Многофункциональная скважина для добычи высоковязкой нефти
Изобретение относится к технологиям разработки нефтяных пластов с помощью многофункциональных скважин, совмещающих в себе функции и нагнетательных и добывающих скважин. Многофункциональная скважина для добычи высоковязкой нефти содержит обсадную колонну с горизонтальным стволом, колонну лифтовых труб с глубинным насосом, расположенным до горизонтального ствола скважины, и колонну для закачки вытесняющего теплового агента с теплоизоляцией. При этом колонна для закачки вытесняющего теплового агента теплоизолирована в двух интервалах по своей длине: от устья скважины до уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины (МП) и от верхней границы расположения глубинного насоса до горизонтального ствола скважины. При этом колонна лифтовых труб теплоизолирована в интервале от устья скважины до уровня жидкости в МП. Техническим результатом является повышение эффективности сохранения температуры пластовой нефти выше, чем температура насыщения нефти парафином, снижение энергопотребления насоса. 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Предполагаемое изобретение относится к технологиям разработки нефтяных пластов с помощью многофункциональных скважин, совмещающих в себе функции и нагнетательных и добывающих скважин. Разработанная конструкция скважины предназначена для добычи высоковязкой нефти путем закачки в продуктивный пласт теплового агента в виде пара или горячей воды.
Различные виды многофункциональных скважин (МФС) описаны в патентах РФ на изобретения:
- №2580330 Способ разработки нефтяного пласта (. опубл. 10.04.2016, бюл. 10);
№№2594027 Способ скважинной разработки участка нефтяного пласта (опубл. 10.08.2016);
- №2646902 Способ разработки залежи высоковязкой нефти (опубл. 12.03.18, бюл. 8).
В этих трех способах разработки объектов нефтедобычи применяется одна и та же концепция многофункциональной скважины. В изобретениях скважина не рассматривается как теплообменный аппарат, в котором один из флюидов (вытесняющий тепловой агент) по мере своего продвижения по колонне труб охлаждается, а второй флюид (пластовая продукция) при движении вверх может либо охлаждаться, либо нагреваться в зависимости от температуры окружающей среды.
С этой точки зрения нами в качестве прототипа заявляемой конструкции МФС рассмотрено изобретение по патенту РФ №2436943 Способ добычи высоковязкой нефти из наклонно направленной скважины методом циклической закачки пара в пласт (опубл. 20.12.2011, бюл. 35). Скважина имеет восходящий конечный участок ствола, обсаженный фильтром, который имеет только две зоны перфорационных отверстий - в начальной (низшей точке) и конечной части (высшей точки в зоне пласта). Теплоизолированная колонна труб для закачки пара проводится до конца фильтра и отсекается от остальной части скважины пакером. Подаваемый в колонну труб пар проникает в продуктивный пласт, разогревает высоковязкую нефть, которая стекает в зону нижних перфорационных отверстий фильтра и далее поднимается на поверхность земли насосным оборудованием, расположенным в нижней части второй колонны насосно-компрессорных труб.
По изобретению горячая нефть поступает на прием глубинного насоса и с помощью насоса поднимается на поверхность земли по колонне лифтовых труб - колонне насосно-компрессорных труб (НКТ). Известно что по мере подъема с глубины температура горной породы (окружающей скважину среды) понижается каждые 100 метров примерно на 2,0-2,5°С, благодаря этому пластовая продукция охлаждается до температуры ниже, чем температура начала кристаллизации парафина из нефти - tкр. Дополнительно к этому при понижении температуры быстро растет и вязкость нефти и водо-нефтяной эмульсии. Все это ведет к росту давления на выходе из насоса, к снижению производительности электроцентробежного насоса и к росту энергопотребления насосной установки любого типа. По прототипу колонна труб для закачки пара (теплового агента) теплоизолирована по всей длине, благодаря этому в колонну лифтовых труб не передается тепловая энергия, тем самым возникают вышеописанные проблемы с подъемом пластовой продукции.
Технической задачей по изобретению является создание многофункциональной скважины, в котором предусмотрен участок по принудительному повышению температуры лифтируемой наверх пластовой продукции с тем, чтобы до устья скважины продукция имела минимальную вязкость и температуру выше, чем величина tкр.
Необходимо отметить и то, что коэффициент теплопроводности газовой среды значительно ниже аналогичного параметра нефти или водо-нефтяной эмульсии, поэтому колонна для закачки теплового агента должна иметь участки с теплоизоляцией и участок без теплоизоляции.
Поставленная задача по многофункциональной скважине для добычи высоковязкой нефти, содержащей обсадную колонну с горизонтальным стволом, колонну лифтовых труб с глубинным насосом, который расположен до горизонтального ствола, и колонну для закачки вытесняющего теплового агента с теплоизоляцией, выполняется тем, что колонна для закачки вытесняющего теплового агента теплоизолирована в двух интервалах по своей длине: от устья скважины до уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины (МП) и от верхней границы расположения глубинного насоса до горизонтального ствола скважины, а колонна лифтовых труб теплоизолирована в интервале от устья скважины до уровня жидкости в МП.
Таким образом, согласно изобретению, в зоне от уровня жидкости до глубинного насоса обе колонны труб не имеют теплоизоляцию, следствием этого является то, что тепловая энергия от колонны для закачки вытесняющего теплового агента будет нагревать окружающею среду - нефть с определенным содержанием воды. Тепловая энергия от нагретой нефти будет передаваться колонне лифтовых труб, температура транспортируемой наверх пластовой продукции будет в районе 100°С, это значительно выше температуры начала кристаллизации парафина из нефти. При такой высокой температуре вязкость нефти снижется в десятки раз.
Рассмотрим для примера поведение нефти Ашальчинского месторождения высоковязкой нефти при ее нагреве от стандартной температуры до 100°С (сведения приведены из источника: стр. 211 книги Ибатуллин P.P. Технологические процессы разработки нефтяных месторождений. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2011. - 304 с.): при таком нагреве вязкость вязкость нефти снижается с 1000 мПа⋅с до 30-40 мПа⋅с, то есть примерно в 25-30 раз.
Предлагаемое обустройство многофункциональной скважины, как тешгообменного устройства, приведено схематически на фиг. 1, где позициями обозначены: 1 - обсадная колонна, 2 - колонна для закачки теплового вытесняющего агента (КЗТВА), 3 - колонна НКТ для подъема пластовой продукции, 4 - глубинный насос (ЭЦН с ПЭД), 5 - горизонтальный ствол скважины, 6 - динамический уровень жидкости (нефти) в межтрубном пространстве скважины. 7 - теплоизоляция колонны для закачки агента до уровня жидкости, 8 - теплоизоляция колонны для закачки агента от верхней границы насосной установки до начала горизонтального ствола скважины, 9 - теплоизоляция колонна лифтовых труб от устья скважины до уровня жидкости в МП, 10 - нефтенасыщенный продуктивный пласт.
Внутренне пространство обсадной колонны скважины разделено на несколько зон, для удобства информация приведена в табличном виде:
Общеизвестно, что теплопроводность газовый среды в несколько раз ниже теплопроводящей способности жидкой среды, в частности, для воздуха и метана этот коэффициент в зависимости от давления и температуры колеблется в пределах 0,03-0,04 Вт/(м⋅К), а для нефти - на уровне 0,13-0,16 Вт/(м⋅К), то есть в несколько раз выше. В нижней части межтрубного пространства в зоне чуть выше глубинного насоса вместе с нефтью будет и определенное количественное присутствие воды, которая имеет значительно большую величину коэффициента теплопроводности - 0,6 Вт/(м⋅К). Приведенные данные свидетельствуют о том, что зону подогрева пластовой продукции следует организовать только от уровня до насоса, то есть в жидкой среде. В зоне самого насоса передача тепловой энергии нежелательно, особенно если в скважине находится электроцентробежный насос, погружной электродвигатель которого требует отвода тепловой энергии.
По заявленному техническому предложению нефтедобывающая многофункциональная скважина рассматривается и как теплообменнный аппарат с тем, чтобы лифтируемая наверх нефть имела пониженную вязкость и температуру ниже, чем температура начала кристаллизации парафина. По мнению авторов, предложенная концепция скважин данного типа (МФС) соответствует таким критериям, как новизна и существенное отличие, так как без значительных финансовых затрат достигается положительный технический результат - обеспечивается успешная добыча высоковязкой нефти нефти с минимизацией энергозатрат и обеспечением длительной эксплуатации глубинного насосного оборудования.
Многофункциональная скважина для добычи высоковязкой нефти, содержащая обсадную колонну с горизонтальным стволом, колонну лифтовых труб с глубинным насосом, расположенным до горизонтального ствола скважины, и колонну для закачки вытесняющего теплового агента с теплоизоляцией, отличающаяся тем, что колонна для закачки вытесняющего теплового агента теплоизолирована в двух интервалах по своей длине: от устья скважины до уровня жидкости в межтрубном пространстве скважины (МП) и от верхней границы расположения глубинного насоса до горизонтального ствола скважины, а колонна лифтовых труб теплоизолирована в интервале от устья скважины до уровня жидкости в МП.
