СПОСОБ ОГНЕВОЙ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ ПРИРОДНЫХ БИТУМОВ И ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ
PROCEDURE FOR FIRE DEVELOPMENT OF DEPOSITS OF NATURAL BITUMEN AND HEAVY OIL

Изобретение относится к вторичным и третичным методам разработки трудноизвлекаемых нефтеносных залежей путем их нагрева и снижения вязкости нефтепродуктов.
Известен метод теплового воздействия на трудноизвлекаемые залежи углеводородного сырья (битумы и высоковязкие нефти) путем нагнетания в них водяного пара и горячей воды [Тепловые методы добычи нефти. М.: Наука, 1975, с.175].
Для этого известного технического решения характерна его низкая энергетическая эффективность, т.к. удельный выход дополнительно добытой нефти в энергетическом эквиваленте всего лишь в 2 раза превышает энергетические затраты на производство горячей воды и водяного пара.
Известен также способ внутрипластового движущегося очага горения (ВДОГ). В основу ВДОГ'а положен процесс сжигания части нефтепродуктов и увеличения подвижности несгоревших фракций [Бурже Ж. и др. Термические методы повышения нефтеотдачи пластов. М.: Недра, 1988, с.239-393]. Известны два варианта ВДОГ'а: прямоточный (горение инициируется в нагнетательной скважине) и противоточный (горение инициируется в добычной скважине, а воздух подается в соседнюю нагнетательную скважину). Однако и для этого известного способа характерна малая энергетическая эффективность (из-за высокого давления нагнетания воздуха в обоих вариантах в нефтеносный пласт) и главное - частые случаи взрывов газовоздушных смесей в добычных скважинах. Именно поэтому в промышленности эти способы сегодня не нашли применения.
Наиболее близким техническим решением является способ создания внутрипластового очага горения в буровых каналах горизонтальных скважин [RU 2054531, 1996]. Этим способом решаются два основных проблематичных недостатка, присущих вышерассмотренным известным решениям. Это управляемость и взрывобезопасность его реализации, а также заметное снижение давления нагнетания воздуха в нефтеносный пласт.
Однако для эффективной промышленной реализации этого способа необходим строгий и обоснованный технологический регламент его осуществления в естественных условия залегания трудноизвлекаемого углеводородного сырья. Необходима полная технологическая последовательность отдельных операций, обеспечивающая широкий охват нефтяной залежи и максимальное извлечение углеводородного сырья на малозатратной основе.
Поставленная задача решается предлагаемым изобретением следующим образом.
В способе огневой разработки залежей природных битумов и тяжелых нефтей, заключающемся в бурении вертикальных вертикально- (или наклонно-) горизонтальных скважин, соединении их в единый гидравлически связанный модуль, размещении этих модулей по всей залежи, розжиге нефтеносного пласта в одной из скважин модуля, нагнетании окислителя (воздуха) во вторую скважину, противоточном перемещении очага горения по горизонтальной части бурового канала и извлечении из скважин нефти пониженной вязкости, при этом огневую разработку залежи осуществляют в три стадии, в первой из них, подготовительной, каждый модуль подвергают огневой проработке (расширению) путем противоточного перемещения очага горения вдоль горизонтального бурового канала, во второй стадии, проточно-добычной, нагнетают воздух в одну из скважин модуля, а из другой противоположной извлекают газообразные продукты горения и жидкие фракции нефти, и наконец в третьей стадии, фильтрационно-добычной, в одну часть термически проработанных модулей нагнетают воздух под высоким давлением, а из другой части модулей извлекают газообразные продукты и жидкие фракции нефти.
3
Кроме того, вторую, проточно-добычную, стадию способа осуществляют предпочтительно в течение 40-50 суток, а в третьей, фильтрационно-добычной, стадии способа в нагнетательные модули подают предпочтительно 5000-10000 м/ч воздуха. При этом устья добычных скважин оборудуют устройствами (аппаратами) для сепарации и разделения газовой и жидкой фракций, сбора их и передачи потребителям.
Сопоставительный анализ предлагаемого технического решения с известными показывает, что заявленный способ в предложенной совокупности существенных признаков формулируется впервые и придает проблеме разработки трудноизвлекаемых природных битумов и тяжелых нефтей конкретный и универсальный характер на уровне технологического регламента (последовательности) трех стадий огневого воздействия на углеводородную залежь, т.е. соответствует критерию «новизна».
Заявляемый способ соответствует также критерию «изобретательский уровень», т.к. совокупность отличительных признаков позволяет постадийно осуществить весь технологический цикл термического и огневого воздействия на залежь трудноизвлекаемого углеводородного сырья с целью его промышленной добычи, чего в известных решениях не было выявлено.
На фиг.1 приведена принципиальная схема подготовительной стадии создания модуля для огневой разработки залежи.
На фиг.2 приведены результаты физического и компьютерного моделирования второй стадии (проточно-добычной) технологической цикла по прогреву залежи во времени.
3
На фиг.3 представлена глубина прогрева залежи в третьей (фильтрационно-добычной) стадии технологического цикла на различных расходах воздушного дутья (1 - 1000; 2 - 3000; 3 - 5000; 4 - 10000 м/ч).
На фиг.4 представлен вариант охвата залежи огневым воздействием.
Пример реализации предлагаемого изобретения.
Применительно к условиям Волго-Уральской провинции Татарстана были проведены физическое и компьютерное моделирование технологии огневого воздействия на залежь природных битумов и тяжелых нефтей. Физическая модель имитировала основные теплофизические свойства залежи, канал продувался горячим теплоносителем.
3
3
Типовой модуль на фиг.1 представлен на подготовительной стадии огневой технологии согласно предлагаемому изобретению. На залежь 1 пробурены вертикально горизонтальная скважина 2 с буровым каналом 3 и вертикальная скважина 4. После розжига нефти в забое скважины 4 воздушное дутье нагнетают в скважину 2. Очаг горения перемещается по каналу 3 навстречу воздушному дутью, при расходе воздуха 1000-1500 м/ч ожидаемая скорость перемещения очага горения 0,6-1,0 м/ч.
После подтягивания очага горения к забою вертикально-горизонтальной скважины 2 подготовительная стадия технологического цикла заканчивается. Аналогично прорабатываются все пробуренные на залежи модули.
Результаты второй (проточно-добычной) стадии представлены на фиг.2. Показаны параметры нагрева стенки проработанного горизонтального канала в зависимости от температуры газового теплоносителя (1 - 400°С; 2 - 600°С и 3 - 800°С). Как видно из экспериментальных данных, наиболее быстрый рост температуры характерен для первых 10-15 суток нагнетания воздуха, а после 40-50 суток прогрев канала минимален. Поэтому проточно-добычная стадия, т.е извлечение углеводородного сырья из скважины 4, должна продолжаться предпочтительно не более 40-50 суток. Дальнейшая эксплуатация модуля по проточному режиму мало целесообразна из-за установившегося прогрева (по температуре) залежи.
3
Начинается третья стадия технологического цикла огневой разработки высоковязкого углеводородного сырья - фильтрационно-добычная стадия. В этой стадии воздушное дутье нагнетают в термически проработанный горизонтальный канал, дренирующая способность которого на несколько порядков выше, чем до огневой проработки. Поэтому давление нагнетания воздуха в такой канал существенно меньше, чем при ВДОГ'е (в заявляемой технологии при расходе воздуха 10000 м/ч оно составляет 1-2 МПа, в то время как при ВДОГ'е - 15-20 МПа).
3
Согласно экспериментальным данным (фиг.3) изотерма прогрева залежи во времени максимальна при расходе воздушного дутья 5000 и 10000 м/ч, при этом давление нагнетания воздушного дутья не превышает 2 МПа.
В завершающей третьей, фильтрационно-добычной, стадии технологического цикла расположение модулей на залежи трудноизвлекаемого углеводородного сырья может быть различным: часть модулей является нагнетательными, а часть - добычными. На фиг.4 показан вариант параллельного расположения этих модулей: 1 - нагнетательные; 2 - добычные модули. Для повышения степени извлечения углеводородного сырья (в целом из залежи) целесообразно периодически менять назначение модулей (нагнетательные на добычные, а добычные на нагнетательные).
Учитывая, что добычные скважины отводят широкую гамму газообразных и жидких продуктов, их оборудуют аппаратами для сепарации и разделения газовой и жидкой фракции, а также сбора и передачи потребителям. В связи с целесообразностью периодического изменения функционального назначения скважин, все скважины модулей должны быть оборудованы и для нагнетания воздушного дутья, и для извлечения продуктов термической разработки углеводородной залежи.
Предлагаемое техническое решение заложено в проект демонстрационного объекта на залежи тяжелой нефти Татарстана.