СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕЙ И БИТУМОВ
DEVELOPMENT METHOD OF DEPOSITS OF HIGH-VISCOSITY OILS OR BITUMENS

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, в частности к разработке залежей высоковязких нефтей и битумов путем электромагнитного и акустического воздействия на продуктивный пласт.
Известен способ разработки залежей высоковязких нефтей и битумов (Вахитов Г.Г., Симкин Э.М. Использование физических полей для извлечения нефти из пластов. М.: Недра, 1985, с.192-194.), включающий электромагнитное и акустическое воздействие на пласт через скважины.
Недостатками известного способа являются недостаточный охват пласта через вертикальные скважины электромагнитным и акустическим воздействием и невозможность одновременной добычи продукции из них.
Известен способ разработки залежей высоковязких нефтей и битумов (патент РФ №2085715, Е21В 43/24, опубл. Бюл. №21 от 27.07.1997 г.), включающий строительство скважин, прогрев электрическим током пласта посредством установленных в скважине электродов, причем предварительно разбуривают кустовым способом не менее трех скважин с вертикальными и горизонтальными участками стволов, направленными параллельно друг другу, при этом в крайние скважины устанавливают электроды, а в промежуточную электроцентробежный насос двустороннего действия, после прогрева пласта разогретую продукцию промежуточно расположенной скважины направляют в не охваченную электрическим полем часть пласта с последующей откачкой путем реверса насоса разогретой нефти на дневную поверхность.
Недостатком способа является то, что для добычи продукции из одной добывающей скважины с электропогружным насосом необходимо построить дополнительно две обслуживающие скважины для размещения электродов, что удорожает разработку месторождения. Кроме этого, необходимо применять насосы специальной конструкции для реверсирования продукции в скважине, которые будут работать в неблагоприятных горизонтальных условиях. Дебит таких скважин будет небольшим и для разработки всего месторождения потребуется большое количество дорогой насосной техники. Все это снижает эффективность разработки месторождения.
Известен способ разработки залежей высоковязких нефтей и битумов (патент РФ №2330950, Е21В 43/24, опубл. Бюл. №22 от 10.08.2008 г.) с применением технологии парогравитационного дренирования с закачкой в продуктивный пласт перегретого пара с высокой температурой, включающий строительство скважины с подземной емкостью, вскрытие пласта горизонтальными скважинами, устья которых обвязаны через дистанционно управляемые задвижки и коллекторы соответственно с наземным парогенератором и подземной емкостью, прогрев пласта, сбор продукции в подземной емкости и ее откачку на поверхность насосами.
Недостатком способа является то, что в пласт необходимо закачивать большие объемы перегретого пара, который со временем превращается в воду, обводняет откачиваемую продукцию и требует дополнительные затраты на ее дальнейшую подготовку. Для добычи одной тонны продукции необходимо закачать в пласт более двух тонн перегретого пара с температурой порядка 250-300°C. Для обеспечения этой технологии требуются высокопроизводительные парогенераторы, теплоизолированные теплотрассы, внутрискважинная арматура и т.п. Все эти большие затраты повышают себестоимость добычи нефти и снижают эффективность разработки залежей высоковязких нефтей и битумов.
Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности разработки залежей высоковязких нефтей и битумов.
Поставленная задача решается описываемым способом, включающим строительство вертикальной и горизонтальных скважин, прогрев пласта электрическим током посредством установленных в скважинах излучателей и откачку продукции на поверхность.
Новым является то, что прогрев пласта для приведения его продукции в текучее состояние осуществляют комбинированным воздействием электромагнитных и акустических полей, создаваемых излучателями, помещенными в горизонтальные скважины с возможностью периодического перемещения и соединенными через устьевые уплотнители и соответствующие линии передач внутри скважины с наземными генераторами высокочастотных и акустических колебаний, причем прогрев участков пласта начинают согласно принятой технологии добычи от устья горизонтальных скважин до забоя для попутного прогрева в последующем неохваченных полями участков пласта теплом протекающей продукции, оптимальную температуру которой достигают регулированием дебита дистанционно управляемыми задвижками, при этом продукция пласта в гравитационном режиме и под действием пластового давления поступает в подземную емкость, а насосы для откачки продукции помещают в дополнительную скважину, соединенную с наземной системой улавливания легких фракций и перфорированную в зоне подземной емкости.
Новым является также и то, что генераторы высокочастотных и акустических колебаний помещают в зоне пласта в скважине.
Новым является то, что на разрабатываемом месторождении строят скважины, охватывая всю его площадь, а расстояния между ними выбирают больше двойных длин горизонтальных скважин.
На фиг.1 приведена общая схема размещения оборудования в скважине (на заднем плане между коллекторами устья горизонтальных скважин и переключатели потока условно не показаны).
На фиг.2 - сечение А-А по фиг.1 (другие горизонтальные скважины не показаны).
Способ разработки залежей высоковязких нефтей и битумов (далее битумов) осуществляют следующим образом. На разрабатываемом месторождении строят герметичную скважину 1 (фиг.1) ниже подошвы 2 пласта 3 (диаметром 2-4 метров), закрывают ее на уровне подошвы 2 пласта 3 горизонтальной герметичной перегородкой 4, образуя емкость 5 для сбора продукции, связанную через дополнительную скважину 6 с наземной системой улавливания легких фракций (на фиг. не показана). Дополнительную скважину 6 перфорируют в зоне подземной емкости 5 и снабжают противопесочным фильтром 7. Скважина 1 может быть обсажена металлическими или неметаллическими (бетонными) кольцами. Сверху скважину закрывают герметичной камерой 8 с полом, в которой размещают рабочий лифт, высокочастотный и акустический генераторы, системы вентиляции, безопасности и другое необходимое оборудование (на фиг. не показаны). В зонах выше кровли 9 и ниже подошвы 2 пласта 3 проводят водоизоляционные работы. Вскрывают пласт 3 согласно проекту по периметру скважины 1 в виде лучей перфорированными горизонтальными скважинами 10 методом их вдавливания в пласт 3, например, гидродомкратом (на фиг. не показан). Длина вдавливания горизонтальных скважин 10 в пласт 3 должна быть максимальной по техническим возможностям применяемого для этого оборудования и может составлять 500 метров и более, а перфорируют их начиная с расстояния более 20 метров от скважины 1. Схему размещения и количество горизонтальных скважин в пласте определяют проектом с учетом его мощности и принятой технологии добычи. Их количество может быть 16 (фиг.2) и более в одном сечении и несколько рядов по высоте. Горизонтальные скважины 10 могут быть оснащены противопесочными фильтрами 11. В зависимости от применяемого для вдавливания оборудования горизонтальные скважины 10 могут быть как составными, так и сплошными, а их материал - металл или неметалл, способный работать в условиях пласта. В горизонтальные скважины 10 помещают комбинированные излучатели 12 электромагнитных и акустических колебаний с необходимыми техническими средствами, уплотняемыми на их устье 13 (фиг.1) уплотнителями 14. В зонах работы излучателей 12 рекомендуется применять керамические (неметаллические) перфорированные трубы. Сопряжения 15 выходных концов горизонтальных скважин 10 со стенкой скважины 1 герметизируют известными способами. Устья 13 горизонтальных скважин 10 внутри скважины 1 соединяют через дистанционно управляемые задвижки 16 с коллектором 17, сообщающимся через патрубок 18 с емкостью 5. При наличии нескольких рядов горизонтальных скважин 10 их коллекторы 17 соединяют трубой 19. В дополнительной скважине 6 размещают насос 20 (или насосы), способный откачивать продукцию с высокой вязкостью, температурой и механическими примесями. Дополнительная скважина 6 через задвижку 21 соединена с наземной системой улавливания легких фракций (не показана). Для откачки воды с нижней части емкости 5 можно установить другой насос (не показан). Устье 22 дополнительной скважины 6 закрывают съемной крышкой 23. Оборудование в скважине выполняют в модульном быстросборном и взрывозащищенном исполнении, снабжают датчиками и приборами безопасности, контроля и видеонаблюдения. Монтаж оборудования в скважине производят с использованием рабочего лифта. Рабочий персонал обеспечивают средствами индивидуальной защиты для работы в этих условиях.
Для снижения вязкости продукции пласта и приведения ее в текучее состояние его прогревают комбинированным воздействием высокочастотного электромагнитного и акустического поля. Согласно принятой технологии добычи в горизонтальные скважины 10 размещают комбинированные излучатели 12 расчетной мощности. Зону действия электромагнитного и акустического полей вокруг горизонтальных скважин 10 на пласт 3 определяют способом его создания, напряженностью и частотой электромагнитного поля, а также электрическими свойствами пласта. Кроме прогрева пласта, электромагнитное воздействие приводит к появлению дополнительных градиентов давления за счет силового взаимодействия электромагнитного поля с пластовой жидкостью. Прогрев пласта в условиях применения электромагнитного и акустического полей может быть на такие расстояния и при таких высоких мощностях скважинных излучателей, которые трудно достичь при применении других известных технологий.
Рассмотрим работу одной горизонтальной скважины 10. Предположим, что горизонтальная скважина 10 построена на длину 500 м (параметры для пояснения). Первоначально размещают излучатель 12 на расстоянии 100 м от устья скважины 10 и прогревают участок пласта 3 расчетное время. В это время задвижка 16 закрыта. В гравитационном режиме и под действием пластового давления продукция поступает в скважину 10, заполняя ее. Затем приоткрывают задвижку 16, и продукция начинает поступать через коллектор 17 и патрубок 18 в емкость 5. Далее передвигают излучатель 12 еще на 100 м и прогревают следующий участок и т.д., до его размещения на последнем участке в 500 м. Продукция, протекая от последнего участка к устью скважины 10, передает часть тепла в окружающую среду и прогревает ее. Этот процесс регулируют изменением дебита в зависимости от температуры продукции задвижкой 16. Остальные горизонтальные скважины 10 работают аналогично.
В емкости 5 нефть всплывает в воде вверх, механические примеси опадают вниз, а легкие фракции через дополнительную скважину 6 поступают в систему их улавливания, т.е. происходит первичная стадия подготовки продукции. Для ускорения этого процесса можно использовать известные методы и химические реагенты. После наполнения емкости 5 битумом его откачивают насосом 20 на поверхность. Возможны и другие варианты откачки продукции на поверхность.
Управление технологическими процессами осуществляет оператор с дневной поверхности. После полной выработки залежи съемное оборудование скважины 1 демонтируют, зону пласта 3 герметизируют, при необходимости ее промывают и используют для других целей или засыпают. Во всех случаях обеспечивают экологические требования.
На разрабатываемом месторождении битумов строят скважины 1, охватывая всю его площадь, а расстояния между ними выбирают больше двойных длин горизонтальных скважин 10.
Технико-экономическое преимущество предлагаемого способа разработки залежей высоковязких нефтей и битумов заключается в следующем. Способ позволяет охватывать комбинированным электромагнитным и акустическим полями значительную площадь пласта и эффективно прогревать, приводя его продукцию в текучее состояние. Коэффициент полезного действия технологии высокий. Совмещение электромагнитного и акустического полей приводит к существенному повышению температуры в различных точках пласта и увеличению дальности зоны теплового воздействия. При этом появляются дополнительные градиенты давления в пласте за счет силового взаимодействия поля с пластовой жидкостью. Скважина занимает на поверхности небольшой участок земли, устья горизонтальных скважин обвязаны компактно под землей и не требуют строительства дополнительных коммуникаций на поверхности. Сбор продукции в подземную емкость осуществляют через все горизонтальные скважины с излучателями без применения насосной техники, что уменьшает капитальные вложения на разработку месторождения. Все горизонтальные скважины работают на депрессии, не оказывают противодавления на пласт, являются добывающими, что повышает суммарный дебит скважины. Если в скважине построено 16 горизонтальных скважин, то ее суммарный дебит может быть более 320 тонн в сутки. Расчетным периодическим перемещением излучателей по горизонтальным скважинам от устья и до забоя, прогревая различные участки пласта, а также регулированием их сечений дистанционно управляемыми задвижками добиваются оптимальных температуры продукции и дебита каждой горизонтальной скважины и дополнительного прогрева протекающей продукцией не охваченных электромагнитным и акустическим полями участков пласта. Размещение генераторов высокочастотных и акустических колебаний в скважине в зоне пласта позволит сократить длину линий передач, связанные с этим потери электроэнергии и денежные затраты. В подземной емкости происходит первичная подготовка продукции - разделение на продукцию, воду, газ и механические примеси, что уменьшает затраты на дальнейшую ее подготовку на поверхности. Есть возможность углубить этот процесс применением известных химических реагентов и эффективных технологий. Продукцию откачивают на поверхность, как на обычных скважинах, с применением высокопроизводительных насосов, работающих в более благоприятных вертикальных условиях и обслуживаемых с поверхности с применением известных приемов и оборудования, что уменьшает эксплуатационные расходы. Управление технологическим процессом добычи осуществляют дистанционно с поверхности. Так как устья всех горизонтальных скважин обвязывают под землей внутри скважины, продукцию пласта собирают в герметичной подземной емкости, связанной через дополнительную герметичную скважину с наземной системой улавливания легких фракций, наиболее полно решаются вопросы экологии. При разработке месторождения скважинами с длиной горизонтальных скважин 700 м расстояния между ними может составить более 1500 м, что позволит оптимизировать отводимые под них сельскохозяйственные земли и связанные с этим затраты. После выработки запасов залежи битумов скважину можно использовать в качестве подземного резервуара для других целей (для хранения нефти, воды, удобрений, промышленных отходов и т.п.).
Таким образом, применение предлагаемого технического решения повышает эффективность разработки залежей высоковязких нефтей и битумов, снижает себестоимость их добычи.