Патент на изобретение №2168008

(54) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН И СКВАЖИННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано для активизации или возобновления нефтяных и газовых скважин путем термохимической обработки и очистки прискважинного пространства от асфальтосмолистых и парафиновых отложений. Загружают в скважину смесь углеродсодержащего и кислородсодержащего вещества не выше верхней границы интервала перфорации скважины. Инициируют реакцию окисления смеси. После окончания реакции обрабатывают перфорированный интервал прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры и инициируют ее реакцию окисления. Разжигают смесь углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ с помощью скважинного нагревателя, размещенного в скважине на уровне не выше верхней границы интервала ее перфорации. Окислительную реакцию смеси проводят при температуре, определяемой эксплуатационными условиями данной скважины. Скважинный нагреватель перед опусканием в скважину вводят в действие подключением к источнику питания, затем отсоединяют электроразъем. Спускают нагреватель в скважину на тросе и оставляют в скважине до окончания реакции окисления смеси. Скважинный нагреватель содержит полый цилиндрический корпус с установленным в нем нагревательным элементом. Токоввод в верхней или нижней части нагревательного элемента подключен к источнику питания. Токоввод подключен к нагревателю с помощью герметизированного кабельного электроразъема. Корпус устройства снабжен верхней и нижней съемными крышками, штангой, установленной одним концом на верхней крышке и размещенной вдоль оси корпуса. На штанге верхним кольцевым упором жестко закреплен корпус. Топливный элемент размещен вокруг штанги. Нижний кольцевой упор установлен с возможностью его перемещения вдоль штанги с помощью прижимной гайки. Нагревательный элемент установлен в нижней части топливного элемента с возможностью плотного контакта с ним. Верхний и нижний упоры установлены в корпусе с зазором. Топливный элемент нагревателя может быть выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек, установленных плотно прижатыми друг к другу, либо в виде насыпного топливного порошка. Повышается эффективность добычи нефти и газа за счет активизации или возобновления скважин путем восстановления гидродинамической связи скважины с флюидонесущим пластом. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефте- и газодобывающей промышленности и может быть использовано для активизации или возобновления нефтяных и газовых скважин путем термохимической обработки и очистки прискважинного пространства от асфальтосмолистых и парафиновых отложений.

Известны многочисленные способы воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта, например обработкой растворителями, в том числе поверхностно-активными веществами (ПАВ), асфальтосмолистых отложений, цементирующих каналы; обработкой кислотными веществами с применением соляной, серной, плавиковой кислот с различными замедлителями, ПАВ и другими добавками и т.п. (см. Э.А. Махмудбеков, А.И. Вольнов. Интенсификация добычи нефти. – М.: Недра, 1975).

Эти способы характеризуются низкой эффективностью вследствие разрушения, кроме асфальтосмолистых отложений, железистого и парафинового цементов, и собственно фильтрующих каналов. Эти способы имеют узкую область применения и не могут быть использованы при изменении условий разработки.

Более эффективными для восстановления или повышения нефте- и газопритоков в скважины, продуктивность которых снижена из-за наличия асфальтосмолистых отложений, являются способы термохимического воздействия. Так, способ обработки призабойной зоны нефтяного пласта по патенту РФ N 2052628, E 21 В 43/24, 1996 г. включает разогрев призабойной зоны, циклическое нагнетание водного раствора унитарного топлива и выжигание асфальтосмолистых отложений. Однако этот способ является малоэффективным из-за того, что при его осуществлении создается неконтролируемо высокая температура, которая достигает величин, когда вместе с выжиганием асфальтосмолистых веществ происходит остеклование песчаных и глинистых частиц в призабойной зоне, а также из-за экологической вредности использования такого топлива.

Известен способ термохимической обработки призабойной зоны пласта по авт. св. СССР N 1574799, E 21 В 43/27, 1990 г., включающий последовательную закачку в пласт суспензии алюминия или магния, раствора соляной кислоты, выдерживание их в пласте и извлечение продуктов реакции, причем в призабойную зону дополнительно вводят воздух. Однако этот способ характеризуется непродолжительным и слабым прогревом, недостаточным для перевода в текучее состояние асфальтосмолистых веществ, а при неполном реагировании магния с соляной кислотой образуется прочный не разрушаемый и не фильтрующий цемент из солей магния.

Известен способ термохимической обработки призабойной зоны скважины по патенту РФ N 2023874, E 21 В 43/24, 43/27, 1994 г., который заключается в последовательной закачке в призабойную зону водного раствора нитрата натрия или калия, кислородсодержащего органического вещества и 30-35% раствора соляной кислоты, причем в качестве кислородсодержащего органического вещества используют диметиловый и уксусный эфиры, метиловый и этиловый спирты, глицерин, ацетон и другие. Эффективность этого способа также невелика, так как последовательная закачка реактивов, кроме дороговизны последних, имеет недостатком то, что соляная кислота может не полностью прореагировать с нитратами и выделится недостаточно теплоты для образования необходимого количества кислорода из кислородсодержащих веществ. При этом прогрев призабойной зоны окажется непродолжительным и слабым, недостаточным для перевода в текучее состояние асфальтосмолистых веществ, а при известняковом коллекторе не вступившая в реакцию соляная кислота будет разрушать, кроме кольматирующего цемента, и сами каналы.

Известны способы устранения асфальтосмолистых и парафино-гидратных отложений путем прогрева стенок скважин с помощью электронагревательных устройств, например, способ ликвидации гидратных и парафиновых пробок в скважинах по патенту РФ N 2003781, E 21 В 37/02, 43/24, 1993. Согласно способу в скважину до верхней границы пробки спускают электронагреватель на многожильном кабеле, подключенном к источнику питания, включают его и переводят материал пробки в расплавленное состояние, продвигая электронагреватель вдоль скважины. В устройстве для осуществления этого способа многожильный кабель связан с электронагревателем одной частью жил, а другая его часть закорочена и самостоятельно соединена с источником питания. Использование таких способа и устройства связано с огромной затратой электроэнергии, быстрым выходом из строя нагревательного элемента при его перегреве, невозможностью обеспечения стабильного теплового режима в течение длительного времени, что также неэффективно. Кроме того, устройство может быть применено только на небольшой глубине, что обусловлено использованием дорогостоящего и тяжеловесного многожильного бронированного кабеля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ повышения продуктивности нефтяных скважин по патенту РФ N 2100584, E 21 В 43/25, 1997 г., включающий загрузку в скважину смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего вещества на уровне интервала перфорации, инициирование реакции окисления смеси (горение) и последующую обработку прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры. Способ реализуется простыми и дешевыми реагентами и операциями, не включает последовательного закачивания реагентов с разными свойствами и, кроме теплового воздействия, достигается химическое комплексное воздействие на прискважинную зону азотистыми газами, кислородом, диоксидом углерода и азотом. При осуществлении способа инициирование окислительной реакции (розжиг загруженной в скважину смеси) производят, например, с помощью химической реакции магния с соляной кислотой, или взрыванием малого заряда, или используют для этого топливные шашки, поджигаемые электрическим разрядом. Однако если скважина обводнена или по каким-либо иным причинам, розжиг может быть затруднен, а при отсутствии необходимой температуры реакции окисления не произойдет, и способ окажется неэффективным.

Известен скважинный электронагреватель по патенту РФ N 2006571, E 21 В 36/04, 1994 г., который может быть принят за прототип устройства для осуществления способа по изобретению. Нагреватель содержит полый цилиндрический корпус с установленным в нем нагревательным элементом и токоввод в его верхней части, подключенный к источнику питания, причем токоввод подключен к нагревателю с помощью герметизированного кабельного разъема. Этот нагреватель создает усиленный прогрев локальной зоны, например, в области парафино-гидратной пробки, но не может обеспечить стабильный долговременный тепловой режим, необходимый для удаления асфальтосмолистых и парафино-гидратных отложений в призабойной зоне скважины и восстановления гидродинамической связи скважины с флюидонесущим пластом. Кроме того, он обладает теми же недостатками, что и все скважинные электронагреватели, то есть требует большого расхода электроэнергии и дорогостоящего бронированного кабеля и имеет ограничения по глубине его применения и диаметру обслуживаемых скважин, что делает использование такого нагревателя малоэффективным.

Изобретение решает задачу повышения эффективности добычи нефти и газа за счет активизации или возобновления скважин, выбывших из эксплуатации из-за образования асфальтосмолистых и парафино-гидратных отложений, путем восстановления гидродинамической связи скважины с флюидонесущим пластом.

Для решения этой задачи согласно способу повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин, включающему загрузку в скважину смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ не выше верхней границы интервала перфорации скважины, инициирование реакции окисления смеси, после ее окончания обработку перфорированного интервала прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры и инициирование ее реакции окисления, розжиг смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ осуществляют с помощью скважинного нагревателя, размещенного в скважине на уровне не выше верхней границы интервала перфорации скважины, и проводят окислительную реакцию смеси при температуре, определяемой эксплуатационными условиями данной скважины. При этом скважинный нагреватель перед опусканием в скважину вводят в действие подключением к источнику питания, затем отсоединяют электроразъем, спускают в скважину на тросе и оставляют в скважине до окончания реакции окисления смеси.

В скважинном нагревателе для осуществления способа по изобретению, содержащем полый цилиндрический корпус с установленным в нем нагревательным элементом и токоввод в его верхней или нижней части, подключенный к источнику питания, причем токоввод подключен к нагревателю с помощью герметизированного кабельного электроразъема, корпус устройства снабжен верхней и нижней съемными крышками, штангой, установленной одним концом на верхней крышке и размещенной вдоль оси корпуса, жестко закрепленным на штанге верхним кольцевым упором, топливным элементом, размещенным вокруг штанги, нижним кольцевым упором, установленным с возможностью его перемещения вдоль штанги с помощью прижимной гайки, а нагревательный элемент установлен в нижней части топливного элемента с возможностью плотного контакта с ним. Верхний и нижний упоры установлены в корпусе с зазором. Топливный элемент нагревателя может быть выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек, установленных плотно прижатыми друг к другу, либо в виде насыпного топливного порошка.

При этом в качестве топливного элемента используют безгазовое топливо, например, железоалюминиевый термит с инертной добавкой.

Герметизированный кабельный электроразъем для подачи электропитания на нагревательный элемент установлен на верхней или нижней крышке корпуса.

Температура, излучаемая поверхностью скважинного нагревателя, может быть установлена с помощью введения в термитное топливо инертной добавки и зависит от таких эксплуатационных условий, как температура на интервале обработки скважины; давление на забое или на интервале обработки; степень обводненности скважины на обрабатываемом интервале и состав нефти или конденсата, а также химический состав кислородсодержащих реагентов, используемых при обработке.

Например, при использовании составов на основе аммиачной селитры необходимо учитывать, что они разлагаются при температуре 185-400^oC с образованием NO₂, N₂ и O₂ и выделением теплоты до 30,7 ккал/моль. При этом реакция протекает в расплаве, а при температуре выше 400^oC разложение состава может протекать со взрывом.

Состав углеводородов, из которых состоят нефть или конденсат, определяет, какой процесс наиболее предпочтителен для условий данной скважины: дегидрогенизация с выделением водорода при температуре выше 400^oC, что целесообразно для парафинов с короткой цепочкой; конденсация, к которой имеют склонность ароматические соединения; или окисление с выделением CO₂, который уменьшает плотность нефти. Кроме того, углеводороды, обычно инертные к азотной кислоте, при высокой температуре и давлении нитрируются, что хорошо влияет на окисление парафиновых отложений.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 показана конструкция скважинного нагревателя, используемого для осуществления способа; на фиг. 2 – схема расположения нагревателя в скважине.

Скважинный нагреватель содержит полый цилиндрический корпус 1 с верхней 2 и нижней 3 съемными крышками. На верхней крышке 2 с помощью резьбового соединения установлена одним концом расположенная вдоль оси корпуса 1 штанга 4 трубчатой формы. Изолированные проводники 5 предназначены для подачи электропитания на нагревательный элемент 6 от герметизированного кабельного электроразъема 7, установленного, например, на нижней крышке 3 и подключенного к источнику питания 8. Кабельный электроразъем 7 в варианте изготовления может быть установлен и на верхней крышке 2; тогда изолированные проводники 5 для подачи электропитания на нагревательный элемент 6 будут размещены внутри штанги 4.

На штанге 4 жестко закреплен верхний кольцевой упор 9, на который при установке опирается топливный элемент 10, размещенный вокруг штанги 4. Топливный элемент 10 может быть выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек, устанавливаемых одна на другую и плотно прижимаемых друг к другу с помощью нижнего кольцевого упора 11 и прижимной гайки 12, установленной на нижнем конце штанги 4, например, с помощью резьбового соединения. Верхний 9 и нижний 11 кольцевые упоры установлены в корпусе 1 с зазором для обеспечения возможности их установки и перемещения в корпусе 1.

Топливный элемент 10 может быть выполнен также в виде топливного порошка, насыпаемого в корпус 1 нагревателя между верхним 9 и нижним 11 кольцевыми упорами (при засыпке порошка нагреватель должен быть перевернут верхней крышкой 2 вниз) и плотно прижатого ими. В нижней части топливного элемента 10 установлен нагревательный элемент 6. Если топливный элемент 10 выполнен в виде пакета топливных шашек, то нагревательный элемент 6 представляет собой тонкую металлическую фольгу, плотно обернутую вокруг нижней топливной шашки и подсоединенную к проводникам 5 электродами (на чертеже не показаны). В случае, когда топливный элемент 10 выполнен в виде топливного порошка, нагревательный элемент 6 может иметь, например, форму спирали, погружаемой в порошок под нижним кольцевым упором 11.

В качестве топливного элемента 10 в нагревателе использовано безгазовое топливо, компоненты которого, реагируя между собой, при определенных условиях взаимодействия образуют полностью конденсированные продукты реакции. В частности, таким безгазовым топливом может служить железоалюминиевый термит с инертной добавкой, в результате реакции горения которого образуются твердые (порошкообразные) продукты реакции и выделяется большое количество тепла. Обычно температура горения термитного топлива находится в пределах 1800-2400^oC, но ее можно регулировать (снижать) до необходимой величины, как упоминалось выше, введением различного количества инертной добавки, в качестве которой используют, например, оксид алюминия.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважину 13 (фиг. 2), оборудованную насосно-компрессорными трубами (НКТ), вскрывающую нефте- или газоносный пласт 14 и перфорированную на интервале 15, перед загрузкой смеси 16 кислородсодержащего и углеродсодержащего веществ опускают скважинный нагреватель 17, который предварительно приводят в рабочее состояние. Для этого в корпус 1 нагревателя помещают топливный элемент 10 с размещенным на нем нагревательным элементом 6 и плотно прижимают его нижним кольцевым упором 11 с прижимной гайкой 12 к верхнему кольцевому упору 9. Включают источник питания 8 и через кабельный электроразъем 7 и проводники 5 подают напряжение на электроды нагревательного элемента 6, тем самым поджигая топливный элемент 10. После этого кабельный электроразъем 7 может быть отсоединен, и скважинный нагреватель готов к опусканию в скважину 13 на обычном тросе 18, прикрепленном к корпусу 1 нагревателя 17. Дальнейшего расхода электроэнергии и дорогостоящего электрического кабеля не требуется.

Скважинный нагреватель 17 опускают в скважину 13 на глубину не выше верхнего уровня отверстий интервала 15 перфорации, после чего загружают смесь 16 и осуществляют инциирование ее окислительной реакции с помощью разогретого скважинного нагревателя 17. Возможно также сначала загрузить в скважину смесь 16, а затем опустить скважинный нагреватель 17 при тех же условиях. Температуру разогрева нагревателя устанавливают путем введения в состав топливного элемента 10 того или иного количества инертной добавки в зависимости от результатов исследования эксплуатационных условий скважины 13 (от наличия и объема асфальтосмолистых или парафино-гидратных отложений, типа вмещающих пород, обводненности скважины и т.п.) и от состава загружаемой смеси 16. Как правило, интервал температур, необходимых для розжига смеси 16, находится в пределах 500-700^oC.

В качестве кислородсодержащего вещества может быть использована, например, кристаллическая селитра, а в качестве углеродсодержащего вещества – размельченный древесный уголь, сульфоуголь и т.п. Указанные компоненты смешивают, например, в цементировочном агрегате, добавляют для связки небольшое количество нефти или конденсата и закачивают через НКТ в скважину 13 до уровня не выше верхнего уровня отверстий интервала 15 перфорации.

В результате реакции окисления смеси 16 (термогазодинамической обработки прискважинной зоны), кроме перевода в текучее состояние и удаления асфальтосмолистых отложений, в породах прискважинной зоны развиваются дополнительные микротрещины, увеличивается пористость пород, что приводит к восстановлению гидродинамической связи скважины 13 с пластом 14. После окончания реакции горения смеси 16 приступают к обработке прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры и инициированию ее окислительной реакции для увеличения интенсивности притока флюида в скважину.

При отсутствии заметного увеличения продуктивности скважины операции по загрузке в скважину смеси 16 и ее розжигу повторяют.

Предлагаемый способ реализуется простыми и дешевыми реагентами и операциями, не включает последовательного закачивания реагентов с разными свойствами, кроме теплового воздействия достигается химическое комплексное воздействие на прискважинную зону азотистыми газами, кислородом, диоксидом углерода и азотом, что приводит к повышению эффективности эксплуатации нефтяных и газовых скважин путем восстановления и увеличения их продуктивности. Кроме того, применение скважинного нагревателя предложенной конструкции с использованием термитного топлива по сравнению с прототипом позволяет резко сократить расход электроэнергии и дорогостоящего электрического кабеля.

Формула изобретения

1. Способ повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин, включающий загрузку в скважину смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ не выше верхней границы интервала перфорации скважины, инициирование реакции окисления смеси, после ее окончания обработку перфорированного интервала прискважинной зоны кристаллизующимся раствором селитры и инициирование ее реакции окисления, отличающийся тем, что розжиг смеси углеродсодержащего и кислородсодержащего веществ осуществляют с помощью скважинного нагревателя, который перед опусканием в скважину приводят в действие подключением к источнику питания, затем отсоединяют электроразъем, спускают в скважину и размещают на уровне не выше верхней границы интервала перфорации скважины, а окислительную реакцию смеси проводят при температуре, устанавливаемой в зависимости от эксплуатационных условий данной скважины и от состава загружаемой смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважинный нагреватель оставляют в скважине до окончания реакции окисления смеси.

3. Скважинный нагреватель, содержащий полый цилиндрический корпус с установленным в нем нагревательным элементом и токоввод, подключенный к источнику питания, причем токоввод выполнен в виде герметизированного кабельного электроразъема, отличающийся тем, что корпус нагревателя снабжен верхней и нижней съемными крышками, штангой, установленной одним концом на верхней крышке и размещенной вдоль оси корпуса, жестко закрепленным на штанге верхним кольцевым упором, топливным элементом, размещенным вокруг штанги, нижним кольцевым упором, установленным с возможностью его перемещения вдоль штанги с помощью прижимной гайки, а нагревательный элемент установлен в нижней части топливного элемента с возможностью плотного контакта с ним.

4. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что верхний и нижний упоры установлены в корпусе с зазором.

5. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что топливный элемент выполнен в виде пакета кольцеобразных топливных шашек.

6. Скважинный нагреватель по п.5, отличающийся тем, что топливные шашки в пакете установлены плотно прижатыми друг к другу.

7. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что топливный элемент выполнен в виде насыпного топливного порошка.

8. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что в качестве топливного элемента использовано безгазовое термитное топливо.

9. Скважинный нагреватель по п.8, отличающийся тем, что в качестве термитного топлива использован железоалюминиевый термит с инертной добавкой.

10. Скважинный нагреватель по п.3, отличающийся тем, что герметизированный кабельный электроразъем для подачи электропитания на нагревательный элемент установлен на верхней или нижней крышке корпуса.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 27.05.2003

Извещение опубликовано: 20.12.2004 БИ: 35/2004

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.03.2005 БИ: 07/2005

PC4A Государственная регистрация перехода исключительного права без заключения договора

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное унитарное предприятие “Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела – Межотраслевой научный центр ВНИМИ”

(73) Патентообладатель:

Открытое акционерное общество “Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела – Межотраслевой научный центр ВНИМИ”

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 06.10.2010 № РП0001041

Извещение опубликовано: 20.11.2010 БИ: 32/2010

QB4A Регистрация лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Открытое акционерное общество Научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела – Межотраслевой научный центр (ВНИМИ)

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Общество с ограниченной ответственностью “БЕРЕГ-Сервис”

Договор № РД0072234 зарегистрирован 10.11.2010

Извещение опубликовано: 20.12.2010 БИ: 35/2010

* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия