СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В СКВАЖИНЕ ДЛЯ ДОБЫЧИ ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫХ ЗАПАСОВ НЕФТИ
METHOD FOR OBTAINING SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE IN A WELL FOR EXTRACTION OF HARD-TO-RECOVERY OIL RESERVES

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности разработке нефтяных месторождений с применением диоксида углерода с улавливанием факельного (дымового) газа, образующегося в результате сжигания попутного газа на факельных установках.
Из уровня техники известны различные приемы и методы, используемые для добычи трудноизвлекаемых запасов нефти.
Известен способ добычи высоковязкой нефти, включающий закачку в нагнетательные скважины парогазовой смеси, получаемой путем смешения пара, вырабатываемого парогенераторной установкой с образующимися при этом дымовыми газами, причем смешение компонентов осуществляют в щелевом струйном компрессоре (Патент RU 2046933 С1, дата публикации 27.10.1995).
Недостатком аналога является необходимость создания высокого давления (до 16 МПа) и температуры (до 350°С) для получения пара парогенераторной установкой.
Известен способ добычи тяжелой нефти и битума из пласта за счет сжигания топлива в контуре рециркуляции дымовых газов для его модификации и насыщения различными газами, генерирования пара с целью закачки в пласт для вытеснения тяжелой нефти и битума (Патент US 7341102 В2, дата приоритета 28.04.2005, дата публикации 02.11.2006).
Недостатками известного технического решения является отсутствие возможности улавливания дымовых газов.
Известен способ извлечения нефти, для реализации которого использованы паровая система, система диоксида углерода и азота, содержащие один или несколько регуляторов давления пара, паровой термометр, датчик давления пара, расходомер пара, регулятор давления диоксида углерода, компрессор диоксида углерода, термометр диоксида углерода, датчик давления диоксида углерода, компрессор азота, регулятор давления азота, азотный термометр, датчик давления азота, трубы для закачки газа с клапанами, подключенные к скважине (Патент US 7644756 В2, дата приоритета 30.03.2007, дата публикации 01.12.2010).
Недостатком известного способа является отсутствие возможности улавливания дымовых газов и их переработки.
В качестве прототипа принят способ газоциклической закачки смеси жидкого диоксида углерода с попутным нефтяным газом при сверхкритических условиях в нефтедобывающую скважину, включающий закачку двух оторочек до и после закачки диоксида углерода в добывающую скважину при сверхкритических условиях с последующим периодом пропитки и инициированием добычи нефти из той же добывающей скважины, причем, при реализации газоциклической закачки производят закачку смеси диоксида углерода с попутным нефтяным газом при содержании диоксида углерода и попутного нефтяного газа в смеси 75-95% об. и 5-25% об. соответственно при сверхкритических условиях (Патент RU 2745489 С1, дата приоритета 12.10.2020, дата публикации 25.03.2021, прототип).
Недостатком прототипа является отсутствие возможности улавливания факельных (дымовых) газов, образующихся в результате сжигания попутного газа на факельных установках, а также невозможность управления тепловыми процессами внутри скважины для поддержания диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является получение сверхкритического диоксида углерода в скважине для добычи трудноизвлекаемых запасов нефти с обеспечением утилизации факельного (дымового) газа, образующегося в результате сжигания попутного газа на факельных установках.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен способ получения сверхкритического диоксида углерода в скважине для добычи трудноизвлекаемых запасов нефти, включающий закачку диоксида углерода в нефтедобывающую скважину, состоящую из обсадной колонны и колонны насосно-компрессорных труб. Новым является то, что на поверхности предварительно осуществляют процесс получения диоксида углерода на наземном оборудовании, при этом с факельной установки улавливают посредством газоперекачивающей установки факельный (дымовой) газ, подают факельный (дымовой) газ на установки электрогенерации и когенерации для преобразования потока факельных (дымовых) газов в электроэнергию и тепловую энергию, причем, полученные тепло и электроэнергию подают на установку, основанную на процессе Габера, на выходе из которой получают аммиак, диоксид углерода и воду, полученный диоксид углерода компримируют и нагревают до критической точки, через фонтанную арматуру закачивают диоксид углерода в колонну насосно-компрессорных труб с установленным в нижней части клапаном и с перекрывающей межтрубное пространство заглушкой, и под действием температуры горных пород и давления нагнетания доводят диоксид углерода до сверхкритического состояния внутри скважины, при достижении необходимых параметров упомянутый клапан открывается, полученный диоксид углерода закачивают в пласт.
В частном случае, согласно изобретению, на колонну насосно-компрессорных труб дополнительно устанавливают нагревательные элементы, которые используют при необходимости поддержания параметров сверхкритического состояния диоксида углерода.
В частном случае, согласно изобретению, в межтрубное пространство обсадной колонны и колонны насосно-компрессорных труб закачивают полученные аммиак и воду, а выделяющееся в результате абсорбции тепло используют для нагревания межтрубного пространства и насосно-компрессорных труб при необходимости поддержания параметров сверхкритического состояния диоксида углерода.
В частном случае, согласно изобретению, в межтрубное пространство обсадной колонны и колонны насосно-компрессорных труб закачивают полученные аммиак и воду, а выделяющееся в результате абсорбции тепло используют для снижения вязкости добываемой нефти (флюида) при переключении скважины на добычу нефти.
Абсорбция (поглощение) жидкого аммиака в воде сопровождается выделением теплоты (около 800 кДж/кг аммиака), при растворении в воде паров аммиака происходит выделение теплоты парообразования (приблизительно 1260 кДж/кг). В конце насосно-компрессорной трубы устанавливают клапан, открывающийся при достижении определенного значения давления и температуры (около 31,1 градусов по Цельсию и давлении около 7,38 МПа).
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлена технологическая схема реализации способа получения сверхкритического диоксида углерода в скважине для добычи трудноизвлекаемых запасов нефти.
На фиг. 2 изображен выносной элемент А на фиг. 1, где указана установка заглушки в межтрубном пространстве насосно-компрессорной трубы и обсадной колонны.
На чертежах приведены следующие обозначения:
1 - факельная установка;
2 - газоперекачивающая установка;
3 - электрогенератор;
4 - установка когенерации;
5 - установка производства аммиака, основанная на процессе Габера;
6 - емкость для хранения диоксида углерода;
7 - емкость для хранения аммиака;
8 - емкость для хранения воды;
9 - фонтанная арматура;
10 - обсадная колонна;
11 - колонна насосно-компрессорных труб;
12 - клапан;
13 - заглушка;
14 - нагревательные элементы.
Заявляемый способ реализуется следующим образом.
Одним из простейших способов утилизации попутного нефтяного газа является сжигание его на факельных установках 1, в результате которого образуются факельные (дымовые газы) (оксиды углерода (до 50%), оксиды серы (до 20%), оксиды азота (до 6-8%), углеводороды (5-20%) и другие). Образованные факельные (дымовые) газы с факельной установки 1 улавливают газоперекачивающими установками 2, например эжекторными установками или водокольцевыми компрессорами, в которых создается поток газа. Энергию потока факельного (дымового) газа преобразуют в электрическую энергию в электрогенераторах 3, например в газовых турбинах, а также в электрическую и тепловую - в установках когенерации 4. Причем, полученные электроэнергию и тепло подают в установку производства аммиака 5, основанную на процессе Габера, на выходе из которой получают аммиак, диоксид углерода и воду, которые направляют в соответствующие емкости 6, 7 и 8. Полученный диоксид углерода компримируют и нагревают до критической точки (31,1°С, 7,38 МПа), после чего через фонтанную арматуру 9 закачивают в колонну насосно-компрессорных труб 11 с клапаном 12 в нижней части, например клапаном с термочувствительным элементом или с эффектом памяти формы, и с перекрывающей межтрубное пространство заглушкой 13, например пакером. Под действием температуры пласта и породы, а также давления нагнетания доводят диоксид углерода до сверхкритического состояния. После достижения параметров сверхкритического состояния, равных указанным параметрам критической точки или превышающих данные значения, клапан 12 открывается, и полученный сверхкритический диоксид углерода закачивается в горный пласт для снижения вязкости и вытеснения нефти.
В случае недостижения условий параметров перехода диоксида углерода в сверхкритическое состояние, например температуры, включаются нагревательные элементы 14 или в межтрубное пространство обсадной и насосно-компрессорной колонн закачивают, например насосами, полученные аммиак и воду через фонтанную арматуру 9. В результате абсорбции (поглощения) жидкого аммиака в воде выделяется тепло для нагрева колонны насосно-компрессорных труб. Образованный в межтрубном пространстве гидрат аммония поднимают на поверхность, например насосами, и возвращают обратно в установку производства аммиака 5. Также скважину можно переключить на добычу нефти, и для снижения вязкости добываемой нефти (флюида), полученный аммиак с водой закачивают в межтрубное пространство.
Данный способ получения сверхкритического диоксида углерода в скважине для добычи трудноизвлекаемых запасов нефти позволит утилизировать факельные (дымовые газа), образующиеся в результате сжигания попутного газа на факельных установках, тем самым, улучшив экологическую обстановку.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в получении сверхкритического диоксида углерода в скважине для добычи трудноизвлекаемых запасов нефти с обеспечением утилизации дымового газа, образующегося в результате сжигания попутного газа на факельных установках.