RU2330949C2 - Method of extraction of heavy and high viscous hydrocarbons out of underground deposit - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention refers to a method of extraction of hydrocarbons out of an underground deposit of tar sand or a deposit of heavy oil, possessing high viscosity. This invention facilitates simplification of the method and increases its efficiency due to an increased area of deposit coverage. The essence of the invention is as follows: for extraction of hydrocarbons the method includes boring and preparing to operation, then installing casing columns of pressure wells with horizontal end sections and of producing wells with horizontal end sections in the deposit below the level of the pressure well; the method also includes forming of a permeable zone between pressure and producing wells. According to the invention boring of pressure and producing wells is carried out to one of the area pattern with a determined distance between them and a height between their horizontal end sections not less, than 5 metres. Each casing column, lowered before forming of horizontal end sections of pressure and producing wells, is exposed along the whole perimeter at immediate vicinity from a bottom hole. A deflector is lowered into each well prior to interaction with the bottom hole; the said deflector guides its output channels into the exposed section; then a required number of horizontal end sections of the well are made sequentially per each exposed section of the casing column. After lowering of heat isolating pipe column in each well above the exposed section a packer is installed; the said packer isolates annular space between the casing column and heat isolated pipe column to eliminate thermal effect to the well above the packer.

EFFECT: method simplifies extraction of hydrocarbons from an underground deposit and increases its efficiency due to increased area of deposit coverage.

2 dwg

Description

Изобретение относится к способу добычи углеводородов из подземной залежи гудронового песка или залежи тяжелой нефти, имеющих высокую вязкость. Для получения углеводородов из таких залежей необходимо их нагревание.The invention relates to a method for producing hydrocarbons from an underground tar sand deposit or a heavy oil reservoir having a high viscosity. To obtain hydrocarbons from such deposits, their heating is necessary.

Известен способ разработки нефтяного месторождения (патент RU № 22113857, МПК 7 Е21В 43/24, опубл. в бюл. №28 от 10.10.2003 г.), включающий бурение вертикальных скважин с боковыми стволами, закачку теплоносителя в пласт через боковые стволы и отбор через них нефти, причем вертикальные скважины бурят до подошвы нижнего объекта с размещением их по одной из площадных систем, при этом до начала площадной закачки рабочего агента, например воды, в пласт бурят боковые стволы в каждой вертикальной скважине в каждом эксплуатационном объекте пласта, затем осуществляют последовательную обработку боковых стволов путем подачи в них теплоносителя с последующим отбором через боковые стволы нефти до снижения дебита скважины до минимально рентабельного уровня, причем циклы закачки пара и отбора нефти повторяют до предельно допустимого обводнения добывающей нефти.A known method of developing an oil field (patent RU No. 22113857, IPC 7 ЕВВ 43/24, published in Bulletin No. 28 of 10.10.2003), including drilling vertical wells with sidetracks, pumping coolant into the reservoir through sidetracks and selection oil through them, and vertical wells are drilled to the bottom of the lower object with their placement in one of the areal systems, while before the start of areal injection of a working agent, for example, water, sidetracks are drilled into the formation in each vertical well in each production facility of the formation, then sequential treatment of the sidetracks is revealed by supplying a coolant to them, followed by selection through the sidetracks of oil until the well production rate decreases to a minimum cost-effective level, and the steam injection and oil extraction cycles are repeated until the maximum permissible water cut of the producing oil is obtained.

Недостатком данного способа является то, что отбор продукции из скважины ведут циклически, сочетая его с закачкой пара до предельно допустимого обводнения добываемой продукции, что снижает объем добываемой нефти и ведет к значительным затратам тепловой энергии на прогревание пласта.The disadvantage of this method is that the selection of products from the well is carried out cyclically, combining it with steam injection to the maximum allowable water cut of the produced product, which reduces the amount of oil produced and leads to significant heat energy costs for heating the formation.

Известен также способ разработки месторождений высоковязких нефтей и битумов наклонно-горизонтальными скважинами (патент RU № 2237804, МПК 7 Е21В 43/24, опубл. в бюл. № 28 от 10.10.2004 г.), включающий бурение скважин по определенной сетке, нагнетание вытесняющего агента через нагнетательные скважины и отбор пластовых флюидов через добывающие скважины, при этом бурение скважин ведут по радиальной сетке так, что нагнетательные скважины располагают по продуктивному пласту ближе к верхней границе пласта по наиболее проницаемым пропласткам, а добывающие - ближе к нижней границе пласта, причем на начальной стадии разработки во всех скважинах проводят термоциклическую обработку пласта с паровой стимуляцией с последующим переходом на отбор пластовых флюидов через добывающие скважины с площадным воздействием на пласт через нагнетательные скважины.There is also known a method of developing deposits of high viscosity oils and bitumen with horizontal inclined wells (patent RU No. 2237804, IPC 7 ЕВВ 43/24, published in bulletin No. 28 dated 10.10.2004), including drilling wells on a specific grid, pumping out agent through injection wells and selection of formation fluids through production wells, while drilling wells along a radial grid so that injection wells are located along the productive formation closer to the upper boundary of the formation along the most permeable layers, and production - closer to the lower boundary of the formation, and at the initial stage of development in all wells, a thermocyclic treatment of the formation with steam stimulation is carried out with the subsequent transition to the selection of formation fluids through production wells with areal exposure to the formation through injection wells.

Наиболее близким по технической сущности является способ добычи углеводородов из подземной залежи гудронного песка или залежи тяжелой нефти (патент RU № 2098613, МКИ 6 Е21В 43/24, опубл. в бюл. 34 от 10.12.1997 г.), содержащий бурение и подготовку к эксплуатации нагнетательной скважины, которая заканчивается в залежи, и добывающей скважины, которая заканчивается в залежи ниже уровня нагнетательной скважины, создание проницаемой зоны между нагнетательной и добывающей скважинами, при этом бурение и подготовку к эксплуатации осуществляют, по меньшей мере, двумя парами скважин, где каждая пара включает нагнетательную скважину, заканчивающуюся в залежи, и добывающую скважину, заканчивающуюся в залежи ниже уровня нагнетательной скважины, причем вторая пара скважин обращена к первой паре скважин, создают проницаемую зону между нагнетательной скважиной и добывающей скважиной каждой пары скважин, нагнетание водяного пара осуществляют по нагнетательным скважинам, одновременное извлечение углеводородов осуществляют по добывающим скважинам, при этом давление нагнетания в нагнетательной скважине первой пары превышает давление нагнетания в нагнетательной скважине второй пары скважин, причем каждая нагнетательная и добывающая скважины имеют горизонтальные концевые участки, проходящие внутри залежи.The closest in technical essence is a method of producing hydrocarbons from an underground deposit of tar sand or a heavy oil deposit (patent RU No. 2098613, MKI 6 ЕВВ 43/24, published in bul. 34 from 12/10/1997), containing drilling and preparation for the operation of the injection well, which ends in the reservoir, and the production well, which ends in the reservoir below the level of the injection well, the creation of a permeable zone between the injection and production wells, while drilling and preparation for operation are carried out at least two pairs of wells, where each pair includes an injection well ending in the reservoir, and a producing well ending in the reservoir below the level of the injection well, the second pair of wells facing the first pair of wells, create a permeable zone between the injection well and the producing well of each pair of wells, the injection of water vapor is carried out through injection wells, the simultaneous extraction of hydrocarbons is carried out by producing wells, while the injection pressure in the injection well the fluid of the first pair exceeds the injection pressure in the injection well of the second pair of wells, with each of the injection and production wells having horizontal end sections extending inside the reservoir.

Как аналогам, так и прототипу в той или иной степени присущи общие недостатки:Both analogues and prototypes to one degree or another have common disadvantages:

во-первых, сложный технологический процесс осуществления способа;firstly, the complex process of the method;

во-вторых, малая площадь охвата залежи горизонтальными участками и, как следствие, низкая эффективность разработки залежи;secondly, the small area covered by horizontal deposits and, as a consequence, the low efficiency of the development of deposits;

в-третьих, сложность ориентации горизонтальных участков нагнетательных и добывающих скважин в залежи;thirdly, the difficulty of orienting horizontal sections of injection and producing wells in the reservoir;

в-четвертых, в процессе закачки теплоносителя оказывается тепловое воздействие на стенки скважины, что отрицательно влияет на прочность крепления (цементного камня) обсадной колонны скважины и ведет к преждевременному разрушению цементного камня за обсадной колонной скважины.fourthly, in the process of pumping coolant, a thermal effect is exerted on the walls of the well, which negatively affects the strength of the fastening (cement stone) of the well casing and leads to premature destruction of the cement stone behind the well casing.

Технической задачей изобретения является упрощение технологического процесса осуществления способа и увеличение точности ориентации горизонтальных участков скважин в залежи, а также повышение эффективности разработки залежи за счет увеличения площади охвата залежи тяжелых и/или высоковязких углеводородов горизонтальными участками и снижение теплового воздействия на стенки скважины в процессе эксплуатации.An object of the invention is to simplify the process of implementing the method and increase the accuracy of orientation of horizontal sections of wells in the reservoir, as well as increase the efficiency of development of the reservoir by increasing the coverage area of the reservoir of heavy and / or high-viscosity hydrocarbons in horizontal sections and reduce the thermal effect on the walls of the well during operation.

Поставленная техническая задача решается способом добычи из подземной залежи тяжелых и высоковязких углеводородов, содержащим бурение и подготовку к эксплуатации с установкой обсадных колонн нагнетательных скважин с горизонтальными концевыми участками и добывающих скважин с горизонтальными концевыми участками в залежи ниже уровня нагнетательной скважины для извлечения углеводородов, создание проницаемой зоны между нагнетательными и добывающими скважинами.The stated technical problem is solved by a method of producing heavy and highly viscous hydrocarbons from an underground deposit, comprising drilling and preparing for operation with installation of casing strings of injection wells with horizontal end sections and production wells with horizontal end sections in the reservoir below the level of the injection well for hydrocarbon recovery, creating a permeable zone between injection and production wells.

Новым является то, что бурение нагнетательных и добывающих скважин производят по одной из площадных систем с определенным расстоянием между ними, причем каждую обсадную колонну, спускаемую перед формированием горизонтальных концевых участков, нагнетательных и добывающих скважин вскрывают по всему периметру в непосредственной близости от забоя, далее в каждую скважину до взаимодействия с забоем спускают отклонитель, направляющий выходные каналы отклонителя во вскрытый участок, и формируют последовательно через каждый вскрытый участок обсадной колонны необходимое количество горизонтальных концевых участков скважины, после спуска теплоизолированной колонны труб в каждой скважине выше вскрытого участка устанавливают пакер, изолирующий межтрубное пространство между обсадной колонной и теплоизолированной колонной труб для исключения термического воздействия на скважину выше пакера.New is that the injection and production wells are drilled using one of the areal systems with a certain distance between them, with each casing being lowered before the formation of horizontal end sections, the injection and production wells are opened around the entire perimeter in the immediate vicinity of the bottom, then each well, before interacting with the bottom, a deflector is lowered, directing the output channels of the deflector into the exposed section, and is formed sequentially through each opened section a casing required number of horizontal end portions of the borehole after lowering the heat-insulated pipe string in each well of the exposed portion above the packer is set, an insulating annular space between the casing and the thermally insulated tubing string to avoid thermal effects on the wellbore above the packer.

Новым также является то, что количество нагнетательных и добывающих скважин не менее одной пары.Also new is the fact that the number of injection and production wells is at least one pair.

На фиг.1 в продольном разрезе схематично представлено изображение подземной залежи тяжелых и высоковязких углеводородов с добывающей и нагнетательной скважинами.Figure 1 in a longitudinal section schematically shows an image of an underground reservoir of heavy and high viscosity hydrocarbons with producing and injection wells.

На фиг.2 в сечение А-А схематичное представлено изображение подземной залежи тяжелых и высоковязких углеводородов с добывающий и нагнетательной скважинами.Figure 2 in section aa shows a schematic image of an underground reservoir of heavy and high viscosity hydrocarbons with producing and injection wells.

Сущность способа заключается в следующем.The essence of the method is as follows.

Сначала на одной площадной системе производят бурение одной пары скважин, состоящей из нагнетательной 1 (см. фиг.1) и добывающей 2 скважин с определенным расстоянием L между ними, причем после бурения перед спуском обсадных колонн в скважины каждую обсадную колонну предварительно вскрывают по всему периметру, поэтому после спуска обсадных колонн в скважины образуются вскрытые участки 3 и 4 в непосредственной близости от забоя 5 и 6 нагнетательной 1 и добывающей 2 скважин соответственно (см. патенты «Способ строительства многоствольной скважины» RU №.№ 2256763, 2268982, МПК Е21В 7/08, опубл. соответственно в Бюл. № 20 от 20.07.2005 г. и в Бюл. № 3 от 27.01.2006 г.).First, one pair of wells is drilled on one areal system, consisting of injection 1 (see Fig. 1) and producing 2 wells with a certain distance L between them, and after drilling, before casing is put into wells, each casing is pre-opened around the entire perimeter therefore, after lowering the casing strings into the wells, open sections 3 and 4 are formed in the immediate vicinity of the bottom 5 and 6 of the injection 1 and production 2 wells, respectively (see patents “Method for the construction of multilateral wells s »RU №.№ 2256763, 2268982, IPC E 21 B 7/08, publ. in Bull respectively. № 20 on 20.07.2005 in Bul. № 3 g of 27.01.2006).

После этого обсадные колонны нагнетательной 1 и добывающей 2 скважин цементируют и начинают формирование горизонтальных концевых участков.After that, the casing of the injection 1 and producing 2 wells are cemented and the formation of horizontal end sections begins.

С этой целью в нагнетательную 1 и добывающую 2 скважины до взаимодействия с забоем 5 и 6 соответственно спускают отклонитель (на фиг.1 и 2 не показано), который направляет выходные каналы отклонителя во вскрытый участок 3 и 4 соответственно нагнетательной 1 и добывающей 2 скважин (см. патенты RU №№. 2256763, 2268982).To this end, a diverter (respectively not shown in Figs. 1 and 2) is lowered into the injection 1 and production 2 wells before interacting with the bottom 5 and 6, which directs the outlet channels of the diverter into the exposed section 3 and 4, respectively, of the injection 1 and production 2 wells ( see patents RU No. 2256763, 2268982).

После чего формируют через каждый вскрытый участок 3 и 4 обсадных колонн нагнетательной 1 и добывающей 2 скважин необходимое количество горизонтальных концевых участков 7; 7′; 7″; 7′′′...7ⁿ и 8; 8′; 8″; 8′′′...8ⁿ соответственно, причем высота - Н (см. фиг.1) между вышеуказанными концевыми горизонтальными участками в нагнетательной 1 и добывающей 2 скважинах должна быть не менее 5 метров для исключения прерывания теплоносителя в процессе его нагнетания из разветвленных горизонтальных концевых участков 7; 7′; 7″; 7′′′...7ⁿ нагнетательной скважины 1 в разветвленные горизонтальные концевые участки 8; 8′; 8″; 8′′′...8ⁿ добывающей скважины 2.After that, through each opened section 3 and 4 of casing of injection 1 and producing 2 wells, the required number of horizontal end sections 7 is formed; 7 ′; 7 ″; 7 ′ ′ ′ ... 7 ⁿ and 8; 8';8"; 8 ′ ′ ′ ... 8 ^n, respectively, and the height - H (see Fig. 1) between the above horizontal end sections in the injection 1 and production 2 wells should be at least 5 meters to exclude the interruption of the coolant during its pumping from the branched horizontal end sections 7; 7 ′; 7 ″; 7 ′ ′ ′ ... 7 ^{n of} injection well 1 into branched horizontal end sections 8; 8';8"; 8 ′ ′ ′ ... 8 ^{n of} production well 2.

Вышеуказанное расстояние L (см. фиг.2) между осями добывающей 1 и нагнетательной 2 скважин определяется расчетным путем и зависит от длины горизонтальных концевых участков 7; 7′; 7″; 7′′′...7ⁿ нагнетательной скважины 1 и длины разветвленных горизонтальных концевых участки 8; 8′; 8″; 8′′′...8ⁿ добывающей скважины 2.The above distance L (see figure 2) between the axes of the producing 1 and injection 2 wells is determined by calculation and depends on the length of the horizontal end sections 7; 7 ′; 7 ″; 7 ′ ′ ′ ... 7 ^{n of} injection well 1 and lengths of branched horizontal end sections 8; 8';8"; 8 ′ ′ ′ ... 8 ^{n of} production well 2.

По окончании строительства скважин начинают их подготовку к эксплуатации. Для этого нагнетательную скважину 1 (см. фиг.1) оснащают теплоизолированной колонной труб 9 для подачи теплоносителя, нижний конец которой спускают к вскрытому участку 3.Upon completion of the construction of wells, they begin their preparation for operation. For this, the injection well 1 (see Fig. 1) is equipped with a thermally insulated pipe string 9 for supplying a coolant, the lower end of which is lowered to the exposed section 3.

Далее добывающую скважину 2 оснащают теплоизолированной колонной труб 10, нижний конец которой также спускают к вскрытому участку 4.Next, the producing well 2 is equipped with a heat-insulated pipe string 10, the lower end of which is also lowered to the exposed section 4.

Далее, выше каждого вскрытого участка 3 и 4 соответственно нагнетательной 1 и добывающей 2 скважин устанавливают пакеры 11 и 12 соответственно, изолирующие межтрубное пространство каждой скважины между обсадной колонной и теплоизолированной колонной труб, для исключения термического воздействия на стенки нагнетательной 1 и добывающей 2 скважин выше пакеров 11 и 12 соответственно.Next, packers 11 and 12, respectively, are installed above each opened section 3 and 4 of injection 1 and production 2 wells, respectively, isolating the annular space of each well between the casing and the insulated pipe string, to exclude thermal effects on the walls of injection 1 and production 2 wells above the packers 11 and 12, respectively.

Затем в теплоизолированную колонну труб 10 добывающей скважины 2 спускают насос 13 любой известной конструкции, например винтовой.Then, a pump 13 of any known construction, for example a screw, is lowered into a heat-insulated pipe string 10 of the producing well 2.

Затем с устья нагнетательной скважины 1 нагнетают теплоноситель (горячий водяной пар) в теплоизолированную колонну труб 9, который, достигнув вскрытого участка 5 попадает в горизонтальные концевые участки 7; 7′; 7″; 7′′′...7ⁿ нагнетательной скважины 1, по которым распространяется вглубь залежи тяжелых и/или высоковязких углеводородов 14. Разогревание происходит по всей высоте залежи тяжелых и/или высоковязких углеводородов 14 радиально направленно от каждого горизонтального концевого участка 7; 7′; 7″; 7′′′...7ⁿ нагнетательной скважины 1.Then, coolant (hot water vapor) is pumped from the mouth of the injection well 1 into a heat-insulated pipe string 9, which, having reached the exposed section 5, enters the horizontal end sections 7; 7 ′; 7 ″; 7 ′ ′ ′ ... 7 ⁿ injection well 1, through which it extends deep into the reservoir of heavy and / or high-viscosity hydrocarbons 14. Heating takes place over the entire height of the reservoir of heavy and / or high-viscosity hydrocarbons 14 radially directed from each horizontal end section 7; 7 ′; 7 ″; 7 ′ ′ ′ ... 7 ^{n of} injection well 1.

После прогрева залежи до определенной температуры запускают насос 13 добывающей скважины 2 в работу.After warming up the reservoir to a certain temperature, the pump 13 of the producing well 2 is started up.

Разогретый продукт (тяжелая вязкая нефть) залежи тяжелых и/или высоковязких углеводородов 14 попадает в горизонтальные концевые участки 8; 8′; 8″; 8′′′...8ⁿ добывающей скважины 2, по которым поступает через вскрытый участок 6 добывающей скважины 2 на прием насоса 13, который перекачивает разогретую тяжелую вязкую нефть на дневную поверхность.The heated product (heavy viscous oil) deposits of heavy and / or high viscosity hydrocarbons 14 fall into the horizontal end sections 8; 8';8"; 8 ′ ′ ′ ... 8 ^{n of the} production well 2, through which it passes through the exposed section 6 of the production well 2 to the intake of the pump 13, which pumps the heated heavy viscous oil to the surface.

Использование теплоизолированных колонн труб 9 и 10, а также пакеров 11 и 12 позволяет значительно снизить отрицательное влияние теплового воздействия на крепление стенок скважин в процессе эксплуатации.The use of heat-insulated columns of pipes 9 and 10, as well as packers 11 and 12, can significantly reduce the negative effect of thermal effects on the fastening of well walls during operation.

Далее, например, в шахматном порядке в пределах одной площадной системы производят аналогичное строительство следующих пар скважин (на фиг.1 и 2 не показано), состоящих из нагнетательных 1′......1ⁿ и добывающих скважин 2′......2ⁿ соответственно, соблюдая при этом вышеуказанное расстояние L между осями близлежащих скважин, которые также аналогичным образом подготавливают и запускают в эксплуатацию.Further, for example, in a checkerboard pattern within the same areal system, the following pairs of wells are produced in a similar manner (not shown in FIGS. 1 and 2), consisting of injection 1 ′ ...... 1 ⁿ and production wells 2 ′ ... ... 2 ^n, respectively, while observing the above distance L between the axes of nearby wells, which are also similarly prepared and put into operation.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность ориентации горизонтальных участков скважин в залежи, а также эффективность разработки залежи за счет увеличения площади охвата залежи тяжелых и/или высоковязких углеводородов горизонтальными участками, а упрощение технологического процесса осуществления способа позволяет сэкономить материальные и финансовые затраты. Кроме того, снижение теплового воздействия на стенки скважины в процессе эксплуатации позволит продлить срок службы скважины до капитального ремонта.The proposed method allows to increase the accuracy of the orientation of horizontal sections of wells in the deposits, as well as the efficiency of the development of deposits by increasing the coverage area of the deposits of heavy and / or high-viscosity hydrocarbons in horizontal sections, and the simplification of the technological process of the method allows to save material and financial costs. In addition, reducing the thermal effect on the walls of the well during operation will extend the life of the well until overhaul.

Claims (1)

Способ добычи из подземной залежи тяжелых и высоковязких углеводородов, содержащий бурение и подготовку к эксплуатации с установкой обсадных колонн нагнетательных скважин с горизонтальными концевыми участками и добывающих скважин с горизонтальными концевыми участками в залежи ниже уровня нагнетательной скважины для извлечения углеводородов, создание проницаемой зоны между нагнетательными и добывающими скважинами, отличающийся тем, что бурение нагнетательных и добывающих скважин производят по одной из площадных систем с определенным расстоянием между ними и высотой между их горизонтальными концевыми участками не менее 5 м, причем каждую обсадную колонну, спускаемую перед формированием горизонтальных концевых участков нагнетательных и добывающих скважин, вскрывают по всему периметру в непосредственной близости от забоя, далее в каждую скважину до взаимодействия с забоем спускают отклонитель, направляющий выходные каналы отклонителя во вскрытый участок, и формируют последовательно через каждый вскрытый участок обсадной колонны необходимое количество горизонтальных концевых участков скважины, после спуска теплоизолированной колонны труб в каждой скважине выше вскрытого участка устанавливают пакер, изолирующий межтрубное пространство между обсадной колонной и теплоизолированной колонной труб, для исключения термического воздействия на скважину выше пакера.A method for producing heavy and highly viscous hydrocarbons from an underground deposit, comprising drilling and preparing for operation with installation of casing strings of injection wells with horizontal end sections and production wells with horizontal end sections in the reservoir below the level of the injection well for hydrocarbon recovery, creating a permeable zone between the injection and producing wells, characterized in that the injection and production wells are drilled according to one of the area systems with defined a minimum distance between them and a height between their horizontal end sections of at least 5 m, with each casing running down before the formation of the horizontal end sections of the injection and production wells, open around the entire perimeter in the immediate vicinity of the bottom, then into each well before interacting with the bottom the deflector is lowered, directing the deflector output channels into the open section, and the required number of horizons is formed successively through each open section of the casing cial end portions of the borehole after lowering the heat-insulated pipe string in each well of the exposed portion above the packer is set, an insulating annular space between the casing and the thermally insulated tubing string, to avoid thermal effects on the wellbore above the packer.

Images