Способ повышения продуктивности скважины
Изобретение относится преимущественно к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к способам повышения продуктивности скважин за счет термогазохимического воздействия на призабойную зону скважин со вскрытием естественных трещин продуктивного пласта, повышения подвижности добываемого флюида, в частности вязкой нефти, за счет ее насыщения газом и разогрева. При этом сопутствующим назначением изобретения является очистка призабойной зоны от асфальтосмолистых и парафиновых отложений. Обеспечивает продление сроков эффективной эксплуатации скважин при повышенной их продуктивности. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа за счет выравнивания профиля дренирования по всей толщине продуктивного пласта при снижении энергоемкости способа и опасности работ. Сущность изобретения: способ включает размещение в скважине смеси горючего и окислителя. Инициируют реакцию окисления горючего с помощью тепла от скважинного нагревателя и поддерживают реакцию окисления в режиме устойчивого горения смеси без ее детонации. Соотношение окислителя с горючим в смеси принимают из условия полного выгорания горючего с максимальным газовыделением, при нулевом, по меньшей мере, кислородном балансе. Динамику газовыделения задают линейной или близкой к линейной зависимостью изменения объема выделяемого при горении газа во времени, достаточными для вскрытия естественных вертикальных трещин продуктивного пласта. 12 з.п. ф-лы.
Изобретение относится преимущественно к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к способам повышения продуктивности скважин за счет термогазохимического воздействия на призабойную зону скважин со вскрытием естественных трещин продуктивного пласта, повышения подвижности добываемого флюида, в частности вязкой нефти, за счет ее насыщения газом, и разогрева. При этом сопутствующим назначением изобретения является очистка призабойной зоны от асфальтосмолистых и парафиновых отложений. Изобретение обеспечивает продление сроков эффективной эксплуатации скважин при повышенной их продуктивности (производительности).
Известен способ повышения продуктивности скважины путем размещения в ней смеси горючего и окислителя, инициирование реакции окисления горючего с помощью тепла от скважинного нагревателя и поддерживание реакции окисления (см., например, пат. РФ № 2168008, 27.05.2001).
Недостатком известного способа является то, что он не оговаривает условий осуществления реакции окисления и необходимый характер этой реакции. Отсюда могут быть либо отказы в иницииировании реакции, либо ее спонтанное развитие из-за возможного детонирования (вспышки) горючих смесей, подверженных этому. С детонированием (вспышкой) горючей смеси и, следовательно, малым временем течения реакции (секунды или доли секунды) основная доля энергии реализуется лишь в пространстве ствола скважины. Продукты горения не успевают проникнуть в пласт. При этом опасность таких работ на скважине - повышенная. Возможен выброс скважинной жидкости и деформация как ствола скважины, так и пород призабойной зоны с развитием либо зоны уплотнения, препятствующей последующему дренированию (фильтрации) флюида продуктивного пласта, либо локальный разрыв пород с непроизводительным уходом в него основной доли энергии термогазохимического воздействия.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа за счет возможности выравниваниям профиля дренирования по всей толщине продуктивного пласта при снижении энергоемкости способа и опасности работ.
Необходимый технический результат достигается тем, что способ повышения продуктивности скважины включает размещение в скважине смеси горючего и окислителя, инициирование реакции окисления горючего с помощью тепла от скважинного нагревателя и поддерживание реакции окисления в режиме устойчивого горения смеси без ее детонации, при этом соотношение окислителя с горючим в смеси принимают из условия полного выгорания горючего с максимальным газовыделением, при нулевом, по меньшей мере, кислородном балансе, и с динамикой газовыделения, характеризуемой линейной или близкой к линейной зависимостью изменения объема выделяемого при горении газа во времени, достаточными для вскрытия естественных вертикальных трещин продуктивного пласта.
Кроме того:
после сжигания горючей смеси в продуктивный пласт нагнетают растворы кислот и/или их смеси;
растворы кислот и/или их смеси нагнетают в продуктивный пласт под давлением раскрытия ранее вскрытых естественных вертикальных трещин;
в качестве горючей смеси принимают смесь углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ;
в качестве горючего принимают уголь или кокс, или графит, или нефть, или конденсат или сульфоуголь или их смеси в различных сочетаниях;
в качестве окислителя принимают нитрат аммония;
в качестве нагревателя принимают электронагреватель или нагреватель на горючей смеси, например, типа термитной;
нагреватель разогревают на поверхности электрическим током или разжигают на термическом топливе, спускают в скважину и в пассивной фазе его работы, с учетом скорости остывания, устанавливают над горючей смесью на расстоянии (H1), определяемом из соотношения:
H1=K1·(Твсп-Тзаб)(Lсм/T1 нагр,
где K1 - эмпирический коэффициент (К1=0,8-1);
Твсп - температура вспышки горючей смеси при давлении в скважине в интервале размещения, С
;
Тзаб - температура в скважине в интервале размещения горючей смеси, С;
Lсм - длина участка скважины, в котором размещена горючая смесь, м;
T1 нагр - температура поверхности нагревателя после его спуска в скважину в необходимую точку над горючей смесью, С;
электронагреватель, в активной фазе его работы, устанавливают в скважине над горючей смесью на расстоянии (Н2), определяемом из соотношения:
H2=К2·(Твсп-Тзаб)(lсм/T2 нагр,
где К2 - эмпирический коэффициент (К2=0,9-1);
Т2 нагр - максимальная температура на поверхности нагревателя, С;
скважину выше горючей смеси заполняют пеной, или в жидкость, заполняющую скважину выше горючей смеси, добавляют пенообразующие или пеностабилизирующие вещества для обеспечения термоизоляции скважины и регулирования соотношения пластового и забойного давления в скважине;
в скважине выше горючей смеси устанавливают пакер;
в скважине выше горючей смеси размещают вязкоупругую жидкость, выполнящую функцию пакера. Вязкоупругая жидкость может приготовлена на основании, например, полиакриламида;
отношение высоты загрузки горючей смеси в скважине к ее диаметру, заданному проходным сечением скважины, составляет 2,5-5,5, что обеспечивает повышение стабильности горения.
Сущность изобретения заключается в том, что данный способ термогазохимического воздействия на призабойную зону скважины предусматривает сочетание минимальных скоростей устойчивого горения применяемого горючего состава (20-40 мм/с), максимального времени горения (до нескольких минут и даже часов), большого количества выделяемых при горении газов (до 800-1000 л/кг смеси и более) и высокой теплоотдачи (300-500 ккал/кг смеси) в отличие от широко известных способов с другими сочетаниями режимов с кратковременными эффектами воздействия, когда время горения (детонации) не превышает, в основном, нескольких секунд.
При вышеотмеченных энергетических параметрах, характеризующих изобретение, в призабойной зоне пласта нарастает давление при выделение газофазных продуктов горения и тепла. В связи с тем, что горение задают в течение длительного времени и ориентируют его на максимальное газовыделение и достаточно высокую температуру, создаются условия, с постепенным ростом давления, вскрытия естественных вертикальных трещин. Эти трещины вскрываются при значительно меньшем давлении (в менее энергоемком режиме), чем горизонтальные трещины.
Отмечено, что вскрытие вертикальных трещин, обеспечивающих "оживление" продуктивного пласта по всей его толщине, наступает при давлениях, на 20-40% меньших, чем при классическом давлении разрыва с развитием горизонтальных трещин).
При медленно текущем процессе горения с большим объемом выделяющихся газов раскрываются все существующие естественные вертикальные трещины. С этим явлением объединяются все низкопроницаемые пропластки и локальности продуктивного пласта, обеспечивая свободное дренирование (фильтрацию) этого пласта по всей его толщине в процессе эксплуатации и собственно продуктивность скважины. При особенностях развития вертикальных трещин не требуется больших объемов рабочего тела, в отличие от горизонтальных трещин, имеющих сообщение с удаленными зонами пласта. Поэтому горизонтальные трещины являются всего лишь каналами поглощения рабочего тела (газа). Каждый раз эти трещины привычно вскрываются при любых повторных попытках воздействия, сводя на нет сам эффект воздействия.
В соответствии с изобретением удается обходиться без больших объемов рабочего тела, вскрывающего горизонтальные трещины и, как следствие, больших объемов горючей смеси за счет более производительного использования энергии. Появляется возможность предотвратить разрушение скважины, ее обсадной колонны и скважинного оборудования. Длительный (от нескольких минут до часов) прогрев и действие давления газов обеспечивает устойчивость дренирующих каналов.
Изобретение предотвращает неконтролируемый лавинообразный переход от одной, продуктивной фазы, работающей на увеличение фильтрации со вскрытием вертикальных трещин, к другой - непродуктивной фазе со вскрытием горизонтальных трещин. Оно создает условия задержки на первой фазе вскрытия вертикальных трещин.
Со вскрытием вертикальных трещин создают условия надежной очистки продуктивного пласта от смолопарафиновых отложений. Кроме этого при длительно действующем давлении в эти трещины проникают газообразные нагретые продукты с повышенной проникающей способностью, способствующие дополнительному термическому растрескиванию породы в зоне трещин по всей толщине продуктивного пласта. Газообразные продукты имеют возможность взаимодействия через густую сеть раскрытых и созданных трещин по всему продуктивному пласту с пластовым флюидом (например, нефтью) и снижения ее вязкости.
Для задержки процесса именно на фазе вскрытия вертикальных трещин удлиняют время газоприхода и изменяют характер газоприхода при горении смеси. Обеспечивают продолжительный во времени линейный или близкий к линейному закон выделения газов во временив, исключая его лавинообразность и быстрый переход к разрушительной фазе горизонтального трещинообразования.
Необходимые условия по способу создают выбором типа горючего и окислителя и соотношением их количества. Соотношение количества выбирают таким образом, чтобы обеспечить полное выгорание горючего с максимальным газовыделением. При этом необходимо, чтобы выделялись только газообразные продукты. Кислородный баланс для этого принимают, по меньшей мере, нулевым. Предпочтительнее иметь положительный кислородный баланс. Для обеспечения длительного устойчивого горения важно иметь необходимое отношение высоты загрузки горючей смеси в скважине к ее диаметру (диаметру скважины). Из практики это отношение задают в диапазоне 2,5-5,5.
Очень важным является то, что необходимый начальный характер течения реакции окисления задают нормированной передачей тепла горючей смеси. Уже на этом этапе задают необходимый характер течения реакции окисления, исключая ее лавинообразность (вспышку и детонацию). При этом было отмечено, что относительно невысокие, исключающие взрывы и вспышки скорости экзотермических реакций обеспечивают обычные скважинные нагреватели, если их располагать на “безопасном” удалении от горючих смесей. В то же время с помощью этих нагревателей можно обеспечить и необходимые термические условия протекания реакций с выделением больших объемов газов. Это и позволяет организовать термогазохимическое воздействие на призабойную зону с "мягкой" динамическое составляющей, растянутой во времени и обеспечивающей термогазовое вскрытие вертикальных трещин.
Скважинный нагреватель размещают на строго определенном расстоянии от поверхности ранее размещенной в скважине горючей смеси. При этом учитывают режим работы нагревателя. При активном режиме (фазе) работы нагревателя его размещают на одном расстоянии. При пассивном режиме (нагрев на поверхности) его размещают на другом расстоянии. В качестве резерва, обеспечивающего надежность способа, может быть предусмотрена пассивация реакции окисления, особенно на начальной стадии реакции окисления. На поверхности горючей смеси может быть размещен перманганат калия.
После термохимической обработки призабойной зоны создают условия для дополнительной обработки, например, растворами кислот и/или их смесями в различных сочетаниях.
В качестве горючей смеси может быть принята смесь углеродсодержащего и кислородосодержащего веществ. При этом в качестве кислородсодержащего вещества может быть принят нитрат аммония, например, марки "Б" (ГОСТ-2-8572).
Углеродсодержащими веществами могут быть уголь или сульфоуголь, или кокс, или графит, или нефть, или конденсат или их смесь в различных сочетаниях, а также органические (углеводородные) кислоты, например муравьиная (НСООН) или уксусная (СН3СООН), или их смеси.
Составы на основе нитрата аммония разлагаются при температуре 110-400С с образованием NО2, N2 и O2 и выделением теплоты до 40 ккал/моль.
Тип углеродсодержащих веществ задают из условий данной скважины. Например, состав нефти или конденсата определяет, какой процесс предпочтительнее: дегидрогенизация с выделением водорода или конденсация, или окисление с выделением СО2, уменьшающего плотность пластовой нефти.
Органическая кислота, например муравьиная, загруженная в скважину ранее нитрата аммония, под действием тепла разлагается с образованием окиси и двуокиси углерода (углекислого газа).
Таким образом, вещества, полученные в результате указанных реакций, вступают между собой, молекулами нефти и породами во взаимодействие с выделением большого количества тепла, кислорода, участвующего в реакциях с дополнительным выделением тепла, углекислого газа, понижающего вязкость нефти, а также и образованием других компонентов, способствующих выделению нефти. Например, азотной кислоты, мочевины, аммиака и других.
Нагревание чрезвычайно повышает эффективность кислотной обработки, в том числе и сильных кислот.
В созданную по данному способу сеть трещин можно закачивать раствор нитрата аммония и инициировать реакцию его окисления с асфальтосмолистыми веществами, закупоривающими фильтрационные каналы.
Способ осуществляют следующим образом.
Анализируют физико-механические свойства продуктивного пласта с привлечением по возможности керна с этого пласта из этой или близлежащих скважин. Привлекают геофизические данные по этому пласту, данные промысловых испытаний, практические или расчетные данные по градиентам давлений гидроразрыва по площади и данному пласту. Под конкретные физико-механические характеристики продуктивного пласта (предел прочности на разрыв, градиент давления гидроразрыва) подбирают горючее и окислитель (горючую смесь) с необходимыми характеристиками энерговыделения. При этом учитывают, что вскрытие вертикальных трещин требует энергии на 20-40% меньше, чем вскрытие горизонтальных трещин. На устье скважины готовят смесь горючего и окислителя в расчете на полное выгорание горючего с максимальным выделением газообразных продуктов и минимальной скоростью горения в течение такого времени, чтобы можно было обеспечить вскрытие естественных вертикальных трещин продуктивного пласта. Принимают такое горючее и окислитель и такое их отношение, чтобы обеспечить, по меньшей мере, нулевой кислородный баланс. В конкретном случае в качестве горючего принимают, например, размельченный древесный уголь, а в качестве окислителя - кристаллический нитрат аммония. Из условия обеспечения, по меньшей мере, нулевого кислородного баланса соотношение угля к нитрату аммония принимают (по весу), соответственно, например, как 3-7. На устье скважины принятые компоненты смешивают, например, в цементировочном агрегате. Для связки добавляют, например, небольшое количество нефти или конденсата. Вес смеси рассчитывают исходя из объема скважины от искусственного забоя до нижних отверстий перфорации и удельного веса смеси. В эксплуатационной колонне скважины, характеризуемой текущей низкой продуктивностью, размещают смесь горючего и окислителя - горючую смесь. Ее размещают на искусственный забой (мост). Определяют температуру смеси в скважине, например, с помощью датчиков температуры. Для снижения температуры начала реакции окисления сверху смеси может быть размещен перманганат калия в количестве не более 0,5% от общего объема смеси. Помещают в пространство скважины над горючей смесью, например, вязкоупругий состав. Затем на геофизическом кабеле или любой другой подвеске спускают скважинный нагреватель. Его устанавливают на определенном расстоянии от H1 или Н2 в зависимости от вида нагревателя и фазы его работы. Выдерживают скважину в течение нескольких часов до набора вязкоупругим составом структурной прочности, определяющей пакерующие свойства состава. Осуществляют инициирование реакции окисления горючего с помощью тепла от скважинного нагревателя. Выбранными характеристиками горючей смеси, соотношениями горючего и окислителя обеспечивают динамику газовыделения, характеризуемую линейной или близкой к линейной зависимостью изменения объема выделяемого при горении газа во времени, достаточными для вскрытия естественных вертикальных трещин продуктивного пласта.
Динамику газовыделения моделируют заранее модельными испытаниями с проверкой работы разных нагревателей в разных режимах и фазах их работы с различными условиями теплопередачи на разных расстояниях до горючей смеси и в условиях, максимально приближенных к скважинным. В реальных условиях динамику газовыделения контролируют, например, датчиками температуры и, при необходимости, регулируют, например, изменением фазы работы нагревателя (выключением на некоторое время электронагревателя или его перемещением на другое расстояние). После регулирования всего объема смеси, определяемого замером положения искусственного забоя и восстановлением температуры до исходной, определяют кривую восстановления давления, приемистость интервала и другие признаки гидродинамической связи с продуктивным пластом и, после ее восстановления, закачивают в призабойную зону смесь перенасыщенного раствора нитрата аммония и кислот, состав которых выбирают исходя из конкретных данных по кольматации дренирующих каналов продуктивного пласта. При карбонатном коллекторе применяют, например, соляную кислоту. При наличии глинистой составляющей в дренирующих каналах применяют, например, фтористоводородную либо грязевую кислоты. Проверяют результаты обработки и, при необходимости, в скважине повторно размещают горючую смесь и все операции повторяют до получения требуемого результата по продуктивности скважины.
Повторные операции при режиме обработки скважины по данному изобретению увеличивают эффект в отличие от режима со вскрытием горизонтальных трещин, когда повторные операции ведут лишь к перерасходу средств и времени.
Формула изобретения
1. Способ повышения продуктивности скважины, включающий размещение в скважине смеси горючего и окислителя, инициирование реакции окисления горючего с помощью тепла от скважинного нагревателя и поддерживание реакции окисления в режиме устойчивого горения смеси без ее детонации, при этом соотношение окислителя с горючим в смеси принимают из условия полного выгорания горючего с максимальным газовыделением, при нулевом, по меньшей мере, кислородном балансе и с динамикой газовыделения, характеризуемой линейной или близкой к линейной зависимостью изменения объема выделяемого при горении газа во времени, достаточными для вскрытия естественных вертикальных трещин продуктивного пласта.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после сжигания горючей смеси в продуктивный пласт нагнетают растворы кислот и/или их смеси.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что растворы кислот и/или их смеси нагнетают в продуктивный пласт под давлением раскрытия ранее вскрытых естественных вертикальных трещин.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве горючей смеси принимают смесь углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве горючего принимают уголь, или кокс, или графит, или нефть, или конденсат.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя принимают нитрат аммония.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве нагревателя принимают электронагреватель или нагреватель на горючей смеси, например, типа термитной.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагреватель разогревают на поверхности электрическим током или разжигают на термическом топливе, спускают в скважину и в пассивной фазе его работы, с учетом скорости остывания, устанавливают над горючей смесью на расстоянии (H1), определяемом из соотношения
H1=K1
(Твсп-Тзаб) Lсм/T1 нагр,
где K1 - эмпирический коэффициент (K1=0,8-1);
Твсп - температура вспышки горючей смеси при давлении в скважине в интервале размещения, С ;
Тзаб - температура в скважине в интервале размещения горючей смеси, С°;
Lcм - длина участка скважины, в котором размещена горючая смесь, м;
T1 нагр - температура поверхности нагревателя после его спуска в скважину в необходимую точку над горючей смесью, С .
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что электронагреватель, в активной фазе его работы, устанавливают в скважине над горючей смесью на расстоянии (Н2), определяемом из соотношения
Н2=К2(Твсп-Тзаб) Lсм/t2 нагр,
где К2 - эмпирический коэффициент (К2=0,9-1);
Т2 нагр - максимальная температура на поверхности нагревателя, С .
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину выше горючей смеси заполняют пеной или в жидкость, заполняющую скважину выше горючей смеси, добавляют пенообразующие или пеностабилизирующие вещества.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважине выше горючей смеси устанавливают пакер.
12. Способ по одному из пп.1-10, отличающийся тем, что в скважине выше горючей смеси размещают вязкоупругую жидкость.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение высоты загрузки горючей смеси в скважине к ее диаметру, заданному проходным сечением скважины, составляет 2,5-5,5.
MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 15.10.2008
Извещение опубликовано: 10.06.2010 БИ: 16/2010
PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Прежний патентообладатель:Закрытое акционерное общество "НТЦ ГЕОТЕХНОКИН"
(73) Патентообладатель:Открытое акционерное общество "ВНИПИвзрывгеофизика"
Договор № РД0068358 зарегистрирован 12.08.2010
Извещение опубликовано: 20.09.2010 БИ: 26/2010
