способ извлечения высокомолекулярного сырья нефтегазоконденсатного месторождения

Формула изобретения

1. Способ извлечения высокомолекулярного сырья нефтегазоконденсатного месторождения, заключающийся в огневом воздействии на месторождение через систему поверхностных скважин путем воспламенения углеводородного сырья на вскрытом их забое, нагнетании воздуха высокого давления в залежь, создании в ней зон горения углеводородного сырья и активном прогреве залежи высокомолекулярного сырья, а следовательно, существенном снижении его вязкости и доступности извлечения через добычные скважины, отличающийся тем, что на залежь высокомолекулярного сырья бурят с поверхности вертикальные скважины, центральную из которых оборудуют для розжига углеводородного сырья, а периферийные, удаленные от центральной на заранее выбранные расстояния, оборудуют для нагнетания воздуха высокого давления; при этом благодаря противоточному перемещению очага горения от центральной добычной скважины к периферийным нагнетательным скважинам образуют искусственные коллекторы повышенной дренирующей способности; постоянно контролируют состав смеси, извлекаемой из центральной добычной скважины, и при обнаружении в ней свободного кислорода в количестве более 1% (об.) выявляют источник его возникновения путем поочередного отключения периферийных вертикальных нагнетательных скважин; снижают расход нагнетаемого воздуха в скважину - источник проскока кислорода.

2. Способ извлечения высокомолекулярного сырья нефтегазоконденсатного месторождения по п.1, отличающийся тем, что образованные искусственные коллекторы повышенной дренирующей способности периодически эксплуатируют либо по проточной схеме с нагнетанием воздуха в периферийные скважины и отводом газожидкостной смеси из центральной добычной скважины, либо по фильтрационно-нагнетательной схеме с нагнетанием воздуха в вертикальные скважины и фильтрацией горячих продуктов сгорания через высокомолекулярное сырье залежи при закрытой центральной скважине.

3. Способ извлечения высокомолекулярного сырья нефтегазоконденсатного месторождения по п.1, отличающийся тем, что центральную добычную скважину оборудуют системой охлаждения отводимой нагретой газожидкостной смеси на забое скважины.

4. Способ извлечения высокомолекулярного сырья нефтегазоконденсатного месторождения по п.1, отличающийся тем, что центральную вертикальную скважину оборудуют системой разделения извлекаемой газожидкостной смеси и утилизации каждой из ее фракций.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к тепловым методам разработки трудноизвлекаемых тяжелых углеводородных залежей путем их нагрева и снижения вследствие этого вязкости, а следовательно, доступности извлечения в традиционном подвижном агрегатном состоянии.

Известен метод теплового воздействия на трудноизвлекаемые месторождения высоковязких нефтей путем воздействия на них горячих теплоносителей [Гарушев А.Р. и др. Тепловые методы добычи нефти. М.: Наука, 1975, с.175].

В качестве внешних теплоносителей применяют водяной пар и горячую воду. Характерной особенностью этого теплового метода является высокая его энергозатратность (так, по данным ОАО «Татнефть» на 1 т извлеченной тяжелой нефти расходуется 300 м³ природного газа на производство водяного пара, нагнетаемого в нефтяную залежь).

Известен также метод внутрипластового движущегося очага горения (ВДОГ), заключающийся в нагнетании окислителя (воздуха) на созданный очаг горения в вертикальной скважине и фильтрации горячих продуктов сгорания вглубь залежи [Антониади Д.Г. Научные основы разработки нефтяных месторождений термическими методами. М.: Недра, 1995, с.314].

Однако это известное решение имеет существенный недостаток, заключающийся в цикличности способа - «нагнетание окислителя - добыча облегченной нефти», а следовательно, в ограниченной производительности. Вероятно, поэтому способ ВДОГа не нашел применения в нефтяной промышленности.

Наиболее близким техническим решением является способ огневого воздействия на залежь тяжелых нефтей через буровые каналы горизонтальных скважин [RU 2412345, 2011 г.].

Однако это решение не применимо для разработки нефтяной залежи вертикальными скважинами. Для этого случая необходима строгая технологическая последовательность огневого воздействия через систему вертикальных скважин, позволяющая промышленно извлекать высокомолекулярное сырье.

Задача данного изобретения заключается в создании огневой технологии воздействия на залежь тяжелых углеводородов через систему вертикальных скважин и образовании с их помощью коллекторов повышенной дренирующей способности. В частности, на Оренбургском нефтегазоконденсатном месторождении (ОНГКМ) остается около 2,5 млрд т неизвлеченного высокомолекулярного сырья (ВМС) на глубине 1,5-2,0 км. Необходимы новые эффективные технологии их промышленной добычи.

Поставленная целевая задача решается и технический результат достигается тем, что в известном способе огневого воздействия на месторождение тяжелой нефти через систему поверхностных скважин путем воспламенения углеводородного сырья на вскрытом забое скважины, нагнетания воздуха высокого давления в залежь, создания в ней зон горения углеводородного сырья, а следовательно, существенного снижения его вязкости и доступности традиционного извлечения через добычные скважины, на залежь высокомолекулярного сырья бурят с поверхности вертикальные скважины, центральную из которых оборудуют для розжига углеводородного сырья, а периферийные, удаленные от центральной на заранее выбранные расстояния (300-500 м и более), оборудуют для нагнетания воздуха высокого давления; при этом благодаря противоточному перемещению очага горения от центральной добычной скважины к периферийным нагнетательным скважинам образуют искусственные коллекторы повышенной дренирующей способности; нагнетают воздух в образованные искусственные коллекторы и прогревают залежь высокомолекулярного сырья горячими продуктами сгорания углеводородов.

Достижению технического результата способствует также то, что:

- обсадные колонны центральной и периферийных вертикальных скважин заканчивают в слое высокомолекулярного сырья;

- воздух высокого давления в периферийные вертикальные скважины нагнетают преимущественно одновременно;

- постоянно контролируют состав смеси, извлекаемой из центральной добычной скважины, и при обнаружении в ней свободного кислорода в количестве более 1% (об.) проводят исследования по выявлению его проскока путем поочередного отключения периферийных нагнетательных скважин;

- образованные искусственные коллекторы повышенной дренирующей способности периодически эксплуатируют либо по проточной схеме с нагнетанием воздуха в периферийные скважины и отводом газожидкостной смеси из центральной добычной скважины, либо по фильтрационно-нагнетательной схеме с нагнетанием воздуха в вертикальные скважины и фильтрацией горячих продуктов сгорания через высокомолекулярное сырье залежи (при закрытой центральной скважине);

- центральную добычную скважину оборудуют на головке системой охлаждения отводимой нагретой газожидкостной смеси на забое скважины;

- центральную вертикальную скважину оборудуют системой разделения извлекаемой газожидкостной смеси и утилизации каждой из ее фракций.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известными показывает, что заявляемый способ в предложенной совокупности существенных признаков формулируется впервые и представляет собой полный технологический регламент разработки месторождения ВМС с помощью серии вертикальных скважин, через которые осуществляют сжигание части углеводородного сырья и прогрев залежи ВМС, т.е. соответствует критерию «новизна».

Предлагаемый способ соответствует также критерию «изобретательский уровень», т.к. совокупность отличительных признаков позволяет осуществить через систему вертикальных скважин эффективное термическое воздействие на залежь ВМС, чего в известных решениях не было выявлено.

На фиг.1 приведена схема расположения вертикальных скважин (план в плоскости пласта), пробуренных на месторождениях ВМС.

На фиг.2 представлен график изменения давления воздуха (расход воздуха постоянный) при противоточном перемещении очага горения.

Пример реализации предлагаемого изобретения

Применительно к ОНГКМ, эксплуатация которого с извлечением газа и конденсата находится на завершающей стадии, остается нерешенной проблема добычи гигантских запасов высокомолекулярного сырья.

В условиях падающей добычи газа и конденсата на Оренбургском месторождении поставлена важнейшая задача извлечения высокомолекулярного сырья с попутной добычей остаточных запасов газа и конденсата. Преобладающим компонентом в этом сырье являются асфальтены, растворение которых весьма проблематично, а само высокомолекулярное сырье сосредоточено в карбонатной породообразующей матрице ОНГКМ.

Парогазовая смесь продуктов сжигания ВМС имеет высокую растворяющую способность смолисто-асфальтенового сырья, что обуславливает потенциальную эффективность огневого воздействия на залежь ВМС.

В качестве примера реализации заявленного изобретения принята пятискважинная система вертикальных скважин, центральная из которых (1д) является добычной, а четыре периферийных (2н, 3н, 4н и 5н) - нагнетательными (фиг.1).

Технологическая последовательность реализации предлагаемого способа следующая.

В ходе бурения всех пяти вертикальных скважин обсадные колонны заканчивают в нижней части слоя ВМС, после этого их цементируют, а затем разбуривают забой в пласте ВМС.

После завершения бурения вертикальных скважин в них нагнетают воздух высокого давления (от передвижного воздушного компрессора) и проводят на каждой из пяти скважин гидродинамические испытания (герметичность затрубного пространства, газопроницаемость в забойной части, сообщаемость с центральной скважиной 1д и др.). В забое центральной скважины 1д разжигают пласт ВМС, опустив на забой воспламенитель или организовав самовоспламенение углеводородного сырья в потоке нагнетаемого ограниченного количества воздуха (30-50 м³/ч). Вокруг забоя центральной скважины выжигают зону диаметром 0,7-1,0 м.

Далее в периферийные скважины 2н, 3н, 4н и 5н начинают нагнетать воздух высокого давления в количестве 300-500 м³/ч, а скважину 1д постепенно открывают в атмосферу. Очаг горения начинает перемещаться от забоя скважины 1д навстречу воздушному дутью, фильтрующемуся от нагнетательных скважин 2н-5н по пласту ВМС. Момент приближения очага горения к нагнетательной скважине контролируется по снижению давления воздушного дутья (см. фиг.2).

Принципиально важно обеспечить взрывобезопасность на центральной скважине 1д при противоточном перемещении очага горения от нее к периферийным скважинам 2н-5н. При нагнетании воздуха высокого давления в периферийные скважины возможен его проскок мимо очага горения, что приведет к его смешению с газожидкостной смесью в центральной скважине 1д и образованию взрывоопасной концентрации. При непрерывном контроле состава отводимой смеси из центральной скважины 1д фиксируют появление концентрации кислорода более 1% (об.).

Путем поочередного отключения воздуха от скважин 2н-5н определяют источник проскока кислорода в скважину 1д. Одним из вариантов сокращения проскока кислорода является снижение расхода нагнетаемого воздуха высокого давления в скважину - источника проскока.

После завершения перемещения очага горения к нагнетательным скважинам 2н-5н появление свободного кислорода в смеси на скважине 1д становится невозможным.

Далее возможно несколько вариантов термического (огневого) воздействия на залежь ВМС через созданные искусственные коллекторы повышенной дренирующей способности:

- проточная схема прогрева залежи при нагнетании воздуха в скважины 2н-5н и отводе продуктов горения (углеводороды, пар, продукты горения) из центральной скважины 1д;

- нагнетательно-фильтрационный вариант воздействия на залежь ВМС при нагнетании воздуха в скважины 2н-5н и закрытой центральной скважине 1д (прогрев залежи), затем скважины 2н-5н закрывают, а через скважину 1д отводят парогазовую смесь.

В ходе эксплуатации ОНГКМ по предлагаемому огневому способу будут определены наиболее эффективные технологические режимы и схемы, которые лягут в основу нормативных материалов.

Учитывая высокую коррозионную способность нагретой парогазовой смеси, содержащей в условиях Оренбургского ГКМ сернистые соединения, необходимо ее охлаждать непосредственно на забое добычной скважины 1д.

В простейшем случае в эту скважину будет опущена трубка (диаметром 1-2 ) для нагнетания (впрыска) воды на забой скважины и охлаждения извлекаемой смеси до 100-150°C.

Кроме того, центральная добычная скважина 1д должна, как правило, иметь больший диаметр, чем остальные вертикальные периферийные скважины, а ее головка (наземная часть) будет оборудована системой разделения извлекаемой газожидкостной смеси на отдельные ее компоненты и фракции.

Предлагаемое техническое решение планируется реализовать на опытном полигоне Оренбургского НГК месторождения при извлечении практически еще нетронутого ресурса высокомолекулярного сырья.