Спосіб видобутку нафт, насамперед в’язких нафт

1. Спосіб видобутку нафт, який включає розкриття шару корисної копалини свердловинами, подачу в свердловину рідини, вплив на рідину хвилями певної структури з передачею їх по рідинному хвилеводу в свердловині з наступним поворотом від хвильового відбивача в нафтоносний шар, який відрізняється тим, що на рідину в трубному просторі в напрямку від устя свердловини до вибою випромінюють пружні хвилі симетричної структури (стиску-розтягу) або асиметричної структури (розтягу), а в затрубний простір одночасно з цим з поверхні випромінюють пружні хвилі асиметричної структури (розтягу). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що свердловини розташовують кущовим або рядним способом на відстані досяжності хвильового поля. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що вплив хвиль здійснюють на центральну свердловину або на оточуючі свердловини, або одночасно на всі свердловини. 4. Спосіб за пп. 1-3, який відрізняється тим, що частотний спектр хвиль вибирають із мінімальних втрат енергії хвиль в напрямку від устя свердловини до зони перфорації, далі до розрахункової відстані впродовж радіуса від свердловини в нафтоносний шар. 5. Спосіб за пп. 1-4, який відрізняється тим, що напроти кожного розкритого свердловиною нафтоносного шару розташовують принаймні один відбивач хвиль. 6. Спосіб видобутку в'язких нафт за п. 5, який відрізняється тим, що відбивну можливість відбивачів хвиль збільшують від устя до вибою на кожному наступному відбивачі. 7. Спосіб за пп. 1-6, який відрізняється тим, що форму хвилі в затрубному просторі вибирають відповідною закону падіння градієнта депресії в навколосвердловинному просторі нафтоносного шару, а форму хвиль в трубному просторі - відповідною синусоїдальному закону. 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до гірської справи і може бути використана для видобутку корисних копалин, у першу чергу, нафти через свердловини, насамперед в'язких нафт. Як відомо у світі скорочуються запаси легкої нафти, тому видобуток в'язких нафт, запаси якої є великими, є актуальним в теперішній час. Слід відзначити, що процес видобутку в'язких нафт дуже складний насамперед внаслідок фізико-хімічних властивостей в'язкої нафти. Для того, щоб видобути в'язку нафту, насамперед необхідно забезпечити плинність нафти. В цьому напрямку ведуться розробки нових способів видобутку нафт. Одним з таких способів видобутку в'язкої нафти є термічний метод. Так відомий спосіб видобутку в'язких нафт з використанням технології внутрішньопластового горіння, що застосовується на родовищі Каражанбас, що є одним з крупніших родовищу в'язких нафт [1]. Спосіб заснований на тепловому впливі на шар унаслідок внутрішньопластового горіння нафти, в якому у свердловину подається повітря або кисень, а між свердловинами створюється фільтраційний зв'язок через каверни. Таким чином в міжсвердловинному просторі забезпечується горіння нафти по поверхням, підвищення температури, зниження в'язкості і плинність нафти в продуктивному колекторі. Недоліком даного способу є складність процесу, висока вартість, а також низька надійність та мала ефективність, що обумовлено нестабільністю температури горіння для зниження в'язкості нафти, що веде до занадто низької продуктивності видобутку нафти та робить цей спосіб недоцільним. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, є спосіб видобутку нафти за рахунок підвищення проникності гірських порід на місті злягання [2]. Спосіб включає розкриття шару корисної копалини свердловинами, подачу в свердловину рідини. На рідину впливають ударними хвилями певної структури з передачею їх по рідинному хвилеводу в свердловині з наступним поворотом від хвильового відбивача в нафтоносний шар. Даний спосіб забезпечує видобуток легкої нафти, але суттєвим недоліком способу є те, що структура хвиль не впливає на плинність в'язкої нафти, внаслідок чого застосування способу для видобутку в'язкої нафти стає неможливим. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого способу видобутку в'язких нафт, в якому шляхом забезпечення плинності нафти досягається прибутковий режим видобутку. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі видобутку нафт, який включає розкриття шару корисної копалини свердловинами, подачу в свердловину рідини, впливу на рідину хвилями певної структури з передачею їх по рідинному хвилеводу в свердловині з наступним поворотом від хвильового відбивача в нафтонос 54248 4 ний шар, згідно з корисною моделлю, на рідину в трубному просторі в напрямку від устя свердловини до вибою випромінюють пружні хвилі симетричної структури (стиску-розтягу), або асиметричної структури (розтягу), а в затрубний простір одночасно з цим з поверхні випромінюють пружні хвилі асиметричної структури (розтягу). Причому, свердловини можуть бути розташовані кущовим або рядним способом на відстані досяжності хвильового поля. Крім того, вплив хвиль можуть здійснювати на центральну свердловину або на оточуючі свердловини, або одночасно на всі свердловини. Доцільно, коли частотний спектр хвиль вибирають із мінімальних втрат енергії хвиль в напрямку від устя свердловини до зони перфорації далі до розрахункової відстані впродовж радіусу від свердловини в нафтоносний шар. Причому, напроти кожного розкритого свердловиною нафтоносного шару розташовують, принаймні, один відбивач хвиль. Крім того, відбивну можливість відбивачів хвиль збільшують від устя до вибою на кожному наступному відбивачі. Доцільно, коли форму хвилі в затрубному просторі вибирають відповідною закону падіння градієнта депресії в навколо свердловинному просторі нафтоносного шару, а форму хвиль в трубному просторі - відповідною синусоїдальному закону. Причому, інтенсивність низько амплітудного хвильового впливу в залежності від підведеній потужності вибирають вище критичного значення числа Рейнольда. Крім того, амплітуду хвильового тиску розтягустиску високо амплітудного хвильового впливу на рідину вибирають із умови, при якій хвильове навантаження на одиничний молекулярний зв'язок перевищує міцність цього зв'язку: Vхв E Pхв q, a n де Pхв - хвильовий тиск в рідині, віднесений до одинарного молекулярного зв'язку; a - швидкість хвилі в рідині(в'язкій нафті); E - модуль пружності рідини; q - сила розриву одинарного молекулярного зв'язку (в'язкої нафти), близько (5 6) 10 10 кг на один молекулярний зв'язок; Vхв - швидкість часток в хвилі, яка випромінюється в в'язку нафту; n - кількість молекулярних зв'язків в одиниці площі в'язкої нафти. Доцільно, коли довжину і форму хвилі випромінюваної з свердловини в навколо свердловинний простір нафтоносного шару, вибирають з умови забезпечення хвильового погодження випромінюючої дільниці свердловини з оточуючим її гірничим середовищем у відповідності із співвідношенням в a вFв к a к Fк 5 54248 6 принаймні, один відбивач хвиль, випромінювані в , к - густина відповідно середовища виде в затрубний простір продовжньо вісеві хвилі поверпромінювача і нафтоносного шару; тають відбиттям впродовж напрямку кожного розкa в , a к - швидкість пружної хвилі відповідно у ритого свердловиною нафтоносного шару, що засередовищі випромінювача і нафтоносного шару; Fв , Fк - площа поверхні, яку в кожний момент часу перетинає хвиля відповідно в середовищі випромінювача і нафтоносного шару перпендикулярно напрямку швидкості хвильового руху. Крім того, в затрубний простір вводять фізично і хімічно активні компоненти рідини. Завдяки тому, що на рідину в трубному просторі в напрямку від устя свердловини до вибою випромінюють пружні хвилі симетричної структури (стиску-розтягу), або асиметричної структури (розтягу), а в затрубний простір одночасно з цим з поверхні випромінюють пружні хвилі асиметричної структури (розтягу) забезпечується зміна фізикохімічних властивостей в'язкої нафти за допомогою хвильових полів і досягається плинність в'язких нафт на місці їх залягання і в свердловині, а також забезпечується спрямований масоперенос нафти впродовж радіусу до свердловини і далі в свердловині до її устя. Свердловини можливо розташовувати кущовим або рядним способом на відстані досяжності хвильового поля, а вплив хвиль здійснювати на центральну свердловину або на оточуючи свердловини, або одночасно на всі свердловини в залежності від фізико-хімічних властивостей нафти конкретного родовища. При цьому, коли центральна свердловина виконує функції випромінювача хвиль для всього куща свердловин, в той час як оточуючі свердловини не облаштовують генераторами хвиль і розташовують навколо центральної свердловини на відстані досяжності хвильового поля, випромінюваного центральною свердловиною. Але при наявності дуже в'язкої нафти свердловини міняються функціями - оточуючі свердловини облаштовують генераторами хвиль, а з центральної свердловини відкачують нафту без її облаштування генераторами хвиль. В найбільш складному випадку занадто в'язкої нафти всі свердловини доцільно облаштовувати генераторами хвиль і одночасно забезпечити відкачку нафту через всі працюючи свердловини. Крім того, для видобутку нафт бітумної консистенції в затрубний простір доцільно вводити фізично і хімічно активні компоненти рідини, які підвищують температуру нафтоносного шару (колектора) до розрахункової, що забезпечує плинність нафт бітумної консистенції і необхідну десорбцію колектора. Частотний спектр хвиль вибирають із мінімальних втрат енергії хвиль в напрямку від устя свердловини до зони перфорації, далі до розрахункової відстані впродовж радіусу від свердловини в нафтоносний шар, при цьому доцільно, коли втрати енергії хвиль не перевищують 50-70% від початкового значення енергії кожної хвилі, що забезпечує оптимальне використання енергії хвиль і максимальну відстань між свердловинами та зменшення об'ємів буріння. Завдяки тому, що напроти кожного розкритого свердловиною нафтоносного шару розташовують, безпечує поворот вектора швидкості часток в хвилі з вісевого напрямку на радіальний та сприяє плинності в'язких нафт на місті їх залягання і керованому масопереносу нафти в нафтоносному шарі. На потужних нафтоносних шарах таких відбивачів може бути розрахункова кількість на кожному. Завдяки тому, що відбивну можливість відбивачів хвиль збільшують від устя до вибою на кожному наступному відбивачі, забезпечують розрахункове порційне випромінювання енергії хвилі в кожний нафтоносний шар при переміщенні хвилі по затрубному просторові від устя до вибою свердловини. Завдяки тому, що форму хвилі в затрубному просторі вибирають відповідною до закону падіння градієнта депресії в навколо свердловинному просторі нафтоносного шару, а форму хвилі в трубному просторі вибирають відповідною синусоїдальному закону, досягають повне використання енергії хвиль в нафтоносному шарі і плинність в'язких нафт, а також керований масоперенос нафти впродовж радіусу до свердловина і далі в свердловині до її устя. Інтенсивність низько амплітудного хвильового впливу в залежності від підведеній потужності вибирають вище критичного значення числа Рейнольда, завдяки чому в режимі наведеної хвилями турбулентності в рідкому середовищі ініціюються і активуються наслідкові явища, такі як мікропотоки, кавітація, що забезпечує на макрорівні виникнення сил інерції і сил тертя, достатніх для розриву молекулярних зв'язків і зниження на цій основі молекулярної ваги і в'язкості рідини до розрахункових величин, які забезпечують необхідну плинність в'язкої нафти в режимі тиксотропності і холодного крекінгу в'язких нафт. Для забезпечення плинності в'язких нафт в режимі розтягу - стиску амплітуду високо амплітудного хвильового впливу на рідину вибирають із умови, при якій хвильове навантаження на одиничний молекулярний зв'язок перевищую міцність цього зв'язку: Vхв E Pхв q, a n де Pхв - хвильовий тиск в рідині, віднесений до одинарного молекулярного зв'язку; a - швидкість хвилі в рідині(в'язкій нафті); E - модуль пружності рідини; q - сила розриву одинарного молекулярного зв'язку (в'язкої нафти), близько (5 6) 10 10 кг на один молекулярний зв'язок; Vхв - швидкість часток в хвилі, яка випромінюється в в'язку нафту; n - кількість молекулярних зв'язків в одиниці площі в'язкої нафти. Для забезпечення повної передачі енергії хвиль із свердловини в оточуюче середовище нафтоносного шару хвилю, випромінюють з свердловини в навколо свердловинний простір нафто 7 54248 8 носного шару, в умовах забезпечення хвильового прямок впродовж радіусу в нафтоносному шарі погодження випромінюючої дільниці свердловини забезпечуються відбивачами 10, змонтованими на з оточуючим її гірничим середовищем у відповідмуфтах насосно-компресорних труб. Напроти відності з співвідношенням значень їх хвильового бивачів хвиль навколо свердловинному просторі опору: утворюють хвильовий узгоджувач 11. Облаштувані свердловини 12 розташовують по кущовій схемі a вFв a к Fк в к або рядній схемі (Фіг.2). Відбивачі хвилі 10 в сверде в , к - густина відповідно середовища видловинах кущової технологічної схеми розташопромінювача і нафтоносного шару; вують на одному рівні в площині кожного нафтоносного шару (Фіг.3). a в , a к - швидкість пружної хвилі відповідно у Геометрична форма 13 направленого випросередовищі випромінювача і нафтоносного шару; мінювання хвиль в нафтоносний шар показана на Fв , Fк - площа поверхні, яку в кожний момент Фіг.1. Форму хвилі 15 забезпечують відповідною до часу перетинає хвиля відповідно в середовищі закону затухання градієнта депресії в навколо випромінювача і нафтоносного шару перпендикусвердловинному просторі 14, що представлено на лярно напрямку швидкості хвильового руху. Фіг.4. Для зменшення в'язкості нафт і забезпечення Форму хвилі і інші параметри забезпечують у десорбції в нафтоносному шарі в центральну свегенераторі хвиль. рдловину кущового чи рядового блоку свердловин Нафтоносний шар 1 розкривають свердловичерез затрубний простір можуть вводити хімічно і нами та обладнують обсадними колонами 2 фізично активні рідини одночасно з випроміню(Фіг.1). На усті свердловини на обсадній колоні 2 ванням хвиль до появи рідин в оточуючих свердмонтують фонтанну арматуру 4, на нижньому ловинах. фланці якої підвішують став насосноПричому фізично і хімічно активні компоненти компресорних труб 3. рідини можуть вводити періодично або постійно Для запуску способу в роботу через відводи 7, через затрубний простір в залежності від ступіню 8, 9 здійснюють заповнення свердловини буферв'язкості нафти. ною рідиною, наприклад легкою нафтою. Після Таким чином спосіб забезпечує плинність назаповнення рідиною в стовпі рідини в свердловині фти як в нафтоносному шарі на місті їх залягання, створюють надлишковий статичний тиск. При дотак і в свердловині, а також керування насиченістю сягненні заданого рівня надлишкового статичного та направленим масопереносом нафти в нафтотиску в свердловині включають генератори хвиль носних шарах, що робить можливим прибутковий 5 і 6 і генерують у стовпі рідини і далі в стовпі нарежим видобутку в'язкої нафти. фти хвилі заданої структури, а саме: на рідину в Сутність корисної моделі пояснюється на кретрубному просторі в напрямку від устя свердловисленнях, де на Фіг.1 приведено схему обладнання ни до вибою випромінюють пружні хвилі симетрисвердловини для видобутку в'язких нафт з кількох чної структури (стиску-розтягу), або асиметричної нафтоносних шарів за допомогою хвильових поструктури (розтягу), а в затрубний простір одночалів, на Фіг.2 приведено кущову схему розташувансно з цим з поверхні випромінюють пружні хвилі ня свердловин при видобутку в'язких нафт хвиасиметричної структури (розтягу), причому форма льовими полями, на Фіг.3 приведено схему хвилі у затрубному просторі відповідає формі захвильових рухів в трубному і затрубному простокону падіння градієнта депресії в навколо свердрах взаємодіючих свердловин видобувного техноловинному просторі (див. Фіг.4), а форма хвилі в логічного куща, на Фіг.4 приведено співставлення трубному просторі відповідає синусоїдальному закону падіння градієнта депресії навколо свердзакону. Крім того, частотний спектр хвиль вибираловинному просторі і форму хвилі в затрубному ють із умов мінімальних витрат енергії хвиль в просторі. напрямку від устя свердловини до зони перфорації Спосіб видобутку в'язких нафт здійснюють таі далі до розрахункової відстані впродовж радіусу ким чином. від свердловини в продуктивний нафтоносний шар Продуктивний колектор 1 в'язких нафт, предіз разрахунку втрат енергії хвиль не більше 50ставлений кількома прошарками, розкривають 70% від початкового значення енергії кожної хвилі. свердловиною та встановлюють обсадну колону 2 При чому свердловини розташовують кущо(Фіг.1, Фіг.2). У середині обсадної колони 2 опусвим або рядним способом, де центральна свердкають став насосно-компресорних труб 3, закріпловина виконує функції випромінювача хвиль для лений на фонтанній арматурі 4, нижнім торцем всього куща свердловин, в той час, як оточуючі установленій на усті обсадної колони 2. На верхсвердловини не облаштовують генераторами ньому торці фонтанної арматури 4 устанавлюють і хвиль і розташовують навколо центральної свердгенератори хвиль 5 для випромінювання хвиль в ловини на відстані досяжності хвильового поля, трубний простір і генератори хвиль 6 для випромівипромінюваного центральною свердловиною, але нювання хвиль в затрубний простір. при наявності дуже в'язкої нафти свердловини Стрілками помічені напрямки швидкості хвиміняються функціями - оточуючі свердловини обльового руху в нафті в трубному, затрубному пролаштовують генераторами хвиль,а з центральної сторі і за межами обсадної колони 2. (Фіг.1, Фіг.3). свердловини відкачують нафту без її облаштуванФонтанну арматуру 4 забезпечують відводами 7, 8 ня генераторами хвиль, а в найбільш складному і 9 для скидання плинної нафти і для закачки фізивипадку занадто в'язкої нафти всі свердловини чно і хімічно активних реагентів в продуктивний облаштовують генераторами хвиль і одночасно всі шар. Відбивання хвиль вісевого напрямку на напрацюють на відкачку нафти, крім того, для видо 9 54248 10 бутку нафт бітумної консистенції центральну свебутку нафти. При несиметричному хвильовому рдловину використовують для хвильової закачки впливові на нафту як в колекторі, так і в свердлофізично і хімічно активних речовин, які підвищують вині задіється механізм направленого хвильового температуру колектора до розрахункової, що замасопереносу рідини - масопереносу бігучим пебезпечує плинність нафт бітумної консистенції і репадом тиску в хвилі в напрямку вектора швидконеобхідну десорбцію нафтоносного шару. сті хвильового руху. Такий режим може рухати Хвилі, рухаючись впродовж свердловини від нафту в заданому напрямку, в тому числі і піднімаустя до вибою в затрубному просторі, відбиваютьти до устя в свердловині (Фіг.3). Якщо пластовий ся на хвильових відбивачах 10 напроти кожного тиск не достатній для режиму фонтанування, свенафтоносного шару 1 з забезпеченням повороту рдловина може бути обладнаною насосом, насамвектора швидкості хвильового руху з вісевого в перед найбільш ефективним гвинтовим - трубний свердловині до радіального в нафтоносному шарі простір вільний для цього. (геометрична форма хвилі 13, Фіг.1). Відбивачі 10 Після включення генераторів хвиль заповнена мають змінну впродовж свердловини відбивну буферною рідиною свердловина починає випроміздатність з метою забезпечення повороту вектора нювати в оточуючий свердловину нафтоносний швидкості хвильового руху з вісевого напрямку на шар з в'язкою нафтою хвилі розрахункової струкрадіальний при розрахунковому порційному витури. Нафта в нафтоносному шарі розріджується і промінюванні енергії хвилі в кожний нафтоносний хвильовим перепадом тиску переноситься в нашар при переміщенні хвиль по затрубному проспрямку до оточуючих свердловин технологічного торі від устя до вибою свердловини. куща. Свердловини починають заповнюватись Для повної передачі енергії хвиль з свердлорозрідженою нафтою і починає працювати пластовини в колектор забезпечують хвильове узгодженвий тиск, який піднімає нафту до устя на злив. ня рідинного і породного хвилеводів. Режим видобутку нафти вибирається по макКрім того, інтенсивність низькоамплітудного симальному дебіту свердловини при постійному хвильового впливу в залежності від підведеній випромінюванні хвиль центральної свердловини, потужності вибирають вище критичного числа периферійних свердловин, чи з усіх свердловин Рейнольда, при якому в режимі наведеної хвилями технологічного куща одночасно. Режим регулютурбулентності в рідинному середовищі ініціюютьється вентилями 7, 8, 9 (Фіг.1). В окремих випадках ся і активізуються наслідкові явища такі як мікровидобутку нафти бітумної консистенції виникає потоки, кавітація, що забезпечують на макрорівні потреба підняття температури пласта. З цією мевиникнення сил інерції і сил тертя, достатніх для тою в затрубний простір через вентиль 7 в строго розриву молекулярних зв'язків і зниження на цій нормованій кількості вводяться хімічно активні основі молекулярної ваги і в'язкості рідини до розречовини, які підвищують температуру нафтоносрахункових величин, які забезпечують необхідну ного шару до розрахункової, що забезпечує плинплинність в'язкої нафти. ність нафт бітумної консистенції і необхідну десоАмплітуду хвильового розтягу - стиску високорбцію колектора. амплітудного хвильового впливу на рідину вибиТаким чином, спосіб забезпечує плинність нарають із умови, при якій хвильова нагрузка на фти як в нафтоносному шарі на місті їх залягання, одиничній молекулярний зв'язок перевищує міцтак і в свердловині, а також керування насиченістю ність цього зв'язку. та направленим масопереносом нафти в нафтоПри кущовому розміщенні свердловин 12 (як носних шарах, що робить можливим прибутковий показано на Фіг.2) в залежності від рівня в'язкості режим видобутку в'язкої нафти. нафти хвилі випромінюють в нафтоносний шар з Джерела інформації: центральної свердловини, а периферійні свердло1. «Упровадження технології вологого внутрівини слугують для відкачки нафти, або навпаки шньопластового горіння на родовищі Каражанпериферійні свердловини обладнують генератобас», М.Ж. Селімгерєєв, Н.Н. Черв'яків, В.А. Сіморами хвиль, а через центральну свердловину нов, К.Т. Тулєшов, Е.І. Нафтова і газова здійснюють відкачку нафти. При занадто високому промисловість», серія «Розробка нафтових родорівні в'язкості нафти всі свердловини обладнують вищ і методи підвищення нафтовіддачі»; №10, генераторами хвиль і всі вони одночасно слугують М.1991.С.23. для відкачки розрідженої хвилями нафти. 2. Авторське свідоцтво СРСР №1240112, Крім того хвильове розрідження нафти в трубМПК3 Е21В43/28, 1983р. ному просторі сприяє фонтанному режимові видо 11 54248 12 13 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 54248 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601