способ теплового воздействия на нефтяной пласт и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ теплового воздействия на нефтяной пласт, включающий спуск скважинного электронагревателя на колонне насосно-компрессорных труб - НКТ в интервал нефтяного пласта с последующим разогревом и добычей разогретой продукции из скважины, отличающийся тем, что добычу разогретой продукции скважины ведут с периодической закачкой разогретой продукции скважины обратно в нефтяной пласт, при этом объем и давление закачки разогретой продукции и, соответственно, глубину проникновения разогретой продукции в нефтяной пласт с каждым периодом увеличивают до достижения максимально допустимого давления закачки продукции в нефтяной пласт, причем в каждом из периодов объем закачки разогретой продукции обратно в нефтяной пласт в несколько раз меньше объема добытой разогретой продукции из скважины.

2. Устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт, включающее скважинный электронагреватель с токопроводом, размещенные на колонне насосно-компрессорных труб - НКТ, отличающееся тем, что колонна НКТ выше скважинного электронагревателя, но ниже динамического уровня продукции в скважине снабжена пакером, герметично разделяющим межколонные пространства скважины, при этом ниже пакера в колонне НКТ выполнены радиальные отверстия, а выше пакера в колонне НКТ установлен вставной штанговый глубинный насос, причем колонна НКТ снизу заглушена, что увеличивает площадь теплопередачи на участке колонны НКТ от заглушки до радиальных отверстий.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для теплового воздействия на призабойную зону и нефтяной пласт, в том числе для предупреждения или разогрева парафино-гидратных отложений.

Известен скважинный электронагреватель (авторское свидетельство SU № 1627671, МПК 7 E21B 36/04, E21B 43/24, опубл. 15.02.1991 г.), содержащий токопровод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенными по спирали на его поверхности длинномерным нагревательным элементом, при этом нагревательный элемент размещен по длине корпуса неравномерно с увеличением шага спирали от конца корпуса по направлению к токовводу.

Известен также индукционный скважинный электронагреватель (патент RU № 2198284, МПК 7 E21B 36/04, E21B 43/24, опубл. в бюл. № 4 от 10.02.2003 г.), включающий корпус, являющийся одновременно магнитным сердечником, нагревательный элемент в виде индукционной катушки, намотанной на наружной поверхности корпуса, контактный узел с токоподводящим кабелем, причем корпусом, являющимся одновременно магнитным сердечником, служит насосно-компрессорная труба (НКТ), оснащенная металлическими кольцами с разрезами, через которые проложены провода обмоток индукционной катушки, при этом индукционная катушка выполнена двухслойной и имеет три обмотки из проводов с термостойкой изоляцией.

Недостатками обоих аналогов являются:

- во-первых, сложное конструктивно устройство, кроме того большинство нагревателей индукционного типа с высоким электрическим сопротивлением нагревательного элемента, выделяет большое количество тепла на единицу длины и потому недолговечно и недостаточно надежно;

- во-вторых, недостаточно эффективны для тепловой обработки мощных пластов, например карбонатных, а также для расплавления или предупреждения парафиногидратных пробок большой протяженности; асфальтосмолистых, афальтосмолопарафиновых отложений большой протяженности в НКТ и на глубинно-насосных штангах;

- в-третьих, устройства не применимы также для подогрева и снижения вязкости продукции скважин на приеме глубинных насосов.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются скважинный электронагреватель (патент RU № 2198284, МПК 7 E21B 36/04, E21B 37/00 опубл. в бюл. № 9 от 27.03.2005 г.), содержащий токоподвод с установленным под ним трубчатым корпусом с размещенным на его поверхности длинномерным нагревательным элементом в виде кабеля с возможностью подачи в него через токоподвод питающего напряжения от источника, отличающийся тем, что имеет заземление к трубчатому корпусу и использован кабель с малым электрическим сопротивлением, установленный в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса с возможностью образования замкнутого контура и подачи от источника питающего переменного напряжения, при этом кабель с малым электрическим сопротивлением установлен в ферромагнитной трубке вдоль трубчатого корпуса по его периметру в виде многоходовой последовательности параллельных длинномерных нагревательных элементов, причем ферромагнитная трубка выполнена разделенной на секции, количество которых определено расчетом в зависимости от интенсивности искривления эксплуатационной колонны и габаритных размеров, и способ его применения, включающий спуск скважинного электронагревателя на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в интервал нефтяного пласта с последующим разогревом и добычей разогретой продукции из скважины.

Недостатком данного способа является его низкая эффективность из-за незначительного увеличение нефтеоотдачи нефтяного пласта, так как радиус прогрева невелик, а это не обеспечивает приток нефти к скважине с удаленной от скважины зоны. Более того, в результате практического применения данного способа выявлено, что наибольшее увеличение дебита по нефти достигнуто в низкодебитных (до 2,0 тонн/сутки) добывающих скважинах. В добывающих скважинах с начальным дебитом 3-5 тонн/сутки относительное увеличение дебита за счет применения данного электронагревателя значительно ниже. Отсюда следует, что использование электронагревателя с целью интенсификации добычи нефти целесообразно только в низкодебитных добывающих скважинах (с дебитом до 2,0 тонн/сутки).

Недостатками данного устройства являются большие тепловые потери, так как разогрев продукции скважины происходит только в интервале размещения скважинного электронагревателя и основная часть тепла, выделяемого электронагревателем, отбирается вместе с продукцией, которая извлекается из скважины, и небольшой охват участка (практически этот участок ограничен геометрическими размерами электрообогревателя), на котором происходит разогревание продукции.

Задачей изобретения является создание эффективного способа теплового воздействия на нефтяной пласт, позволяющего производить обширный прогрев нефтяного пласта, увеличивая радиус охвата и обеспечивая приток нефти к скважине с удаленной от скважины зоны, а также позволяющего интенсифицировать добычу нефти как из малодебитных скважин с дебитом до 2 тонн/сутки, так и из скважин с более высокими дебитами, и устройства для его осуществления, позволяющего снизить тепловые потери и направлять значительную часть тепла на разогрев нефтяного пласта путем увеличения охвата разогреваемого участка скважины.

Поставленная задача решается способом теплового воздействия на нефтяной пласт, включающим спуск скважинного электронагревателя на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в интервал нефтяного пласта с последующим разогревом и добычей разогретой продукции из скважины.

Новым является то, что добычу разогретой продукции скважины ведут с периодической закачкой разогретой продукции скважины обратно в нефтяной пласт, при этом объем и давление закачки разогретой продукции и, соответственно, глубину проникновения разогретой продукции в нефтяной пласт с каждым периодом увеличивают до достижения максимально допустимого давления закачки продукции в нефтяной пласт, причем в каждом из периодов объем закачки разогретой продукции обратно в нефтяной пласт в несколько раз меньше объема добытой разогретой продукции из скважины.

Задача решается также устройством для теплового воздействия на нефтяной пласт, включающим скважинный электронагреватель с токопроводом, размещенные на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ).

Новым является то, что колонна НКТ выше скважинного электронагревателя, но ниже динамического уровня продукции в скважине снабжена пакером, герметично разделяющим межколонные пространства скважины, при этом ниже пакера в колонне НКТ выполнены радиальные отверстия, а выше пакера в колонне НКТ установлен вставной штанговый глубинный насос, причем колонна НКТ снизу заглушена, что увеличивает площадь теплопередачи на участке колонны НКТ от заглушки до радиальных отверстий.

На фиг.1 изображены предлагаемый способ теплового воздействия на нефтяной пласт и устройство для его осуществления в момент отбора разогретой продукции скважины.

На фиг.2 изображены предлагаемый способ теплового воздействия на нефтяной пласт и устройство для его осуществления в момент закачки в нефтяной пласт разогретой продукции скважины.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Сначала определяют динамический уровень продукции в скважине. После чего в скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 спускают скважинный электронагреватель 3 (например, электронагреватель, описанный в патенте RU № 2198284, МПК 7 E21B 36/04, E21B 37/00, опубл. в бюл. № 9 от 27.03.2005 г.) с токопроводом 4 и пакер 5, размещенный на колонне НКТ 2 выше электронагревателя 3, при этом электронагреватель 3 устанавливают в интервал нефтяного пласта 6, а пакер 5 сажают в скважине 1 ниже динамического уровня, например, на 100 метров (на фиг.1 и 2 не показано). После чего спускают в скважину вставной глубинный штанговый насос 7, включают скважинный электронагреватель 3, который разогревает продукцию скважины 1 в интервале нефтяного пласта 6. Запускают в работу привод (например, станок-качалку) (на фиг.1 и 2 не показано) глубинного штангового насоса 7 и производят добычу разогретой продукции по колонне НКТ 2 из скважины 1 в объеме V_д.

Через определенный промежуток времени, который определяется расчетным путем в зависимости от мощности электронагревателя, физико-химических свойств добываемой продукции (вязкости, плотности и т.д.), отключают привод вставного глубинного штангового насоса 7 и приподнимают плунжер 8 (см. фиг.2) из цилиндрического корпуса 9 глубинного штангового насоса 7.

После этого с устья скважины 1 по колонне НКТ 2 любым известным насосом производят закачку в объеме V_з , в несколько раз меньшем объема добытой продукции V_д , что определяется расчетным путем.

В результате закачки в нефтяной пласт 6 разогретой продукции увеличивается радиус прогрева электронагревателем 3 нефтяного пласта 6, что обеспечивает приток нефти к скважине 1 с удаленной от скважины зоны. После закачки расчетного объема V_з устанавливают плунжер 8 обратно в цилиндрический корпус 9 и запускают в работу привод глубинного штангового насоса 7 и вновь производят добычу разогретой продукции по колонне НКТ 2 из скважины 1.

Через определенный промежуток времени, когда будет добыто из скважины 1 вставным глубинным скважинным насосом 7 на поверхность разогретой продукции

V_д1 больше закачанной V_з, отключают привод глубинного штангового насоса 7 и приподнимают плунжер 8 (см. фиг.2) из цилиндрического корпуса 9 глубинного штангового насоса 7.

После этого с устья скважины 1 производят закачку по колонне НКТ 2 извлеченной из скважины 1 подогретой продукции обратно в нефтяной пласт 6 в расчетном объеме V_з1, при этом разогретая продукция проникает еще глубже в нефтяной пласт 6 сравнительно с первоначально закачанным объемом V_з.

Давление закачки Р_з1 объема V_з1 в нефтяной пласт 6 превышает давление закачки Р_з объема V_з, то есть (Р_з1>Р_з), что обусловлено более глубоким проникновением (продавливанием) разогретой продукции в нефтяной пласт 6.

В результате еще больше увеличивается радиус прогрева электронагревателем 3 нефтяного пласта 6, что обеспечивает приток нефти к скважине с более удаленной от скважины зоны. После закачки расчетного объема разогретой продукции в нефтяной пласт 6 (см. фиг.1) устанавливают плунжер 8 обратно в цилиндрический корпус 9 и запускают в работу привод глубинного штангового насоса 7 и начинают добычу разогретой продукции по колонне НКТ 2 из скважины 1.

В дальнейшем вышеописанный цикл повторяют. В результате с каждым циклом добычи и закачки разогретой продукции увеличивается радиус прогрева нефтяного пласта 5 электронагревателем 3 нефтяного пласта 6 и обеспечивается приток нефти к скважине 1 с более удаленной от скважины 1 зоны, при этом электронагреватель 3 работает постоянно. При этом при каждой последующей закачке разогретой продукции в нефтяной пласт 6 увеличивается глубина проникновения (радиус охвата) разогретой продукции в более отдаленные зоны нефтяного пласта 6, и, соответственно, с каждой последующей закачкой увеличивается давление закачки.

Таким образом, постепенно и пропорционально увеличивают объемы закачки V_дn и V_зn до достижения максимально допустимого давления закачки Р_{з max} в нефтяной пласт 6, которое ограничивает глубину проникновения разогретой продукции в нефтяной пласт 6.

В дальнейшем, периодически сочетая добычу и закачку разогретой продукции, не превышая максимально допустимого давления закачки Р_{з max} , продолжают разработку нефтяного пласта 6.

Предлагаемый способ теплового воздействия на нефтяной пласт позволяет производить обширный прогрев нефтяного пласта за счет постепенного увеличения с каждым циклом объема закачки разогретой продукции обратно в нефтяной пласт, благодаря чему увеличивается радиус охвата, что обеспечивает приток нефти к скважине с удаленной от скважины зоны и дает возможность интенсифицировать добычу нефти как из малодебитных скважин с дебитом до 2 тонн/сутки, так и из скважин с более высокими дебитами.

Устройство для осуществления вышеописанного способа включает спущенный в скважину 1 на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2 скважинный электронагреватель 3 с токопроводом 4, размещенный на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) 2. Пакер 5 установлен в составе колонны НКТ 2 выше электронагревателя 3, размещенного в интервале нефтяного пласта 6, и посажен в скважине 1 ниже динамического уровня продукции в скважине 1. В колонне НКТ 2 выше пакера 5 установлен вставной штанговый глубинный насос 7, состоящий из плунжера 8 и цилиндрического корпуса 9. Колонна НКТ 2 снизу заглушена заглушкой 10, что позволяет аккумулировать тепло, выделяемое электронагревателем 3 на расстоянии S, то есть на участке колонны НКТ 2 от заглушки до радиальных отверстий 11 образуется застойная зона разогретой электронагревателем 3 продукции скважины. Ниже пакера 5 колонна НКТ 2 оснащена радиальными отверстиями 11. Пакер 5 герметично разделяет межколонные пространства 12 и 13 скважины 1 между собой.

Устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт работает следующим образом.

Устройство в сборе, как показано на фиг.1, запускают в работу, при этом электронагреватель 3 одновременно с разогревом продукции в интервале нефтяного пласта 6 передает тепло на внутренние стенки колонны НКТ 2. В результате нагревается продукция скважины, находящаяся внутри колонны НКТ 2 от заглушки 10 до радиальных отверстий 11 на участке S, поэтому площадь теплоотдачи электронагревателя 3 увеличивается в несколько раз, то есть внутри колонны НКТ 2 на участке S образуется застойная зона разогретой продукции. Тепло от стенок колонны НКТ 2 на участке S направлено на разогревание продукции скважины в межколонном пространстве 13, а это позволяет расширить охват разогреваемого участка на расстояние S в сравнении с прототипом, где разогрев продукции происходит только в пределах электронагревателя, а также сохранить как можно больше теплой продукции (жидкости) как при добыче из скважины 1, так и при закачке в нефтяной пласт 6, так как в нефтяной пласт 6 поступает прогретая в межколонном пространстве 13 продукция.

Одновременно с этим плунжер 8 вставного глубинного штангового насоса 7 посредством колонны штанг 14 и привода (на фиг.1 и 2 не показано) совершает возвратно-поступательные перемещения относительно цилиндрического плунжера 9, поднимая на поверхность по колонне НКТ 2 разогретую электронагревателем 3 продукцию из межколонного пространства 13 скважины 1, причем разогретая нефть попадает на прием вставного глубинного штангового насоса 7 из межколонного пространства 13 через радиальные отверстия 11, так как нижний конец колонны НКТ 2 заглушен заглушкой 10.

Перед закачкой разогретой продукции в нефтяной пласт 6 приподнимают плунжер 8 (см. фиг.2) из цилиндрического корпуса 9 вставного глубинного штангового насоса 7. После этого с устья скважины 1 производят закачку извлеченной из скважины 1 разогретой продукции по колонне НКТ 2 сквозь радиальные отверстия 11, так как снизу колонна НКТ 2 заглушена заглушкой 10 обратно в нефтяной пласт 6.

После закачки разогретой продукции в нефтяной пласт 6 (см. фиг.1) устанавливают плунжер 8 обратно в цилиндрический корпус 9 и запускают в работу привод глубинного штангового насоса 7 и вновь начинают добычу разогретой продукции по колонне НКТ 2 из скважины 1. После чего цикл работы устройства повторяется.

Предлагаемый способ теплового воздействия на нефтяной пласт позволяет производить обширный прогрев нефтяного пласта за счет постепенного увеличения с каждым циклом объема закачки разогретой продукции обратно в нефтяной пласт, благодаря чему увеличивается радиус охвата, что обеспечивает приток нефти к скважине с удаленной от скважины зоны и дает возможность интенсифицировать добычу нефти как из малодебитных скважин с дебитом до 2 тонн/сутки, так и из скважин с более высокими дебитами.

Данное устройство для теплового воздействия на нефтяной пласт позволяет снизить тепловые потери и направлять значительную часть тепла на разогрев нефтяного пласта, из-за того что колонна НКТ снизу заглушена, и электронагреватель одновременно с разогревом продукции в интервале нефтяного пласта передает тепло на внутренние стенки колонны НКТ, а это позволяет аккумулировать тепло на участке колонны НКТ от заглушки до пакера, за счет чего значительно увеличивается охват разогреваемого участка скважины.