Способ добычи нефти подземными горизонтальными скважинами

 

Использование: при добыче высоковязких нефтей и природных битумов, а также вторичной добыче нефти из истощенных пластов тепловым воздействием на продуктивный пласт. Сущность изобретения: способ включает бурение с дневной поверхности шахтного ствола и параллельно ему вентиляционной скважины, вскрывающих продуктивный пласт на всю мощность, а между ними подъемной, пароподающей и газоотводящей скважин. Бурится также резервная подъемная скважина. В нижней части пласта сооружают рабочую камеру. Из нее в два яруса поверхностной буровой установкой бурят подземные горизоннтальные нагнетательные и добывающие скважины. Оборудуют их обсадными и насосно - компрессорными трубами (НКТ). Нагнетают в пласт по НТК теплоноситель и одновременно по межтрубному пространству между обсадными трубами и НТК - вытеснитель. Производят герметичную изоляцию рабочей камеры от рудничной атмосферы. Откачку нефти на дневную поверхность производят эрлифтными (газлифтными) подъемниками. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области разработки нефтяных месторождений подземными горизонтальными скважинами, пробуренными из вертикальных шахтных стволов с применением теплового воздействия на продуктивный пласт, и может быть использовано для добычи высоковязких нефтей и природных битумов, а также вторичной добычи нефти из истощенных пластов.

Известен способ добычи нефти при помощи подземных горизонтальных скважин, пробуренных из шахтных стволов с применением теплового воздействия на продуктивный пласт. В этом способе из шахтного ствола в толщу продуктивного пласта в радиальных направлениях бурят горизонтальные добывающие и нагнетательные скважины. Под воздействием закачиваемого в пласт водяного пара нефть за счет уменьшения вязкости и, как следствие, увеличения текучести вытекает в забой шахтного ствола, откуда ее откачивают насосом на дневную поверхность.

Известен способ добычи нефти тепловым воздействием на продуктивный пласт, включающий бурение с дневной поверхности, на каждом эксплуатационном участке (блоке) разрабатываемого месторождения одного вертикального шахтного ствола, вскрывающего пласт на всю его мощность. В забое шахтного ствола за счет его расширения сооружают рабочую камеру цилиндрической формы, из которой в толщу продуктивного пласта в радиальных направлениях подземным буровым станком бурят 8 добывающих и 8 нагнетательных горизонтальных скважин. Через нагнетательные скважины из паропровода, проложенного в шахтном стволе в пласт принудительно подают пар. Нефть уменьшает свою вязкость и под действием силы тяжести вытекает по добывающим скважинам в рабочую камеру, откуда ее насосом откачивают на дневную поверхность.

Недостатком известного способа является то, что из-за чрезвычайно большой концентрации различного рода работ и оборудования в ограниченном пространстве шахтного ствола он не может обеспечить безопасные и нормальные санитарно-гигиенические условия для работающих под землей.

Согласно Правилам безопасности требуется производить подачу пара с дневной поверхности в рабочую камеру под землю по пароподающей скважине, проветривать подземную рабочую камеру таким образом, чтобы свежая воздушная струя и исходящая из рабочей камеры струя не находились в одной горной выработке (вертикальном шахтном стволе).

Указанные условия в способе-прототипе не соблюдаются, что чрезвычайно опасно для работающих под землей. Недопустимым с точки зрения техники безопасности является производство работ по сооружению рабочей камеры без предварительного бурения в продуктивном пласте разведочно-дренажных скважин. Кроме большой опасности для работающих, такая большая концентрация различного оборудования в одном шахтном стволе потребует строить стволы слишком большого диаметра, что неприемлемо с экономической точки зрения и сложно технически. Не решен и вопрос надежной откачки жидкостей (нефть-вода) из рабочей камеры на дневную поверхность. При тепловой обработке продуктивного пласта, он сильно разрушается, и через добывающие скважины в рабочую камеру выносится большое количество песка. Для того, чтобы откачивать на дневную поверхность сильно загрязненные жидкости, под землей необходимо проводить большие и дорогостоящие работы по очистке их от механических примесей, но никаких мероприятий по борьбе с песком под землей в рабочей камере не предусмотрено. Поэтому при эксплуатации горизонтальных скважин потребуется постоянное присутствие людей под землей.

Основным недостатком известного способа является то, что горизонтальные скважины бурят подземными буровыми установками, на которых круглосуточно работают бригады подземного бурения и различные общешахтные службы.

Как показывает имеющийся опыт, подземное бурение является одним из наиболее опасных видов работ. Учитывая, что в продуктивном пласте всегда имеются замкнутые в отдельных линзах скопления попутного нефтяного газа под высоким давлением, а местоположение их в толще пласта заранее неизвестно, при бурении скважин могут возникать внезапные выбросы в рабочую камеру этого горючего и взрывоопасного газа. Различные противовыбросные устройства, которые можно смонтировать на устье бурящейся скважины, в какой-то степени могут предохранить работающих под землей, но полностью гарантировать безопасность работы не могут. Из-за стесненных условий под землей подземные буровые станки изготавливают малогабаритными, а следовательно, недостаточно мощными, которые могут бурить скважины сравнительно небольшой длины. А это значит, что эксплуатационные блоки тоже имеют незначительные размеры. Размеры же эксплуатационных блоков прямо влияют на технико-экономические показатели, так как чем они меньше, тем дороже добыча нефти.

Перечисленные недостатки не позволили внедрить в производство прогрессивную идею дренирования нефтяных пластов подземными горизонтальными скважинами.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе добычи нефти подземными горизонтальными скважинами с применением теплового воздействия на продуктивный пласт, включающем бурение с дневной поверхности вертикального шахтного ствола, сооружение подземной рабочей камеры, бурение из нее подземных горизонтальных добывающих и нагнетательных скважин, оборудование их обсадными и насосно-компрессорными трубами, закачку в продуктивный пласт по насосно-компрессорным трубам водяного пара, извлечение из пласта в рабочую камеру нефти и откачку ее на дневную поверхность, параллельно шахтному стволу, вскрывающему продуктивный пласт на всю его мощность, бурят вентиляционную скважину, а между ними подъемную, пароподающую и газоотводящую скважины. Из забоя вентиляционной скважины бурят резервную подъемную скважину. Глубины подъемных скважин равны 1,3-1,5 глубины залегания продуктивного пласта. Выше кровли продуктивного пласта, между шахтным стволом и вентиляционной скважиной проходят вентиляционную стойку, из которой бурят разведочные скважины. Затем в нижней части продуктивного пласта между шахтным стволом и вентиляционной скважиной сооружают рабочую камеру цилиндрической формы. Из рабочей камеры в два яруса бурят горизонтальные скважины; скважины верхнего яруса являются нагнетательными, нижнего добывающими. Бурение подземных горизонтальных скважин, устья которых находятся в подземной рабочей камере, производят буровой установкой, расположенной на дневной поверхности при помощи изгибающе-направляющей колонны, которую устанавливают в вертикальной подземной скважине; вытекающую из продуктивного пласта нефть собирают в вертикальные подъемные скважины, а для подъема ее на дневную поверхность в них монтируют эрлифтные (газлифтные) подъемки. На период эксплуатации рабочую камеру герметично изолируют от рудничной атмосферы и добыча нефти производится без присутствия людей под землей.

Технический результат при осуществлении изобретения выражается в том, что предлагаемая система вскрытия продуктивного пласта более надежна и безопасна и полностью отвечает Правилам безопасности. Бурение подземных горизонтальных скважин с помощью мощных силовых установок, расположенных на дневной поверхности, помимо коренного улучшения техники безопасности буровых работ, позволит бурить скважины значительно большей длины и иметь эксплуатационные блоки существенно больших размеров, чем при бурении подземными буровыми установками. Добыча нефти и откачка ее на дневную поверхность осуществляются без присутствия людей под землей. Все это улучшит технико-экономические показатели добычи нефти.

На фиг. 1 приведена схема размещения шахтного ствола, параллельной ему вентиляционной скважины, основной вертикальной подъемной скважины с изгибающе-направляющей колонной, газоотводящей и пароподающей скважин, резервной вертикальной подъемной скважины в вентиляционной скважине с эрлифтным (газлифтным подъемником, а также рабочей камеры во время вскрытия продуктивного пласта подземными горизонтальными скважинами; на фиг. 2 то же, фрагмент; на фиг. 3 схема вскрытия продуктивного пласта горизонтальными скважинами, вид сверху; на фиг. 4 схема разработки месторождения отдельными автономно работающими эксплуатационными блоками.

Способ добычи нефти осуществляется следующим образом. На разрабатываемом месторождении 1 (а если оно имеет значительные размеры, то на каждом эксплуатационном участке блоке 2, на которое оно разбивается) с дневной поверхности бурят вертикальный шахтный ствол малого диаметра (1,8-2,4 м). Подъемный ствол 3 служит для спуска-подъема людей и оборудования, прокладки воздухопровода, водопровода, кабеля связи и подачи в шахту свежего воздуха, и параллельная ему вентиляционная скважина 4 обеспечивают пропуск исходящей вентиляционной струи. Шахтный ствол и вентиляционная скважина вскрывают продуктивный пласт 5 на всю его мощность. Между стволом и параллельной ему вентиляционной скважиной большого диаметра бурят основную подъемную скважину 6, пароподающую 7 и газоотводящую 8 скважины, в вентиляционной скважине бурят резервную подъемную скважину 9. Подъемные скважины имеют диаметр 0,4-0,5 м и глубину на 30-50% больше, чем шахтный ствол. Это необходимо для того, чтобы обеспечить нормальную работу эрлифтных (газлифтных) подъемников путем спуска в эти скважины их смесителей ниже уровня находящейся в шахтном стволе и предназначенной для откачки на дневную поверхность пульпы, состоящей при строительстве рабочей камеры из измельченной породы и воды, а при добыче нефти из нефти, воды и механических примесей.

Для строительства поверхностных объектов и их эксплуатации на дневной поверхности месторождения сооружают капитальную дорогу с подъездами к каждому блоку 2.

После проведения необходимых монтажных работ в шахтном стволе 3 и вентиляционной скважине 4, скважинах 6-9 и ввода в действие шахтного подъема 11, вентиляционной установки 12 и эрлифтных (газлифтных) подъемников 13 между шахтным стволом 3 и вентиляционной скважиной 4 непосредственно под продуктивным пластом 5 проводят вентиляционную сбойку 14 и организуют рудничную вентиляцию. Из сбойки 1 в толщу пласта 5 бурят разведочно-дренажные скважины 15 и после этого приступают к сооружению в нижней части пласта 5 между шахтным стволом 3 и вентиляционной скважиной 4 рабочей камеры 16 цилиндрической формы с коническим сводом диаметром 20-30 м. Работу по сооружению камеры 16 проводят в следующем порядке. Вначале проходят сбойку между шахтным стволом 3 и вентиляционной скважиной 4, затем ее расширяют до проектных размеров. Породу от проходки вентиляционной сбойки (так же, как и от ранее проходимой сбойки 14) поднимают на дневную поверхность проходческой бадьей. Вентиляцию при горнопроходческих работах при сооружении сбойки 14 осуществляют вентилятором частичного проветривания, установленным на дневной поверхности, по вентиляционным трубам, проложенным по шахтному стволу 3. При сооружении рабочей камеры 16, после пуска основной вентиляционной установки, вентилятор частичного проветривания устанавливают в сбойке 14.

Для регулирования количества воздуха, поступающего в камеру 16 и проходящего через сбойку 14, в ней устанавливают вентиляционную дверь 17 с вентиляционным окном. Породу от проходки камеры 16 поднимают на дневную поверхность эрлифтным (газлифтным) подъемником 13, включающим трубопровод 18 сжатого воздуха, смеситель 19 и подъемную трубу 20, установленным в скважине 9, и аналогичным подъемником, установленным в скважине 6.

При бетонировании камеры 16 в ее стенках заранее монтируют обсадные трубы с фланцами 21, являющимися направлениями для бурения горизонтальных нагнетательных 22 и добывающих 23 скважин. Бурение скважин 22 и 23 осуществляется установкой 24, расположено на дневной поверхности над устьем скважины 6. Для этого из скважины 6 вынимают (ранее смонтированный в ней для подъема породы) эрлифтный (газлифтный) подъемник и устанавливают в ней и камере 16 изгибающе-направляющую колонну 25 таким образом, чтобы она могла перемещаться в осевом направлении и вращаться вокруг своей вертикальной оси на 360^о. Для чего на дневной поверхности ее крепят в крышке, герметично закрывающей устье скважины 6, а в камере 16 ее хвостовую часть (хвостовик) 26 устанавливают на опорной площадке 27, закрепленной в скважине 6, изогнутую часть колонны (хобот) 28, снабженную на конце фланцем 29, соединяют с ответным фланцем 21 на обсадной трубе, зацементированной в боковой стенке камеры 16, затем через изгибающе-направляющую колонну 25 в пласт 5 на бурильных трубах 30 спускают отклонитель 31 с забойным двигателем 32 и долотом 33 и проводят бурение горизонтальной скважины.

Бурение скважин 22 и 23 проводят по сверхплотным сеткам с расстоянием между их устьями около 0,5 м, и в количестве в зависимости от диаметра камеры 18 до 360 шт. в камере. После бурения каждую из добывающих скважин 23 подключают к сепаратору, из которого попутный нефтяной газ по скважине 8 транспортируют на дневную поверхность, а нефть направляют в скважины 6 и 9, откуда эрлифтным (газлифтным) подъемниками выдают на поверхность. Нагнетательные скважины 22 подключают к пароподающей скважине 7. Затем камеру 16 на всех выходах изолируют, например, герметичными перемычками 34, а в подъемной скважине 6 пакером 35. После этого через скважины 22 в пласт 5 закачивают одновременно два рабочих агента: по насосно-компрессорным трубам 36, проложенным в пароподающей 7 и нагнетательных 22 скважинах теплоноситель перегретый водяной пар, а по кольцевому пространству между обсадными 37 и насосно-компрессорными 36 трубами вытеснитель сжатый воздух такого же давления, как и теплоноситель. При этом пласт 5 подвергается паровоздушной репрессии, в результате которой происходят фильтрация в пласте двухфазной смеси и вытеснение нефти к добывающим скважинам 23, откуда нефть вместе с пароконденсатом и сжатым воздухом поступает в камеру 16. Закачивать в пласт перегретый водяной пар необходимо потому, что его применение значительно повышает конечную нефтеотдачу.

Дистанционный контроль за параметрами работы камеры 16 осуществляют периодически. Для этого несколько раз в год ее открывают, осматривают и при необходимости выполняют ремонт. Затем ее снова закрывают.

Таким образом, во время эксплуатации рабочей камеры нет необходимости в постоянном присутствии людей под землей. Поэтому в период добычи нефти вентиляционные установки, шахтный подъем и некоторые другие объекты периодически останавливают на временную консервацию. Нефть, поднимаемую из подземной рабочей камеры на дневную поверхность эрлифтным (газлифтным) подъемниками, очищают от механических примесей в поверхностных сепарационных установках.

Бурение горизонтальных скважин по сверхплотным сеткам и воздействие на продуктивный пласт одновременно теплоносителем и вытеснителем обеспечивает повышение коэффициента извлечения нефти из недр.

Мощные высокопроизводительные поверхностные буровые установки позволяют бурить горизонтальные скважины большой длины (до 1500 м) и разрабатывать месторождения эксплуатационными блоками значительных размеров (до 900 га каждый), что наряду с увеличением извлечения нефти с 1 га разрабатываемой площади должно улучшить технико-экономические показатели добычи нефти, и прежде всего, значительно снизить себестоимость ее добычи.

Иметь эксплуатационные блоки больших размеров целесообразно и с экологической точки зрения, так как это позволяет в меньшей степени нарушать верхний покров земной поверхности.

Формула изобретения

1. Способ добычи нефти подземными горизонтальными скважинами с применением теплового воздействия на продуктивный пласт, включающий бурение с дневной поверхности вертикального шахтного ствола, вскрывающего продуктивный пласт на всю его мощность, сооружение подземной рабочей камеры, бурение горизонтальных нагнетательных и добывающих скважин, устья которых находятся в подземной рабочей камере, закачку в продуктивный пласт через нагнетательные скважины теплоносителя, подаваемого с дневной поверхности по паропроводу, извлечение из продуктивного пласта добывающими скважинами в подземную рабочую камеру нефти, сбор ее в емкость и откачку на дневную поверхность, отличающийся тем, что параллельно шахтному стволу, вскрывающему продуктивный пласт на всю его мощность, бурят вентиляционную скважину, а между ними подъемную, пароподающую и газоотводящую скважины, из забоя вентиляционной скважины бурят резервную подъемную скважину, при этом подъемные скважины бурят на глубины, равные 1,3 1,5 глубины залегания кровли продуктивного пласта, над кровлей продуктивного пласта между шахтным стволом и вентиляционной скважиной проходят вентиляционную сбойку, из которой бурят разведочные скважины, подземную рабочую камеру сооружают в нижней части продуктивного пласта между шахтным стволом и вентиляционной скважиной, бурение горизонтальных нагнетательных и добывающих скважин в радиальных направлениях осуществляют в два яруса, подземную рабочую камеру герметично изолируют от рудничной атмосферы, а в качестве емкости для сбора вытекающей из продуктивного пласта нефти используют подъемные скважины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устье подъемной скважины на дневной поверхности оборудуют герметичной крышкой, в подземной рабочей камере устанавливают опорную площадку, а в боковых ее стенках зацементированные направляющие обсадные трубы, бурение горизонтальных нагнетательных и добывающих скважин, устья которых находятся в подземной рабочей камере, производят буровой установкой, расположенной на дневной поверхности, при помощи изгибающе-направляющей колонны, имеющей хвостовик и изогнутую часть, причем упомянутую колонну на дневной поверхности крепят в герметичной крышке, в подземной рабочей камере на опорной площадке и устанавливают с возможностью перемещения в осевом направлении, вращения вокруг своей оси и соединения изогнутой части с той или иной зацементированной направляющей обсадной трубой, через изгибающе-направляющую колонну в продуктивный пласт на бурильных трубах спускают отклонитель с забойным двигателем и долотом и производят бурение горизонтальной скважины, при этом подъем выбуренной породы на дневную поверхность производят по межтрубному пространству между изгибающе-направляющей и бурильной колоннами, а откачку нефти на дневную поверхность производят смонтированными в подъемных скважинах эрлифтными или газлифтными подъемниками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4