Способ эксплуатации добывающих галерей уклонных блоков при термошахтной разработке нефтяных месторождений
METHOD OF OPERATION OF PRODUCING GALLERIES OF DIP-WORKING BLOCKS AT THERMAL DEVELOPMENT OF OIL FIELDS

Предлагаемое изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при термошахтной разработке месторождения высоковязкой нефти.
Известен способ эксплуатации добывающих галерей при термошахтной разработке нефтяных месторождений, включающий закачку теплоносителя в нагнетательные скважины, сбор продукции скважин через добывающие скважины и откачку продукции на поверхность из насосной камеры, при котором на устье каждой подземной скважины установлено устройство, содержащее корпус, гидравлически сообщающийся с устьем скважины через боковое отверстие в корпусе, выпускной клапан, седло которого установлено в днище корпуса, а запорный орган соединен с поплавком с возможностью автоматического перекрытия скважины в момент прорыва пара и открытия скважины при конденсации пара (см. патент на полезную модель №100553 от 17.06.2009, кл. E21B 43/24, опубл. 20.12.2010).
Недостатки известного способа обусловлены недостатками конструкции устройства, а именно:
1. Образование мертвой зоны в верхней части корпуса, в которой скапливается газ, ограничивающей ход поплавка вверх и, соответственно, уменьшающей объем корпуса, заполняемый добываемой скважинной жидкостью.
2. Несрабатывание устройства при высоких давлениях пара в пласте, так как сила, прижимающая запорное устройство к седлу клапана, превышает подъемную силу поплавка.
3. Несрабатывание устройства при больших дебитах скважины, так как скорость течения добываемой скважинной жидкости в корпусе устройства превышает скорость всплытия поплавка.
Также известен способ эксплуатации добывающих галерей уклонных блоков при термошахтной разработке нефтяных месторождений, принятый авторами за прототип, включающий закачку теплоносителя в нагнетательные скважины, сбор продукции скважин через подземные добывающие скважины и откачку продукции на поверхность из насосной камеры, при котором на устье каждой подземной скважины установлено запорное устройство с возможностью перекрытия скважины в момент прорыва пара и открытия при конденсации пара (см. патент РФ №2299972, кл. E21B 43/00 от 04.08.2005, опубл. 27.05.2007). Запорное устройство представляет собой задвижку, которую монтируют при обустройстве подземных скважин, при этом отключение парящих подземных скважин осуществляют вручную с последующим открытием скважин также вручную.
3
Существующими нормативами предусмотрена ежесменная продувка подземных добывающих скважин. При этой процедуре оператор обходит добывающую галерею уклонных блоков, длиной около 100 м, открывая каждую добывающую скважину для слива продукции скважин, которых около 300 в одной галерее, при этом за счет высокой температуры сливаемой продукции скважин существенно повышается температура воздуха в добывающей галерее. После окончания слива продукции скважин и начале выхода пара в галерею, скважину закрывают, при этом при закрытии парящих подземных скважин оператором вручную практически невозможно одновременно перекрыть все парящие скважины в момент прорыва пара, что не позволяет предотвратить прорыв пара в добывающие галереи. В этом случае резко возрастает температура воздуха в горных выработках, как самого уклонного блока, так и в выработках, по которым движется исходящая струя воздуха из уклона, и оператор находится в экстремальных условиях, так как температура воздуха в добывающей галерее достигает 53°C и выше. Высок риск несчастных случаев по температурному фактору. В случае поочередного открытия и закрытия оператором каждой добывающей скважины также возрастает температура воздуха в добывающей галерее за счет высокой температуры сливаемой продукции скважин, при этом также не исключены прорывы пара в добывающую галерею. Высокая температура воздуха в буровых галереях, требует подачи увеличенного объема воздуха для проветривания выработок: расход воздуха на проветривание уклонного блока составляет 16 м/сек, что в свою очередь ведет к увеличению расхода электроэнергии по шахте, и в конечном итоге ведет к увеличению себестоимости нефти.
Таким образом, недостатком известного решения является работа оператора в экстремальных высокотемпературных условиях в добывающей галерее и увеличение затрат на проветривание уклонного блока.
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является улучшение условий работы операторов в нефтяных шахтах при снижении затрат на вентиляцию уклонного блока.
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом эксплуатации добывающих галерей уклонных блоков при термошахтной разработке нефтяных месторождений, включающим закачку теплоносителя в нагнетательные скважины, сбор продукции скважин через добывающие скважины и откачку продукции на поверхность из насосной камеры.
Существенными отличительными признаками заявленного изобретения являются:
- устанавливают на устье каждой добывающей скважины сливные патрубки, направленные вниз;
- располагают торцы сливных патрубков всех добывающих скважин на одной абсолютной отметке;
- изолируют добывающую галерею от других выработок уклонного блока с помощью герметичных водоупорных перемычек;
- прокладывают в каждой перемычке трубопровод для слива продукции скважин со всасывающим патрубком, направленным вверх;
- прокладывают в каждой перемычке наблюдательный трубопровод для контроля уровня продукции скважин;
- устанавливают на каждом трубопроводе перед герметичной водоупорной перемычкой запорную арматуру и закрывают ее;
- контролируют уровень продукции скважин путем открытия запорной арматуры наблюдательных трубопроводов;
- открывают запорную арматуру соответствующего трубопровода для слива продукции при достижении продукцией скважин уровня наблюдательного трубопровода;
- осуществляют слив продукции до момента начала прорыва теплоносителя через сливной трубопровод.
3
Указанная совокупность существенных признаков значительно улучшает условия работы операторов в нефтяных шахтах, а именно: за счет герметичного перекрытия добывающей галереи созданы благоприятные условия для работы оператора, поскольку теперь его рабочая зона выведена из добывающей галереи, где температура воздуха достигает 53°C и выше. Изолированная добывающая галерея, в которую стекает разогретая продукция скважин, фактически выполняют функцию нефтесборного коллектора, объединяющего все добывающие скважины, при этом за счет большого объема галерея выполняет функцию ловушки механических примесей и обеспечивает конденсацию прорывающегося теплоносителя и представляет собой герметичную емкость, заполненную нефтесодержащей жидкостью, в нижней части которой осаждаются мехпримеси, выносимые с продукцией скважин, а верхняя часть добывающей галереи заполнена воздухом и теплоносителем. В этом случае оператор управляет работой только 4-х запорных арматур, расположенных перед двумя герметичными водоупорными перемычками со стороны насосной камеры с расстоянием около 20 м между перемычками против 300 запорных арматур добывающих скважин, распределенных по длине добывающий галереи с высоким температурным режимом, составляющей около 100 м, при этом температура воздуха в рабочей зоне оператора существенно ниже, что обеспечивает улучшение условий работы оператора. Вместе с тем, учитывая, что добывающая галерея изолирована от других выработок уклонного блока, отпадает необходимость в ее проветривании, при этом расход воздуха на проветривание уклонного блока составит 7,5 м/сек, что в два раза меньше, чем в известном способе по прототипу.
Заявленная совокупность существенных признаков не известна нам из уровня техники, поэтому заявленное изобретение является новым. Заявленные отличительные признаки изобретения являются неочевидными для среднего специалиста в данной области. В связи с этим мы считаем, что заявленное изобретение имеет изобретательский уровень. Изобретение промышленно применимо, так как имеющееся оборудование и технология, разработанная нами, позволяют реализовать способ в полном объеме.
На фиг. 1 изображен участок разрабатываемого месторождения в разрезе; на фиг. 2 изображена схема обустройства кольцевой добывающей галереи; на фиг. 3 изображена схема расположения запорной арматуры на трубопроводах перед герметичными водоупорными перемычками, а также размещения сливных патрубков добывающих скважин и всасывающего патрубка трубопровода для слива продукции скважин; на фиг. 4 изображена схема обвязки трубопровода для слива продукции скважин с нагнетательной линией уклонного блока.
Обустройство участка залежи по предлагаемому способу производят в следующей последовательности. После обустройства шахтных стволов 1 (подъемного и вентиляционного) проходят выработки горизонта для вскрытия отдельных участков залежи. Затем из выработок надпластового горизонта строят уклонные блоки в нефтяном пласте 2. Вышеперечисленные горные выработки являются для шахт традиционными и поэтому на схеме не показаны. У подошвы нефтяного пласта 2 или ниже пласта, вблизи водонефтяного контакта (ВНК), сооружают добывающую галерею 3 уклонного блока для бурения добывающих скважин 4. На фиг. 2 показан вариант обустройства кольцевой добывающей галереи, с расположением добывающих скважин по окружности вокруг галереи. Затем, например, с поверхности земли бурят нагнетательные скважины 5 для закачки теплоносителя (см. фиг. 1).
В дальнейшем при описании способа вместо термина "теплоноситель" будет использован термин "пар".
На устье каждой добывающей скважины 4 устанавливают сливные патрубки 6, направленные вниз (см. фиг. 3). Торцы сливных патрубков всех добывающих скважин располагают на одной абсолютной отметке, при этом учитывая, что каждую добывающую галерею сооружают с наклоном, например 5 промилле, то высоту абсолютной отметки для торцов сливных патрубков добывающих скважин рассчитывают у каждой первой добывающей скважины, располагаемой за герметичной водоупорной перемычкой 7 на основании промысловых данных по дебитам добывающих скважин и уровням скоплений в подошве галереи мехпримесей, выносимых с продукцией скважин в заданный промежуток времени, так как из-за наклона добывающей галереи большая часть мехпримесей скапливается в районе первой добывающей скважины от перемычки. Далее определяют места сооружений герметичных водоупорных перемычек 7 для изоляции добывающей галереи 3 от других выработок уклонного блока. Места сооружения перемычек выбирают, исходя из минимальной трещиноватости нефтяного пласта и отсутствия значительных вывалов в кровле породы. Герметичную водоупорную перемычку сооружают по любой известной технологии, применяемой при термошахтной добыче нефти. В соответствии со способом сооружают две герметичные водоупорные перемычки 7: одну со стороны вентиляционного штрека 8, другую со стороны откаточного штрека 9 (см. фиг. 2). В перемычке, сооружаемой со стороны вентиляционного штрека, обустраивают герметичный люк (позицией на схеме не показан), предназначенный для проветривания добывающей галереи в период обустройства галереи. В подошве добывающей галереи в водоотводной канавке укладывают трубу диаметром ориентировочно 150 мм с запорной арматурой перед перемычкой для слива нефтесодержащей жидкости на период возведения перемычки (позицией на схеме не показано). В каждой перемычке прокладывают трубопровод 10 для слива продукции скважин (см. фиг. 3) со всасывающим патрубком 11, направленным вверх. Верхнюю часть всасывающего патрубка 11 выполняют перфорированной и большего диаметра, при этом нижний торец патрубка 11 располагают выше уровня абсолютной отметки для торцов сливных патрубков 6 добывающих скважин для предотвращения засорения трубопроводов для слива продукции скважин механическими примесями (см. фиг 3). Такое расположение всасывающего патрубка 11 способствует тому, что сливные патрубки 6 добывающих скважин 4 будут постоянно расположены под уровнем скопившейся продукции скважин, что также будет препятствовать прорыву пара. Также в перемычках прокладывают наблюдательные трубопроводы 12 для контроля уровня продукции скважин ориентировочно на уровне устья добывающей скважины, ближайшей к герметичной водоупорной перемычке 7, так как устье ближайшей к перемычке скважины расположено ниже всех остальных устьев скважин за счет наклона добывающей галереи. На каждом трубопроводе перед герметичными водоупорными перемычками 7, расположенными со стороны насосной камеры 13 добывающей галереи, устанавливают запорную арматуру 14 на трубопровод 10 для слива продукции скважин, а также запорную арматуру 15 на наблюдательный трубопровод 12 для контроля уровня продукции скважин. Одновременно каждый трубопровод 10 для слива продукции скважин через запорную арматуру 16 и байпасную линию 17 обвязывают с нагнетательной линией насоса в насосной камере 13. Способ предусматривает вариант исполнения, когда осуществляют прокладку в герметичных водоупорных перемычках 7 дополнительных наблюдательных трубопроводов для контроля состояния парогазовой среды изолированной галереи, при этом на трубопроводах перед перемычкой также устанавливают запорную арматуру (позицией на схемах не показаны). Наблюдательные трубопроводы для контроля состояния парогазовой среды изолированной галереи предназначены для отбора проб парогазовой среды, для отслеживания содержания водяного пара, углеводородных газов, кислорода, углекислого газа и замера температуры в изолированной добывающей галерее, что позволяет контролировать ситуацию и управлять технологическим процессом по закачке пара в пласт, а также отслеживать процессы, происходящие в изолированном пространстве. Все наблюдательные трубопроводы закрепляют с помощью специальных подвесов (позицией не показано) к крепи добывающей галереи. Возможен вариант реализации способа при большой длине добывающей галереи, когда добывающую галерею разбивают на секции. В этом случае производят разметку добывающей галереи 3 на секции равного объема и определяют места сооружений герметичных водоупорных перемычек 7. К каждой секции прокладывают трубопроводы для слива продукции скважин с соответствующими всасывающими патрубками, направленными вверх, и наблюдательные трубопроводы для контроля уровня продукции скважин.
Способ осуществляют следующим образом. Запорную арматуру на всех трубопроводах изолированной добывающей галереи закрывают. Через нагнетательные скважины 5 осуществляют закачку пара в пласт с поверхности земли. По мере прогрева пласта продукция из добывающих скважин 4 стекает в добывающую галерею 3, уровень жидкости в секциях поднимается и при достижении уровнем жидкости торца сливных патрубков 6 в патрубках возникает гидростатическое сопротивление, затрудняющее выход пара в добывающую галерею. Когда гидростатическое сопротивление превышает давление пара на устьях добывающих скважин 4, выход пара в добывающую галерею прекращается. Скопившийся в секции пар конденсируется на стенках добывающей галереи и зеркале жидкости, передавая тепловую энергию нефтяному пласту 2. Добывающая галерея фактически выполняет функцию нефтесборного коллектора, объединяющего добывающие скважины 4, при этом за счет большого объема добывающая галерея выполняет функцию ловушки механических примесей, которые являются постоянной составляющей добываемой продукции скважин при любых способах добычи высоковязкой нефти в шахтных условиях. Уровень жидкости в добывающей галерее постепенно поднимается и контролируется оператором с помощью наблюдательных трубопроводов 12, периодичность открытия которых предусмотрена технологическим режимом на основании промысловых данных по дебитам добывающих скважин. При появлении продукции скважин при открытии запорной арматуры 15 наблюдательных трубопроводов, как со стороны вентиляционного штрека 8, так и со стороны откаточного штрека, оператор производит открытие соответствующей запорной арматуры на трубопроводах для слива продукции скважин, при этом слив продукции осуществляют до момента начала прорыва пара через сливной трубопровод. Запорную арматуру на сливном трубопроводе закрывают и вновь происходит цикл накопления продукции скважин в изолированной добывающей галерее. В случае засорения трубопровода для слива продукции скважин трубопровод промывают напорной струей воды в обратном направлении через запорную арматуру 16 и байпасную линию 17 насоса. Накопленная в секциях продукция скважин сливается в приемную емкость уклона - зумпф 18, откуда насосами перекачивается для дальнейшей подготовки. Циклы подачи пара в нагнетательные скважины могут отличаться от циклов слива продукции скважин из изолированной галереи. Продолжительность циклов устанавливают на основании промысловых данных и уточняют при проведении соответствующих опытно-промысловых работ.
3
3
Пример. Предлагаемый способ может быть реализован на Ярегском месторождении высоковязкой нефти со следующими характеристиками: глубина - 200 м, начальная пластовая температура - 8°C, пластовое давление -0,1 МПа, толщина продуктивного пласта - 26 м, пористость - 26%, проницаемость - 3 мкм, нефтенасыщенность - 87%, вязкость нефти - 12000 мПа.с, плотность нефти - 933 кг/м. В качестве теплоносителя используют водяной насыщенный пар. В настоящее время для проведения опытно-промысловых работ обустраивают следующие участки: уклонный блок 1Т-3 и уклонный блок 2Т-3 Нефтешахты №2. На устье каждой добывающей скважины 4 устанавливают сливные патрубки 6, направленные вниз диаметром, например, не менее 50 мм. Торцы сливных патрубков всех добывающих скважин располагают на одной абсолютной отметке. Абсолютную отметку определяют у ближайшей к герметичной водоупорной перемычке добывающей скважины и она составляет, например, не менее 0,4 м от подошвы добывающей галереи. Добывающую галерею, общей длиной не менее 100 м, изолируют от других выработок уклонного блока, устанавливая две герметичные водоупорные перемычки одну со стороны вентиляционного штрека 8, другую со стороны откаточного штрека 9. В каждой перемычке прокладывают трубопровод 10 для слива продукции скважин диаметром, например, не менее 150 мм. Трубопровод 10 прокладывают над уровнем подошвы добывающей галереи на высоте 5-10 см. Всасывающий патрубок 11 трубопровода 10 для слива продукции скважин размещают от герметичной водоупорной перемычки на расстоянии, например, не менее 10 м для предотвращения засорения трубопроводов для слива продукции скважин механическими примесями, так как именно у перемычки скапливается максимальное количество мехпримесей (см. фиг. 3). Верхнюю часть всасывающего патрубка 11 выполняют перфорированной и большего диаметра, при этом нижний торец перфорационного отрезка располагают, например, на 5-10 см выше уровня абсолютной отметки для торцов сливных патрубков 6 добывающих скважин, например, не менее 0,4 м от подошвы добывающей галереи также для предотвращения засорения трубопроводов для слива продукции скважин механическими примесями. Прокладывают наблюдательный трубопровод малого диаметра, например, 25 мм для контроля уровня продукции скважин. Циклы накопления продукции скважин в секциях и слива продукции постоянно повторяются, при этом оператор во время смены обслуживает не более 4 запорных арматур против 300 при существующем способе эксплуатации, при этом за счет герметичного перекрытия добывающей галереи и образования системы управления работой добывающих скважин созданы благоприятные условия для работы оператора, поскольку теперь его рабочая зона выведена из добывающей галереи, где температура воздуха достигает 53°C и выше, при этом температура воздуха в добывающей галерее перед герметичной водоупорной перемычкой не превышает 26-30°C. Вместе с тем, учитывая, что добывающая галерея изолирована от других выработок уклонного блока, отпадает необходимость в ее проветривании, при этом расход воздуха на проветривание уклонного блока составит 7,5 м/сек, что в два раза меньше, чем в известном способе по прототипу.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает достижение ожидаемого технического результата, а именно улучшение условий работы операторов в нефтяных шахтах при снижении затрат на вентиляцию уклонного блока, при этом уменьшается расход электроэнергии, и, как результат, снижается себестоимость нефти.