощью термодинамического воздействия на пласт.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ разработки нефтяных месторождений, путем закачки в пласт теплоносителя и холодной воды, причем теплоноситель закачивают циклично с нагнетанием холодной воды в промежутках между циклами.

Недостатком этого способа является отсутствие динамических воздействий на пласт.

Известно устройство для обработки нефтяных скважин, выбранное в качестве прототипа, содержащее источники давления воды и газового теплоносителя и трубу.

Недостатки этого устройства повышенная металлоемкость, сложность управления очередностью работы источников давления.

Кроме того, недостатком этого устройства является его конструктивная слож-ность (наличие множества подвижных конструктивных элементов) и эксплуатационная ненадежность в связи с размещением парогенератора и вибратора на забое скважины. При случайном выходе из строя одного из элементов устройства приходится производить подъем устройства из скважины.

Для устранения этих недостатков предлагается способ термодинамического воздействия на нефтяной пласт путем закачки в него через нагнетательные скважины газового теплоносителя и воды с разной температурой, при этом газовый теплоноситель и вода транспортируются к забою скважины раздельно циклически по одной трубе с температурой газового теплоносителя большей, чем температура воды, в соотношениях переносимых количеств тепла, обеспечивающих вскипание воды в забое скважины, при этом глубину проникновения тепловой волны в стенку трубы скважины от ее внутренней поверхности к наружной поддерживают не более ее толщины, а температуру стенки трубы скважины поддерживают в пределах t_к < t_стенки < t_тр, где t_к температура кипения воды при соответствующем давлении; t_стенки максимальная температура стенки трубы; t_тр эксплуатационная допустимая температура стенки трубы.

Для осуществления данного способа предлагается устройство, включающее, кроме источников давления газа и воды, подогреватели газа и воды, насосно-компрессорные трубы, регулятор подогревателей, переключатель потоков, соединенный трубопроводами на входе с источниками давления газа и воды, а на выходе с входом в трубу скважины.

Сущность этого способа заключается в том, что одновременное воздействие теплового и переменного ударного динамического воздействия на пласт интенсифицирует процесс прогрева призабойной зоны путем увеличения коэффициента теплоотдачи без существенных тепловых потерь в трубе нагнетательной скважины.

Периодическое ударное динамическое воздействие смеси газового теплоносителя с водяным паром (периодическое импульсное парообразование в забое скважины) на пласт приводит к следующим эффектам.

Циклически действующая ударная волна газового теплоносителя с водяным паром оказывает механическое воздействие на пласт, за счет образования трещин в результате уменьшения прочностных свойств породы (усталостных явлений). Увеличивается эффективная проницаемость, что ведет к увеличению радиуса теплового воздействия на призабойную зону.

Периодическое ударное воздействие газового теплоносителя с водяным паром разрушает структурную решетку парафинистых нефтей и битумов, резко снижает ее эффективную вязкость, улучшает циркуляцию и теплообмен. Эти факторы оказывают влияние на коэффициент теплоотдачи, что способствует более глубокому проникновению тепловой волны в нефтяной пласт.

Именно снабжение устройства для термодинамического воздействия на нефтяной пласт переключателем потоков и регулятором подогревателей, обеспечивает согласно способу циклическое ударное воздействие на нефтяной пласт, которое увеличивает радиус прогрева призабойной зоны.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для термодинамического воздействия на нефтяной пласт, реализующие данный способ; на фиг.2 график изменения состояния насыщения водяного пара в зависимости от давления и температуры и характерные параметры газового теплоносителя и воды на входе и в забое скважины; на фиг.3 рисунок, иллюстрирующий перемещение по трубе скважины газового теплоносителя и воды (а) и глубину проникновения тепловой волны в стенку трубы от ее внутренней поверхности к наружной при попеременном течении газового теплоносителя и воды (б).

Способ предлагается осуществить с помощью устройства (фиг.1), содержащего источник давления газа 1 и воды 2, подогреватель газа 3, подогреватель воды 7, регулятора подогревателей 8, переключатель потоков 4, соединенный трубопроводами на входе с источниками давления газа 1 и воды 2 и на выходе с входом в трубу 5 скважины 6.

Способ осуществляется следующим образом.

Через переключатель потоков 4 в трубу 5 скважины 6 попеременно поступает газовый теплоноситель и вода. Переключатель потоков, который представляет собой кран с двумя входами и одним выходом, перекрывает один из теплоносителей по заданной программе в зависимости от информации параметров давления и температуры смеси газового теплоносителя и водяного пара в забое и температуры в стенке трубы 5.

На фиг.3, а показано направление потока газового теплоносителя и воды по трубе 5 скважины 6. При движении к забою скважины газовый теплоноситель и вода попеременно обмениваются теплом со стенкой трубы 5. Соотношение количества тепла газового теплоносителя и воды выбирают таким, чтобы в забое обеспечить условия вскипания воды (фиг.2).

Изменение соотношений количеств тепла обеспечивается воздействием на газовый теплоноситель и воду с помощью регулятора подогревателей, который меняет степень подогрева каждого из них, а также с помощью изменения частоты срабатывания переключателя потоков.

Вода (точка A) с параметрами давления и температуры на входе в скважину Р_вх и t_{воды вх} и газового теплоносителя (точка B) с параметрами Р_вх и t_{газа вх} после прохождения по трубе 5 скважины 6 в забое имеют параметры для воды (точка С) и газового теплоносителя (точка D). В процессе теплообменных процессов между газовым теплоносителем и водой, последняя, интенсивно испаряясь, вызывает повышение давления смеси в забое. Процесс испарения воды идет по кривой насыщения от точки С до точки Е. Газовый теплоноситель при этом, потеряв часть своего тепла из-за теплообменных процессов с водой, придет в состояние точки К с параметрами t_{газа заб2} и Р_заб2. Вода в точке Е полностью испарившись переходит в состояние точки К. Таким образом создается дополнительный импульс давления смеси водяного пара и газового теплоносителя, который происходит циклически. Протекание процесса возможно когда точка Е и К совмещены.

Известно, что тепло от трубы 5 передается в скважину 6 и далее в грунт. Возникающие при этом термические деформации отрицательно виляют на состояние заколонного цемента, металла труб и нередко приводят к аварийным ситуациям на скважине. Для ослабления влияния этих факторов принимают специальные меры, но несмотря на это практически исключена возможность закачки теплоносителей при температуре, превышающей 500-700 К. При закачке в скважину по одной трубе газового теплоносителя и воды с разной температурой они, попеременно обменявшись тепловым потоком со стенкой трубы 5, более эффективно переносят закачиваемую энергию теплоносителя в пласт. Этим самым можно увеличить температуру нагнетаемого в пласт газового теплоносителя и увеличить глубину освоения нефтяных и битумных месторождений.

При обеспечении глубины проникновения в стенку тепловой волны теплоносителя не более ее толщины, тепловое воздействие от наружной поверхности трубы 6 в скважину и далее в грунт будут минимальными. Для того, чтобы не было вредных воздействий на скважину 6 в результате прохождения теплового потока температура стенки не должна превышать эксплуатационную предельно допустимую температуру для данной стенки трубы 5. В то же время температура стенки должна быть выше температуры кипения воды с тем, чтобы за счет вскипания воды при контакте со стенкой и образования в месте контакта воды и трубы газовой "подушки" значительно снизить гидравлические потери прохождения воды по трубе.

Применение данного способа и устройства в нефтедобыче не требует создания принципиально новых видов техники и оборудования и может быть реализовано с помощью серийно выпускаемого оборудования.

Формула изобретения

1. Способ термодинамического воздействия на нефтяной пласт, включающий закачку в трубу нагнетательной скважины циклично теплоносителя и воды, отличающийся тем, что закачивают газовый теплоноситель и регулируют температуру и количество теплоносителя и воды, обеспечивая вскипания воды в забое и проникновение тепловой волны в стенку трубы на глубину не более ее толщины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулируют температуру и количество закачиваемых теплоносителя и воды, обеспечивая максимальную температуру стенки трубы в скважине в пределах t_к< t_стенки < t_тр, где t_к - температура кипения воды при соответствующем давлении; t_стенки - температура стенки трубы; t_тр - эксплуатационная допустимая температура стенки труба.

3. Устройство для термодинамического воздействия на нефтяной пласт, включающее источники давления воды и газового теплоносителя и трубу, отличающееся тем, что оно снабжено подогревателями их регулятором и переключателем потоков, при этом подогреватели установлены на выходе источников давления газового теплоносителя и воды и соединены с входом переключателя, выход которого соединен с трубой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3