Способ тепловой обработки призабойной зоны скважины
Владельцы патента RU 2266401:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет) (RU)
Изобретение относится к горному делу и может применяться для тепловой обработки продуктивного пласта высоковязкой нефти, восстановления гидравлической связи пласта со скважиной, увеличения нефтеотдачи пластов с высоковязкой нефтью и дебита скважин, а также возобновления эксплуатации нерентабельных скважин на нефть, природный газ, на пресные, минеральные и термальные воды. Обеспечивает увеличение удельной мощности скважинных электронагревателей за счет повышения температуры. Сущность изобретения: способ характеризуется тем, что верхнюю часть электродного нагревателя заполняют инертным газом под давлением. После размещения корпуса в призабойной зоне скважины воду нагревают до закритической температуры. При этом давление инертного газа определяют из аналитического выражения. Благодаря сжатию газа в корпусе поддерживают давление, необходимое для предотвращения закипания воды. Это обеспечивает повышение рабочей температуры нагревателя и его удельной мощности. 1 ил.
Изобретение относится к горному делу и может применяться для тепловой обработки продуктивного пласта высоковязкой нефти, восстановления гидравлической связи пласта со скважиной, увеличения нефтеотдачи пластов с высоковязкой нефтью и дебита скважин, а также возобновления эксплуатации нерентабельных скважин на нефть, природный газ, на пресные, минеральные и термальные воды.
Известен индукционный нагреватель, патент РФ №2010954, МПК Е 21 В 43/24, имеющий полый корпус, концентрический кожух, образующий с корпусом кольцевую полость с размещением в ней индукционных катушек. Однако нагреватель не предназначен для теплового воздействия на продуктивный пласт и служит для профилактики налипания асфальтосмолопарафиновых отложений на стенах компрессорной трубы.
Известен скважинный генератор теплоты, авторское свидетельство №381726, МПК Е 21 В 43/24, включающий коаксиальное расположение электродов, к которым подключается постоянный ток. Однако скважинный генератор тепла не позволяет передать большие мощности для теплового воздействия на призабойную зону продуктивного пласта.
Известен способ, описанный в патенте на электронагревательное устройство тепловой обработки призабойной зоны скважины, патент РФ №2169830, МПК Е 21 В 36/04, публ. 2001, взятый нами за прототип, включающее корпус нагревателя, силовой кабель питания, диски-электроды, установленные на токопроводе, размещенном по оси корпуса. Способ заключается в том, что часть корпуса нагревателя заполняют водой, затем корпус вакуумируют, герметизируют, размещают в скважине и пропускают ток через воду в корпусе нагревателя.
Недостатком этого способа является то, что рабочая температура ограничена критической точкой воды, выше которой вода закипает, и нагреватель прекращает производство тепла из-за потери водой электропроводности.
Задачей изобретения является увеличение удельной мощности скважинных электронагревателей за счет повышения температуры.
Задача решается тем, что в способе тепловой обработки призабойной зоны скважины, включающем заполнение части корпуса электродного нагревателя водой, его герметизацию, размещение в скважине и нагрев призабойной зоны скважины, согласно изобретению верхнюю часть корпуса заполняют инертным газом под начальным давлением р1, и после размещения корпуса в призабойной зоне скважины нагревают воду до рабочей закритической температуры T2, при этом давление p1 определяют из зависимости
,
где T2 - заданная рабочая закритическая температура воды (К),
р2 - рабочее давление внутри корпуса нагревателя, соответствующее температуре T2 (Па),
V2 - рабочий объем воды при давлении р2 и температуре T2 (м3),
T1 - начальная температура воды (К),
V1 - объем воды при давлении p1 и температуре T1 (м3),
V - объем корпуса нагревателя (м3).
Данное изобретение поясняется чертежом, где схематически изображен электронагреватель в разрезе.
Нагреватель состоит из корпуса 1, в котором можно выделить две зоны: газовая зона 2 и водяная зона 3. Ток протекает через центральный токовод 4, систему электродов 5, находящихся в водяной зоне 3, воду и корпус 1, являющийся вторым электродом.
Способ осуществляется следующим образом. Часть корпуса нагревателя 1 заполняют водой объемом V1, верхнюю часть корпуса 2 заполняют инертным газом под давлением р1 и герметизируют. В качестве инертного газа используют любой газ, обладающий низкой химической активностью по отношению к корпусу 2, например азот, аргон, воздух. Отсутствие химических реакций позволяет избежать изменения состава воды и разрушения корпуса 2. Электронагреватель опускают в скважину, пропускают ток через воду, что вызывает ее интенсивный нагрев. Воду нагревают до заданой рабочей закритической температуры T2. Тепло, выделяемое при протекании тока, вызывает расширение воды и соответствующее сжатие газа, что приводит к росту давления внутри корпуса электронагревателя до давления р2.
Зависимость объема воды от давления и температуры взята из ГСССД 98-86 «Вода. Удельный объем, энтальпия и энтропия при температурах 0...800°С и давлениях 0,001...100 МПа». Соотношения между параметрами газа устанавливаются законом Менделеева-Клайперона. Начальное давление инертного газа р1, до которого заполняют верхнюю часть корпуса, можно определить из выражения
,
где T2 - заданная рабочая закритическая температура воды (К),
р2 - рабочее давление внутри корпуса нагревателя, соответствующее температуре T2 (Па),
V2 - рабочий объем воды при давлении р2 и температуре T2 (м3),
T1 - начальная температура воды (К),
V1 - объем воды при давлении p1 и температуре T1 (м3),
V - объем корпуса нагревателя (м3).
Расчеты с использованием математической модели показывают, что, например, при значении начального давления p1=7 МПа и начального объема заполнения V1=0,4 V на протяжении теплового переходного процесса и при достижении закритической температуры 400°С вода, согласно ГСССД 98-86, не будет кипеть, при этом рабочее давление внутри корпуса нагревателя р2 будет равно 40 МПа.
Благодаря достижению более высокой температуры электродного нагревателя, а значит, и более высокого температурного напора, достигается возможность создания скважинных электродных нагревателей мощностью более 1 МВт при длине и диаметре корпуса нагревателя 6 м и 110 мм соответственно, что подтверждается моделированием.
Способ тепловой обработки призабойной зоны скважины, включающий заполнение части корпуса электродного нагревателя водой, его герметизацию, размещение в скважине и нагрев призабойной зоны скважины, отличающийся тем, что верхнюю часть корпуса заполняют инертным газом под начальным давлением р1 и после размещения корпуса в призабойной зоне скважины нагревают воду до рабочей закритической температуры Т2, при этом давление р1 определяют из зависимости:
где р2 - рабочее давление внутри корпуса нагревателя, соответствующее температуре Т2,Па;
Т1 - начальная температура воды, К;
V - объем корпуса нагревателя, м3;
V2 - рабочий объем воды при давлении р2 и температуре Т2 , м3;
V1 - объем воды при давлении p1 и температуре Т1 , м3.
