СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖИ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ И БИТУМОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВОГО ВЫТЕСНЕНИЯ ПРОДУКЦИИ ИЗ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН
DEVELOPMENT METHOD OF HIGH-VISCOSITY OIL DEPOSIT AND BITUMENS, AND DEVICE FOR HEAT DISPLACEMENT OF PRODUCT FROM HORIZONTAL WELLS

Изобретение относится к разработке нефтяных месторождений с применением тепла, преимущественно из коллекторов с тяжелой, высоковязкой или битумной нефтью.
Известен «Способ разработки месторождения тяжелой нефти или битума с использованием двухустьевых горизонтальных скважин» (патент РФ №2340768, МПК 8 Е21В 43/24, опубл. в бюл. №32 от 10.12.2008 г.), включающий закачку теплоносителя через двухустьевую горизонтальную нагнетательную скважину, прогрев продуктивного пласта с созданием паровой камеры и отбор продукции через двухустьевую горизонтальную добывающую скважину, отличающийся тем, что прогрев продуктивного пласта начинают с закачки пара в обе скважины, разогревают межскважинную зону пласта, снижают вязкость нефти или битума, а паровую камеру создают закачкой теплоносителя с возможностью пробивания последнего к верхней части продуктивного пласта и увеличения размеров паровой камеры в процессе отбора продукции, при котором снимают термограммы паровой камеры, анализируют состояние ее прогрева на равномерность прогрева и наличие температурных пиков, и с учетом полученных термограмм осуществляют равномерный прогрев паровой камеры путем смены направления фильтрации и/или режимов закачки теплоносителя и отбора продукции, при этом объем закачки теплоносителя через устья нагнетательной скважины и/или отбор продукции через устья добывающей скважины изменяют в соотношении, %: (10-90):(90-10).
Известно также устройство для осуществления данного способа, включающее двухустьевые верхнюю нагнетательную и нижнюю добывающую скважины с горизонтальными участками, расположенными друг над другом, причем нагнетательная скважина на устье оборудована парогенератором, а добывающая - снабжена погружным насосом, при этом обе скважины по всей длине снабжены кабелем с термодатчиками.
Недостатками данного способа и устройства, с помощью которого осуществляется данный способ, являются:
- во-первых, большие финансовые затраты на строительство двухустьевой скважины (стоимость строительства двухустьевой скважины в три раза дороже в сравнении с одноустьевой скважиной);
- во-вторых, большие материальные затраты, связанные с тем, что термодатчики на кабеле размещены по всей длине стволов двухустьевых скважин;
- в-третьих, для эффективного осуществления данного способа необходимо изменять объемы закачки и отбора, при этом объем закачки теплоносителя через устья нагнетательной скважины и/или отбор продукции через устья добывающей скважины изменяют в соотношении, %: (10-90):(90-10).
Наиболее близким по технической сущности является «Способ теплового вытеснения нефти из горизонтальной скважины» (патент RU №2067168, Е21В 43/24, опубл. 27.09.1996), заключающийся в том, что в пробуренную скважину устанавливают перфорированную обсадную колонну, цементируют затрубное пространство до горизонтального ствола, устанавливают в обсадную колонну насосно-компрессорные трубы, центрируют их в обсадной колонне с помощью пакера, по насосно-компрессорным трубам подают теплоноситель, а продукт транспортируют по кольцевому межтрубному пространству, отличающийся тем, что перфорацию обсадной колонны осуществляют по кольцевым образующим в оконечной части за пакером и в начале горизонтального участка непосредственно за зацементированным затрубным пространством, теплоноситель подают в оконечную часть обсадной колонны за пакер, а продукт отбирают через перфорацию обсадной колонны в начале горизонтального участка.
Данный способ осуществляется устройством для теплового вытеснения продукции горизонтальной скважины, включающим спущенные в горизонтальную скважину, которая зацементирована до горизонтального участка, насосно-компрессорные трубы (НКТ), пакер, центрирующий изолирующий затрубное пространство НКТ в горизонтальном участке.
Недостатками данного способа и устройства для его осуществления являются:
- во-первых, небольшая площадь прогрева продуктивного пласта, связанная с конструкцией горизонтальной скважины, и низкая эффективность прогрева, связанная с тем, что в большей степени прогревается только приствольная часть горизонтального участка;
- во-вторых, согласно конструкции устройства разогретая высоковязкая нефть или битум поднимаются по межтрубному пространству, откуда технологически затруднена откачка нефти, кроме того, скорость подъема разогретой нефти по межтрубному пространству гораздо ниже, чем по внутреннему пространству колонны НКТ, а это особенно важно, поскольку при подъеме происходит остывание разогретой высоковязкой нефти и битума.
Задачей изобретения является создание способа разработки залежи высоковязкой нефти или битума, позволяющего увеличить площадь охвата прогревом залежи и эффективности ее прогревания, а также создание устройства, позволяющего одновременно с закачкой теплоносителя, производить отбор разогретой высоковязкой нефти или битума по внутреннему пространству колонны НКТ с помощью насоса.
Поставленная задача решается способом разработки залежи высоковязкой нефти и битумов, включающим бурение скважины с горизонтальным стволом, спуск в скважину обсадной колонны с перфорированным участком в горизонтальном стволе, цементаж затрубного пространства до горизонтального ствола, установку в обсадной колонне насосно-компрессорных труб (НКТ), центрирование их с изоляцией затрубного пространства пакером в горизонтальном стволе, закачку теплоносителя через оконечную часть обсадной колонны, а отбор через перфорацию обсадной колонны в начале горизонтального участка.
Новым является то, что горизонтальный ствол бурят в виде двух параллельных начального и конечного участков, соединенных дугообразным участком, перед спуском НКТ в обсадную колонну спускают эксплуатационную колонну с выходными каналами, размещаемыми в конечном участке горизонтального ствола, входными каналами, размещаемыми в начальном участке горизонтального ствола, наружным пакером, размещенным между входными и выходными каналами изолирующим пространство между обсадной и эксплуатационной колоннами, и дополнительным пакером, изолирующим скважинное пространство выше горизонтального ствола, а после спуска НКТ, сообщенными с выходными каналами и предварительно оснащаемыми расположенными ближе к забою от сообщения с выходными каналами перегородкой и перепускным клапаном, пакер устанавливают между эксплуатационной колонной и НКТ и располагают между входными и выходными каналами эксплуатационной колонны, причем закачку теплоносителя осуществляют по межтрубному пространству между эксплуатационной колонной и НКТ через перепускной клапан, а отбор продукции - по НКТ.
Новым является также устройство для теплового вытеснения продукции из горизонтальных скважин, включающее спущенные в скважину с горизонтальным стволом, которая зацементирована до горизонтального ствола, насосно-компрессорные трубы (НКТ), пакер, центрирующий и изолирующий затрубное пространство НКТ в горизонтальном стволе.
Новым является то, что скважину, выполненную в виде двух параллельных начального и конечного участков, соединенных дугообразным участком, дополнительно оснащают эксплуатационной колонной, размещенной снаружи НКТ, с выходными каналами на конечном участке горизонтального ствола и входными - на начальном участке горизонтального ствола, а пакер установлен между эксплуатационной колонной и НКТ на дугообразном участке горизонтального ствола, причем эксплуатационная колонна снаружи между входными и выходными каналами оснащена наружным пакером, выполненным надувным и сообщенным с внутренним пространством эксплуатационной колонны со стороны устья от пакера, и дополнительным пакером, изолирующим скважинное пространство выше горизонтального ствола, причем входные каналы эксплуатационной колонны перепускными каналами сообщены с НКТ, а выходные - с межтрубным пространством через перепускной клапан, расположенный ближе к забою относительно перепускных каналов и состоящий из корпуса с внутренним полым патрубком, в котором выполнены радиальные каналы, разделенные перегородкой, причем радиальные каналы, размещенные от перегородки со стороны выходных каналов эксплуатационной колонны, перекрыты подпружиненным в сторону устья с кольцевым поршнем, выполненным с возможностью продольного ограниченного перемещения в корпусе со сжатием пружины и открытием этих радиальных каналов.
На фигурах 1 и 2 схематично изображен способ разработки залежи высоковязкой нефти и битумов и устройство для теплового вытеснения продукции из горизонтальных скважин.
На фигуре 3 в продольном разрезе изображен предлагаемый перепускной клапан.
Предложенный способ осуществляется следующим образом.
Способ разработки залежи высоковязкой нефти и битумов включает бурение скважины 1 (см. фиг.1) с горизонтальным стволом 2 в виде двух параллельных начального 3 и конечного 4 участков, соединенных дугообразным участком 5.
В скважину 1 спускают обсадную колонну 6 с перфорированными участками 7 и 7' в горизонтальном стволе 2, производят цементаж затрубного пространства 8 до горизонтального ствола 2.
В обсадную колонну 5 скважины 1 спускают эксплуатационную колонну 9 с выходными каналами 10, размещаемыми в конечном участке 4 горизонтального ствола 2 и входными каналами 11, размещаемыми в начальном участке 3 горизонтального ствола 2.
Между входными 10 и выходными 11 каналами эксплуатационная колонна 9 оснащена наружным пакером 12, изолирующим пространство между обсадной 6 и эксплуатационной 9 колоннами, а также дополнительным пакером 13, изолирующим скважинное пространство 14 выше горизонтального ствола 1.
Далее в эксплуатационную колонну 9 спускают колонну НКТ 15 так, что после спуска нижний конец 16 колонны НКТ 15 сообщается у забоя 17 скважины 1 с выходными каналами 10 эксплуатационной колонны 9, которые в свою очередь сообщаются с перфорированным участком 7'. Также у забоя 17 колонна НКТ 5 предварительно оснащается перепускным клапаном 18 и перегородкой 19.
Пакер 20 устанавливают ближе к забою 17 с клапаном 18 между эксплуатационной колонной 9 и НКТ 15 и располагают между входными 11 и выходными каналами 10 эксплуатационной колонны 9.
Колонну НКТ оснащают насосом 21 любой известной конструкции, например винтовым.
Производят закачку теплоносителя (см. фиг.1), например пара, при температуре 220°С по межтрубному пространству 22 между эксплуатационной колонной 9 и НКТ 15 через перепускной клапан 18, который открывается при гидравлическом давлении на него, например при давлении закачиваемого теплоносителя Р=3 МПа. Далее через открывшийся перепускной клапан 18 теплоноситель попадает во внутреннее пространство 23 колонны НКТ 5 за перепускным клапаном 18, по которому достигает нижнего конца 16 колонны НКТ 15, где сообщается с выходными каналами 10 эксплуатационной колонны 9, которые в свою очередь сообщаются с перфорированным участком 7' обсадной колонны 6. Далее теплоноситель через перфорированный участок 7' обсадной колонны 6 попадает в продуктивный пласт, где образует паровую камеру (на фиг. не показано).
В процессе закачки теплоносителя поддерживают расчетный температурный режим закачки теплоносителя (например, 220°С и давление закачиваемого теплоносителя Р=5 МПа) таким образом, чтобы пар, образующий паровую камеру, эффективно разогревал продуктивный пласт и не конденсировался в воду.
По мере закачки теплоносителя происходит прогревание высоковязкой нефти и битума, которые разжижаются, то есть снижается вязкость, и в прогретом состоянии высоковязкая нефть и битум поступают через перфорированный участок 7 обсадной колонны 6 в скважинное пространство 14 между обсадной 6 и эксплуатационной 9 колоннами.
Из скважинного пространства 24 высоковязкая нефть и битум в прогретом состоянии сквозь перепускные каналы 24 попадают внутрь колонны НКТ 15, откуда попадают на прием насоса 21, который производит отбор прогретой высоковязкой нефти и битума на поверхность.
Устройство для теплового вытеснения продукции из горизонтальных скважин, например горизонтальной скважины 1 (см. фиг.1) с горизонтальным стволом 2, выполнено в виде двух параллельных начального 3 и конечного 4 участков, соединенных дугообразным участком 5, выполненным, например, с радиусом R=50-60 м.
В скважину 1 спущена обсадная колонна 6 с перфорированным участком 7, которая зацементирована в затрубном пространстве 8 до горизонтального ствола 2.
Скважину 1 дополнительно оснащают эксплуатационной колонной 9 с выходными каналами 10 на конечном участке 4 горизонтального ствола 2 и входными 11 - на начальном участке 3 горизонтального ствола 2
Снаружи эксплуатационная колонна 9 между своими входными 11 и выходными 10 каналами оснащена наружным пакером 12, выполненным надувным и сообщенным с внутренним пространством эксплуатационной колонны 9 со стороны устья, а также дополнительным пакером 13, изолирующим скважинное пространство 14 выше горизонтального ствола 2.
Выходные каналы 10 эксплуатационной колонны 9 сообщены с межтрубным пространством 22 через перепускной клапан 18.
Перепускной клапан 18 (см. фиг.3) состоит из корпуса 26 с внутренним полым патрубком 27, в котором выполнены радиальные каналы 28, соединенные с НКТ 15 и разделенные перегородкой 19, причем радиальные каналы 28 размещены от перегородки 19 со стороны выходных каналов 10 эксплуатационной колонны 9 и перекрыты поджатым пружиной 29 в сторону устья с кольцевым поршнем 30, выполненным с возможностью продольного ограниченного перемещения в корпусе 26 со сжатием пружины 29 и открытием этих радиальных каналов 28.
Между эксплуатационной колонной 9 и НКТ 15 (см. фиг.1) на дугообразном участке 5 горизонтального ствола 2 установлен пакер 20, центрирующий и изолирующий затрубное пространство НКТ 15 в горизонтальном стволе 2, причем входные каналы 11 эксплуатационной колонны 9 перепускными каналами 24 сообщены с внутренним пространством колонны НКТ 15.
Перепускной клапан 18 расположен ближе к забою 17 относительно перепускных каналов 25. Колонну НКТ 15 оснащают насосом 21 любой известной конструкции, например винтовым.
Устройство работает следующим образом.
Закачку теплоносителя (см. фиг.1), например пара, при температуре 220°С, осуществляют с помощью парогенератора (на фиг.1 и 2 не показано), установленного на устье скважины 1 по межтрубному пространству 22 между эксплуатационной колонной 9 и НКТ 15.
Теплоноситель, достигнув перепускного клапана 18 под действием гидравлического давления, оказывает воздействие на подпружиненный пружиной 28 в сторону устья кольцевой поршень 30, который под действием гидравлического давления теплоносителя ограниченно продольно перемещается, сжимая пружину 29, при этом открываются радиальные каналы 28 и теплоноситель попадает во внутреннее пространство 23 колонны НКТ 15 за перепускным клапаном 18, по которому достигает нижнего конца 16 колонны НКТ 15, где сообщается с выходными каналами 10 эксплуатационной колонны 9, которые в свою очередь сообщаются с перфорированным участком 7' обсадной колонны 6. Далее теплоноситель через перфорированный участок 7' обсадной колонны 6 попадает в продуктивный пласт, где образует паровую камеру (на фиг. не показано).
В процессе закачки теплоносителя поддерживают расчетный температурный режим закачки теплоносителя (например, 220°С и давление закачиваемого теплоносителя Р=5 МПа) таким образом, чтобы пар, образующий паровую камеру, эффективно разогревал продуктивный пласт и не конденсировался в воду.
По мере закачки теплоносителя происходит прогревание высоковязкой нефти и битума, которые разжижаются, то есть снижается вязкость и в прогретом состоянии высоковязкая нефть или битум поступают через перфорированный участок 7 обсадной колонны 6 в скважинное пространство 14 между обсадной 6 и эксплуатационной 9 колоннами.
Из скважинного пространства 14 высоковязкая нефть и битум в прогретом состоянии сквозь перепускные каналы 24 попадают внутрь колонны НКТ 15, откуда поступают на прием насоса 21, который производит отбор прогретой высоковязкой нефти и битума на поверхность.
Предложенный способ позволяет сократить время на прогрев залежи высоковязкой нефти или битума, а также увеличить площадь охвата прогревом и эффективность прогревания залежи за счет того, что горизонтальный ствол скважины выполнен в виде двух параллельных начального и конечного участков, соединенных дугообразным участком, а наличие технологического клапана, включенного в состав устройства, позволяет отбирать разогретую высоковязкую нефть и битум насосом по колонне НКТ.