Способ разработки месторождения тяжелой нефти или битума с регулированием закачки теплоносителя в скважину и устройство для его осуществления
DEVELOPMENT METHOD OF HEAVY OIL OR BITUMEN FIELD WITH CONTROL OF HEAT CARRIER INJECTION INTO WELL AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при разработке месторождения тяжелой нефти или битума.
Известен способ разработки месторождения тяжелой нефти или битума с использованием двухустьевых горизонтальных скважин (патент RU № 2340768, МПК Е21В 43/24, опубл. 10.12.2008 в Бюл. № 34), включающий закачку теплоносителя через двухустьевую горизонтальную нагнетательную скважину, прогрев продуктивного пласта с созданием паровой камеры и отбор продукции через двухустьевую горизонтальную добывающую скважину, причем 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).
Регулируемая закачка теплоносителя в данном способе реализуется устройством выполненным в виде двух труб, спускаемых с разных устьев двухустьевой нагнетательной скважины, выполненных с возможностью изменения объемов закачки теплоносителя через устья нагнетательной скважины в соотношении, %: (10-90):(90-10).
Недостатками данного способа и устройства являются высокая стоимость и сложность реализации двухустьевой нагнетательной скважины, необходимость спуска двух нагнетательных труб и сложность точной регулировки закачки теплоносителя.
Наиболее близким по технической сущности является способ разработки месторождения тяжелой нефти или битума с регулированием закачки теплоносителя в скважину (патент RU № 2469186, МПК Е21В 43/24, опубл. 10.12.2012 в Бюл. № 34), включающий строительство верхней нагнетательной скважины и нижней добывающей скважины с горизонтальными участками, расположенными друг над другом, закачку теплоносителя через горизонтальную нагнетательную скважину с прогревом пласта, созданием паровой камеры и отбором продукции через горизонтальную добывающую скважину, 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, изменяя зоны прогрева, при строительстве скважин их горизонтальные участки оборудуют фильтрами, а на устье нагнетательной скважины колонну труб для закачки теплоносителя оснащают трубопроводом с задвижкой, а выходные отверстия колонны труб размещены в фильтре, разбивая его на зоны прогрева так, что исключается прорыв теплоносителя в добывающую скважину через более прогретую зону, регулируют подачу теплоносителя в зависимости от термограммы паровой камеры, снимаемой в добывающей скважине, отличающийся тем, что в нагнетательной скважине фильтр герметично разделяют на две зоны прогрева, выполненные на его начальном и конечном участках, а выходные отверстия колонны труб выполняют напротив соответствующих зон прогрева пласта, закачку теплоносителя в пласт осуществляют одновременно в обе зоны прогрева пласта, причем в колонну труб в нагнетательной скважине спускают колонну штанг с жесткозакрепленным на ее конце полым плунжером, пространство между колонной труб и колонной штанг на устье нагнетательной скважины герметизируют, при этом плунжер снабжен тарированными отверстиями с постепенным увеличением пропускной способности от конца колонны труб к устью скважины или от устья скважины до конца колонны труб с возможностью их поочередного открытия и закрытия, причем каждое из тарированных отверстий герметично размещают напротив одного из выходных отверстий, выполненного в колонне труб и направленного вверх, а второе выходное отверстие выполняют в виде открытого конца колонны труб, теплоноситель закачивают при постоянном расходе пара, причем соотношение объемов закачиваемого теплоносителя в первую и вторую зоны прогрева теплоносителя регулируют за счет изменения объема подачи теплоносителя в первую зону прогрева путем ограниченного осевого перемещения колонны штанг с полым плунжером и изменения пропускной способности тарированных отверстий с фиксацией колонны штанг на устье скважины.
Регулируемая закачка теплоносителя в данном способе реализуется устройством, выполненным в виде корпуса с внутренним продольным каналом, расположенного напротив первой – начальной зоны прогрева в составе колонны труб, выход которой размещен во второй – конечной зоне прогрева, и полого плунжера, спускаемого в колонну труб на колонне штанг с возможностью расположения в корпусе, при этом плунжер снабжен тарированными отверстиями с постепенным увеличением пропускной способности от конца колонны труб к устью скважины или от устья скважины до конца колонны труб с возможностью их поочередного открытия и закрытия, причем каждое из тарированных отверстий герметично размещают напротив поперечного выходного отверстия, выполненного в корпусе и направленного вверх, для регулировки соотношения объемов закачиваемого теплоносителя в начальную и конечную зоны прогрева теплоносителя за счет изменения объема подачи теплоносителя в первую зону прогрева путем ограниченного осевого перемещения колонны штанг с полым плунжером и изменения пропускной способности тарированных отверстий с фиксацией колонны штанг на устье скважины.
Недостатками этих способа и устройства являются сложность регулировки при закачке и сложность конструкции устройства, необходимость постоянного наличия колонны штанг при закачке, что значительно уменьшает площадь поперечного сечения и, как следствие уменьшает эффективность прогрева, так как из-за повышенного сопротивления потоку уменьшается скорость потока пара и увеличивается время нахождения пара в колонне труб, что приводит к увеличению конденсата в закачиваемом теплоносителе.
Технической задачей предполагаемого изобретения является создания простых и надёжных способа разработки месторождения тяжелой нефти или битума с регулированием закачки теплоносителя в скважину и устройство для его осуществления, которые позволяют повысить эффективность теплового воздействия пара на пласт за счет снижения сопротивления потоку пара, упрощения технологических операций и конструкции устройства.
Техническая задача решается способом разработки месторождения тяжелой нефти или битума с регулированием закачки теплоносителя в скважину, включающим строительство верхней нагнетательной скважины и нижней добывающей скважины с горизонтальными участками, расположенными друг над другом, закачку теплоносителя через горизонтальную нагнетательную скважину с прогревом пласта, созданием паровой камеры и отбором продукции через горизонтальную добывающую скважину, 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, изменяя зоны прогрева, при строительстве скважин их горизонтальные участки оборудуют фильтрами, а на устье нагнетательной скважины колонну труб для закачки теплоносителя оснащают устройством, включающим корпус с продольным каналом и выходным начальным отверстием, выходные отверстия колонны труб, конечное из которых изготовлено в виде открытого конца колонны труб, располагают в фильтре, разбивая его на начальную и конечную зоны прогрева так, что исключается прорыв теплоносителя в добывающую скважину через более прогретую зону, регулируют подачу теплоносителя в зависимости от термограммы паровой камеры, снимаемой в добывающей скважине, при этом закачку теплоносителя в пласт осуществляют через одну колонну труб в обе зоны прогрева пласта, а регулировку осуществляют спускаемым с устья полым плунжером, располагаемым после спуска напротив выходного отверстия устройства.
Новым является то, что продольный канал корпуса устройства изготавливают ступенчатым с сужением от устья скважины, а плунжер – с внутренней разрушаемой избыточным давлением мембраной и ступенчатой снаружи под канал корпуса с возможностью перекрытия выходного начального отверстия, при этом регулировку подачи теплоносителя осуществляют сбросом с устья плунжера, перекрывающего подачу теплоносителя через выходное начальное отверстие и после разрушения давлением мембраны сообщающего выходное конечное отверстие с устьем для закачки пара в конечную зону, а для возобновления закачки пара в обе зоны извлекают труболовкой плунжер, открывающий выходное начальное отверстие.
Техническая задача решается также устройством для разработки месторождения тяжелой нефти или битума с регулированием закачки теплоносителя в скважину, включающим корпус с внутренним продольным каналом и выходным начальным отверстием, расположенный напротив первой – начальной зоны прогрева в составе колонны труб, выходное конечное отверстие которой размещен во второй – конечной зоне прогрева, и полого плунжера, спускаемого с устья с возможностью расположения в корпусе напротив начального отверстия.
Новым является то, что продольный канал корпуса устройства изготовлен ступенчатым с сужением от устья скважины, а плунжер – с внутренней съемной разрушаемой избыточным давлением мембраной и ступенчатой поверхностью снаружи поверхностью под канал корпуса, при этом плунжер выполнен с возможностью сброса с устья с герметичным перекрытием выходного начального отверстия для подачи пара после разрушения давлением мембраны для закачки пара через конечное выходное отверстие в конечную зону, и с возможностью извлечения труболовкой для открытия выходного начального отверстия с последующим возобновлением закачки пара в обе зоны.
На фиг. 1 изображена схема реализации способа.
На фиг. 2 изображен корпус устройства с плунжером с продольным разрезом.
Устройство для разработки месторождения тяжелой нефти или битума с регулированием закачки теплоносителя в скважину включает корпус 1 (фиг. 2) с внутренним продольным каналом 2 и выходным начальным отверстием 3, расположенный напротив первой – начальной зоны 4 (фиг. 1) прогрева в составе колонны труб 5, выходное конечное отверстие 6 которой размещен во второй – конечной зоне 7 прогрева, и полого плунжера 8 (фиг. 2), спускаемого с устья (не показано) с возможностью расположения в корпусе 1 напротив начального отверстия 3. Продольный канал 2 корпуса устройства изготовлен ступенчатым с сужением от устья скважины, а плунжер 8 – с внутренней съемной разрушаемой избыточным давлением мембраной 9 и ступенчатой снаружи поверхностью 10 под продольный канал 2 корпуса 1. Плунжер 8 выполнен с возможностью сброса с устья с герметичным перекрытием выходного начального отверстия 3 для подачи пара после разрушения давлением мембраны 9 для закачки пара через конечное выходное отверстие 6 (фиг. 1) в конечную зону 7, и с возможностью извлечения внутренней труболовкой (не показана) для открытия выходного начального отверстия 3 (фиг. 2) с последующим возобновлением закачки пара в обе зоны 4 (фиг. 1) и 7. Соединение корпуса 1 (фиг. 2) с колонной труб 5 может производиться при помощи муфт 11, сваркой (не показано) или т.п. Мембрана 9 может быть зафиксирована полой резьбовой шайбой 12, пружинным стопором (не показано) или т.п.
Способ разработки пласта 13 (фиг. 1) месторождения тяжелой нефти или битума с регулированием закачки теплоносителя в скважину включает строительство верхней нагнетательной скважины 14 и нижней добывающей скважины 15 с горизонтальными участками, расположенными друг над другом, закачку теплоносителя через горизонтальную нагнетательную скважину 14 с прогревом пласта, созданием паровой камеры и отбором продукции через горизонтальную добывающую скважину 15. При этом в добывающей скважине 15 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, изменяя зоны прогрева, при строительстве скважин 14 и 15 их горизонтальные участки оборудуют фильтрами (не показаны). На устье (не показана) нагнетательной скважины 14 колонну труб 5 для закачки теплоносителя оснащают устройством, включающим корпус 1 (фиг. 2) с продольным каналом 2 и выходным начальным отверстием 3. Выходные отверстия 3 и 6 (фиг. 1) колонны труб 5, конечное 6 из которых изготовлено в виде открытого конца колонны труб 5, располагают в фильтре, разбивая его на начальную 4 и конечную 7 зоны прогрева так, что исключается прорыв теплоносителя в добывающую скважину 15 через более прогретую зону, регулируют подачу теплоносителя в зависимости от термограммы паровой камеры, снимаемой в добывающей скважине 15. Закачку теплоносителя в пласт 13 осуществляют через одну колонну труб 5 в обе зоны 4 и 7 прогрева пласта 13, а регулировку осуществляют спускаемым с устья полым плунжером 8 (фиг. 2), располагаемым после спуска напротив выходного отверстия 3 устройства. Продольный канал 2 корпуса 1 устройства изготавливают ступенчатым с сужением от устья скважины 14 (фиг. 1), а плунжер 8 (фиг. 2) – с внутренней разрушаемой избыточным давлением мембраной 9 и ступенчатой поверхностью 10 снаружи под канал корпуса с возможностью перекрытия выходного начального отверстия 3. При избыточном прогреве начальной зоны 4 (фиг. 1) для исключения прорыва теплоносителя в добывающую скважину 15 регулировку подачи теплоносителя осуществляют сбросом с устья плунжера 8 (фиг. 2), перекрывающего подачу теплоносителя через выходное начальное отверстие 3 и после разрушения давлением мембраны 9 свободно сообщающего выходное конечное отверстие 6 (фиг. 1) с устьем для закачки пара в конечную зону 7. При избыточном прогреве конечной зоны 7 для возобновления закачки пара в обе зоны 4 и 7 извлекают внутренней труболовкой плунжер 8 (фиг. 2), открывая выходное начальное отверстие 3. Добычу продукции из добывающей скважины 15 (фиг. 1) осуществляют насосом 16, спускаемым на лифтовой колонне 17. Объемы и режимы закачки пара в нагнетательную скважину 14 могут быть любыми в зависимости от свойств пласта 13, на это авторы не претендуют.
Предлагаемые способ разработки месторождения тяжелой нефти или битума с регулированием закачки теплоносителя в скважину и устройство для его осуществления просты и надёжны из-за отсутствия большого количества деталей, регулировок и дополнительных операций, которые при этом позволяют повысить эффективность теплового воздействия пара на пласт за счет снижения сопротивления потоку пара.