СПОСОБ ДОБЫЧИ ПРИРОДНОГО БИТУМА
NATURAL BITUMEN PRODUCTION METHOD

Заявляемый способ относится к нефтяной промышленности, а именно к добыче природного битума или тяжелой вязкой нефти.
Известен способ добычи природного битума - паротепловой метод, основанный на гравитационном дренаже с применением пара [1]. Для осуществления этого способа бурятся две горизонтальные скважины с параллельными стволами. В верхний ствол закачивают пар, а из нижнего ствола добывают нагретый битум.
В процессе добычи используется следующий принцип. Нагнетаемый пар стремится в верхнюю часть пласта, прогревает битум, который под действием собственного веса опускается к нижнему стволу. Битум и горячий конденсат пара отбирается из нижней горизонтальной скважины.
Этот способ добычи имеет следующие недостатки.
Как показал отечественный опыт, расстояние между верхним и нижним стволами оптимально должно быть не более 5 метров. Однако даже при этом расстоянии на прогрев битума тратятся значительное время и энергия.
Продуктивные пласты с битумом, как правило, имеют неоднородное строение: переслаивание битума с водонасыщенными пропластками, представленными слабосцементированными песчаниками. Однако известный способ добычи битума не является регулируемым в зависимости от типа породы.
Кроме того, известный способ не является экономичным, так как много теплоносителя уходит за пределы эксплуатируемого участка.
Ближайшим техническим решением, принятым за прототип, является способ добычи природного битума с применением подземно-поверхностной технологии, включающий вытеснение битума из пласта теплоносителем через скважину, пробуренную с поверхности [2]. Для равномерного распределения пара по пласту к забоям поверхностных нагнетательных скважин бурятся специальные подземные парораспределительные скважины.
Бурение большого количества скважин для бурения битума таким способом ускоряет прогрев продуктивного пласта, но оно экономически оправдано только на тех объектах, где горизонтальные скважины уже существуют. При наличии же на месторождениях рыхлых песков скважины заваливаются ими, после чего их трудно восстановить.
3
3
При использовании описанного выше способа на Мордово-Кармальском месторождении Татарстана годовой расход парогаза составляет 4,4 млн.м, удельный расход которого составил 3,4 тыс.м/т битума, удельный расход пара составляет около 3,5 т/т. Способ оказался неэкономичным, так как обогрев проводится на большом пространстве, а битум не разогревается до текучего состояния.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности добычи битума из пласта за счет интенсификации гидравлического и теплового воздействия на него теплоносителем при снижении энергетических затрат.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе добычи природного битума путем вытеснения его из пласта проходимых горных пород теплоносителем в процессе бурения скважины с использованием колонны бурильных труб и колонны для подачи теплоносителя добыча осуществляется намывом теплоносителем природного битума с одновременным разрушением горных пород.
Способ добычи битума методом намыва отличается своей технологией в зависимости от свойств горной породы, в которой залегает природный битум (ПБ).
Заявляемый способ поясняется фиг.1-7.
При добыче из пласта, сложенного из рыхлого несцементированного ПБ, предлагается компоновка, изображенная на фиг.1. Она состоит из обсадной колонны 1, внутри которой размещена колонна бурильных труб 2 и колонна 3 для подачи теплоносителя. При расположении внутри колонны бурильных труб колонны для теплоносителя на конце последней устанавливается гидромониторная насадка 4.
Способ реализуется следующим образом. Сначала в скважине обеспечивается круговая циркуляция теплоносителя. Затем компоновка спускается к забою скважины и осуществляется одновременное вращение бурильной колонны 2 и колонны для теплоносителя 3. В качестве теплоносителя используется горячая вода или солевой раствор и создается круговая циркуляция. Благодаря потоку жидкости, вытекающей из гидромониторной насадки 4, рыхлый несцементированный ПБ на забое разрушается и вместе с теплоносителем транспортируется на поверхность.
При расположении ПБ близко к поверхности на небольшой глубине отпадает необходимость в постоянной подаче теплоносителя, вследствие чего колонна для подачи теплоносителя опускается к забою по мере технологической необходимости.
В этом случае предлагается компоновка, изображенная на фиг.2, включающая обсадную колонну 1, колонну бурильных труб 2 и колонну для теплоносителя 5, размещенную не внутри, а в кольцевом пространстве между бурильной и обсадной колонной.
При добыче из пласта, сложенного из рыхлого, с включением сцементированных отдельных частиц ПБ, применяется компоновка, показанная на фиг.3. Она состоит из обсадной колонны 1, колонны бурильных труб 2 и транспортной колонны 6. На нижнем конце бурильной колонны установлено эжекторное устройство, состоящее из корпуса 7 с кольцевой полостью 8. Корпус имеет наружные 9 и внутренние 10 радиальные отверстия, а также осевые отверстия 11 и 12, выполненные в виде насадок. Отверстие 12 служит для размыва частиц разбуренной породы, а отверстие 11 предназначено для создания эжекторного эффекта с целью подачи пульпы внутрь транспортной колонны 6.
Для разрушения забоя нижний торец корпуса 7 оснащен зубцами 13. Между бурильной колонной 2 и транспортной колонной 6 установлена пакерующая манжета 14.
Способ реализуется следующим образом. Сначала в скважине обеспечивается круговая циркуляция теплоносителя. Затем компоновка спускается до забоя и начинается вращение бурильной колонны. Теплоноситель с поверхности через кольцевое пространство, образованное колоннами 2 и 6, через отверстия 10 поступает в кольцевую полость 8 и далее в отверстия (насадки) 11 и 12. Отверстие 12 совместно с зубцами 13 обеспечивает размыв и разбуривание битумной пульпы, которая через отверстия 9 попадает в нижнюю часть транспортной колонны 6 и увлекается потоком теплоносителя на поверхность под воздействием струи, вытекающей из отверстия 11.
На фиг.4 представлена компоновка для добычи ПБ из пласта, сложенного из крупноразмерного песка и гальки. Устройство состоит из обсадной колонны 1, внутри которой располагаются колонна бурильных труб 2 и транспортная колонна 15. Между колоннами 2 и 15 в нижней части устанавливается кольцо 16 с размещенными по периферии несколькими гидромониторными насадками 4. В нижней части бурильной колонны 2 размещен раструб 17, торец которого выполнен в виде фрезы 13. Внутри колонны 15 монтируются штуцеры 18.
Способ реализуется следующим образом. Компоновка спускается в скважину, обеспечивается круговая циркуляция теплоносителя и начинается вращение бурильной колонны. ПБ, будучи разрушенным под воздействием гидромониторного эффекта и зубцов 13 на раструбе 17, направляется внутрь транспортной колонны 15. Раструб способствует захвату разрушенного ПБ. Теплоноситель направляется к забою, формируя сосредоточенный в жидкости крупноразмерный ПБ в равномерную пульпу, и затем по транспортной трубе 15 поднимается на поверхность. Необходимость применения гидромониторной системы с несколькими насадками определяется трудностью равномерной подачи ПБ с крупноразмерным песком и галькой в транспортную трубу без их скопления на входе и тем самым закупоривания колонны для транспортировки ПБ на поверхность. Благодаря штуцерам 18, установленным во внутренней трубе, происходит перемешивание крупных частиц с созданием равномерного потока пульпы с рассредоточенными частицами крупноразмерного песка, гальки и конгломератов ПБ. Данная компоновка особенно эффективна при эксплуатации горизонтальных скважин.
При добыче битума из пласта, скелет которого представлен плотными проницаемыми породами, применяется компоновка, изображенная на фиг.5. Она включает обсадную колонну 1, через которую проходят колонна бурильных труб 2 и колонна 5, предназначенная для подачи теплоносителя. Колонна 5 может быть размещена как внутри бурильной колонны 2, так и в кольцевом пространстве между бурильной и обсадной колоннами.
На конце колонны 5 установлена гидромониторная насадка 4, а на нижнем конце бурильной колонны 2 установлен электробур 20, полый выходной вал которого (не показан) соединен с насосом 21 и долотом 22.
Способ реализуется следующим образом. Компоновка спускается в скважину и обеспечивается круговая циркуляция теплоносителя. Через кабель, расположенный внутри бурильной колонны, подается напряжение к электробуру 20. Электробур с долотом 22 включаются в работу. Разрушаемая долотом порода с ПБ вместе с теплоносителем поступает в полый вал электробура и далее насосом 21 подается на поверхность по бурильной колонне 2.
При небольших глубинах расположения ПБ целесообразно применять технологическую схему с наружным расположением колонны для подачи теплоносителя, при этом во время закачивания теплоносителя может быть осуществлен подъем колонны из скважины. Такая необходимость возникает в связи с осложнениями в скважине в виде затяжек компоновки при спускоподъемных операциях и т.п.
Особенность данной компоновки, изображенной на фиг.6, состоит в том, что колонна 5 для подачи теплоносителя к забою размещена не внутри бурильной колонны, а в кольцевом пространстве между обсадной колонной 1 и колонной бурильных труб 2, а также в установке дополнительного насоса 23 и подогревателя 24 движущейся пульпы, расположенных в вертикальной части ствола скважины.
Принцип работы данной компоновки аналогичен описанному выше и представленному на фиг.5.
На фиг.7 представлена схема добычи ПБ из битуминозного пласта большой мощности с помощью многозабойных скважин с разветвлениями от основных обсаженных стволов в виде многочисленных открытых стволов меньшего диаметра. В таких случаях бурение основного ствола на всю мощность пласта ведется одновременно со спуском обсадной колонны, что по окончании бурения дает возможность, не поднимая ее, провести крепление и затем вести боковые стволы через вырезанные в ней окна, используя основной ствол для притока ПБ со всей системы разветвленных открытых стволов.
Пласты с ПБ на большинстве месторождений имеют большую мощность. Эффективная добыча достигается, если на протяжении мощности битумного пласта бурят дополнительные ярусы в виде горизонтальных стволов. Благодаря этому создается система интенсивного притока ПБ из них к центральному стволу, из которого ПБ поднимается на поверхность посредством тепловых или насосных методов эксплуатации.
Источники информации, принятые во внимание
1. Шандрыгин А.Н., Нухаев М.Т., Тертычный В.В. Разработка залежей тяжелой нефти и природного битума методом парогравитационного дренажа. Нефтяное хозяйство, №6, 2006, с.94.
2. Табаков В.П., Гуров Е.И. Термошахтный метод разработки нефтяных и битумных залежей. Нефтяное хозяйство, №3, 1993, с.43 (прототип).