Способ разработки битумных месторождений изометрической формы



Способ разработки битумных месторождений изометрической формы

 


Владельцы патента RU 2524705:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Альметьевский государственный нефтяной институт" (RU)

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - увеличение извлекаемых запасов за счет стабилизации теплового воздействия на пласт, возможности контроля за распределением теплоносителя в пласте и под пластом, а также за счет увеличения охвата пласта тепловым воздействием. Способ разработки битумных месторождений изометрической формы включает бурение теплонагнетательных скважин, закачку теплоносителя в пласт, бурение дренажной скважины, обезвоживание пласта и отбор продукции из пласта, причем при разработке месторождений изометрической формы бурят теплонагнетательные скважины кольцевого профиля, при этом тепломассоперенос осуществляется за счет вынужденной конвекции из теплонагнетательной скважины, а отбор продукции из пласта осуществляют через вертикальные дренажно-добычные скважины путем поршневого вытеснения битума и высоковязкой нефти перегретым паром высокого давления от периферии залежи к вертикальной дренажно-добычной скважине, а плотность потока определяют по формуле: Р=h(Tf-Ts), где Р - поток тепла через единицу площади или объема раздела фаз; h - коэффициент теплоотдачи; Tf - температура течения жидкости; Ts - температура твердой фазы, при этом радиус прогрева определяют по формуле: r = Q п C п τ π h i , где Qп - объемный расход нагнетаемого в пласт пара, м3/ч; Сп - скрытая удельная теплота парообразования при давлении нагнетания, кДж/кг; τ - время, ч; h - толщина продуктивного пласта, м; i - удельное теплосодержание пласта в зоне пара при расчетном давлении, кДж/кг. 1 пр., 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к разработке и освоению битумных месторождений путем теплового воздействия на пласт, и касается способов добычи тяжелой высоковязкой нефти и природных битумов.

Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.

Освоение альтернативных источников углеводородного сырья, среди которых в качестве наиболее перспективных рассматриваются месторождения с трудноизвлекаемыми запасами и природными битумами, является одной из важнейших задач топливно-энергетической отрасли.

Подавляющее число осуществляемых проектов разработки месторождений тяжелой нефти и природных битумов связано с термическими методами воздействия на пласт.

Одним из перспективных направлений развития термических методов добычи природных битумов является совершенствование скважинного теплового метода. Подогрев тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов - надежный и почти единственный, практически применяемый способ снижения вязкости до восстановления их текучести.

Известен способ добычи вязкой нефти или битума из пласта (см. а.с. СССР №834339, кл. Е21В 43/24, опубл. БИ №20 за 1981 г.), включающий нагрев пласта путем закачки в него теплоносителя и газа, при этом до последующего нагрева пласта газ закачивают периодически.

Способ позволяет частично снизить энергетические затраты.

Недостатком способа является низкая эффективность извлечения битума и отсутствие объективного контроля за процессом его вытеснения. Кроме того, способ является сложным и трудоемким в исполнении.

Относительно близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ разработки трещиноватого нефтяного пласта (см. патент RU №2145664, кл. Е21В 43/24, опубл. БИ №5 за 2000 г.), включающий проходку горной выработки ниже нефтяного пласта, бурение из нее пологовосстающих нагнетательных и добывающих скважин по нефтяному пласту, закачку в них пара и отбор нефти.

Однако эффективность вытеснения остается низкой из-за того, что процесс распределения теплоносителя в пласте является неконтролируемым, а осуществление способа требует больших материальных и энергетических затрат. Способ отличается сложностью и трудоемкостью при использовании, при этом основным недостатком данного способа является невозможность его применения для залежей изометрической формы.

Наиболее близкими техническими решениями, принятыми нами в качестве прототипов, являются способы разработки битумного месторождения (см. патент RU №2225942, кл. Е21В 43/24, опубл. 20.03.2004 г. и патент RU №2307926, кл. Е21В 43/24, опубл. 10.10.2007 г.).

Способы разработаны для освоения битумных залежей тепловыми скважинными методами для вытянутой морфогенетической формы залежи. Разогрев пласта осуществляется с помощью горизонтальной синусоидальной скважины по предварительно осушенному пласту. Осушение пласта от напорных подземных вод как технологическая операция всей технологии разработки битумных залежей предложена впервые в мире. Такая операция позволит существенно уменьшить затраты теплоносителя, увеличить скорость и площадь нагрева пласта.

Недостатком способов является то, что разогреву подвергаются недостаточно большие площади пласта и объем разогреваемых участков пласта. Данная технология малоприменима для залежей изометрической формы.

Задачей изобретения является создание способа эффективного вытеснения битума и увеличения, тем самым, извлекаемых запасов за счет стабилизации теплового воздействия на пласт, возможности контроля за распределением теплоносителя в пласте и под пластом, а также за счет увеличения охвата пласта тепловым воздействием.

Поставленная задача достигается описываемым способом разработки битумных месторождений изометрической формы.

В предлагаемой заявке разработана теплофизическая модель тепломассопереноса в предварительно осушенном битумном пласте, что позволяет численно определить радиус и скорость разогрева битума морфогенетических типов битумных залежей изометрической формы.

Способ представляет собой законченную технологию бурения теплонагнетательных скважин кольцевого профиля и бурения вертикальной дренажно-добычной скважины. Эти объекты являются технико-технологическом обеспечением всей технологии освоения, где теплонагнетательная скважина кольцевого профиля является основой предлагаемого изобретения. Технология строительства теплонагнетательной скважины кольцевого профиля является самостоятельным патентносодержательным объектом.

Способ разработки битумных месторождений изометрической формы поясняется чертежом на фигуре 1, где:

- S-1 - длинная стрелка - вектор теплового потока (вынужденная конвекция);

- короткая стрелка - вектор поршневого вытеснения;

- S-2 - направление рассеяния теплового потока.

Теплофизическая модель освоения состоит из двух разных процессов.

1. Тепломассоперенос за счет вынужденной конвекции из теплонагнетательной скважины кольцевого профиля.

2. Поршневое вытеснение битума и высоковязкой нефти перегретым паром высокого давления от периферии залежи к вертикальной дренажно-добычной скважине.

Кольцевой профиль теплонагнетательной скважины позволяет увеличить скорость продвижения теплоносителя и снижение величины теплопотерь ориентировочно до 60% за счет встречных теплопотоков внутри кольца (см. фиг.1. S-1, S-2).

При таком распределении теплопотоков плотность потока определяется по формуле:

P=h(Tf-Ts)

где:

- Р - поток тепла через единицу площади или объема раздела фаз;

- h - коэффициент теплоотдачи;

- Tf - температура течения жидкости;

- Ts - температура твердой фазы.

Тепловой поток стремится к центру круга и вертикальной дренажно-добычной скважине. С продвижением теплового потока к центру он стремится к увеличению плотности, поскольку h - коэффициент теплоотдачи по всей площади круга существенно не меняется. Разность (Tf-Ts) стремится к увеличению, следовательно к увеличению плотности теплового потока, что прямо пропорционально уменьшению радиусу круга и длины дуги каждого сектора. Вертикальной дисперсией теплопотерь можно пренебречь, поскольку деформация теплового потока идет по напластованию песчаника, т.е. горизонтально, и градиент температур существенно больше вертикального. Кроме того, в кровле битумного пласта залегают глины с самыми малыми величинами теплопроводности, которые являются экраном тепловому, частично отражающему фронту, что, в конечном счете, увеличивает скорость прогрева пласта.

Время, необходимое для закачки в пласт расчетного объема пара, определяется радиусом прогрева, давлением нагнетателя и физическими параметрами пласта.

Ориентировочно радиус прогрева можно определить по формуле (потерями теплоты в кровле пласта можно пренебречь):

r = Q п C п τ π h i

где:

- Qп - объемный расход нагнетаемого в пласт пара, м3/ч;

- Сп - скрытая удельная теплота парообразования при давлении нагнетания, кДж/кг;

- τ - время, ч;

- h - толщина продуктивного пласта, м;

- i - удельное теплосодержание пласта в зоне пара при расчетном давлении, кДж/кг.

При изотермическом вытеснении нефти или битума паром влияние температуры на движение фронта теплообмена заключается:

- в предельном снижении вязкости и изменении подвижности битума и конденсированной воды с возможно минимальными затратами тепла;

- в тепловом расширении коллектора и заполняющей его жидкости;

- в изменении остаточной битумонасыщенности и относительной проницаемости.

При вытеснении нефти водяным паром он стремится к продвижению в верхних областях пласта. Область, занятая паром, расширяется, оставляя внутри пласта малое количество нефти - битума. Такой процесс иногда называется «паровым поршнем». (Бурже Ж., Сурио П., Камбану М. «Термические методы повышения нефтеотдачи пластов», 1999 г.).

Пример конкретного выполнения предлагаемого способа.

Технология строительства добычного элемента.

В центре круга строится скважина двойного назначения (вертикальная дренажно-добычная) в одной обсадной колонне.

Дренажная цель. Установлено, что теплопроводность пластовой воды на порядок больше, чем у битума. При откачке водобитумной смеси вода (t-7-8 град. Цельсия) подходила к скважине на порядок быстрее, чем вязкий битум, поэтому пласт охлаждался за 25-30 часов. Бурение вертикальной дренажно-добычной скважины с последующим обезвоживанием пласта и созданием воронки депрессии радиусом, равным или более радиусу изометрической залежи, позволит разогреть битумный пласт с наибольшей скоростью и с наименьшими теплозатратами. Станет возможным применить для уменьшения адгезии битума и минералов коллектора нанотехнологий, что невозможно сделать в присутствии напорных вод.

Способ представляет собой законченную технологическую разработку по освоению залежей природного битума и высоковязкой нефти изометрической формы и состоит из следующих этапов:

1) Бурение теплонагнетательной скважины кольцевого профиля или нескольких кольцевых скважин.

2) Строительство в центре кольца вертикальной дренажно-добычной скважины (в одной обсадной колонне). Осушение битумной залежи ниже подошвы битумного пласта путем создания депрессионной воронки необходимого размера и площади.

3) Нагнетание теплоносителя и разогрев внутрикольцевого пространства битумной залежи изометрической формы.

4) Добыча разогретого битума из вертикальной дренажно-добычной скважины.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа разработки битумных месторождений изометрической формы определяется главным образом увеличением площади охвата продуктивного пласта, существенным снижением энергозатрат, уменьшением тепловых потерь (более чем на 60%), увеличением скорости продвижения теплоносителя, существенным уменьшением затрат на обезвоживание добытого сырья и увеличением извлекаемых запасов.

Способ разработки битумных месторождений изометрической формы, включающий бурение теплонагнетательных скважин, закачку теплоносителя в пласт, бурение дренажной скважины, обезвоживание пласта и отбор продукции из пласта, отличающийся тем, что при разработке месторождений изометрической формы бурят теплонагнетательные скважины кольцевого профиля, при этом тепломассоперенос осуществляется за счет вынужденной конвекции из теплонагнетательной скважины, а отбор продукции из пласта осуществляют через вертикальные дренажно-добычные скважины путем поршневого вытеснения битума и высоковязкой нефти перегретым паром высокого давления от периферии залежи к вертикальной дренажно-добычной скважине, а плотность потока определяют по формуле:
P=h(Tf-Ts),
где
Р - поток тепла через единицу площади или объема раздела фаз;
h - коэффициент теплоотдачи;
Tf - температура течения жидкости;
Ts - температура твердой фазы,
причем радиус прогрева определяют по формуле:
,
где
Qп - объемный расход нагнетаемого в пласт пара, м3/ч;
Сп - скрытая удельная теплота парообразования при давлении нагнетания, кДж/кг;
τ - время, ч;
h - толщина продуктивного пласта, м;
i - удельное теплосодержание пласта в зоне пара при расчетном давлении, кДж/кг.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве скважины. При строительстве горизонтальной нефтедобывающей скважины ведут бурение вертикального ствола через горные породы, в том числе через неустойчивые глинистые породы с входом в продуктивный пласт, спуск эксплуатационной колонны до продуктивного пласта, цементирование заколонного пространства и бурение горизонтального ствола из эксплуатационной колонны.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве многозабойной скважины. При строительстве многозабойной скважины выполняют бурение стволов в продуктивные пласты и освоение скважины.

Предложенное изобретение относится к области бурения направленных скважин, в частности к методам управления направлением бурения скважин. Техническим результатом является повышение точности управления траекторией бурения и выравнивания одной скважины относительно другой скважины.

Изобретение относится к нефтяной промышленности. Технический результат - повышение нефтеотдачи, увеличение охвата пласта воздействием за счет равномерного распространения зоны прогрева пласта.

Изобретение относится к нефтяной промышленности. Технический результат - повышение коэффициента нефтеизвлечения продуктивного пласта и снижение скорости обводнения продукции добывающих скважин при разработке залежей вязкой нефти или битума массивного или структурно-литологического типов.

Изобретение относится к разработке месторождений преимущественно с низким пластовым давлением и высоковязкой нефтью. Технический результат - повышение нефтеотдачи месторождения и эффективности его эксплуатации за счет увеличения охвата пласта воздействием и притока из него в скважину.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке залежей высоковязкой нефти или битумов. Технический результат - повышение нефтеотдачи, увеличение охвата пласта агентом воздействия с одновременным снижением затрат.

Изобретение относится к нефтяной промышленности. Технический результат - повышение нефтеотдачи пласта, увеличение охвата пласта агентом воздействия за счет увеличения зоны прогрева пласта.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способу строительства и эксплуатации многоствольных скважин. Включает бурение основного ствола и дополнительных боковых стволов, вскрывающих другие пласты или разные участки одного и того же пласта.

Изобретение относится к разработке нефтяных месторождений. .

Группа изобретений относится к области добычи углеводородов водорода и/или других аналогичных продуктов. В частности, изобретения относятся к системам и способам, при которых для обработки различных подземных пластов, содержащих углеводороды, используют источники тепла.

Группа изобретений относится к разработке месторождений с помощью пара. Технический результат - создание зоны стабилизации горения, возможность управления формой пламени, более полное сгорание текучих сред, регулирование эмиссии.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Технический результат - повышение эффективности добычи высоковязкой нефти.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к термическим способам добычи высоковязкой нефти и/или битума при наличии водонефтяных зон или водонефтяного контакта.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к термошахтным способам разработки месторождений высоковязких нефтей и природных битумов.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, преимущественно к добыче вязкой и сверхвязкой нефти, а также может быть использовано для интенсификации добычи нефти, осложненной вязкими составляющими и отложениями.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при разработке мощных пластов с высоковязкими нефтями. Обеспечивает повышение нефтеотдачи в мощных неоднородных пластах с высоковязкими нефтями.

Изобретение относится к системам и способам для обработки подземного пласта. Система термической обработки in situ для добычи углеводородов из подземного пласта, содержит саморегулирующийся ядерный реактор; систему труб, по меньшей мере, частично расположенную в активной зоне саморегулирующегося ядерного реактора, с первым теплоносителем, циркулирующим через систему труб и теплообменник.

Группа изобретений относится к способам и системам, предназначенным для добычи углеводородов, водорода и/или других продуктов из различных подземных пластов. Система тепловой обработки внутри пласта для добычи углеводородов из подземного пласта содержит саморегулирующийся ядерный реактор, трубопровод, по меньшей мере, частично расположенный в активной зоне саморегулирующегося ядерного реактора, с первой теплообменной средой, циркулирующей через трубопровод, и теплообменник, через который проходит указанная первая теплообменная среда и нагревает вторую теплообменную среду.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для разработки месторождений. Обеспечивает наиболее полное извлечение из месторождений высоковязких и других нефтей, битумов, сланцевых нефтей, газоконденсатов, сланцевых и природных газов, а также для газификации углей и разработки других полезных ископаемых.

Изобретение относится к нефтяной и газодобывающей промышленности. Технический результат - повышение эффективности обработки и безопасности процесса. Термогазохимический состав для обработки призабойной и удаленной зоны продуктивного пласта получают последовательной закачкой в скважину горюче-окислительного состава ГОС и инициатора реакции. Горюче-окислительный бинарный состав стабильный БСС содержит, мас.%: аммиачную селитру 15-50, нитрит натрия 15-40, стабилизатор 0-2, эмульгатор 0,1-2, нефть 10-25, воду остальное. Инициатор реакции для БСС представляет собой 15-37%-ный раствор неорганической кислоты. Горюче-окислительный бинарный состав вязкий БСВ содержит, мас.%: аммиачную селитру 15-50, нитрит натрия 15-40, стабилизатор 0-2, загуститель 0,1-0,5, воду остальное. Инициатор реакции для БСВ представляет собой 15-100%-ный раствор или эмульсию органической кислоты в углеводородной среде. Способ обработки призабойной и удаленной зоны продуктивного пласта эксплуатационных скважин включает закачку в пласт ГОС, закачку в пласт буферной жидкости, закачку в пласт инициатора реакции, соответствующего закаченному ГОС, закачку продавочной жидкости. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр., 2 ил.
Наверх