способ разработки нефтяной залежи

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНОЙ ЗАЛЕЖИ, включающий закачку воды через нагнетательные скважины и отбор нефти через добывающие скважины, отличающийся тем, что перед закачкой обеспечивают отсутствие поступления воды из нагнетательных скважин и их призабойную зону пласта и обратно, определяют зону нагрева воды в нагнетательных скважинах от забоя до уровня, на половине расстояния до которого температура породы не меньше заданной температуры нагрева воды, заполняют скважину водой, контролируют температуру нагрева воды в нагнетательных скважинах, проводят технологическую выдержку для достижения заданной температуры воды в зоне нагрева и для отстоя и очистки воды, обеспечивают поступление воды из нагнетательных скважин в призабойную зону пласта этих скважин, закачивают воду из зоны нагрева в призабойную зону пласта, обеспечивают отсутствие поступления воды из нагнетательных скважин в их призабойную зону пласта и обратно, заполняют освободившееся пространство этих скважин водой, при этом операции повторяют до создания в призабойной зоне пласта оторочки нагретой воды в заданном объеме, одновременно проводят технологическую выдержку для дополнительного подогрева воды в призабойной зоне пласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений с высокопарафинистой и высоковязкой нефтью.

Известен способ разработки нефтяной залежи путем закачки через нагнетательные скважины нагретой воды и отбора нефти через добывающие скважины [1]

Недостатком способа является необходимость создания на месторождении системы поддержания пластовой температуры, что связано с организацией сложного энергетического хозяйства и увеличением себестоимости добываемой нефти вследствие роста энергетических затрат.

Известен способ разработки месторождений парафинистых нефтей путем закачки через нагнетательные скважины ненагретой воды и отбора нефти через добывающие скважины [2]

При таком способе происходит понижение пластовой температуры в призабойной зоне пласта, выпадение из нефти растворенного парафина и резкое снижение добычи нефти при росте обводненности добываемой продукции.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки нефтяной залежи, включающий закачку воды и одновременный нагрев воды глубинным теплом Земли в нагнетательных скважинах и отбор нефти через добывающие скважины [3]

В известном способе для получения на забое нагнетательной скважины температуры воды, равной или выше пластовой температуры, приходится значительно увеличивать длину и изменять угол наклона нагнетательной скважины по сравнению с вертикальной. Это приводит к увеличению стоимости скважины, а следовательно, к увеличению себестоимости добываемой нефти.

Цель изобретения снижение себестоимости добываемой нефти за счет снижения энергозатрат на нагрев закачиваемой воды и сокращения затрат на строительство нагнетательных скважин, уменьшения их длины при условии сохранения температуры закачиваемой воды на забое скважины, требуемой по условиям разработки.

Цель достигается тем, что в способе разработки нефтяной залежи, включающем закачку воды через нагнетательные скважины и отбор нефти через добывающие скважины, перед закачкой обеспечивают отсутствие поступления воды из нагнетательных скважин в призабойную зону пласта и обратно, определяют зону нагрева воды в нагнетательных скважинах от забоя до уровня, на половине расстояния до которого температура породы не меньше температуры нагрева воды, требуемой по условиям разработки, заполняют скважину водой, контролируют температуру нагрева воды в нагнетательных скважинах, проводят технологическую выдержку для достижения температуры воды в зоне нагрева, требуемой по условиям разработки, и для отстоя и очистки воды, обеспечивают поступление воды из нагнетательных скважин в призабойную зону пласта, закачивают воду из зоны нагрева в призабойную зону пласта, обеспечивают отсутствие поступления воды из нагнетательных скважин в призабойную зону пласта и обратно, заполняют освободившееся пространство скважины водой, операции повторяют для создания в призабойной зоне пласта оторочки нагретой воды в объеме, необходимом по условиям разработки, одновременно проводят технологическую выдержку для дополнительного подогрева воды в призабойной зоне пласта, после чего осуществляют процесс разработки нефтяной залежи.

В нагнетательных скважинах могут создавать зумпф для отстоя с объемом, определяемым количеством взвешенных частиц, выпадающих из воды при создании в призабойной зоне пласта оторочки нагретой воды, а после создания в призабойной зоне пласта оторочки нагретой воды перед осуществлением процесса разработки нефтяной залежи могут производить очистку зумпфа.

Известные способы разработки, предусматривающие нагрев нагнетаемой воды за счет геотермального тепла Земли, имели тот недостаток, что воду в нагнетательной скважине подавали непрерывно. Это ограничивало время нагрева нагнетаемой воды временем ее пребывания в стволе скважины в процессе ее движения от устья к забою, в результате чего температура нагрева могла оказаться меньшей, чем требуется по условиям разработки. Чтобы увеличить время нагрева, в прототипе предлагают удлинять ствол скважины и делать ее наклонной, что значительно удорожает стоимость строительства нагнетательных скважин и, следовательно, себестоимость добываемой нефти.

Вместо этого по предлагаемому способу воду выдерживают неподвижно в стволе нагнетательной скважины в течение того времени, которое необходимо для ее нагрева до температуры, требуемой условиями разработки, после чего порцию горячей воды закачивают в пласт, снова выдерживают следующую порцию воды до нагрева и т.д. Способ применим для любой интенсивности закачки.

На чертеже приведена схема осуществления способа. Использованы следующие обозначения: 1 нагнетательная скважина, 2 профиль температур окружающих пород Земли, 3 верхняя граница одноразового объема закачки воды в пласт, 4 насосно-компрессорные трубы (НКТ), 5 контрольный прибор температуры (дистанционный термометр), 6 оторочка, 7 зумпф.

Способ осуществляют следующим образом.

Задают температуру нагрева закачиваемой воды Т₃ из условия разработки (например, температуру начала выпадения парафина). С учетом профиля распределения температур окружающих пород 2 среднее положение столба воды одноразовой закачки в пласт на глубине скважины, на которой температура горной породы равна или выше Т₃. По среднему положению определяют верхнюю границу столба воды. Скважину заполняют водой, проводят технологическую выдержку, в процессе которой контролируют с помощью 5 нагрев воды в скважине. Технологическую выдержку продолжают до тех пор, пока температура воды не станет равной или больше температуры закачиваемой воды Т₃.

При проведении технологической выдержки воды в скважине, одновременно происходит отстой воды с выпадением из нее взвешенных частиц и ее дополнительная очистка. Осевшие на дно скважины твердые частицы в дальнейшем попадают в отстойник зумпфа. Накапливание твердых частиц в зумпфе без попадания их в пласт более предпочтительно поскольку при этом в пласт закачивают более чистую воду, чем при непрерывной закачке, а накопленный осадок в концентрированном виде не засоряет пласт. Поэтому при внедрении способа необходимо учитывать это обстоятельство.

При проводке нагнетательных скважин для применения технологии необходимо предусмотреть наличие зумпфа, который должен играть роль отстойника для взвешенных частиц, содержащихся в закачиваемой воде. Размер зумпфа определяется в зависимости от максимального количества взвешенных частиц и времени технологической выдержки.

Перед пуском нагнетательной скважины на непрерывную закачку ненагретой на поверхности воды осуществляют очистку зумпфа путем промывки скважины.

Данное указание не отменяет необходимости подготовки закачиваемой воды.

Обеспечение отсутствия поступления воды из нагнетательных скважин в призабойную зону пласта и обратно выполняют уравновешиванием пластового давления и давления в скважине.

Обеспечение поступления воды из нагнетательной скважины в призабойную зону пласта выполняют привышением давления в скважине над пластовым давлением.

После нагрева воды в скважине до заданной температуры горячую воду нагнетают в пласт, например, посредством давления нагнетания Р_нагн, при котором обеспечивают переток горячей воды из скважины в пласт.

Время закачки одноразового объема задают исходя из преемистости нагнетательной скважины.

После закачки одноразового объема нагретой воды в пласт, производят перекрытие скважины на устье. При этом обеспечивается отсутствие поступления воды из нагнетательной скважины в призабойную зону пласта и обратно. Дозаполнение освободившегося объема скважины свежей порцией воды производят одновременно с закачкой объема нагретой воды в пласт.

Последующая за этим технологическая выдержка воды в скважине приводит к нагреву следующего одноразового объема воды до заданной температуры за счет геотермального тепла Земли и операции по закачке продолжаются до создания оторочки горячей воды. При этом на протяжении всех операций производится технологическая выдержка воды в призабойной зоне пласта и дополнительный ее прогрев. После этого очищают зумпф от взвешенных частиц и разработку продолжают известными способами.

К технологическим режимам относятся температура закачки воды в пласт Т₃, град; одноразовый объем закачки горячей воды в пласт W₁, м³; продолжительность нагрева воды в скважине _нагр.ч; продолжительность закачки одноразового объема горячей воды в пласт ₃, ч. объем оторочки горячей воды в пласте G, м³ и количество периодов нагрев-закачка для создания оторочки горячей воды.

Температуру закачки воды в пласт определяют из условия разработки. Так, при разработке залежи парафинистой нефти, например, за температуру закачки принимают температуру, превышающую температуру начала выпадения парафина. При этом пластовая температура, как правило, выше температуры выпадения парафина.

Нагрев воды в скважине происходит вследствие притока геотермального тепла Земли. Температура окружающих горных пород должна быть выше заданной температуры закачки Т₃. Исходя из этого, нагреваемый объем воды в скважине имеет нижней границей уровень забоя в скважине, расположенного на глубине Н [м] а верхней границей будет уровень h_b [м] При этом на половине расстояния от Н до h_b температура породы равна температуре Т₃.

Распределение температуры по глубине Земли определяют по формуле

t(h)= + Гh, (1) где t(h) поле температур горных пород на глубине h [м]

температура горных пород, приведенная к поверхности Земли, ^оС;

Г геотермальный градиент Земли, град/м.

Из этой формулы находят уровень в скважине, на котором температура горных пород равна температуре закачки, который принимают за середину интервала закачки

h₁

(2)

Верхний уровень h_b в соответствии с этим определяют по формуле

h_b=2 h₁-H. (3)

Объем одноразовой закачки нагретой воды в пласт (W₁) определяют с учетом среднего угла наклона оси скважины к вертикали на глубине от h_b до Н

W₁

(4)

где d внутренний диаметр обсадной колонны, м.

Продолжительность нагрева воды в скважине _нагр, ч. определяют прямыми замерами температуры, например, по показаниям термометра 5.

Для определения продолжительности закачки ₃, ч, одноразового объема нагретой воды в пласт W₁, необходимо знать приемистость скважины Q м³/сут при давлении закачки Р_нагн, МПа

_з 24

(5)

Один период нагрева закачки ₁, ч, определяют как сумму

₁=_нагр+₃. (6)

Объем оторочки горячей воды G, м³, создаваемой в пласте, выбирают из условия разработки месторождения

G= R_от²h_пл, (7) где R_от радиус оторочки, м;

h_пл толщина пласта, м.

Зная объем одноразовой закачки W₁ из формулы (4) и объем оторочки (7), находят число периодических нагревов воды в скважине и закачек N, необходимое для создания горячей оторочки

N

(8)

По формулам (6) и (8) определяют продолжительность технологического процесса создания оторочки Т, сут

T

(9)

Далее определяют общий объем твердых взвешенных частиц, выпадающих в зумпф

= s G, (10) где s объемное содержание твердых частиц в кубометре закачиваемой воды, доли единицы.

Определяют необходимую глубину зумпфа в нагнетательной скважине l_z, м

l_z

(11)

П р и м е р. Скважина с глубиной залегания пласта Н=1400м, приемистостью Q= 300 м³/сут при давлении нагнетания Р_нагн=15 МПа на устье. Пласт насыщен парафинистой нефтью с температурой насыщения 57^оС. Эту температуру принимают за заданную температуру нагрева Т₃. По формуле (2) определяют уровень в скважине, на глубине которого температура окружающих горных пород равна Т₃ по следующим исходным данным. Геотермальный градиент Земли Г=0,03 град/м, температура поверхностного слоя =24 град.

h₁ 1100 м

Верхний уровень объема одноразовой закачки равен по формуле (3) величине

h_b=2 h₁-H=2200-1400=800 м

Диаметр скважины d=0,163 м, ствол вертикальный 0. По этим данным из формулы (4) определяют одноразовый объем закачки

W₁=(1400-800) 3,14 0,163 ²/4=12,5 м³.

Продолжительность нагрева воды в скважине определяют по прямым измерениям. Она составляет _нагр=4 ч.

По формуле (5), с учетом приемистости Q находят время закачки одноразового объема воды

₃=24 12,5/300=1 ч.

Продолжительность одного периода нагрева-закачки определяют по формуле (6)

₁=4+1=5 ч

Вычисляют объем оторочки по формуле (7) для радиуса оторочки R_от=15 м и толщины пласта h_пл10 м

G=3,14 15² 10=6280 м³

По формуле (8) находят число периодических нагревов и закачек, необходимых для создания оторочки нагретой воды

N=6280/12,5=500

Продолжительность технологического процесса создания оторочки определяют по формуле (9)

Т=500 5/24=100 сут

Определяют объем взвешенных частиц, выпадающих в зумпф по формуле (10) для s=0,5 10^-4

=s G=0,5 10^-4 6280=0,314 м³.

Определяют глубину зумпфа, необходимую для накопления взвешенных частиц, содержащихся в нагнетаемой воде по формуле (11)

l_z=4 0,314/(3,14 0,163²)=15 м

Это условие удовлетворяется фактической конструкцией скважины, в которой предусматривают зумпф глубиной 20 м.

Обеспечивают отсутствие поступления воды из нагнетательной скважины в призабойную зону пласта и обратно закрыванием задвижек на устье. Заполняют скважину водой, контролируют температуру нагрева воды в нагнетательной скважине дистанционным термометром, проводят технологическую выдержку в течение 4 часов. Повышают давление воды в нагнетательной скважине выше 11 МПа на устье, при котором обеспечивается поступление воды в призабойную зону пласта, закачивают 12,5 м³ воды в призабойную зону пласта. Снижают давление воды в нагнетательной скважине, приравнивая его к пластовому и обеспечивают отсутствие поступления воды из нагнетательной скважины в призабойную зону пласта и обратно задвижками на устье. Заполняют освободившееся пространств скважины водой. Операции повторяют 500 раз и создают в призабойной зоне пласта оторочку нагретой воды объемом 6280 м³. Аналогичным образом создают оторочки нагретой воды в призабойных зонах других нагнетательных скважин залежи. После создания оторочек проводят разработку залежи нагнетанием воды через нагнетательные скважины и отбором нефти через добывающие скважины.

Применение предложенного способа позволит исключить энергозатраты на нагрев воды на устье и сократить затраты на строительство нагнетательных скважин за счет уменьшения их длины по сравнению со способом непрерывной закачки холодной воды.