Способ повышения нефтеотдачи низкопроницаемого нефтяного пласта

 

Изобретение относится к технологии добычи нефти и может быть использовано на нефтяных скважинах в зонах с пониженной проницаемостью. Для этого из основной скважины осуществляют проходку дополнительной скважины под углом к ней и устанавливают в каждой соответственно основной и дополнительный электроды, которые подключают к источнику постоянного тока, создавая электроосмотическое движение жидкости. Кроме того, дополнительная скважина может быть оборудована металлической обсадной трубой выше уровня пласта или диэлектрической обсадной трубой, перфорируемой в зоне расположения дополнительного электрода. Выше и ниже дополнительного электрода могут быть установлены фокусирующие электроды. В обсадной трубе может быть удален участок, расположенный выше нефтяного пласта. Кроме того, дополнительная скважина может быть проведена из основной или из дополнительной скважины, при этом основной электрод устанавливают во второй дополнительной скважине. Напряжение источника постоянного тока и значение тока определяют по математическим зависимостям. Технический результат - повышается эффективность нефтеотдачи пластов. 10 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к технологии добычи нефти и может быть использовано на нефтяных скважинах в зонах с пониженной проницаемостью грунта.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ электролитического повышения скважинного дебита нефти, согласно которому повышение нефтеотдачи достигается за счет эффекта электроосмоса при различных режимах электрообработки, в том числе и с использованием импульсного электрического тока, см., патент США N 2.799.641.

Недостатком данного способа является то, что он может быть реализован только в скважинах с открытым забоем.

Известен способ обработки скважины с помощью электроосмоса, при котором анодные и катодные электроды опускаются в скважину с открытым забоем, причем аноды располагаются в нефтенасыщенном слое, а катоды - ниже этого слоя, см., патент США N 3.417.823.

К недостаткам данного способа относятся малая протяженность зоны электроосмотического воздействия.

Известен способ электроосмотической обработки, при котором используют ряды протяженных электродов, между которыми прикладываются потенциалы постоянного и переменного тока, см., патент США N 4.645.004.

Недостатками данного аналога являются высокие энергозатраты на осуществление кондуктивного нагрева пласта и высокие затраты на устройство рядов скважин.

Известен способ освоения нефтяного пласта, включающий воздействие на пласт одновременно понижением давления и постоянным током, для чего сначала электрод, располагаемый в скважине, дебит которой пытаются увеличить, соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, а затем, при появлении притока углеводородов, изменяют полярность электрода, см. а.с. СССР N 1670109.

Недостатками данного аналога являются высокие затраты на электроосмотическую обработку пласта, обусловленные утечками тока с поверхностного заземлителя на верхнюю часть обсадной трубы и с брони соединительного кабеля через воду на обсадную колонну и далее в слои грунта, расположенные выше нефтяного пласта.

Известен способ повышения нефтеотдачи низкопроницаемого нефтяного пласта, включающий создание в пласте вибрации с частотой, близкой к резонансной частоте пласта и осуществления одновременной электрической стимуляции пласта посредством двух электродов, размещенных на уровне нефтяного пласта в соседних скважинах, см. заявку PCT/NO 86/00080, по которой выдан патент РФ N 1838594, E 21 B 43/24.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является необходимость бурения соседней скважины до уровня нефтяного пласта, которая для обеспечения необходимой плотности тока должна быть близко расположена к основной скважине, что в некоторых случаях приводит к необходимости перерыва в работе основной добывающей скважины и снижает эффективность технологии обработки пласта.

Задачей изобретения является применение электроосмоса для повышения нефтеотдачи низкопроницаемого нефтяного пласта путем наиболее эффективного расположения электродов и создания необходимой плотности тока при любых соотношениях удельных электрических сопротивлений пласта и смежных с ним слоев грунта, а также снижения затрат на бурение дополнительных скважин и исключение перерывов в работе добывающей скважины.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению способ повышения нефтеотдачи низкопроницаемого нефтяного пласта, включающий размещение в скважинах на уровне нефтяного пласта основного и дополнительного электродов, подключенных к источнику постоянного тока, и пропускание между электродами постоянного тока для создания электроосмотического движения жидкости, отличается тем, что предварительно в обсадной трубе основной скважины образуют окно, через которое осуществляют проходку дополнительной скважины под углом к добывающей скважине до уровня нефтяного пласта.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно: - дополнительную скважину оборудуют металлической обсадной трубой, конец которой размещают выше уровня нефтяного пласта.

- дополнительную скважину оборудуют диэлектрической обсадной трубой, в которой выполняют перфорацию в зоне расположения дополнительного электрода.

- выше и ниже дополнительного электрода устанавливают фокусирующие электроды, соединенные с источником постоянного тока.

- дополнительный электрод размещают симметрично относительно границы раздела нефтяного пласта и вышележащего слоя грунта, при этом значение тока устанавливают по выражению I = I₁(1+ρ₁/ρ₂), где I₁ - заданный ток, необходимый для возникновения электроосмотического движения жидкости в нефтяном пласте, A; ρ₁ и ρ₂ - удельные электрические сопротивления нефтяного пласта и вышележащего слоя грунта соответственно, Ом·м - предварительно удаляют участок обсадной трубы основной скважины над нефтяным пластом.

- осуществляют проходку второй дополнительной скважины до уровня нефтяного пласта, при этом основной и дополнительный электроды устанавливают в дополнительных скважинах.

- проходку второй дополнительной скважины осуществляют через окно, предварительно образованное в обсадной трубе основной скважины, под углом к основной скважине.

- проходку второй дополнительной скважины осуществляют из первой дополнительной скважины под углом к ней.

- электроосмотическое воздействие осуществляют с изменением полярности тока.

- напряжение источника постоянного тока выбирают из условия где ρ - удельное электрическое сопротивление нефтяного пласта, Ом·м, λ - удельная теплопроводность нефтяного пласта, Вт/м·с,
ΔT - максимально допустимое увеличение температуры на поверхности обсадной трубы основной скважины, при которой пластовая жидкость еще не закипает, ^oC.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков заключается в снижении затрат на устройство дополнительной скважины, обеспечивающей наиболее эффективное расположение электродов.

Данный технический результат является свойством всей заявленной в первом пункте формулы совокупности признаков, в т.ч. таких полностью новых признаков как проходка дополнительной скважины через окно в обсадной трубе основной скважины.

Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, а именно обеспечивается возможность получения нефти из низкопроницаемых пластов, повышается эффективность электроосмотической обработки.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена общая схема реализации способа, на фиг. 2 - вариант реализации способа с металлической обсадной трубой в дополнительной скважине, на фиг. 3 - вариант с диэлектрической обсадной трубой в дополнительной скважине с перфорацией, на фиг. 4 - вариант с фокусирующими электродами, на фиг. 5 - вариант с расположением дополнительного электрода симметрично относительно границы раздела нефтяного пласта и вышележащего слоя грунта, на фиг. 6 - вариант с удаленным участком обсадной колонны основной скважины, на фиг. 7 - вариант с двумя дополнительными скважинами, пройденными через окна в основной скважине, на фиг. 8 - вариант со второй дополнительной скважиной, пройденной из первой дополнительной скважины.

В основной добывающей скважине 1 установлен основной электрод 2 с контактором 3, обеспечивающим его электрический контакт с поверхностью металлической обсадной трубы 4. Основной электрод 2 установлен на уровне нефтяного пласта 5 и соединен токопроводом 6 с источником постоянного тока 7.

В обсадной трубе 4 скважины 1 образовано, например, вырезано, окно, через которое осуществлена проходка дополнительной скважины 8, под острым углом к скважине 1 до уровня нефтяного пласта, в которой на уровне нефтяного пласта размещен дополнительный электрод 9, токопроводом 10 соединенный с источником 7.

Дополнительная скважина 8 может быть оборудована металлической обсадной трубой 11 (фиг. 2), нижний конец которой размещен выше уровня нефтяного пласта 5, либо диэлектрической обсадной трубой 12 (фиг. 3), которая снабжена перфорацией 13 на уровне нефтяного пласта 5. Выше и ниже дополнительного электрода 9 могут быть размещены фокусирующие электроды 14 и 15, соединенные соответственно токопроводами 16 и 17 с источником 7 (фиг. 4).

Дополнительный электрод 9 может быть размещен симметрично относительно границы раздела нефтяного пласта 5 и вышележащего слоя грунта (фиг. 6).

В обсадной трубе 4 может быть удален участок 18 (фиг. 6), расположенный выше нефтяного пласта 5.

В обсадной трубе 4 основной скважины 1 может быть образовано второе окно, через которое может быть осуществлена проходка второй дополнительной скважины 19 до уровня нефтяного пласта 5 (фиг. 7). При этом электрод 2 устанавливают во второй дополнительной скважине 19.

Вторая дополнительная скважина 19 может быть пройдена из первой дополнительной скважины 8 (фиг. 8).

Способ осуществляют следующим образом.

От источника 7 по токопроводам 6, 10 подают электропитание к электроду 2, который размещается в основной скважине 1 на уровне нефтяного пласта 5, и к электроду 9, который размещается также в нефтяном пласте в дополнительной скважине 8 в непосредственной близости от электрода 2. При этом минус подается на основной электрод 2, а плюс - на дополнительный электрод 9. Осуществляют электроосмотическую обработку нефтяного пласта 5 и измеряют дебит добывающей скважины 1. При увеличении дебита выше минимального заранее заданного значения подают сигнал на отключение питания электродов и на включение насосного оборудования.

При положительной разности потенциалов между электродами 2 и 9 одновременно обеспечивается катодная защита от коррозии обсадной трубы 4.

Если при электроосмотической обработке нефтяного пласта в течение нескольких суток дебит скважины увеличивается незначительно, то изменяют полярность питания электродов.

При оборудовании дополнительной скважины 8 металлической обсадной трубой 11 дополнительная скважина также может являться добывающей, выполненной с открытым забоем.

При оборудовании дополнительной скважины 8 обсадной трубой 12 из диэлектрического материала с перфораций 13 в зоне нефтяного пласта обеспечивается надежный электрический контакт дополнительного электрода 9 со средой и появляется возможность использовать дополнительную скважину в качестве добывающей.

Дополнительные фокусирующие электроды 14 позволяют экранировать ток в нефтяном пласте 5 от слоев грунта, расположенных выше и ниже пласта. Знаки потенциала фокусирующих электродов такие же, как у дополнительного электрода 9, а их значения определяются экспериментально. При наличии обсадной диэлектрической трубы в районе расположения фокусирующих электродов выполняется перфорация.

При расположении дополнительного электрода симметрично относительно границы раздела нефтяного пласта 5 и вышележащего слоя грунта обеспечивается непроницаемость этой границы раздела для тока, протекающего по нефтяному пласту 5 и при любых соотношениях электрических сопротивлений слоя грунта и пласта 5 обеспечивается заданное значение тока в нефтяном пласте 5, необходимое для проведения эффективной его электроосмотической обработки.

Если в обсадной трубе 4 вырезан участок над нефтяным пластом 5, то снижаются утечки тока на верхнюю часть обсадной трубы 4.

Если оба электрода 2 и 9 располагаются в дополнительных скважинах 8 и 19 влияние обсадной трубы 4 на распределение тока в нефтяном пласте 5 минимально.

Во всех вариантах реализации способа электроосмотическая обработка может проводиться с изменением полярности тока. При этом для увеличения нефтеотдачи и повышения дебита скважины последовательно используются два физических явления: течение воды и нефти от анода к катоду и существенное увеличение проницаемости пласта в прианодной зоне.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения не вызывает сомнений, т.к. оно может быть реализовано с использованием известного технологического оборудования. Источник питания, а также блоки управления и коммутации выполняются с использованием известной элементной базы.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения существенно повышает эффективность нефтеотдачи в низкодебитных скважинах в пластах с пониженной проницаемостью.

Формула изобретения

1. Способ повышения нефтеотдачи низкопроницаемого нефтяного пласта, включающий размещение в скважинах на уровне нефтяного пласта основного и дополнительного электродов, подключенных к источнику постоянного тока для создания электроосмотического движения жидкости, отличающийся тем, что дополнительный электрод размещают в дополнительной скважине, пройденной под углом к основной скважине через окно, образованное в обсадной трубе основной скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительную скважину оборудуют металлической обсадной трубой, конец которой размещают выше уровня нефтяного пласта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительную скважину оборудуют диэлектрической обсадной трубой, в которой выполняют перфорацию в зоне расположения дополнительного электрода.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что выше и ниже дополнительного электрода в дополнительной скважине устанавливают фокусирующие электроды, соединенные с источником постоянного тока.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что дополнительный электрод в дополнительной скважине размещают симметрично относительно границы раздела нефтяного пласта и вышележащего слоя грунта, при этом значение тока устанавливают по выражению
I = I₁(1 + ρ₁/ρ₂),
где I₁ - заданный ток, необходимый для возникновения электроосмотического движения жидкости в нефтяном пласте, А;
ρ₁ и ρ₂ - удельные электрические сопротивления нефтяного пласта и вышележащего слоя грунта соответственно, Ом · м.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что предварительно удаляют участок обсадной трубы основной скважины над нефтяным пластом.

7. Способ по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что осуществляют проходку второй дополнительной скважины до уровня нефтяного пласта, при этом основной и дополнительный электроды устанавливают в дополнительных скважинах.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что проходку второй дополнительной скважины осуществляют через окно, предварительно образованное в обсадной трубе основной скважины, под углом к основной скважине.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что проходку второй дополнительной скважины осуществляют из первой дополнительной скважины под углом к ней.

10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что электроосмотическое воздействие осуществляют с изменением полярности тока.

11. Способ по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что напряжение источника постоянного тока выбирают из условия

где ρ - удельное электрическое сопротивление нефтяного пласта, Ом · м;
λ - удельная теплопроводность нефтяного пласта, Вт/м · с;
ΔT - максимально допустимое увеличение температуры на поверхности обсадной трубы основной скважины, при которой пластовая жидкость еще не закипает, ^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8