Термодинамический способ воздействия на призабойную зону скважины

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для освоения эксплуатационных скважин и восстановления дебита, понизившегося вследствие кольматации пласта. Спускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) электродвигатель, нижерасположенный нагреватель и пакеры. Изолируют пакерами нагреваемый интервал скважины против продуктивного пласта и электродвигатель от нагреваемого интервала скважины. Закачивают холодную жидкость, которая обтекает электродвигатель, и подают ее в нагреватель. Затем вытесняют нагретую жидкость в изолированный нагреваемый интервал скважины и далее в пласт. При этом отделяют дополнительно пакером электродвигатель от вышележащей части скважины для образования охлаждаемого интервала скважины. Закачку холодной жидкости осуществляют с поверхности в НКТ с последующим ее обтеканием электродвигателя в охлаждаемом интервале скважины и направлением перед подачей в нагреватель через отверстия на концевых участках отрезка НКТ. Электродвигатель и нагреватель механически соединены упомянутым отрезком НКТ. Электродвигатель применяют для привода нагревателя, преобразующего механическую энергию в тепловую путем передачи вращения от электродвигателя к нагревателю валом, проходящим внутри отрезка НКТ. Увеличивается температура нагрева жидкости в изолированном интервале скважины, повышается надежность. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для освоения и восстановления дебита эксплуатационных скважин, понизившегося вследствие закупоривания (кольматации) пласта асфальто-смолистыми и парафиновыми образованиями.

Известен способ гидроразрыва пласта (Гатиев С.М. и др. Взаимодействие на призабойную зону нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1966), по которому изолируют пакерами интервал пласта и повышением давления производят его гидроразрыв.

К недостаткам этого способа следует отнести его невысокую эффективность, необходимость использования колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и громоздких насосных установок для подачи жидкости в подпакерное пространство, что требует значительных материальных и трудовых затрат.

Известен скважинный дроссельный нагреватель (Дегтярев Б.В., Бухгалтер Э. Б. Борьба с гидратами при эксплуатации газовых скважин в Северных районах. -М. : Недра, 1976), основанный на преобразовании энергии давления жидкости в теплоту.

Однако применение дроссельного нагревателя связано с высокими затратами ввиду использования не менее трех колонн НКТ, а также с низким кпд из-за гидравлического сопротивления и потерь давления в резьбовых соединениях НКТ.

Известен способ гидроразрыва пласта (Соловьев Г.Н. и др. Патент 2046184, "Способ гидравлического разрыва пласта", кл. Е 21 В 43/26, 1995), взятый за прототип, в котором повышение давления в изолированном участке пласта осуществляют нагревом жидкости посредством установки электронагревателя.

Недостаток заключается в малом количестве энергии, передаваемой в призабойную зону.

Известен способ воздействия на призабойную зону нефтяной скважины (Шипулин А.В., Загривный Э.А., Кудряшов Б.Б. и др. Патент 2164597, "Термодинамический способ воздействия на призабойную зону"), в котором нагрев жидкости производят за счет турбулентного движения жидкости при ее механическом перемешивании.

Однако электродвигатель устройства не охлаждается, допустимый нагрев призабойной зоны скважины ограничен температурными характеристиками изоляции электродвигателя.

Известно устройство для обработки прифильтровой части пласта (Л.А.Лившиц. Патент 1537798, Е 21 В 43/25), способ применения которого принят за прототип и включает спуск в скважину электродвигателя, нижерасположеного нагревателя, пакеров, изолирование пакерами нагреваемого интервала скважины и электродвигателя от нагреваемого интервала скважины, закачку холодной жидкости, которая обтекает электродвигатель, и подачу ее в нагреватель с последующим вытеснением нагретой жидкости.

Однако устройство для осуществления способа имеет сложную конструкцию, применяется трубчатый нагреватель, ненадежный в среде высоких давлений, необходимы два кабеля питания электродвигателя и нагревателя с переменной длиной для обработки прифильтровой зоны и откачки скважинной жидкости на разных глубинах, откачка жидкости производится без НКТ, предлагаемая конструкция пакера не рассчитана на высокие давления.

Задачей изобретения является увеличение температуры нагрева жидкости в изолированном интервале скважины, повышение надежности.

Задача решается тем, что, используя термодинамический способ воздействия на призабойную зону скважины, включающий спуск в скважину электродвигателя, нижерасположенного нагревателя, пакеров, изолирование пакерами нагреваемого интервала скважины против продуктивного пласта и электродвигателя от нагреваемого интервала скважины, закачку холодной жидкости, которая обтекает электродвигатель, и подачу ее в нагреватель с последующим вытеснением нагретой жидкости в изолированный нагреваемый интервал скважины и далее в пласт, спуск в скважину электродвигателя, нижерасположенного нагревателя и пакеров осуществляют на колонне насосно-компрессорных труб, отделяют дополнительно пакером электродвигатель от вышележащей части скважины для образования охлаждаемого интервала скважины, закачку холодной жидкости осуществляют с поверхности в НКТ с последующим ее обтеканием электродвигателя в охлаждаемом интервале скважины и направлением перед подачей в нагреватель через отверстия на концевых участках отрезка НКТ, соединяющего механически электродвигатель и нагреватель, при этом для изолирования нагреваемого интервала скважины используют пакер, рассчитанный на высокое давление, а электродвигатель применяют для привода нагревателя, преобразующего механическую энергию в тепловую путем передачи вращения от электродвигателя к нагревателю валом, проходящим внутри отрезка НКТ.

Пример устройства для реализации предлагаемого способа, поясняется чертежом, на котором: 1 - скважина, 2 - колонна НКТ; 3 - электродвигатель; 4 - нагреватель; 5 - отрезок НКТ; 6 - вал; 7 - пакеры; 8 - отверстия; 9 - перфорационные отверстия обсадной колонны; тонкие стрелки - подача холодной жидкости с поверхности; жирные стрелки - циркуляция нагреваемой жидкости.

Способ реализуют следующим образом. В скважину 1 до глубины продуктивного пласта опускают колонну НКТ 2, на нижнем конце которой помещают направленный валом вниз электродвигатель 3. Нагреватель 4 размещают ниже электродвигателя и соединяют с электродвигателем отрезком НКТ 5, внутри которой помещают вал 6, соединяющий роторы электродвигателя 3 и нагревателя 4. Электродвигатель 3 отделяют пакерами 7 от нагревателя 4 и от вышележащей части скважины. Колонна НКТ 2, а также отрезок НКТ 5 имеют отверстия 8 на концевых участках, не перекрываемых пакером 7. При спуске колонны НКТ 2 нагреватель 4 располагают напротив перфорационных отверстий обсадной колонны 9.

Колонна НКТ 2, которую опускают в скважину 1, служит для размещения на ее нижнем конце электродвигателя 3 и нагревателя 4, а также для подачи жидкости с поверхности. Электродвигатель 3 предназначен для привода нагревателя 4. Отрезок НКТ 5 необходим для механического соединения электродвигателя 3 и нагревателя 4. Вал 6, проходящий внутри отрезка НКТ 5, предназначен для передачи вращения от электродвигателя 3 к нагревателю 4. Пакеры 7 служат для изоляции электродвигателя 3 от нагреваемого интервала скважины и от затрубного пространства. Отверстия 8 на концевых участках колонны НКТ и отрезка НКТ необходимы для подачи жидкости в изолированный интервал скважины. Через перфорационные отверстия обсадной колонны 9 нагретую жидкость доставляют в продуктивный пласт.

В качестве электродвигателя 3 используют типовой двигатель от серийного погружного электронасоса (УЭЦН), по техническим характеристикам соответствующий для работы в скважинных условиях.

Принцип работы нагревателя 4 основан на диссипации механической энергии в тепловую. Нагрев жидкости производят за счет турбулентного движения жидкости при ее механическом перемешивании (патент 2046184) или путем ее прокачивания по контуру: выход погружного скважинного электронасоса - гидравлическое сопротивление - изолированный пакерами интервал скважины - вход погружного скважинного электронасоса.

Для осуществления нагрева с поверхности через колонну НКТ 2 в изолированный интервал скважины закачивают жидкость и подают электропитание к электродвигателю 3. Электродвигатель 3 приводит во вращение нагреватель 4, происходит нагрев жидкости в изолированном интервале скважины. При закачке с поверхности холодной жидкости нагретая жидкость вытесняется в пласт. Холодная жидкость перед поступлением в изолированный нагреваемый интервал скважины обтекает электродвигатель 3, охлаждая его.

Первоначальный нагрев жидкости при охлаждении электродвигателя производится за счет его потерь (электрического и магнитного сопротивления статора и ротора, трения и вентиляции), а также за счет поступления теплоты из нагреваемого интервала через пакер, отрезок НКТ и обсадную колонну.

Пакер на нижнем конце колонны НКТ отделяет изолированный интервал скважины от затрубного пространства и должен быть рассчитан на высокое давление. Пакер на отрезке НКТ между электродвигателем 3 и нагревателем 4 служит только для разделения нагреваемого и охлаждаемого изолированных интервалов скважины и не испытывает разности давлений, следовательно, может иметь упрощенную конструкцию.

Возможны два технологических варианта.

1. Жидкость закачивают с поверхности в изолированный интервал скважины, нагревают для создания давления и осуществления декольматации и гидроразрыва пласта, затем закачивают новую порцию жидкости.

2. Осуществляют непрерывную подачу жидкости с поверхности, нагревают ее в изолированном интервале скважины, доставляют в продуктивный пласт для поддержания пластового давления и прогрева пластового флюида.

Преимущества предлагаемого нагревателя заключаются в возможности нагрева жидкости в изолированном интервале пласта до высоких температур без опасения вывода из строя электродвигателя, имеющего ограниченные температурные характеристики изоляции. Повышение температуры жидкости способствует декольматации, увеличивает нагрев пласта.

Формула изобретения

Термодинамический способ воздействия на призабойную зону скважины, включающий спуск в скважину электродвигателя, нижерасположенного нагревателя, пакеров, изолирование пакерами нагреваемого интервала скважины против продуктивного пласта и электродвигателя от нагреваемого интервала скважины, закачку холодной жидкости, которая обтекает электродвигатель, и подачу ее в нагреватель с последующим вытеснением нагретой жидкости в изолированный нагреваемый интервал скважины и далее в пласт, отличающийся тем, что спуск в скважину электродвигателя, нижерасположенного нагревателя и пакеров осуществляют на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), отделяют дополнительно пакером электродвигатель от вышележащей части скважины для образования охлаждаемого интервала скважины, закачку холодной жидкости осуществляют с поверхности в НКТ с последующим ее обтеканием электродвигателя в охлаждаемом интервале скважины и направлением перед подачей в нагреватель через отверстия на концевых участках отрезка НКТ, соединяющего механически электродвигатель и нагреватель, при этом для изолирования нагреваемого интервала скважины используют пакер, рассчитанный на высокое давление, а электродвигатель применяют для привода нагревателя, преобразующего механическую энергию в тепловую путем передачи вращения от электродвигателя к нагревателю валом, проходящим внутри отрезка НКТ.

РИСУНКИ

Рисунок 1