СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ИЗОМЕТРИЧЕСКИХ ЗАЛЕЖЕЙ ПРИРОДНОГО БИТУМА
DEVELOPMENT OF ISOMETRIC NATURAL BITUMEN DEPOSITS

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к разработке и освоению битумных месторождений путем теплового воздействия на пласт, и касается способов добычи тяжелой высоковязкой нефти и природных битумов.
Предпосылки для создания изобретения.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
Освоение альтернативных источников углеводородного сырья, среди которых в качестве наиболее перспективных рассматриваются месторождения с трудноизвлекаемыми запасами и природными битумами, является одной из важнейших задач топливно-энергетической отрасли.
Подавляющее число осуществляемых проектов разработки месторождений тяжелой нефти и природных битумов связано с термическими методами воздействия на пласт.
Одним из перспективных направлений развития термических методов добычи природных битумов является совершенствование скважинного теплового метода. Подогрев тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов - надежный и почти единственный практически применяемый способ снижения вязкости нефти и битума до восстановления их текучести.
Известен способ разработки трещиноватого нефтяного пласта (см. патент RU №2145664, кл. Е21В 43/24, опубл. БИ №5 за 2000 г.), включающий проходку горной выработки ниже нефтяного пласта, бурение из нее пологовосстающих нагнетательных и добывающих скважин по нефтяному пласту, закачку в них пара и отбор нефти.
Однако эффективность вытеснения остается низкой из-за того, что процесс распределения теплоносителя в пласте является неконтролируемым, а осуществление способа требует больших материальных и энергетических затрат. Способ отличается сложностью и трудоемкостью при использовании, при этом основным недостатком данного способа является невозможность его применения для залежей изометрической формы.
Существуют способы разработки битумного месторождения (см. патент RU №2225942, кл. Е21В 43/24, опубл. 20.03.2004 г., и патент RU №2307926, кл Е21В 43/24, опубл. 10.10.2007 г.).
Способы разработаны для освоения битумных залежей тепловыми скважинными методами для вытянутой морфогенетической формы залежи. Разогрев пласта осуществляется с помощью горизонтальной синусоидальной скважины по предварительно осушенному пласту. Осушение пласта от напорных подземных вод как технологическая операция всей технологии разработки битумных залежей предложена впервые в мире. Такая операция позволит существенно уменьшить затраты теплоносителя, увеличить скорость и площадь нагрева пласта.
Недостатками способов является то, что разогреву подвергаются недостаточно большие площади пласта и объем разогреваемых участков пласта. Данная технология малоприменима для залежей изометрической формы.
Наиболее близким техническим решением, принятым нами в качестве наиболее близкого аналога, т.е. прототипа, является способ разработки битумных месторождений изометрической формы (см. заявку на изобретение №2012142069/03 (067655), кл Е21В 43/24, от 02.10.2012 г.), включающий бурение теплонагнетательных скважин, закачку теплоносителя в пласт, бурение дренажной скважины, обезвоживание пласта и отбор продукции из пласта, причем при разработке месторождений изометрической формы бурят теплонагнетательные скважины кольцевого профиля, при этом тепломассоперенос осуществляется за счет вынужденной конвекции из теплонагнетательной скважины, а отбор продукции из пласта осуществляют через вертикальные дренажно-добычные скважины путем поршневого вытеснения битума и высоковязкой нефти перегретым паром высокого давления от периферии залежи к вертикальной дренажно-добычной скважине.
Недостатки прототипа: отсутствие бурения гибкой трубой, которая в процессе реализации технологии остается в качестве обсадной колонны и не цементируется, и недостаточный объем разогреваемых участков пласта.
Задачей изобретения является создание способа эффективного вытеснения битума и увеличения тем самым извлекаемых запасов за счет стабилизации теплового воздействия на пласт, возможности контроля за распределением теплоносителя в пласте и под пластом, а также за счет увеличения охвата пласта тепловым воздействием.
Поставленная задача достигается описываемым способом разработки изометрических залежей природного битума.
Способ разработки изометрических залежей природного битума представляет собой законченную технологию бурения теплонагнетательных скважин, закачку теплоносителя в пласт и бурение вертикальной дренажно-добычной скважины в центре залежи, обезвоживание и осушение пласта и отбор продукции из пласта, причем при разработке изометрических залежей природного битума бурят теплонагнетательные двухустьевые скважины горизонтально-кольцевого профиля радиусом, равным радиусу изометрической залежи, при этом бурение осуществляют методом колтюбинга (гибкой трубой) с оставлением гибкой трубы в скважине в качестве обсадной колонны, причем гибкая труба не цементируется с перфорацией ее к центру залежи и к вертикальной дренажно-добычной скважине.
Технология и последовательность осуществления способа разработки изометрических залежей природного битума и бурения теплонагнетательной двухустьевой скважины горизонтально-кольцевого профиля радиусом, равным радиусу изометрической залежи, представлены на фиг.1 и фиг.2.
- На фиг.1 изображен контур теплонагнетательной двухустьевой скважины горизонтально-кольцевого профиля, где:
1
S - площадь внутренней части кольцевого пространства изометрической залежи природного битума;
- длинная черная стрелка - вектор теплопотока искусственной конвекции;
- короткая красная стрелка - вектор поршневого вытеснения;
2
- S - площадь рассеяния теплопотока.
- на фиг.2 - трасса теплонагнетательной двухустьевой скважины горизонтально-кольцевого профиля.
- На фиг.3 - иллюстрация расчета кривизны.
Способ состоит из 4 этапов.
Первый этап. Бурение вертикального участка роторным способом до кровли битумного пласта. Обсадка трубами диаметром 168 мм и цементирование термостойкими тампонажными растворами, поскольку в скважину закачивается перегретый пар температурой 210-240°С.
Второй этап. Бурение из-под башмака (вертикального участка) наклонного участка всего кольцевого участка методом колтюбинга (гибкая труба) с применением укороченного винтового забойного двигателя. Необходимо применение осциллятора в компоновке долото, осциллятор, навигационная система типа MWD с LWD, укороченный винтовой забойный двигатель. Осциллятор необходим для создания забойного давления по горизонтальному и восстающему участкам. Для того чтобы исключить прихват компоновки низа бурильной колонны (КНБК), последний комплектуется с гидромеханическим яссом двойного действия.
Расчет кривизны кольцевого профиля радиусом 200 м и углом набора кривизны 2,86 градусов на 10 м (фиг.3).
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>0,171</mn><mo>⋅</mo><msubsup><mi>L</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1.41</mn><mi>m</mi><mo>−</mo><mn>0.41</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>D</mi><mo>−</mo><mi>d</mi><mo>+</mo><mn>0.17</mn><mfrac bevelled="true"><mrow><msubsup><mi>L</mi><mn>1</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow><mi>P</mi></mfrac></mrow></mfrac></mrow>
,
где
R - радиус;
L - длина забойного двигателя;
m - масса забойного двигателя;
D - диаметр внешний;
d - внутренний диаметр;
р - предельное значение дуги искривления.
<mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>E</mi><mo>⋅</mo><mi>d</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>σ</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
где
E·d - модуль Юнга;
1
1
2σ - величина изгибающего коэффициента для ДГ - 108, L=2900 мм;
ДГ - винтовой забойный двигатель.
<mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2,1</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>5</mn></msup><mo>⋅</mo><mn>0,108</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mn>320</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>35,4</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>0,171</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>2,9</mn></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1.41</mn><mo>−</mo><mn>0.41</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>0,151</mn><mo>−</mo><mn>0,108</mn><mo>+</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><mn>0.17</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>2,9</mn></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>35,4</mn></mrow></mfrac></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>17,44</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
для ЛБТ диаметром 114 мм - легкосплавные буровые трубы
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>E</mi><mo>⋅</mo><mi>d</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><msub><mi>σ</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><msub><mi>σ</mi><mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>71</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>3</mn></msup><mo>⋅</mo><mn>0,114</mn></mrow><mrow><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mn>330</mn></mrow></mfrac><mn>1,5</mn><mo>=</mo><mn>18,4</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>573</mn></mrow><mi>R</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>573</mn></mrow><mrow><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>2.86</mn><mfrac bevelled="true"><mo>∘</mo><mrow><mn>10</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
где
i - угол набора кривизны.
Третий этап. Бурение восстающего участка с выходом забоя на дневную поверхность в непосредственной близости от устья вертикального ствола на расстоянии не более 10-15 м. Выход на поверхность необходим для сохранения винтового забойного двигателя (ВЗД) и осциллятора для последующего использования. Кроме того, теплонагнетание в скважину можно будет осуществлять при помощи одного парогенератора встречными потоками. Способ бурения колтюбинговый. Технология предполагает оставление гибкой трубы в скважине в качестве обсадной колонны, при этом гибкая труба не цементируется. Перфорация гибкой трубы к центру залежи и к вертикальной дренажно-добычной скважине. Вся технология комбинированная - роторного и колтюбингового способов бурения и обсадки. Комбинированная технология также по трассе строительства скважины (вертикальный, наклонный, кольцевой, горизонтальный и восстающий участки).
Четвертый этап. Бурение вертикальной дренажно-добычной скважины по забою ниже битумного пласта на 10-15 м. В одной обсадной колонне монтируется дренажная колонна для осушения пласта. В предлагаемой технологии осушение пласта является ключевой задачей, поскольку позволяет увеличить скорость продвижения теплоносителя и снижение величины теплопотерь до 60-70%. В той же колонне монтируется добычная колонна, оборудованная штатным штанговым насосом.
Бурение вертикальной дренажно-добычной скважины предпочтительнее по следующим соображениям в отличие от технологии бурения двух параллельных (добычной и теплонагнетательной) горизонтальных скважин, которые строятся в ОАО «Татнефть» Республики Татарстан и Канаде:
- значительно более простая технология бурения;
- менее сложная борьба с осложнениями и авариями;
- более простой ремонт скважин;
- нет необходимости применять сложное навигационное оборудование;
- более чем на 40% строительство таких скважин дешевле при одинаковых вскрытых по длине продуктивных зонах.
Способ разработки изометрических залежей природного битума позволяет обеспечить выход на поверхность к забою и тем самым сохранить забойный двигатель и осциллятор для дальнейшего использования.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа разработки изометрических залежей природного битума определяется главным образом:
- увеличением площади охвата продуктивного пласта;
- существенным снижением материальных и энергозатрат;
- уменьшением тепловых потерь (более чем на 60%);
- увеличением скорости продвижения теплоносителя;
- существенным уменьшением затрат на обезвоживание добытого сырья и увеличением извлекаемых запасов.