Устройство для внутрипластового горения

Изобретение относится к устройствам для извлечения смеси углеводородов, в частности смеси тяжелых углеводородов, из подземного пласта путем внутрипластового горения. Устройство для внутрипластового горения содержит измельчитель алюминиевой стружки, сепаратор и датчик температуры, размещенный в скважине, по показаниям которого подаются порции смеси дозатора. При этом измельчитель алюминиевой стружки последовательно связан с вибрационным грохотом для отделения крупных элементов стружки. Сепаратор связан со смесителем, выполненным в виде сатуратора, соединенным с дозатором. При этом нагнетатель алюминиевой стружки состоит из дозатора, включающего приемник стружки, имеющий в верхней части крышку с шарниром и отводящий гибкий шланг, расположенный в нижней части. Техническим результатом является повышение равномерности охвата пласта горением, снижение вязкости находящейся в пласте нефти и снижение расхода воздуха. 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к устройствам для извлечения смеси углеводородов, в частности смеси тяжелых углеводородов, из подземного пласта путем внутрипластового горения.

Известно устройство, обеспечивающее внутрипластовое горение для извлечения смеси углеводородов, тяжелых углеводородов, из подземного пласта, описанное в патенте (USA 5456315 С2, 10.10.1995).

Недостаток известного устройства заключается в том, что при его осуществлении требуется избыточная мощность компрессорной станции и, при малом количестве связанной воды, такое мероприятие может привести к некоторому понижению температуры в зоне горения и переносу теплоты в зону, расположенную впереди фронта горения.

Известно также устройство, обеспечивающее внутрипластовое горение, описанное в патенте (RU 2564425 С2, 27.09.2015) и, принятое за прототип, которое содержит в верхней части пластового резервуара ряд вертикальных нагнетательных скважин, и по меньшей мере, одну газовую эксплуатационную скважину, отделенную в боковом направлении от ряда нагнетательных скважин, горизонтальную эксплуатационную скважину, расположенную ниже нагнетательных скважин, устройство для подачи кислородосодержащего газа, через каждую нагнетательную скважину и горизонтальную эксплуатационную скважину, лежащую ниже нагнетательного канала, из которой добывают, углеводороды.

Недостаток прототипа состоит в том, что в нем, также как и в аналоге, при избытке нефтяного кокса и при малом количестве связанной воды происходит некоторое понижение температуры в зоне горения и перенос теплоты в зону, расположенную впереди фронта горения, за счет испарения воды и последующей ее конденсации. Кроме того, для его осуществления требуется обогащенный кислородом газ, что усложняет и удорожает процесс.

Задачей изобретения является повышение равномерности охвата пласта горением, снижение вязкости находящейся в пласте нефти, снижение расхода воздуха и утилизация кокса, а также снижение стоимости добычи.

Технический результат заключается в повышении производительности скважины. Технический результат достигается тем, что устройство для внутрипластового горения содержит измельчитель алюминиевой стружки, последовательно связанный с вибрационным грохотом для отделения крупных элементов стружки, сепаратор, связанный со смесителем,

выполненным в виде сатуратора, соединенным с дозатором, при этом нагнетатель алюминиевой стружки состоит из дозатора, включающего приемник стружки, имеющий в верхней части крышку с шарниром и отводящий гибкий шланг, расположенный в нижней части, датчик температуры, размещенный в скважине, по показаниям которого подаются порции смеси дозатора.

Устройство иллюстрируется 4 фигурами.

На фиг. 1 имеется схема внутрипластового горения.

На фиг. 2 представлена структурно-функциональная схема, состоящая из основных элементов системы.

На фиг. 3 показан сатуратор воды.

Фиг. 4 демонстрирует нагнетатель стружки.

Устройство содержит нагнетатель алюминиевой стружки, состоящий из дозатора 13, включающего приемник стружки 20 (фиг. 4), имеющий в верхней части крышку 21 с шарниром 22, отводящий гибкий шланг 23. Приемник 20 расположен на поверхности, над скважиной, на стойках 24. В нижней части приемник с помощью трубы 15 сочленен с корпусом 14 сатуратора. На фигуре также показана стружка 25 и конфузор 26.

В процессе внутрипластового горения в пласте формируется несколько зон (фиг. 1):

1 - нагнетательная скважина; 2 - добывающая скважина; 3 - распределение нефтенасыщенности; 4 - распределение водонасыщенности; 5 - распределение температуры.

При этом эти зоны можно разделить на:

I. Выгоревшая зона со следами несгоревшей нефти или кокса, в которой закачанный воздух нагревается теплотой, оставшейся в этой зоне после прохождения фронта горения.

II. Зона горения, в которой максимальная температура достигает 1500 - 2500°С. Теплота в этой зоне передается главным образом за счет горения алюминиевой стружки и конвекции.

III. Зона испарения, в которой происходит возгонка нефти на фракции и крекинг остаточной нефти в результате ее нагрева горячими газами, поступающими из зоны горения. Пластовая и связанная воды в этой зоне превращаются в сухой пар, разложившийся под влиянием высокой температуры на атомарный кислород и водород.

IV. Зона конденсации, в которой происходит конденсация углеводородов и паров воды вследствие понижения температуры. Нефть и вода проталкиваются к добывающим скважинам несконденсировавшимися газами и газами, образовавшимися в результате горения, такими как СО₂, СО и N₂, а также О, Н, О₂, Н₂ СH₄ и другими газообразными продуктами.

V. Зона увеличенной водонасыщенности, содержащая все три компонента - нефть, воду и газы.

VI. Зона увеличенной нефтенасыщенности, образующаяся в результате перемещения нефти из предыдущих зон и содержащая маловязкую нефть вследствие обогащения ее легкими фракциями углеводородов. Температура в этой зоне близка к первоначальной.

VII. Невозмущенная зона, в которой пластовая температура практически остается первоначальной, а поэтому и вязкость вытесняемой нефти низкой.

Сплошной линией 6 показаны параметры, имеющиеся в традиционном устройстве внутрипластового горения и пунктирными линиями обозначены прогнозируемые параметры при работе заявленного устройства. На фиг. 1 также показаны: датчик температуры 7 и шланг 8 подачи пульпы, содержащей измельченную стружку с добавлением сатурированной воздухом воды.

Структурно-функциональная схема фиг. 2 содержит измельчитель стружки 9, вибрационный грохот 10, отделяющий крупную стружку, сепаратор 11, обеспечивающий поступление в нагнетатель мелкой стружки, смеситель 12, производящий смешение воздуха и воды (сатуратор), и дозатор 13.

Сатуратор 12 состоит из корпуса 14 (фиг. 3), крана 15 для отвода воды, насыщенной воздухом, предохранительного клапана 16, крана 17 для подачи воды, барботера 18 и трубки 19 для подачи воздуха.

В свою очередь, нагнетатель алюминиевой стружки состоит из дозатора 13, включающего приемник стружки 20 (фиг. 4), имеющий в верхней части крышку 21 с шарниром 22, отводящий гибкий шланг 23. Приемник 20 расположен на поверхности, над скважиной, на стойках 24. В нижней части приемник с помощью трубы 15 сочленен с корпусом 14 сатуратора. На фигуре также показана стружка 25 и конфузор 26.

Устройство для внутрипластового горения действует следующим образом. В вертикальной скважине, самой близкой к центру горизонтальной нагнетательной скважины, вставлен на

некоторую глубину на стержне датчик температуры 7. В каждую нагнетательную скважину, как обычно, подают кислородосодержащий газ, и производят зажигание нефтепродуктов. Обычно температура при горении внутри пластового резервуара несколько превышает 300° - 400°С. При этом датчик 7 фиксирует повышение температуры. В измельчителе 9 алюминиевую стружку доводят до размеров, не превышающих величину ячеек вибрационного грохота 10. После грохота через сепаратор 11 мелкая стружка, залитая водой, поступает в дозатор 13. В сатураторе 12 смешивается воздух и вода, и по трубе 15 эта смесь воздуха и воды поступает под большим давлением в нижнюю часть дозатора 13. Давление должно быть достаточным для того, чтобы создать барботаж, поднимающий имеющиеся стружки со дна дозатора и выводящий их с потоком жидкости в конфузор 24 и затем в по шлангу 23 в зону горения. Порция смеси из дозатора подается при определенном значении показаний датчика 7 в ту же скважину, где находится датчик 7. Как известно, алюминиевая стружка самовозгорается при температурах 250° - 300°С. При горении алюминиевой стружки внутри пластового резервуара температура может повышаться до значений, превышающих 2500°С. При этом датчик температуры 7 сигнализирует о дальнейшем повышении температуры внутри пластового резервуара, что свидетельствует о возгорании стружки. Пористость пласта существенно влияет на скорость продвижения фронта горения и потребное давление для окислителя. При необходимости можно распределить высокую температуру по большему объему пласта за счет работы смесителя 12, подавая через него только воздух.

Образовавшийся в пласте водяной пар способствует выдавливанию нефтепродуктов вдоль пластового резервуара. В то же время, при такой высокой температуре, водяной пар, с наличием горящего алюминия разлагается на кислород и водород. Кислород в свою очередь вступает а реакцию с нефтяным коксом. Интенсивно горящий кокс способствует поддержанию температуры на высоком уровне. При высоких температурах продолжается возгонка кокса с выделением из него более легких фракций. В то же время водород может вступать в реакцию с углеродом кокса, образуя смесь газов, состоящих из метана, этана, пропана и т.д. При этом горящий алюминий выполняет функции катализатора. В результате высокотемпературного крегинга из кокса дополнительно выделяются высокомолекулярные жидкости (от пентанов и выше) различного состава и фазового состояния. По мере происходящих внутри пластового резервуара процессов, порция введенной в него алюминиевой стружки выгорает и температура начинает спадать. Это фиксирует датчик 7. На основе полученного ранее опыта, или по желанию оператора, или при снижении дебета нефтяных продуктов, в пласт вводят дополнительную порцию сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки. Повторяется описанный ранее процесс.

Легкие, газообразные фракции вместе с водородом попадают газовую эксплуатационную скважину, и выводится из нее для дальнейшей переработки.

Нагретые тяжелые углеводороды, имеющие меньшую вязкость, чем природные углеводороды под действием силы тяжести стекают вниз в горизонтальную эксплуатационную скважину и откуда выкачиваются наружу для дальнейшей переработки и использования.

Таким образом, введение в одну из вертикальных нагнетательных скважин порций сатурированной воздухом воды с добавлением измельченной алюминиевой стружки и дополнительная подача воздуха способствуют повышению температуры внутри горизонтальной нагнетательной скважины за счет горения стружки, обеспечивает повышение равномерности охвата пласта горением, снижение вязкости находящихся в пласте нефти, снижение расхода воздуха и снижение избыточного количества кокса. При этом существенно повышается продуктивность и производительность скважины, снижается поступление наружу углекислого газа, снижаются расходы на эксплуатацию. Это позволяет добывать и использовать углеводороды более эффективно и производить при этом меньшее воздействие на окружающую среду.

Устройство для внутрипластового горения, характеризующееся тем, что содержит измельчитель алюминиевой стружки, последовательно связанный с вибрационным грохотом для отделения крупных элементов стружки, сепаратор, связанный со смесителем, выполненным в виде сатуратора, соединенным с дозатором, при этом нагнетатель алюминиевой стружки состоит из дозатора, включающего приемник стружки, имеющий в верхней части крышку с шарниром и отводящий гибкий шланг, расположенный в нижней части, датчик температуры, размещенный в скважине, по показаниям которого подаются порции смеси дозатора.