RU2559250C1 - Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances - Google Patents

Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances Download PDF

Info

Publication number
RU2559250C1
RU2559250C1 RU2014131791/03A RU2014131791A RU2559250C1 RU 2559250 C1 RU2559250 C1 RU 2559250C1 RU 2014131791/03 A RU2014131791/03 A RU 2014131791/03A RU 2014131791 A RU2014131791 A RU 2014131791A RU 2559250 C1 RU2559250 C1 RU 2559250C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
delivery
well
product
downhole
methane
Prior art date
Application number
RU2014131791/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Васильевич Коломийченко
Николай Николаевич Клинков
Анатолий Александрович Чернов
Денис Борисович Цветков
Original Assignee
Олег Васильевич Коломийченко
Николай Николаевич Клинков
Анатолий Александрович Чернов
Денис Борисович Цветков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Васильевич Коломийченко, Николай Николаевич Клинков, Анатолий Александрович Чернов, Денис Борисович Цветков filed Critical Олег Васильевич Коломийченко
Priority to RU2014131791/03A priority Critical patent/RU2559250C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2559250C1 publication Critical patent/RU2559250C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: device for thermal impact on the formations containing hydrocarbons (HC) and solid organic substances (SOS) is characterised by that it is the bottomhole catalytic assembly (BCA). BCA comprises the bottomhole catalytic reactor, the heat exchanger, the catalyst pre-heating unit in the bottomhole catalytic reactor, a flow-through packer with elastic elements, the product supply pipeline for pumping into the bottomhole catalytic reactor of methane and air mix, the product supply pipeline for pumping into the flow-through packer and water into the bottomhole, and also the product supply pipeline for pumping of furnace gases from the bottomhole to its day surface. Thus the bottomhole catalytic reactor, the heat exchanger and the catalyst pre-heating unit in the bottomhole catalytic reactor form the bottomhole indirect catalytic steam generator (BHICSG).
EFFECT: increase of NC recovery factor, complex development of resource potential of oil-bearing shale layers, improvement of efficiency of development of heavy and difficult for recovery stocks of HC, occurred at considerable depths.
20 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано (а) для добычи природных битумов, сверхтяжелых, тяжелых, высоковязких и вязких нефтей; (б) для повышения интенсификации добычи нефти низкопроницаемых пород нефтеносных сланцев, средней и легкой по плотности нефти; (в) для внутрипластовой генерации жидких и газообразных углеводородов из керогена, бурого или каменного угля, а также (г) для внутрипластового улучшения качества жидких углеводородов, - понижения их вязкости и необратимого снижения их плотности.The invention relates to the oil and gas industry and can be used (a) for the extraction of natural bitumen, superheavy, heavy, highly viscous and viscous oils; (b) to increase the intensification of oil production of low-permeable rocks of oil shale, medium and light oil density; (c) for in-situ generation of liquid and gaseous hydrocarbons from kerogen, brown or bituminous coal, and (d) for in-situ improvement of the quality of liquid hydrocarbons, lowering their viscosity and irreversibly reducing their density.

В настоящее время в нефтедобывающем секторе для добычи природных битумов, сверхтяжелых, тяжелых, высоковязких и вязких нефтей в промышленном масштабе используют исключительно наземные парогенераторы или парогазогенераторы. С экономической точки зрение их оправданное использование без применения термокэйсов (труб с теплоизоляцией) ограничено глубиной 800 метров. Для экономически же оправданного использования паротеплового или парогазотеплового метода воздействия на продуктивные пласты, которые залегают глубже 800 метров, ряд компаний ведут разработку специальных забойных теплогенерирующих устройств. И, в этой связи, преимущественно, речь идет о забойных прямых парогазогенераторах (ЗППГГ), сжигающих метановоздушную топливную смесь в открытом пламени.Currently, in the oil production sector for the extraction of natural bitumen, superheavy, heavy, highly viscous and viscous oils on an industrial scale, exclusively ground-based steam generators or steam and gas generators are used. From an economic point of view, their justified use without the use of thermal cases (pipes with thermal insulation) is limited to a depth of 800 meters. For the economically justified use of the steam-thermal or gas-vapor-thermal method of influencing productive formations that lie deeper than 800 meters, a number of companies are developing special downhole heat-generating devices. And, in this regard, mainly we are talking about downhole direct steam and gas generators (ZPPGG), burning methane-air fuel mixture in an open flame.

Однако ЗППГГ имеют четыре существенных недостатка, и они следующие:However, ZPPGG have four significant drawbacks, and they are as follows:

- из современного уровня развития техники известно, что разрабатываемые сегодня ЗППГГ в силу используемого принципа сжигания топлива в открытом пламени не в состоянии обеспечить стабильность и продолжительность процесса сжигания топлива в присутствии высоких давлений. По мнению ряда экспертов, в будущем после завершения процесса их разработки практическое применение ЗППГГ будет ограничено глубиной 1500 метров;- From the current level of technological development it is known that the ZPPGGs developed today, due to the principle of burning fuel in an open flame, are not able to ensure the stability and duration of the fuel burning process in the presence of high pressures. According to some experts, in the future, after the completion of the development process, the practical application of the ZPPGG will be limited to a depth of 1500 meters;

- в результате сжигания в ЗППГГ метановоздушной топливной смеси образуются топочные газы, преимущественно, состоящие из углекислого газа и азота, которые при смешении с водой образуют высокотемпературный рабочий агент - высокотемпературную парогазовую смесь, состоящую, преимущественно, из воды в форме пара, углекислого газа и азота. Такой высокотемпературный рабочий агент затем инжектируется в углеводородосодержащие пласты. И, если присутствие в углеводородосодержащих пластах углекислого газа является положительным фактором, то присутствие в них азота в большинстве случаев является нежелательным. Более того, очистка поднятых на дневную поверхность скважины жидких и газообразных углеводородов (УВ) от азота является сложным и дорогостоящим процессом;- as a result of burning methane-air fuel mixture in ZPGG, flue gases are formed, mainly consisting of carbon dioxide and nitrogen, which when mixed with water form a high-temperature working agent - a high-temperature vapor-gas mixture consisting mainly of water in the form of steam, carbon dioxide and nitrogen . Such a high temperature working agent is then injected into hydrocarbon containing formations. And, if the presence of carbon dioxide in hydrocarbon-containing formations is a positive factor, then the presence of nitrogen in them is in most cases undesirable. Moreover, the cleaning of liquid and gaseous hydrocarbons (HC) raised to the day surface of the well from nitrogen is a complex and expensive process;

- еще одной проблемой, связанной с практикой использования ЗППГГ, является высокая температура сжигания метановоздушной топливной смеси в открытом пламени - от 1800 до 2500°С, вызывающей перегрев металла, что, в свою очередь, является основной причиной прогнозируемого быстрого износа и короткого срока эксплуатации ЗППГГ;- Another problem associated with the practice of using ZPPGG is the high temperature of burning methane-air fuel mixture in an open flame - from 1800 to 2500 ° C, which causes metal overheating, which, in turn, is the main reason for the predicted rapid wear and short life of ZPPGG ;

- для доставки метановоздушной топливной смеси в ЗППГГ, расположенный на забое скважины, например, на глубине 1500 метров, потребуется использование дорогостоящих и малонадежных компрессоров с конечным давлением до 20 МПа, что, в конечном итоге, заметно снижает экономическую привлекательность проектов освоения глубокозалегающих тяжелых и трудноизвлекаемых УВ.- for the delivery of methane-air fuel mixture to the ZPPGG located at the bottom of the well, for example, at a depth of 1,500 meters, the use of expensive and unreliable compressors with a final pressure of up to 20 MPa will be required, which, ultimately, significantly reduces the economic attractiveness of projects for developing deep-seated heavy and difficult to recover HC

Из сказанного выше также следует, что ЗППГТ не могут применяться для интенсификации добычи нефти низкопроницаемых пород и генерации синтетической нефти из керогенотвердых органических веществ (ТОВ) нефтеносных сланцевых плеев, таких как Баженовская свита (РФ), Баккен, Игл Форд (США) или Вака Муэрта (Аргентина), так как все они залегают на значительных глубинах от 2000 до 3500 метров.From the above it also follows that ZPGT cannot be used to intensify the extraction of oil of low permeability rocks and the generation of synthetic oil from kerogen hard organic substances (TOV) of oil shale formations such as the Bazhenov Formation (RF), Bakken, Eagle Ford (USA) or Waka Muert (Argentina), since they all lie at considerable depths from 2000 to 3500 meters.

Известен способ термического воздействия на нефтесодержащие и/или керогеносодержащие пласты с высоковязкой и тяжелой нефтью, а также устройство для извлечения нефти из керогена (патент РФ №2447276, МПК Е21В 43/24, публикация 2012 г.).A known method of thermal exposure to oil-bearing and / or kerogen-containing formations with high viscosity and heavy oil, as well as a device for extracting oil from kerogen (RF patent No. 2447276, IPC ЕВВ 43/24, publication 2012).

Известное техническое решение предполагает использование забойного прямого каталитического парогазогенератора, который может быть выполнен с использованием одного, двух и более последовательно соединенных каталитических реакторов. Реакторы могут быть выполнены с одинаковыми или различными размерами и конфигурацией и могут иметь одинаковый или разный объем каталитических камер. Каталитический реактор может быть заполнен катализатором одного и того же типа или катализаторами разных типов. При использовании нескольких каталитических реакторов, каждый из них может быть заполнен катализаторами одного и того же типа или катализаторами разных типов. Каталитические реакторы могут быть соединены между собой жестким или гибким продуктопроводом.The known technical solution involves the use of a downhole direct catalytic steam and gas generator, which can be performed using one, two or more series-connected catalytic reactors. Reactors can be made with the same or different sizes and configurations and can have the same or different volume of catalytic chambers. The catalytic reactor may be filled with a catalyst of the same type or with catalysts of different types. When using multiple catalytic reactors, each of them can be filled with catalysts of the same type or catalysts of different types. Catalytic reactors can be interconnected by a rigid or flexible product pipeline.

К недостаткам известного технического решения можно отнести следующее:The disadvantages of the known technical solutions include the following:

- известный способ и устройство для его осуществления предполагают для инжектирования в продуктивный пласт, находящийся на большой глубине (2-5 км), использование компрессоров с конечным давлением до 45-50 МПа. Известно, что такое компрессорное оборудование имеет высокую стоимость и относительно непродолжительный срок эксплуатации. Использование подобных компрессоров высокого давления повышает стоимость известного способа в случае его использования на больших глубинах;- the known method and device for its implementation suggest for injection into the reservoir, located at great depths (2-5 km), the use of compressors with a final pressure of up to 45-50 MPa. It is known that such compressor equipment has a high cost and relatively short life. The use of such high pressure compressors increases the cost of the known method in case of its use at great depths;

- также недостатком известного технического решения является присутствие в рабочем агенте азота, так как очистка от азота поднятых на дневную поверхность скважины жидких и газообразных УВ является сложным и дорогостоящим процессом.- also the disadvantage of the known technical solution is the presence of nitrogen in the working agent, since the purification from nitrogen of the liquid and gaseous hydrocarbons raised on the day surface of the well is a complex and expensive process.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства (забойной каталитической сборки) является техническое решение, известное из патентной заявки США №2013/0062065 (публикация 2013 г).The closest analogue of the claimed device (downhole catalytic assembly) is a technical solution known from US patent application No. 2013/0062065 (publication 2013).

Конструкция известного устройства представлена на фиг. 1, которая является цитируемой иллюстрацией, приведенной в патентной заявке США №2013/0062065, объясняющей конструкцию и принцип действия известного устройства.The construction of the known device is shown in FIG. 1, which is a cited illustration set forth in US Patent Application No. 2013/0062065, explaining the structure and principle of operation of the known device.

Известное устройство (забойный непрямой парогенератор) содержит:A known device (downhole indirect steam generator) contains:

1. Забойное устройство - газовая горелка (130) для сжигания метана.1. Downhole device - gas burner (130) for methane combustion.

2. Первый теплообменник (120).2. The first heat exchanger (120).

3. Второй теплообменник (140).3. The second heat exchanger (140).

4. Продуктопровод (131) для доставки топлива (метан) в забойное устройство (130) для сжигания топлива.4. Product pipeline (131) for the delivery of fuel (methane) to the bottomhole device (130) for burning fuel.

5. Продуктопровод (133) для доставки окислителя (воздух или кислород) в забойное устройство (130) для сжигания топлива.5. A product pipeline (133) for delivering an oxidizing agent (air or oxygen) to a downhole device (130) for burning fuel.

6. Продуктопровод (135) для доставки воды в первый и во второй теплообменники (120 и 140).6. A product pipeline (135) for delivering water to the first and second heat exchangers (120 and 140).

7. Продуктопровод (139) для отвода топочных газов из известного устройства - с забоя скважины, - на ее дневную поверхность в систему (150) сбора топочных газов и углекислого газа.7. A product pipeline (139) for removing flue gases from a known device — from the bottom of a well — onto its day surface into a system (150) for collecting flue gases and carbon dioxide.

8. Продуктопровод (156) для доставки на забой скважины (137) углекислого газа для его последующего смешения с водой в форме пара.8. Product pipeline (156) for delivery to the bottom of the well (137) of carbon dioxide for its subsequent mixing with water in the form of steam.

Принцип действия известного устройства заключается в следующем:The principle of operation of the known device is as follows:

1. В забойное устройство (130) для сжигания топлива по продуктопроводу (131) подается топливо (метан), а по продуктопроводу (1133) подается окислитель (воздух или кислород).1. Fuel (methane) is supplied to the downhole device (130) for burning fuel through the product pipeline (131), and an oxidizing agent (air or oxygen) is supplied through the product pipe (1133).

2. В результате сжигания топлива в забойном устройстве сжигания топлива (130) образуются высокотемпературные топочные газы, которые по продуктопроводу (139) поступают сначала во второй теплообменник (140), а затем, пройдя через тело забойного устройства сжигания топлива (130), поступают в первый теплообменник (120).2. As a result of fuel combustion in the downhole fuel combustion device (130), high-temperature flue gases are formed, which are first supplied to the second heat exchanger (140) through the product pipeline (139), and then, passing through the body of the downhole fuel burning device (130), they enter first heat exchanger (120).

3. Отдав тепло воде во втором (140) и в первом (120) теплообменниках, охлажденные топочные газы по продуктопроводу (139) выводятся на дневную поверхность скважины и поступают в систему (150) сбора топочных газов и углекислого газа.3. Having given heat to the water in the second (140) and in the first (120) heat exchangers, the cooled flue gases through the product pipeline (139) are removed to the day surface of the well and enter the flue gas and carbon dioxide collection system (150).

4. Вода, проходя через первый (120) и второй (140) теплообменники, нагревается и превращается в пар (137), который поступает на забой скважины.4. Water passing through the first (120) and second (140) heat exchangers is heated and turns into steam (137), which enters the bottom of the well.

5. В свою очередь углекислый газ, выделенный из топочного газа в системе (150) сбора топочных газов, по продуктопроводу (156) закачивается на забой скважины, где смешивается с паром (137), образуя высокотемпературный рабочий агент, состоящий из воды в форме пара и углекислого газа.5. In turn, carbon dioxide extracted from the flue gas in the flue gas collection system (150) is pumped through the product pipeline (156) to the bottom of the well, where it is mixed with steam (137), forming a high-temperature working agent consisting of water in the form of steam and carbon dioxide.

К основным недостаткам известного устройства можно отнести следующее:The main disadvantages of the known device include the following:

- высокая температура, образуемая при сжигании газообразного топлива в открытом пламени газовой горелки забойного устройства для сжигания топлива (130) приводит к быстрому износу известного устройства и снижает степень надежности его эксплуатации. Более того, слишком высокая температура на поверхности корпуса устройства для сжигания топлива (130) может привести к перегреву цементного камня и нарушению целостности обсадной колонны;- the high temperature generated during the combustion of gaseous fuel in an open flame of a gas burner of a downhole device for burning fuel (130) leads to rapid wear of the known device and reduces the degree of reliability of its operation. Moreover, too high a temperature on the surface of the casing of the device for burning fuel (130) can lead to overheating of the cement stone and the integrity of the casing;

- большое количество продуктопроводов (131, 133, 135, 139 и 156), опускаемых одновременно в скважину вместе с известным устройством, существенно осложняет процесс его эксплуатации, а также требует разработки и использования специальных мультиколтюбинговых установок;- a large number of product pipelines (131, 133, 135, 139 and 156), lowered simultaneously into the well together with the known device, significantly complicates the process of its operation, and also requires the development and use of special multi-tubing installations;

- в условиях ограниченности и дефицита внутрискважинного пространства известное устройство имеет недостаточно рациональную конфигурацию, поскольку генерация пара (137) происходит внутри первого (120) и второго (140) теплообменников и при этом значительное по объему внутрискважинное пространство, находящееся между обсадной трубой и известным устройством, остается незадействованным;- in conditions of limited and scarce downhole space, the known device has an insufficiently rational configuration, since the generation of steam (137) occurs inside the first (120) and second (140) heat exchangers and at the same time a significant downhole space between the casing and the known device, remains idle;

- по мнению авторов патентной заявки США №2013/0062065 известное устройство будет способно генерировать рабочий агент (пар или парогазовую смесь (вода и углекислый газ) с конечным давлением от 1500 до 2000 psig (от 10 до 14 МПа), что не позволяет использовать известное устройство для эффективной добычи глубокозалегающих тяжелых и трудноизвлекаемых нефтей (>1500 метров), а также для интенсификации добычи нефти низкопроницаемых пород и генерации жидких и газообразных УВ из ТОВ нефтеносных сланцевых плеев, например, из Баженовской свиты (РФ).- according to the authors of US patent application No. 2013/0062065, the known device will be able to generate a working agent (steam or gas mixture (water and carbon dioxide) with a final pressure of 1500 to 2000 psig (10 to 14 MPa), which does not allow the use of the known a device for the efficient production of deep-seated heavy and difficult to recover oils (> 1,500 meters), as well as for the intensification of oil production of low-permeability rocks and the generation of liquid and gaseous hydrocarbons from oil-bearing oil shale formations, for example, from the Bazhenov Formation (RF).

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности освоения глубокозалегающих месторождений тяжелых и трудноизвлекаемых нефтей, а также интенсификация добычи нефти низкопроницаемых пород.The objective of the present invention is to increase the efficiency of development of deep deposits of heavy and hard to recover oils, as well as the intensification of oil production of low permeability rocks.

Техническим результатом использования заявленного изобретения является повышение коэффициента извлечения углеводородов, комплексное освоение ресурсного потенциала нефтеносных сланцевых плеев, предполагающее как интенсификацию добычи нефти низкопроницаемых пород, так и вовлечение в активную разработку твердых органических веществ, а также эффективное освоение тяжелых и трудноизвлекаемых запасов углеводородов, залегаемых на значительных глубинах.The technical result of the use of the claimed invention is to increase the hydrocarbon recovery coefficient, the integrated development of the resource potential of oil shale formations, which involves both the intensification of oil production of low permeability rocks, and the involvement in the active development of solid organic substances, as well as the effective development of heavy and difficult to recover hydrocarbon reserves that are significant the depths.

Поставленная задача решается использованием устройства для осуществления теплового воздействия на пласты, содержащие углеводороды (УВ) и твердые органические вещества (ТОВ), которое представляет из себя забойную каталитическую сборку (ЗКС). ЗКС включает забойный каталитический реактор, теплообменник, блок предварительного разогрева катализатора в забойном каталитическом реакторе, проточный пакер с эластичными элементами, продуктопровод подачи в забойный каталитический реактор метановоздушной топливной смеси, продуктопровод доставки в проточный пакер и на забой скважины воды, а также продуктопровод доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность, при этом забойный каталитический реактор, теплообменник и блок предварительного разогрева катализатора в забойном каталитическом реакторе образуют забойный непрямой каталитический парогенератор (ЗНКПГ).The problem is solved by using a device for the implementation of thermal effects on formations containing hydrocarbons (HC) and solid organic matter (TOV), which is a downhole catalytic assembly (ZKS). ZKS includes a downhole catalytic reactor, a heat exchanger, a block for preheating the catalyst in a downhole catalytic reactor, a flow packer with elastic elements, a product piping for supplying methane-air fuel mixture to a downhole catalytic reactor, a product piping for delivering water to the flow packer and for bottom hole, as well as a flue gas delivery piping from the bottom of the well to its day surface, while the downhole catalytic reactor, heat exchanger and catalyst preheating unit a bottomhole catalytic reactor to form a catalytic indirect downhole steam generator (ZNKPG).

Забойный каталитический реактор содержит каталитические блоки, выполненные из высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ), на поверхность которого нанесен наноструктурированный палладиевый или платиновый катализатор с размерами частиц катализатора от 0,5 до 500 нанометров.The downhole catalytic reactor contains catalytic blocks made of highly porous cellular material (HPMP), on the surface of which a nanostructured palladium or platinum catalyst with a particle size of the catalyst from 0.5 to 500 nanometers is deposited.

ВПЯМ образован из пенометалла и/или пенокерамики.HPLC is formed from foam metal and / or foam ceramics.

Блок предварительного разогрева катализатора в забойном каталитическом реакторе содержит портативный аккумулятор, металлокерамический нагревательный элемент, способный в течение 24 часов генерировать температуру 700°С, и таймер, предназначенный для включения блока предварительного разогрева катализатора в заданное время.The catalyst preheating unit in the downhole catalytic reactor contains a portable battery, a ceramic-metal heating element capable of generating a temperature of 700 ° C for 24 hours, and a timer designed to turn on the catalyst preheating unit at a specified time.

Для минимизации потери давления при доставке метановоздушной топливной смеси в забойный каталитический реактор продуктопровод для доставки указанной смеси состоит из двух субпродуктопроводов разного диаметра.To minimize pressure loss during the delivery of methane-air fuel mixture to the downhole catalytic reactor, the product pipeline for the delivery of this mixture consists of two by-products of different diameters.

Субпродуктопровод большего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси собран из стандартных насосно-компрессорных труб.A larger diameter by-product pipeline for the delivery of methane-air fuel mixture is assembled from standard tubing.

Субпродуктопровод меньшего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси собран из отрезков труб, изготовленных из коррозионно-стойкой стали, например, AISI 316 (аналог 08Х17Н13М2).A smaller diameter by-product pipeline for delivering a methane-air fuel mixture is assembled from pipe segments made of corrosion-resistant steel, for example, AISI 316 (analogue 08X17H13M2).

Субпродуктопровод меньшего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси изготовлен из труб с теплоизоляцией.A smaller diameter by-product pipeline for delivering a methane-air fuel mixture is made of pipes with thermal insulation.

Субпродуктопровод меньшего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси имеет длину от 30 до 100 метров, а субпродуктопровод большего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси имеет протяженность от устья скважины и до забоя скважины.A smaller diameter by-product pipe for delivering a methane-air fuel mixture has a length of 30 to 100 meters, and a larger diameter by-product pipe for delivering a methane-air fuel mixture has a length from the wellhead to the bottom of the well.

Для минимизации потери давления при доставке топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность продуктопровод для доставки топочных газов состоит из двух субпродуктопроводов разного приведенного диаметра.To minimize pressure loss during the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface, the product pipeline for the delivery of flue gases consists of two by-products of different reduced diameters.

Субпродуктопровод меньшего приведенного диаметра для доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность собран из насосно-компрессорных труб, изготовленных из коррозионно-стойкой стали, например, AISI 316 (аналог 08Х17Н13М2).The byproduct of a smaller reduced diameter for the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface is assembled from tubing made of corrosion-resistant steel, for example, AISI 316 (analogue 08X17H13M2).

Субпродуктопровод большего приведенного диаметра для доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность выполнен в виде обсадной трубы, внутри которой размещены продуктопровод для доставки в проточный пакер и на забой скважины воды и субпродуктопровод большого диаметра для доставки на забой скважины метановоздушной топливной смеси.The by-product pipeline of a larger diameter for the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface is made in the form of a casing pipe, inside which the product pipe is placed for delivering water to the flow packer and to the bottom of the well, and a large by-pass pipe for delivering the methane-air mixture to the bottom of the well.

Субпродуктопровод меньшего приведенного диаметра для доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность имеет длину от 30 до 100 метров, а субпродуктопровод большего приведенного диаметра для доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность имеет протяженность от устья скважины и до ее забоя.The byproduct of a smaller reduced diameter for the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface has a length of 30 to 100 meters, and the by-product of a larger reduced diameter for the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface has a length from the wellhead to its bottom.

Теплообменник забойного непрямого каталитического парогенератора образован субпродуктопроводом меньшего приведенного диаметра для доставки топочных газов, и через него проходит субпродуктопровод меньшего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси.The bottomhole indirect catalytic steam generator heat exchanger is formed by a subproduct pipe of a smaller reduced diameter for the delivery of flue gases, and a subproduct pipe of a smaller diameter passes through it to deliver a methane-air fuel mixture.

Для обеспечения возможности минимизирования потери давления в системе продуктопроводов ЗКС, а также увеличения эффективной поверхности теплообменника, являющегося элементом ЗНКПГ, субпродуктопровод меньшего приведенного диаметра для доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность имеет больший наружный диаметр (например, 60,3 мм), чем наружный диаметр (например, 48,3 мм) субпродуктопровода большего диаметра для доставки на забой метановоздушной топливной смеси.To ensure the possibility of minimizing the pressure loss in the ZKS product piping system, as well as increasing the effective surface of the heat exchanger, which is an element of ZNKPG, the byproduct of a smaller reduced diameter for delivering flue gases from the bottom of the well to its day surface has a larger outer diameter (for example, 60.3 mm), than the outer diameter (for example, 48.3 mm) of a sub-pipe of a larger diameter for delivery to the bottom of the methane-air fuel mixture.

Продуктопровод для доставки в проточный пакер и на забой скважины воды является колтюбинговой трубой, имеющей наружный диаметр, равный 25,4 мм, и внутренний диаметр 19,86 мм, способной выдерживать внутреннее давление величиной до 150 МПа.The product pipeline for delivery to the flow packer and to the bottom of the well is a coiled tubing pipe having an outer diameter of 25.4 mm and an inner diameter of 19.86 mm, capable of withstanding an internal pressure of up to 150 MPa.

В нижнем торце проточного пакера расположены распылительные форсунки для распыления воды, поступающей на забой скважины.At the lower end of the flow packer are spray nozzles for spraying water entering the bottom of the well.

Проточный пакер и его эластичные элементы активируются при достижении давления в корпусе проточного пакера, начиная от 3-х МПа.The flow packer and its elastic elements are activated when pressure is reached in the body of the flow packer, starting from 3 MPa.

На участке скважины, расположенном ниже проточного пакера, формируется буферный скважинный участок охлаждения с максимальной внутрискважинной температурой в зоне расположения проточного пакера не более 120°С.In the well section located below the flow packer, a buffer downhole cooling section is formed with a maximum downhole temperature in the zone of the flow packer not more than 120 ° С.

Герметичность механических соединений заявленного устройства в присутствии одновременно высоких давлений и высоких температур достигается за счет использования специальной смазки, изготовленной, преимущественно, из наноразмерных частиц (<100 нм) металлов, и/или их оксидов, и/или прокладок, изготовленных из висмута.The tightness of the mechanical compounds of the claimed device in the presence of both high pressures and high temperatures is achieved through the use of a special lubricant made mainly of nanosized particles (<100 nm) of metals, and / or their oxides, and / or gaskets made of bismuth.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен наиболее близкий аналог - устройство по патентной заявке США №2013/0062065, на фиг. 2 представлено предпочтительное, но не ограничивающееся этим схематическое изображение заявленного изобретения - забойная каталитическая сборка.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 presents the closest analogue - the device according to US patent application No. 2013/0062065, in FIG. 2 shows a preferred, but not limited to a schematic representation of the claimed invention is a downhole catalytic assembly.

Следует, однако, понимать, что чертеж и подробное описание не имеют своей целью ограничить изобретение определенной раскрытой формой воплощения, напротив, изобретение предполагает включение всех модификаций, эквивалентов и альтернатив, находящихся в пределах сущности и объема настоящего изобретения, ограничиваемых приложенными пунктами формулы изобретения.However, it should be understood that the drawing and detailed description are not intended to limit the invention to the particular disclosed form of embodiment, on the contrary, the invention involves the inclusion of all modifications, equivalents and alternatives that are within the essence and scope of the present invention, limited by the attached claims.

Предложенная забойная каталитическая сборка (ЗКС) включает: забойный каталитический реактор 1, теплообменник 2, блок 3 предварительного разогрева катализатора, проточный пакер 4, продуктопровод 5 доставки в забойный каталитический реактор метановоздушной топливной смеси с дневной поверхности скважины, продуктопровод 6 доставки в проточный пакер и на забой скважины воды, продуктопровод 7 доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность.The proposed downhole catalytic assembly (ZKS) includes: a downhole catalytic reactor 1, a heat exchanger 2, a catalyst preheater unit 3, a flow packer 4, a product piping 5 for delivering methane-air fuel mixture to the downhole catalytic reactor from a well surface, a product piping 6 for delivering to a flow packer and on bottomhole water wells, product pipeline 7 delivery of flue gases from the bottomhole to its day surface.

Забойный каталитический реактор 1, теплообменник 2 и блок 3 предварительного разогрева катализатора являются элементами забойного непрямого каталитического парогенератора (ЗНКПГ) и вместе составляют ЗНКПГ 8.The downhole catalytic reactor 1, the heat exchanger 2 and the catalyst preheating unit 3 are elements of the downhole indirect catalytic steam generator (ZNKPG) and together comprise ZNKPG 8.

В состав забойного каталитического реактора 1 входит каталитический блок 9.The composition of the downhole catalytic reactor 1 includes a catalytic unit 9.

Забойная каталитическая сборка функционирует следующим образом (фиг. 2):Downhole catalytic assembly operates as follows (Fig. 2):

1. Приводится в действие блок 3 предварительного разогрева катализатора.1. The unit 3 for preheating the catalyst is driven.

2. После предварительного разогрева каталитического блока 9 забойного каталитического реактора 10 в забойный непрямой каталитический парогенератор 8 по продуктопроводу 5 подается газообразное топливо - метановоздушная топливная смесь 10, которая через отверстия 11 радиально инжектируется в каталитический блок 9. Инициируется процесс каталитического сжигания УВ газообразного топлива 10.2. After preliminary heating of the catalytic unit 9 of the downhole catalytic reactor 10 into the bottomhole indirect catalytic steam generator 8, gaseous fuel - methane-air fuel mixture 10 is supplied through the product pipe 5, which through the holes 11 is radially injected into the catalytic unit 9. The process of catalytic combustion of hydrocarbon gas 10 is initiated.

3. В результате каталитического сжигания метановоздушной топливной смеси 10 в забойном каталитическом реакторе 1 образуются высокотемпературные топочные газы 12, которые по продуктопроводу 7 отводятся из забоя скважины на ее дневную поверхность.3. As a result of the catalytic combustion of the methane-air fuel mixture 10 in the downhole catalytic reactor 1, high-temperature flue gases 12 are formed, which are removed from the bottom of the well to its day surface via the product pipeline 7.

4. Как только забойный каталитический реактор 1 выходит на плановый режим работы, по продуктопроводу 6 начинается доставка воды 17 в проточный пакер 4. Давление внутри корпуса проточного пакера 4 повышается и его эластичные элементы 13 расширяются, изолируя скважинное пространство 14, находящееся ниже проточного пакера 4 от скважинного пространства 15, находящегося выше проточного пакера 4.4. As soon as the downhole catalytic reactor 1 reaches the planned mode of operation, the delivery of water 17 to the flow packer 4 begins through the product pipeline 6. The pressure inside the flow packer 4 body increases and its elastic elements 13 expand, isolating the borehole 14 located below the flow packer 4 from the borehole 15 above the flow packer 4.

5. Высокотемпературные топочные газы 12, проходя через тело теплообменника 2, постоянно разогревают его поверхность 16.5. High-temperature flue gases 12, passing through the body of the heat exchanger 2, constantly heat its surface 16.

6. Поступив в проточный пакер 4 и пройдя через тело проточного пакера 4 вода 17 начинает истекать через распыляющие форсунки 18 в зону расположения ЗНКПГ 8. Помимо этого, протекая через тело проточного пакера 4, холодная вода 17 предохраняет проточный пакер 4 от перегрева.6. Having entered the flow packer 4 and passing through the body of the flow packer 4, water 17 begins to flow through the spray nozzles 18 into the zone of the ZNPG 8. In addition, flowing through the body of the flow packer 4, cold water 17 protects the flow packer 4 from overheating.

7. После истечения из распыляющих форсунок 18 вода 17 поступает на забой скважины и в непосредственной близости от проточного пакера 4 формирует буферную низкотемпературную зону охлаждения 19, которая предохраняет эластичные элементы 13 проточного пакера 4 и проточный пакер 4 в целом, от перегрева.7. After flowing out of the spray nozzles 18, water 17 enters the bottom of the well and in the immediate vicinity of the flow packer 4 forms a buffer low-temperature cooling zone 19, which protects the elastic elements 13 of the flow packer 4 and the flow packer 4 as a whole from overheating.

8. При контакте с поверхностью 16 теплообменника 2 и поверхностью 18 забойного каталитического реактора 1 вода 17 нагревается и трансформируется в перегретый пар или в воду, находящуюся в сверхкритическом состоянии. Одновременно протекает процесс роста давления на забое скважины. Таким способом на забое скважины формируется высокотемпературный рабочий агент высокого давления в форме перегретого пара или воды, находящейся в сверхкритическом состоянии.8. In contact with the surface 16 of the heat exchanger 2 and the surface 18 of the downhole catalytic reactor 1, the water 17 is heated and transformed into superheated steam or in supercritical water. At the same time, there is a process of increasing pressure at the bottom of the well. In this way, a high-temperature working agent of high pressure is formed at the bottom of the well in the form of superheated steam or supercritical water.

9. Как только давление высокотемпературного рабочего агента на забое скважины становится выше внутрипластового давления, то начинается процесс самопроизвольного инжектирования высокотемпературного рабочего агента высокого давления в продуктивный пласт или пласты, содержащие УВ и/или ТОВ.9. As soon as the pressure of the high-temperature working agent at the bottom of the well becomes higher than the in-situ pressure, the process of spontaneous injection of the high-temperature working agent of high pressure into the reservoir or formations containing HC and / or TOV begins.

Количественные характеристики формируемого на забое скважины рабочего агента регулируются, преимущественно, за счет изменения:The quantitative characteristics of the working agent formed at the bottom of the well are regulated mainly due to changes:

- процентного соотношения содержания метана и воздуха в метановоздушной топливной смеси 10;- the percentage of methane and air in the methane-air fuel mixture 10;

- объема подачи метановоздушной топливной смеси в забойный каталитический реактор 1; и- the volume of supply of methane-air fuel mixture into the downhole catalytic reactor 1; and

- объема подачи воды на забой скважины.- the volume of water supply to the bottom of the well.

Особенностью предложенного технического решения является то, что:A feature of the proposed technical solution is that:

1. Проточный пакер 4 является неотъемлемым элементом общей конструкции заявленной забойной каталитической сборки;1. The flow packer 4 is an integral element of the overall design of the claimed downhole catalytic assembly;

2. Каталитические блоки 9 забойного каталитического реактора 1 заполнены, преимущественно, наноструктурированным катализатором, нанесенным на высокопористый ячеистый материал (ВПЯМ), изготовленный из пенометалла и/или пенокерамики.2. The catalytic blocks 9 of the downhole catalytic reactor 1 are filled, mainly, with a nanostructured catalyst deposited on a highly porous cellular material (HPLM) made of foam metal and / or ceramic foam.

ВПЯМ - единственный материал, чья открытая структурная пористость может достигать 98%, а размер пор варьировать от 0,1 до 7 мм. По проницаемости ВПЯМ превосходит другие проницаемые материалы на 1-5 порядков.HPLC is the only material whose open structural porosity can reach 98%, and the pore size can vary from 0.1 to 7 mm. In terms of permeability, HPMN is superior to other permeable materials by 1-5 orders of magnitude.

На поверхность ВПЯМ нанесен, преимущественно, наноструктурированный палладиевый или платиновый катализатор с размерами частиц катализатора от 0,5 до 500 нанометров. Катализатор может быть нанесен на поверхность ВПЯМ любым известным способом, который обеспечивает надежную адгезию нанодисперсного катализатора с поверхностью ВПЯМ (с подслоем или без него).Mostly, a nanostructured palladium or platinum catalyst with a particle size of the catalyst from 0.5 to 500 nanometers is deposited on the HPMP surface. The catalyst can be deposited on the HPMP surface by any known method, which provides reliable adhesion of the nanodispersed catalyst to the HPMP surface (with or without a sublayer).

Удельная тепловая мощность каталитического блока 9 может составлять от 35 до 70 Вт на 1 куб. см объема ВПЯМ катализатора. Так, например, ВПЯМ катализатор, используемый в микроканальных каталитических реакторах, разработанных Институтом катализа им. Г.К. Борескова, СО РАН, развивает удельную тепловую мощность,равную 52,5 Вт на 1 куб. см объема ВПЯМ катализатора.The specific thermal power of the catalytic unit 9 can be from 35 to 70 watts per 1 cubic meter. cm volume of HPMP catalyst. For example, the HPLM catalyst used in microchannel catalytic reactors developed by the Institute of Catalysis named after G.K. Boreskova, SB RAS, develops a specific heat output equal to 52.5 W per 1 cubic meter. cm volume of HPMP catalyst.

3. ЗНКПГ оснащен блоком 3 предварительного разогрева катализатора, основными элементами которого являются: корпус 20, портативный аккумулятор 21, металлокерамический нагревательный элемент 22, таймер 23, предназначенный для включения блока предварительного разогрева катализатора 3 в назначенное время и теплоизолирующий материал 24, предохраняющий элементы блока 3 от перегрева на время (от 1 до 8 часов) его работы.3. ZNKPG is equipped with a catalyst preheating unit 3, the main elements of which are: housing 20, a portable battery 21, a ceramic-metal heating element 22, a timer 23, designed to turn on the catalyst preheating unit 3 at the appointed time and heat-insulating material 24 protecting the elements of block 3 from overheating for a while (from 1 to 8 hours) of its operation.

4. Продуктопровод 5, предназначенный для доставки в забойный каталитический реактор 3 метановоздушной топливной смеси 10 с дневной поверхности скважины, выполнен из двух субпродуктопроводов различного диаметра. Первый субпродуктопровод 5.1 выполнен из стандартных насосно-компрессорных труб (НКТ), преимущественно, имеющий внутренний диаметр 40,3 мм, соединенных муфтами 25, имеющими наружный диаметр 55,9 мм. Второй субпродуктопровод 5.2 выполнен из отрезков труб (от 4 до 6 м), изготовленных из коррозионно-стойкой стали, например, AISI 316 (аналог 08Х17Н13М2). Наружный диаметр труб равен 31,75 мм, а внутренний 25,4 мм. Благодаря молибдену (2,5%) сталь этой марки особенно устойчива к коррозии, высоким температурам и агрессивным средам. Продуктопровод 5.2 может иметь теплоизоляционную оболочку. В зоне размещения каталитических блоков 9 второй субпродуктопровод 5.2 имеет отверстия 5.3, из которых метановоздушная топливная смесь 10 радиально истекает в каталитические блоки 9. В нижнем торце второго субпродуктопровода 5.2 присутствует «стакан» 5.4 для изолированного размещения в нем металлокерамического нагревательного элемента 22. Первый субпродуктопровод 5.1 и второй субпродуктопровод 5.2 соединены между собой специальным блоком перехода 5.5 с субпродуктопровода большего диаметра на субпродуктопровод меньшего диаметра, который имеет в своем корпусе 5.6 отверстия 5.7 для истечения из них в продуктопровод 7 топочных газов 12.4. The product pipeline 5, intended for delivery to the downhole catalytic reactor 3 of the methane-air fuel mixture 10 from the day surface of the well, is made of two by-products of various diameters. The first by-product pipeline 5.1 is made of standard tubing (tubing), mainly having an inner diameter of 40.3 mm, connected by couplings 25, having an outer diameter of 55.9 mm The second by-product pipeline 5.2 is made of pipe sections (from 4 to 6 m) made of corrosion-resistant steel, for example, AISI 316 (analogue 08X17H13M2). The outer diameter of the pipes is 31.75 mm, and the inner one is 25.4 mm. Thanks to molybdenum (2.5%), steel of this brand is especially resistant to corrosion, high temperatures and aggressive environments. Product pipeline 5.2 may have an insulating sheath. In the area where the catalytic units 9 are located, the second by-product line 5.2 has openings 5.3, of which the methane-air fuel mixture 10 radially flows into the catalytic units 9. At the lower end of the second by-product line 5.2 there is a “glass” 5.4 for insulating the cermet heating element 22. The first by-product line 5.1 and the second subproduct pipeline 5.2 are interconnected by a special transition unit 5.5 from the subproduct of a larger diameter to the subproduct of a smaller diameter, which has its housing aperture 5.6 5.7 for the expiration of which a product pipeline 7 flue gas 12.

Таким образом, минимизация потерь давления при доставке метановоздушной топливной смеси 10 на забой скважины достигается за счет того, что большую часть пути метановоздушная топливная смесь 10 проходит по первому субпродуктопроводу 5.1, имеющего большой диаметр. Так, например, при доставке на забой скважины глубиной 3000 метров метановоздушная топливная смесь 10 проходит 2950 метров по первому субпродуктопроводу 5.1 большего диаметра и только 50 метров по второму субпродуктопроводу 5.2 меньшего диаметра.Thus, the minimization of pressure losses during the delivery of methane-air fuel mixture 10 to the bottom of the well is achieved due to the fact that most of the way the methane-air fuel mixture 10 passes through the first subproduct 5.1, which has a large diameter. So, for example, when a methane-air fuel mixture 10 is delivered to the bottom of a well with a depth of 3000 meters, it passes 2950 meters through the first subproduct line 5.1 of a larger diameter and only 50 meters through the second subproduct line 5.2 of a smaller diameter.

5. Продуктопровод 7, предназначенный для доставки из забоя скважины на ее дневную поверхность топочных газов 12 выполнен из двух субпродуктопроводов различного диаметра. Первый субпродуктопровод 7.1 выполнен из насосно-компрессорных труб (НКТ), преимущественно, имеющий внутренний диаметр 40,3 мм, соединенных муфтами, имеющими наружный диаметр 55,9 мм. Как сами НКТ, так и муфты изготовлены из коррозионно-стойкой стали, например, AISI 316 (аналог 08Х17Н13М2). Приведенный внутренний диаметр первого субпродуктопровода 7.1 равен 24,8 мм. Приведенный диаметр второго субпродуктопровода 7.2 равен 99 мм. Таким образом, минимизация потерь давления при доставке топочных газов 12 из забоя скважины на ее дневную поверхность достигается за счет того, что большую часть пути топочные газы 12 проходят по второму субпродуктопроводу 7.2, имеющего большой приведенный диаметр. Так, например, при доставке из забоя скважины глубиной 3000 на ее дневную поверхность топочных газов 12, большую часть пути - 2950 метров топочные газы 12 проходят по второму субпродуктопроводу 7.2 большего приведенного диаметра и только 50 метров по первому субпродуктопроводу 7.1 меньшего приведенного диаметра.5. The product pipeline 7, designed for delivery from the bottom of the well to its daily surface of the flue gas 12 is made of two by-product pipelines of various diameters. The first subproduct 7.1 is made of tubing, mainly having an inner diameter of 40.3 mm, connected by couplings having an outer diameter of 55.9 mm. Both the tubing itself and the couplings are made of corrosion-resistant steel, for example, AISI 316 (analogue 08X17H13M2). The reduced inner diameter of the first subproduct 7.1 is 24.8 mm. The reduced diameter of the second subproduct 7.2 is 99 mm. Thus, the minimization of pressure losses during the delivery of flue gases 12 from the bottom of the well to its day surface is achieved due to the fact that most of the path flue gases 12 pass through the second subproduct 7.2, which has a large reduced diameter. So, for example, when a flue gas 12 is delivered from the bottom of a borehole with a depth of 3,000 to its day surface, 2,950 meters most of the way, the flue gases 12 pass through the second subproduct pipeline 7.2 of a larger reduced diameter and only 50 meters through the first subproduct pipeline 7.1 of a smaller reduced diameter.

6. Теплообменник 2, по сути, является частью продуктопровода 7 и субпродуктопровода 7.1, в частности. Через тело теплообменника 2 проходит второй субпродуктопровод 5.2, по которому в забойный каталитический реактор 1 поступает метановоздушная топливная смесь 10. Проходя через субпродуктопровод 5.2 метановоздушная топливная смесь 10 нагревается и поступает в забойный каталитический реактор 1 в разогретом виде, что повышает эффективность процесса каталитического сжигания метановоздушной топливной смеси 10 в забойном каталитическом реакторе 1.6. The heat exchanger 2, in fact, is part of the product pipeline 7 and subproduct 7.1, in particular. A second by-product line 5.2 passes through the body of the heat exchanger 2, through which methane-air fuel mixture 10 enters the downhole catalytic reactor 1. After passing through the by-product line 5.2, the methane-air fuel mixture 10 is heated and enters the bottom-hole catalytic reactor 1, which increases the efficiency of the catalytic combustion of the methane-air fuel mixture 10 in a downhole catalytic reactor 1.

7. Продуктопровод 6 является колтюбинговой трубой, имеющей наружный диаметр, равный 25,4 мм, и внутренний диаметр 19,86 мм, способной выдерживать внутреннее давление величиной до 150 МПа.7. Product line 6 is a coiled tubing pipe having an outer diameter of 25.4 mm and an inner diameter of 19.86 mm, capable of withstanding an internal pressure of up to 150 MPa.

8. Герметичность механических соединений в присутствии одновременно высоких давлений и высоких температур достигается за счет использования специальной смазки, изготовленной, преимущественно, из наноразмерных частиц (<100 нм) металлов, и/или их оксидов, и/или прокладок, изготовленных из висмута.8. The tightness of mechanical compounds in the presence of both high pressures and high temperatures is achieved through the use of a special lubricant made mainly of nanosized particles (<100 nm) of metals, and / or their oxides, and / or gaskets made of bismuth.

В таблице 1 приведены данные расчета потерь давления при доставке метановоздушной смеси на забой скважины глубиной 3100 метров и при доставке топочных газов из забоя скважины, глубиной 3100 метров на ее дневную поверхность по субпродуктопроводам 5.1, 5.2, 7.1 и 7.2. При давлении на входе в субпродуктопровод 5., равного 50 бар (5 МПа) суммарные потери давления по системе субпродуктопроводов составляют 24,56 бар (2,456 МПа) и давление на выходе из субпродуктопровода 7.2 - на устье скважины, - составляет 25,37 бар (2,537 МПа). Соответственно давление внутри забойного каталитического реактора 1 находится в пределах комфортных для катализатора величин - от 2 до 3 МПа, - и составляет 2,774 МПа.Table 1 shows the data for calculating pressure losses during the delivery of methane-air mixture to the bottom of a well with a depth of 3100 meters and with the delivery of flue gases from the bottom of a well with a depth of 3100 meters to its day surface via sub-pipelines 5.1, 5.2, 7.1 and 7.2. At a pressure at the entrance to the by-product line 5. equal to 50 bar (5 MPa), the total pressure loss through the system of the by-products is 24.56 bar (2.456 MPa) and the pressure at the exit of the by-product 7.2 at the wellhead is 25.37 bar ( 2.537 MPa). Accordingly, the pressure inside the downhole catalytic reactor 1 is in the range of values comfortable for the catalyst — from 2 to 3 MPa — and amounts to 2.774 MPa.

Таким образом, конфигурация продуктопроводов или субпродуктопроводов ЗКС позволяет минимизировать потери давления при доставке метановоздушной смеси на забой скважины и при доставке топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность, а также поддерживать комфортное для катализатора давление внутри забойного каталитического реактора 1 в пределах от 2 до 3 МПа.Thus, the configuration of the product pipelines or by-product pipelines of the ZKS allows minimizing pressure losses during the delivery of methane-air mixture to the bottom of the well and during the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface, as well as maintaining the pressure that is comfortable for the catalyst inside the bottom-hole catalytic reactor 1 in the range from 2 to 3 MPa

Figure 00000001
Figure 00000001

Суммарные потери давления при доставке топочных газов из забоя скважины глубиной 3100 метров на ее дневную поверхность по субпродуктопроводам 7.1 и 7.2 составляют 1,8 бар, а из забоя скважины глубиной 5100 метров - 5,13 бар.The total pressure loss during the delivery of flue gases from the bottom of the well with a depth of 3100 meters to its day surface via sub-pipelines 7.1 and 7.2 is 1.8 bar, and from the bottom of the well with a depth of 5100 meters - 5.13 bar.

При доставке 1 м куб. воды в час в проточный пакер 4 и на забой скважины глубиной 3000 метров по продуктопроводу 6 потеря давления составляет 1,35 МПа, для 1,5 м куб. воды в час - 2,88 МПа, а для 2 м куб. воды в час - 4,89 МПа.Upon delivery, 1 m3 water per hour to the flow packer 4 and to the bottom of the well with a depth of 3000 meters through the product pipeline 6, the pressure loss is 1.35 MPa, for 1.5 cubic meters. water per hour - 2.88 MPa, and for 2 cubic meters. water per hour - 4.89 MPa.

Сжигание в забойном каталитическом реакторе 11200 м. куб. метановоздушной топливной смеси в час, имеющей в своем составе 80% воздуха и 20% метана, позволяет генерировать на забое скважины, примерно, 2 МВт/час тепловой энергии. Этой тепловой энергии достаточно для генерации на забое скважины 2275 кг воды в сверхкритическом состоянии в час (Р=25 МПа и Т=500°С) или 25,3 кубических метра воды в сверхкритическом состоянии в час при ее плотности 89,7 кг/м3 (Р=25 МПа и Т=500°С).Burning in a downhole catalytic reactor 11,200 cubic meters. methane-air fuel mixture per hour, which has 80% air and 20% methane in its composition, allows you to generate about 2 MW / hour of thermal energy at the bottom of the well. This thermal energy is enough to generate 2275 kg of supercritical water per hour at the bottom of the well (P = 25 MPa and T = 500 ° C) or 25.3 cubic meters of supercritical water per hour at a density of 89.7 kg / m 3 (P = 25 MPa and T = 500 ° C).

Каталитический способ сжигания метана является наиболее экологически чистым способом сжигания УВ, обеспечивающий минимально возможное содержание ядовитых веществ в составе топочных газов.The catalytic method of methane combustion is the most environmentally friendly way of burning HC, providing the lowest possible content of toxic substances in the composition of the flue gases.

Предложенное техническое решение забойной каталитической сборки (ЗКС) обеспечивает следующие преимущества:The proposed technical solution downhole catalytic assembly (ZKS) provides the following advantages:

1. Забойный непрямой каталитический парогенератор (ЗНКПГ), как элемент ЗКС, генерирует на забое рабочий агент в форме перегретого пара и/или воды в сверхкритическом состоянии, что позволяет использовать ее (ЗКС) для освоения глубокозалегающих месторождений тяжелых и трудноизвлекаемых нефтей, а также интенсифицировать добычу нефти низкопроницаемых пород и осуществлять внутрипластовую генерацию жидких и газообразных УВ из ТОВ нефтеносных сланцевых плеев. При этом генерируемый на забое скважины рабочий агент имеет следующие характеристики: максимальная температура - 600°С и максимальное давление - 50 МПа. Генерируемый на забое скважины высокотемпературный рабочий агент не содержит в своем составе азот, но, в случае необходимости, может содержать катализатор в форме твердых нанодисперсных частиц металлов или их оксидов, в молекулярной или в ионной форме.1. Downhole indirect catalytic steam generator (ZNKPG), as an element of the ZKS, generates a working agent in the form of superheated steam and / or water in a supercritical state on the bottom, which allows its use (ZKS) for the development of deep-seated deposits of heavy and hard to recover oils, as well as to intensify oil production of low-permeability rocks and to carry out in-situ generation of liquid and gaseous hydrocarbons from oil-bearing oil shale formations. At the same time, the working agent generated at the bottom of the well has the following characteristics: the maximum temperature is 600 ° C and the maximum pressure is 50 MPa. The high-temperature working agent generated at the bottom of the well does not contain nitrogen, but, if necessary, may contain a catalyst in the form of solid nanosized particles of metals or their oxides, in molecular or ionic form.

2. Температура сжигания метановоздушной топливной смеси в ЗНКПГ является комфортной для металла и не превышает 1200°С.2. The combustion temperature of the methane-air fuel mixture in ZNKPG is comfortable for the metal and does not exceed 1200 ° C.

3. Конечное давление компрессоров, используемых для подачи на забой скважины метановоздушной топливной смеси и для отвода из забоя скважины на ее дневную поверхность топочных газов, не превышает 5МПа, для чего диаметры продуктопроводов ЗКС выполнены предельно большими и имеют конфигурацию, которая минимизирует потерю давления в ходе доставки метановоздушной топливной смеси на забой скважины и отвода из забоя скважины на ее дневную поверхность топочных газов.3. The final pressure of the compressors used to supply methane-air fuel mixture to the bottom of the well and to divert flue gases from the bottom of the well to its daily surface does not exceed 5MPa, for which the diameters of the ZKS product pipelines are extremely large and have a configuration that minimizes pressure loss during delivery of methane-air fuel mixture to the bottom of the well and removal from the bottom of the well to its daily surface of the flue gases.

4. Конечное давление в забойном каталитическом реакторе забойного непрямого каталитического парогенератора находиться в пределах, комфортных для катализатора - от 2 до 3 МПа.4. The final pressure in the downhole catalytic reactor downhole indirect catalytic steam generator is within the range comfortable for the catalyst from 2 to 3 MPa.

5. Суммарные потери давления при доставке топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность не превышают 1 МПа.5. The total pressure loss during the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface does not exceed 1 MPa.

6. Отводимые из забоя скважины на ее дневную поверхность топочные газы содержат минимально возможное количество ядовитых веществ.6. The flue gases removed from the bottom of the well to its day surface contain the smallest possible amount of toxic substances.

7. ЗКС имеет минимально возможное количество линий продуктопроводов, опускаемых в скважину вместе с ЗКС.7. ZKS has the smallest possible number of product pipelines lowered into the well with ZKS.

8. ЗКС максимально рационально использует весь внутрискважинный объем скважины.8. ZKS makes the most rational use of the entire downhole volume of the well.

9. При эксплуатации ЗКС используются, преимущественно, стандартные устройства и приспособления, уже имеющиеся и применяемые в отечественном добывающем секторе нефтегазовой промышленности.9. During the operation of the ZKS, mainly standard devices and appliances are used that are already available and used in the domestic mining sector of the oil and gas industry.

10. Проточный пакер, как элемент ЗКС, надежно изолирует высокотемпературную скважинную зону высокого давления, находящуюся ниже проточного пакера от низкотемпературной скважинной зоны низкого давления, находящейся выше проточного пакера.10. The flow packer, as an element of the ZKS, reliably isolates the high-temperature borehole zone of high pressure located below the flow packer from the low-temperature borehole zone of low pressure located above the flow packer.

11. Проточный пакер, как элемент ЗКС, создает в нижней от себя высокотемпературной скважинной зоне высокого давления буферный скважинный участок охлаждения с максимальной внутрискважинной температурой в зоне расположения проточного пакера не более 120°С.11. The flow packer, as an element of the ZKS, creates in the lower high temperature borehole zone of high pressure a buffer borehole cooling section with a maximum downhole temperature in the zone of the flow packer not more than 120 ° C.

Claims (20)

1. Устройство для осуществления теплового воздействия на пласты, содержащие углеводороды (УВ) и твердые органические вещества (ТОВ), характеризующееся тем, что оно представляет из себя забойную каталитическую сборку (ЗКС), которая включает забойный каталитический реактор, теплообменник, блок предварительного разогрева катализатора в забойном каталитическом реакторе, проточный пакер с эластичными элементами, продуктопровод подачи в забойный каталитический реактор метановоздушной топливной смеси, продуктопровод доставки в проточный пакер и на забой скважины воды, а также продуктопровод доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность, при этом забойный каталитический реактор, теплообменник и блок предварительного разогрева катализатора в забойном каталитическом реакторе образуют забойный непрямой каталитический парогенератор (ЗНКПГ).1. A device for the implementation of thermal effects on formations containing hydrocarbons (HC) and solid organic substances (TOV), characterized in that it is a downhole catalytic assembly (ZKS), which includes a downhole catalytic reactor, a heat exchanger, a catalyst pre-heating unit in a downhole catalytic reactor, a flow packer with elastic elements, a product piping for supplying a methane-air fuel mixture to a downhole catalytic reactor, a product pipelines for delivery to a flow pa ker and to the bottom of the water well, as well as the product pipeline for the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface, while the downhole catalytic reactor, heat exchanger and catalyst preheating unit in the downhole catalytic reactor form a downhole indirect catalytic steam generator (ZNKPG). 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что забойный каталитический реактор содержит каталитические блоки, выполненные из высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ), на поверхность которого нанесен наноструктурированный палладиевый или платиновый катализатор с размерами частиц катализатора от 0,5 до 500 нанометров.2. The device according to p. 1, characterized in that the downhole catalytic reactor contains catalytic blocks made of highly porous cellular material (HPLM), on the surface of which a nanostructured palladium or platinum catalyst with catalyst particle sizes from 0.5 to 500 nanometers is deposited. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что ВПЯМ образован из пенометалла и/или пенокерамики.3. The device according to claim 2, characterized in that the HPLM is formed from foam metal and / or foam ceramics. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок предварительного разогрева катализатора в забойном каталитическом реакторе содержит портативный аккумулятор, металлокерамический нагревательный элемент, способный в течение 24 часов генерировать температуру 700°C, и таймер, предназначенный для включения блока предварительного разогрева катализатора в заданное время.4. The device according to claim 1, characterized in that the pre-heating unit of the catalyst in the downhole catalytic reactor contains a portable battery, a cermet heating element capable of generating a temperature of 700 ° C for 24 hours, and a timer designed to turn on the pre-heating unit of the catalyst in set time. 5. Устройство по п. 1, отличающее тем, что для минимизации потери давления при доставке метановоздушной топливной смеси в забойный каталитический реактор продуктопровод для доставки указанной смеси состоит из двух субпродуктопроводов разного диаметра.5. The device according to claim 1, characterized in that in order to minimize pressure loss during the delivery of the methane-air fuel mixture to the downhole catalytic reactor, the product pipeline for the delivery of this mixture consists of two by-products of different diameters. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что субпродуктопровод большего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси собран из стандартных насосно-компрессорных труб.6. The device according to p. 5, characterized in that the larger diameter by-product for the delivery of methane-air fuel mixture is assembled from standard tubing. 7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что субпродуктопровод меньшего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси собран из отрезков труб, изготовленных из коррозионно-стойкой стали, например, AISI 316 (аналог 08Х17Н13М2).7. The device according to p. 5, characterized in that the by-product of a smaller diameter for the delivery of methane-air fuel mixture is assembled from pipe segments made of corrosion-resistant steel, for example, AISI 316 (analog 08X17H13M2). 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что субпродуктопровод меньшего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси изготовлен из труб с теплоизоляцией.8. The device according to p. 7, characterized in that the by-product of a smaller diameter for the delivery of methane-air fuel mixture is made of pipes with thermal insulation. 9. Устройство по любому из пп. 5-8, отличающееся тем, что субпродуктопровод меньшего диаметра имеет длину от 30 до 100 метров, а субпродуктопровод большего диаметра имеет протяженность от устья скважины и до забоя скважины.9. The device according to any one of paragraphs. 5-8, characterized in that the by-product of a smaller diameter has a length of 30 to 100 meters, and the by-product of a larger diameter has a length from the wellhead to the bottom of the well. 10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для минимизации потери давления при доставке топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность продуктопровод для доставки топочных газов состоит из двух субпродуктопроводов разного приведенного диаметра.10. The device according to p. 1, characterized in that to minimize pressure loss during the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface, the product pipeline for the delivery of flue gases consists of two subproducts of different reduced diameters. 11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что субпродуктопровод меньшего приведенного диаметра для доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность собран из насосно-компрессорных труб, изготовленных из коррозионно-стойкой стали, например, AISI 316 (аналог 08Х17Н13М2).11. The device according to p. 10, characterized in that the subproduct of a smaller diameter for the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface is assembled from tubing made of corrosion-resistant steel, for example, AISI 316 (analogue 08X17H13M2). 12. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что субпродуктопровод большего приведенного диаметра для доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность выполнен в виде обсадной трубы, внутри которой размещены продуктопровод для доставки в проточный пакер и на забой скважины воды и субпродуктопровод большого диаметра для доставки на забой скважины метановоздушной топливной смеси.12. The device according to p. 10, characterized in that the by-product pipe of a larger diameter for the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface is made in the form of a casing pipe, inside which the product pipe is placed for delivery to the flow packer and to the bottom of the well of water and a by-product of a large diameter for delivery to the bottom of the well methane-air fuel mixture. 13. Устройство по любому из пп. 10-12, отличающееся тем, что субпродуктопровод меньшего приведенного диаметра имеет длину от 30 до 100 метров, а субпродуктопровод большего приведенного диаметра имеет протяженность от устья скважины и до ее забоя.13. The device according to any one of paragraphs. 10-12, characterized in that the subproduct of a smaller reduced diameter has a length of 30 to 100 meters, and the subproduct of a larger reduced diameter has a length from the wellhead to its bottom. 14. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что теплообменник забойного непрямого каталитического парогенератора образован субпродуктопроводом меньшего приведенного диаметра для доставки топочных газов, и через него проходит субпродуктопровод меньшего диаметра для доставки метановоздушной топливной смеси.14. The device according to p. 11, characterized in that the bottomhole indirect catalytic steam generator heat exchanger is formed by a subproduct pipe of a smaller reduced diameter for the delivery of flue gases, and a subproduct pipe of a smaller diameter passes through it to deliver a methane-air fuel mixture. 15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что субпродуктопровод меньшего приведенного диаметра для доставки топочных газов из забоя скважины на ее дневную поверхность имеет больший наружный диаметр (например, 60,3 мм), чем наружный диаметр (например, 48,3 мм) субпродуктопровода большего диаметра для доставки на забой метановоздушной топливной смеси.15. The device according to p. 14, characterized in that the subproduct of a smaller diameter for the delivery of flue gases from the bottom of the well to its day surface has a larger outer diameter (for example, 60.3 mm) than the outer diameter (for example, 48.3 mm ) a larger diameter by-product pipeline for delivery to the face of a methane-air fuel mixture. 16. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что продуктопровод для доставки в проточный пакер и на забой скважины воды является колтюбинговой трубой, имеющей наружный диаметр, равный 25,4 мм, и внутренний диаметр 19,86 мм, способной выдерживать внутреннее давление величиной до 150 МПа.16. The device according to claim 1, characterized in that the product pipeline for delivery to the flow packer and to the bottom of the water well is a coiled tubing pipe having an outer diameter of 25.4 mm and an inner diameter of 19.86 mm capable of withstanding an internal pressure of up to 150 MPa. 17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нижнем торце проточного пакера расположены распылительные форсунки для распыления воды, поступающей на забой скважины.17. The device according to p. 1, characterized in that in the lower end of the flow packer are spray nozzles for spraying water entering the bottom of the well. 18. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что проточный пакер и его эластичные элементы активируются при достижении давления в корпусе проточного пакера начиная от 3-х МПа.18. The device according to claim 1, characterized in that the flow packer and its elastic elements are activated when pressure is reached in the body of the flow packer starting from 3 MPa. 19. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на участке скважины, расположенном ниже проточного пакера, формируется буферный скважинный участок охлаждения с максимальной внутрискважинной температурой в зоне расположения проточного пакера не более 120°C.19. The device according to claim 1, characterized in that in the well section located below the flow packer, a buffer downhole cooling section is formed with a maximum downhole temperature in the zone of the flow packer not more than 120 ° C. 20. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что герметичность механических соединений заявленного устройства достигается за счет использования специальной смазки, изготовленной преимущественно из наноразмерных частиц (<100 нм) металлов, и/или их оксидов, и/или прокладок, изготовленных из висмута. 20. The device according to p. 1, characterized in that the tightness of the mechanical connections of the claimed device is achieved through the use of a special lubricant made mainly of nanosized particles (<100 nm) of metals, and / or their oxides, and / or gaskets made of bismuth .
RU2014131791/03A 2014-08-01 2014-08-01 Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances RU2559250C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014131791/03A RU2559250C1 (en) 2014-08-01 2014-08-01 Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014131791/03A RU2559250C1 (en) 2014-08-01 2014-08-01 Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2559250C1 true RU2559250C1 (en) 2015-08-10

Family

ID=53796283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014131791/03A RU2559250C1 (en) 2014-08-01 2014-08-01 Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2559250C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701008C1 (en) * 2019-01-14 2019-09-24 Керогойл Зрт. Ultra-supercritical working agent generation module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2208138C1 (en) * 2001-12-20 2003-07-10 Западинский Алексей Леонидович Complex for development of oil or gas-condensate deposit (versions)
WO2010045098A1 (en) * 2008-10-13 2010-04-22 Shell Oil Company Circulated heated transfer fluid systems used to treat a subsurface formation
RU2447276C1 (en) * 2010-10-21 2012-04-10 Николай Николаевич Клинков Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation
US20130062065A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-14 Conocophillips Company Indirect downhole steam generator with carbon dioxide capture

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2208138C1 (en) * 2001-12-20 2003-07-10 Западинский Алексей Леонидович Complex for development of oil or gas-condensate deposit (versions)
WO2010045098A1 (en) * 2008-10-13 2010-04-22 Shell Oil Company Circulated heated transfer fluid systems used to treat a subsurface formation
RU2447276C1 (en) * 2010-10-21 2012-04-10 Николай Николаевич Клинков Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation
US20130062065A1 (en) * 2011-09-13 2013-03-14 Conocophillips Company Indirect downhole steam generator with carbon dioxide capture

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701008C1 (en) * 2019-01-14 2019-09-24 Керогойл Зрт. Ultra-supercritical working agent generation module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8733437B2 (en) Apparatus and methods for recovery of hydrocarbons
Gutierrez et al. Buffalo field high-pressure-air-injection projects: technical performance and operational challenges
US9022109B2 (en) Leak detection in circulated fluid systems for heating subsurface formations
EA026570B1 (en) Method for recovering formation deposits
CN106062307B (en) Oil-producing system and method
CN102493795A (en) Method for gasification fracturing of liquid nitrogen in hydrocarbon reservoirs
RU2447276C1 (en) Method of thermal exposure of oil-containing and/or kerogen-containing beds with high-viscosity and heavy oil and device for its realisation
Sun et al. Enhance offshore heavy oil recovery by cyclic steam-gas-chemical co-stimulation
WO2018212674A1 (en) Method of deriving hydrocarbons from oil-prone kerogen-rich formations and technological complex.
US10041340B2 (en) Recovery from a hydrocarbon reservoir by conducting an exothermic reaction to produce a solvent and injecting the solvent into a hydrocarbon reservoir
CN100359128C (en) Inhibiting wellbore deformation during in situ thermal processing of a hydrocarbon containing formation
RU2429346C1 (en) Development method of high-viscosity oil deposit with use of in-situ combustion
RU2559250C1 (en) Bottomhole catalytic assembly for thermal impact on formations containing hydrocarbons and solid organic substances
Miller et al. Proposed air injection recovery of cold-produced heavy oil reservoirs
RU2569375C1 (en) Method and device for heating producing oil-bearing formation
AU2011237624B2 (en) Leak detection in circulated fluid systems for heating subsurface formations
RU159925U1 (en) DEVICE FOR HEATING PRODUCTIVE OIL-CONTAINING LAYER
Fassihi et al. Safety considerations for air injection into light oil reservoirs
RU2704684C1 (en) Method for production of high-technology oil and technological complex for its implementation
RU2569382C1 (en) Downhole gas generator
RU2726693C1 (en) Method for increasing efficiency of hydrocarbon production from oil-kerogen-containing formations and technological complex for its implementation
CA2710044A1 (en) Downhole combustion unit and process for tecf injection into carbonaceous permeable zones
Maryam et al. Thermal Energy Estimation by In-situ Combustion in An Abandoned Oil Well
M Basri et al. Hydrogen vs. Hydrogen-Free: Unveiling the Dynamics of Carbon Capture & Utilization (CCU) Comparison
RU2583797C2 (en) Method of creating combustion source in oil reservoir

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170802