Способ добычи сланцевой нефти
METHOD OF EXTRACTION OF SHALE OIL

Изобретение относится к области нефтедобычи, в части разработки эффективных способов освоения залежей горючих сланцев, с высоким выходом жидких углеводородов.
Известно изобретение «Способ добычи нефти при помощи внутрипластового горения (варианты)» [пат. № 2539048], заключающийся в том, что используются по меньшей мере одной добывающей скважины, имеющей по существу вертикальной участок, идущий вниз в указанный коллектор, и имеющей участок горизонтальной ветви, находящийся во флюидной связи с указанным вертикальным участком и идущий горизонтально наружу от него, причём указанный участок горизонтальной ветви закончен относительно низко в коллекторе; по меньшей мере, одной нагнетательной скважины в области между противоположными концами указанного участка горизонтальной ветви и со смещением от указанного участка горизонтальной ветви, расположенной по существу непосредственно над указанным участком горизонтальной ветви и при вертикальном совмещении с ним, для нагнетания окисляющего газа в указанный коллектор над указанным участком горизонтальной ветви и в область между взаимно противоположными концами указанного участка горизонтальной ветви; нагнетание окисляющего газа через указанную по меньшей мере одну нагнетательную скважину и инициирование горения углеводородов в указанном коллекторе поблизости от указанной нагнетательной скважины с созданием по меньшей мере одного или нескольких фронтов горения над указанным участком горизонтальной ветви, причём указанные один или несколько фронтов горения вызывают снижение вязкости нефти в указанном коллекторе и её стекание вниз в указанный участок горизонтальной ветви; создание условий для того, чтобы имеющие высокую температуру газообразные продукты сгорания вместе с указанной нефтью пониженной вязкости накапливались вместе в указанном участке горизонтальной ветви;
подъем указанных имеющих высокую температуру газов и нефти на поверхность; отделение у пятки указанной горизонтальной скважины или на поверхности нефти от имеющих высокую температуру газообразных продуктов сгорания.
Недостатками данного изобретения являются то, что необходимо осуществлять бурение нескольких скважин (для добычи и для нагнетания окисляющих газов), в результате существенно происходит повышение себестоимости добычи углеводородного сырья; в плотных геологических породах, являющихся вскрышей над горючими сланцами, способными при значительном повышении давления от нагнетания окисляющего газа привести к разрыву пластов, как самих сланцев, так и вскрыше, а это может привести к техногенным последствиям; из описания способа неясно какой газообразный продукт горения применяется. Из науки и техники известно, что не все продукты горения поддерживают постоянную температуру горения в течение длительного времени, а также температуру необходимую для увеличения консистенции углеводородов тяжёлых фракций.
Известен способ термической добычи «сланцевой нефти»[пат. № 2513376], заключающийся в бурении на залежь горючих сланцев наклонно-направленных и вертикальных скважин, создании в них воспламенённой зоны углеводородного сырья, сжигании части его, прогреве залежи продуктами горения и отгонке керогена в виде продуктов термической обработки горючих сланцев, где бурят серию непересекающихся наклонных скважин, направленных по сланцевой залежи, на дальний торец которых, бурят розжиговые вертикально-направленные скважины и разжигают в них на забое горючий сланец, создают гидравлически связанные модули «наклонно-направленная и вертикально-направленная скважины», буровые каналы по сланцу термически прорабатывают путём противоточного перемещения очага горения от розжиговой вертикально-направленной скважины к обсадке наклонно-направленной скважины и создают этим канал повышенной дренирующей способности, при этом разбуривание сланцевой
залежи осуществляют так, чтобы головки вертикально-направленных и наклонно-направленных скважин размещались компактно на земной поверхности.
Существенным недостатком данного способа являетсяпотеря углеводородного сырья (нефти) за счёт сжигания лёгких фракций, в дальнейшем остаются тяжёлые фракции, стремящиеся к битумам. Данное сырье становится малопригодным для экстракции нефти и дальнейшей переработки её в светлые нефтепродукты.
Известен способ разработки сланцевых месторождений [пат. № 2543235].Сущность способа заключаетсяв том, что пласт горючих сланцев разрушается с помощью минных разрывов и нагревается с помощью высокотемпературных продуктов сгорания, а также разработка месторожденияпроисходит по трехстадийной модульной схеме, последовательно переходя в изолированные целиками соседние блоки: на 1 стадии производят минный разрыв пластов с последующим отбором газа и газоконденсата посредством добычных скважин; на 2 стадии -термообработку разорванных пластов путём подачи под давлением не менее 2,0 МПа высокотемпературных продуктов сгорания через вертикальные части горизонтальных скважин в подошвенную часть пласта с последующим извлечением расплавленных твёрдых и вязких органических составляющих; на 3 стадии через вертикальную часть горизонтальных скважин закачивают в полость пласта щелочной раствор с целью выщелачивания зольных сланцевых пластов для извлечения редкоземельных составляющих.
Недостатком данного изобретения заключается в использовании большого количества вертикальных скважин для установки минных зарядов, в результате увеличивается стоимость добычи извлекаемых углеводородов. Вторым недостатком является значительное разрушение стволов скважин, горных пород пласта, приводящих к образованию техногенных последствий. Из описания способа неясно, как осуществляется поддержание и нагрев
высокотемпературных продуктов сгорания, какие материалы применяются для этого.
Известен способ обработки прискважинной зоны пласта и устройство для его осуществления [пат. № 2123591], принятый нами за прототип, в котором нагрев забойный зоны можно осуществлять с помощью термоисточника, воспламенение которого осуществляется по кабелю, конкретнее на воспламенитель, подают импульс тока. В результате поддерживается горение в течение десятков минут.
Недостаток этого изобретения является то, что применим для скважин вертикального бурения. Например, доставка термоисточника к месту нагрева осуществляется с помощью троса, в свою очередь при использовании его в скважинах наклонно-направленного бурения, затрудняется проталкивание комплекта оборудования в наклонный (горизонтальный) участок ствола скважины. Из описания изобретения неясно, какой применяется материал термоисточника.
Задачей изобретения является усовершенствование способа разработки залежей с трудно извлекаемым запасом углеводородного сырья, т.е. «сланцевой нефти», путём применения термобарохимического процесса воздействия на ствол скважины.
Поставленная задача достигается тем, что способе добычи сланцевой нефти, включающем наклонно-направленное бурение скважины, испытание пласта путем герметизации интервала перфорации пласта, вызова притока, восстановления пластового давления с контролем текущих давлений и определением гидродинамических параметров пласта, физическое и импульсное депрессионно-репрессионное воздействие на прискважинную зону пласта с определением текущих значений гидропроводности прискважинной зоны пласта, повторное испытание пласта для оценки эффективности воздействий с отбором и удалением из скважины продуктов обработки, согласно изобретению в горизонтально направленный участок ствола скважины устанавливают с определённым шагом контейнеры из
пакетов пороховых зарядов, соединённые между собой и пунктом управления с помощью электрического кабеля, по которому подают ток, обеспечивающий нагревание контейнеров до момента воспламенения и последующее их бездымное беспламенное горение, обеспечивающее плавные изменения капилярно-пористой структуры пласта и текучести углеводородного сырья, нагрев контейнеров осуществляют по заданной схеме: последовательно или в определённом порядке. Для создания герметичной зоны вертикальный участок скважины перекрывают пакерно-якорным узлом, а для контроля давления и температуры применяют логгеры, соединенные с пунктом управления с помощью электрического кабеля. По израсходованию фонда горения контейнеров производят отбор и удаление технологического оборудования и продуктов обработки скважины, создают депрессию и вызов локального притока из пласта, после чего производят откачку углеводородного сырья. Доставку оборудования осуществляют на порожных насосно-компрессорных трубах.
Сущность способа заключается в использовании пороховых (твердотопливных) зарядов, не вызывающих повреждения ствола скважины и обеспечивающих бездымное беспламенное горение. Газообразные продукты сгорания зарядов способствуют росту давления в скважине. Давление обеспечивает подачу нагретой газовоздушной смеси ствола в газожидкостную смесь пласта через отверстия в перфорированном участке колонны или через стенку обсадной трубы, установленной на забое скважины. При этом происходит процесс перемешивания и расширения смеси, в результате которого повышается температура продуктивного пласта и плавно изменяется его капиллярно-пористая структура. Нагрев пласта является своего рода «катализатором» для изменения текучести углеводородного сырья и последующего локального увеличения нефтеотдачи продуктивного пласта.
На фигуре 1 приведена схема скважины наклонно-направленного бурения с установленными трубопроводами, оборудованием и аппаратами
для обеспечения нагрева и давления пласта горючих сланцев. На фигуре 2 приведена схема очерёдности контейнеров при последовательном нагреве и последующего горения. На фигуре 3 - то же, с определённой последовательностью.
После выполнения наклонно-направленного бурения скважины 1 до проектной отметки, глушения скважины, цементирования, спуска обсадной колоны 2 и шаблонирования на участке нагрева пласта производится, при необходимости, её перфорирование 3. Следующим этапом является доставка в наклонную часть ствола комплекта технологического оборудования, закрепленного на порожных насосно-компрессорных трубах. Этот комплект состоит из тупикового хвостика 4, устанавливаемого при необходимости; логгера 5, предназначенного для регистрации температуры и давления на забое скважины; контейнеров с пакетами пороховых зарядов 6, установленных с шагом 5; электрического кабеля 7 соединяемого по заданной схеме контейнеры с пультом управления 8. В вертикальную часть ствола последовательно устанавливаются фильтр 9; пакерно-якорный узел 10 со спускным клапаном, являющейся герметичной заглушкой забоя участка скважины; логгер 11 для регистрации температуры и давления на участке с пакерно-якорным узлом; уплотнитель устьевой 12 для герметизации устья скважины. На поверхности земли монтируется пункт управления 8, обеспечивающий контроль температуры и давления внутри герметичных участков ствола скважины, а также обеспечивающего подачу тока к контейнерам по электрической цепи. Пункт управления состоит из аналого-цифрового преобразователя, коммутатора и ЭВМ с установленным специальным программным обеспечением.
Нагрев до точки воспламенения пороховых зарядов производится через электрическую цепь, выполненную из геофизического кабеля. В случае схемы нагрева контейнеров в определенной последовательности кабель применяется в термостойкой изоляции. По кабелю осуществляется подача электрического заряда к контейнерам от пункта управления. Температура
b
нагрева пласта при данном способе составляет от 200 до 500°С, на фронте горения может достигнуть 1000°С. Температура нагрева зависит от типа применяемого порохового заряда; времени прогрева; способа соединения контейнеров; длины контейнера (как правило, до 1 м); зоны нагрева контейнеров в скважине /. Контейнеры закладываются в ствол скважины с шагом 5С размерами, как правило, от 0,25 до 1,0 м. Сжигаемые пороховые заряды имеют низкие линейные скорости горения, обеспечивающие поддержание температуры в течение десятков минут. Поэтому при применении данного способа необходимо заблаговременно выполнить термодинамические расчеты, руководствуясь тем, что при коротком нагреве пласта эффект от изменения текучести углеводородного сырья незначителен, а при длительном воздействии может произойти оплавление геологических пород с образованием силикатов пласта, препятствующих эффективной добыче.
В качестве пороховых зарядов можно использовать специальные разработанные пакеты на основе кордита, баллистита и белого пороха, а также утилизированные вещества, применяемые в твердотопливных ракетных двигателях, а также в огнестрельном оружии и артиллерии, в том числе баллистические снаряды.
По окончании нагрева пласта из скважины демонтируется технологическое оборудование и скважину промывают с помощью депрессионной камеры с гидроимпульсным воздействием.
Заключительным этапом является добыча углеводородного сырья из продуктивного пласта традиционными методами.
Таким образом, предложенный способ добычи «сланцевой нефти» является усовершенствованным способом разработки залежей с трудно извлекаемыми запасами углеводородного сырья за счёт нагрева продуктивного пласта с помощью бездымного беспламенного горения контейнеров с пакетами пороховых зарядов.