ITMI20101781A1 - PROCEDURE FOR THE FLUIDIFICATION OF A HIGH VISCOSITY OIL DIRECTLY INSIDE THE FIELD BY MICROWAVES - Google Patents
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Description
“Procedimento per la fluidificazione di un olio ad alta viscosità direttamente all’interno del giacimento tramite microonde†⠀ œProcedure for the fluidization of a high viscosity oil directly inside the reservoir using a microwaveâ €
La presente invenzione riguarda un procedimento per la fluidificazione di un olio ad alta viscosità direttamente all’interno del giacimento. The present invention relates to a process for the fluidization of a high viscosity oil directly inside the reservoir.
Più in particolare, la presente invenzione riguarda un procedimento per la fluidificazione di un olio ad alta viscosità , ad esempio un olio bituminoso, direttamente all’interno del giacimento mediante l’utilizzo delle microonde e/o delle radiofrequenze(RF). More particularly, the present invention relates to a process for the fluidization of a high viscosity oil, for example a bituminous oil, directly inside the reservoir by means of the use of microwaves and / or radio frequencies (RF).
Più in particolare ancora, la presente invenzione riguarda un procedimento per la fluidificazione di un olio ad alta viscosità , ad esempio un olio bituminoso, direttamente all’interno di un giacimento, sia per campi produttivi on-shore che off-shore, mediante l’utilizzo delle microonde/RF e di un mezzo solvente. More particularly still, the present invention relates to a process for the fluidization of a high viscosity oil, for example a bituminous oil, directly inside a reservoir, both for on-shore and off-shore production fields, by means of the € ™ use of microwave / RF and a solvent medium.
Come à ̈ noto, i pozzi petroliferi che producono olio ad alta viscosità , ad esempio olio con viscosità superiore a 100 cps, generalmente tra 300 e 10<6>cps, hanno la necessità di fluidificare l’olio direttamente in situ per favorirne il flusso verso il pozzo e consentire alle pompe di estrazione di spingere in superficie l’olio con una portata che renda conveniente lo sfruttamento del giacimento. Giacimenti con tali caratteristiche sono, ad esempio, i giacimenti “heavy oil†o i campi bituminosi. As is known, oil wells that produce high viscosity oil, for example oil with viscosity higher than 100 cps, generally between 300 and 10 <6> cps, need to fluidize the oil directly in situ to favor its flow towards the well and allow the extraction pumps to push the oil to the surface with a flow rate that makes it convenient to exploit the reservoir. Fields with these characteristics are, for example, â € œheavy oilâ € or bituminous fields.
La fluidificazione dei greggi pesanti/viscosi o degli oli non convenzionali, quali bitumi, sabbie bituminose, scisti bituminosi, eccetera, direttamente in giacimento à ̈ tuttavia una operazione di notevole difficoltà . The fluidization of heavy / viscous crude oils or unconventional oils, such as bitumen, tar sands, oil shale, etc., directly in the reservoir is however a very difficult operation.
Per l’estrazione di oli viscosi à ̈ noto utilizzare delle tecniche avanzate, come la CSS (Cyclic Steam Simulation) o la SAGD (Steam-Assisted Gravity Drainage), che si basano su iniezioni di vapore caldo nel giacimento per fluidificare l’olio e favorirne la movimentazione verso il pozzo e quindi la sua fuoriuscita in superficie. Tecniche di questo tipo vengono anche definite di “stimolazione termica†del giacimento. Altre tecnologie alternative e note prevedono l’iniezione di CO2caldo o la combustione in situ. For the extraction of viscous oils it is known to use advanced techniques, such as CSS (Cyclic Steam Simulation) or SAGD (Steam-Assisted Gravity Drainage), which are based on injections of hot steam into the reservoir to fluidize the oil and favor its movement towards the well and therefore its outflow to the surface. Techniques of this type are also defined as â € œthermal stimulationâ € of the reservoir. Other alternative and known technologies provide for the injection of hot CO2 or combustion in situ.
Tuttavia, la realizzazione delle tecniche di cui sopra richiede o grandi consumi di acqua ed energia, per la produzione ed iniezione di vapore e/o CO2, ovvero la necessità di attuare una combustione a fondo pozzo che implica dei rischi non trascurabili. Inoltre, la loro realizzazione può essere problematica nell’ambiente off-shore dove la disponibilità di spazio non à ̈ eccessiva. However, the implementation of the above techniques requires either large consumptions of water and energy, for the production and injection of steam and / or CO2, or the need to carry out a downhole combustion which involves non-negligible risks. Moreover, their realization can be problematic in the off-shore environment where the availability of space is not excessive.
Un’alternativa ai sistemi di stimolazione termica noti à ̈ rappresentata dall’utilizzo delle microonde il cui impiego à ̈ descritto, ad esempio, nel brevetto USA 3.104.711. L’utilizzo di microonde generate in situ nel giacimento provoca un riscaldamento mirato del greggio che ne facilita la movimentazione e, quindi, la sua estrazione. An alternative to known thermal stimulation systems is represented by the use of microwaves, the use of which is described, for example, in US patent 3.104.711. The use of microwaves generated in situ in the reservoir causes targeted heating of the crude oil which facilitates its handling and, therefore, its extraction.
Applicazioni di questo tipo sono descritte anche nel brevetto USA 5.082.054 in cui si descrive come applicare le radiazioni elettromagnetiche di opportuna frequenza per favorire l’estrazione di oli ad alta viscosità dai giacimenti, essenzialmente per mezzo del riscaldamento selettivo indotto dalle microonde. Applications of this type are also described in US patent 5,082,054 which describes how to apply electromagnetic radiations of a suitable frequency to favor the extraction of high viscosity oils from reservoirs, essentially by means of the selective heating induced by microwaves.
Altri riferimenti letterari che descrivono l’utilizzo delle microonde per il riscaldamento di oli ad alta viscosità in situ sono la domanda di brevetto USA 2007/131591 ed il brevetto USA 4.419.214. Other literary references that describe the use of microwaves for heating high viscosity oils in situ are the US patent application 2007/131591 and the US patent 4,419,214.
Pertanto, l’impiego delle microonde, per stimolare termicamente il greggio direttamente in giacimento, à ̈ un procedimento noto ma la applicazione reale in un pozzo produttivo non si à ̈ dimostrata particolarmente efficace per la limitata portata dell’effetto riscaldante. Questo problema, inoltre, à ̈ sentito tipicamente per i giacimenti di oli bituminosi che hanno la caratteristica di essere fermi in quanto, essendo costituiti sostanzialmente da idrocarburi ad alto peso molecolare, sono solidi alla temperatura interna del pozzo e rimangono vincolati alla roccia che li contiene, anche se si trovano in giacimenti ad alta pressione. Therefore, the use of microwaves, to thermally stimulate the crude oil directly in the reservoir, is a known procedure but the actual application in a productive well has not proved particularly effective due to the limited range of the heating effect. Furthermore, this problem is typically felt for bituminous oil deposits which have the characteristic of being stationary since, being substantially constituted by high molecular weight hydrocarbons, they are solid at the internal temperature of the well and remain bound to the rock that contains them. , even if they are found in high pressure reservoirs.
La Richiedente ha ora trovato, come meglio illustrato nelle allegate rivendicazioni, un nuovo metodo per riscaldare un olio viscoso direttamente in giacimento mediante l’utilizzo combinato delle microonde, o delle radiofrequenze (RF), e di un solvente liquido compatibile con l’olio. Questo metodo consente al calore prodotto dalle microonde o dalle radiofrequenze di propagarsi in profondità nel giacimento consentendo un effetto riscaldante dell’olio, e quindi la sua fluidificazione. L’olio reso più fluido dal calore delle microonde si miscela con il solvente, diventando ancora più fluido. Grazie a questa fluidità migliorata, la miscela à ̈ spinta dalla pressione interna del giacimento verso il pozzo e può essere portata in superficie con la tecnologia convenzionale dove olio e solvente sono separati. The Applicant has now found, as better illustrated in the attached claims, a new method for heating a viscous oil directly in the reservoir by means of the combined use of microwaves, or radio frequencies (RF), and of a liquid solvent compatible with the oil. This method allows the heat produced by microwaves or radiofrequencies to propagate deep into the reservoir allowing a heating effect of the oil, and therefore its fluidification. The oil made more fluid by the heat of the microwaves mixes with the solvent, becoming even more fluid. Thanks to this improved fluidity, the mixture is pushed by the internal pressure of the reservoir towards the well and can be brought to the surface with conventional technology where oil and solvent are separated.
Costituisce, pertanto, oggetto della presente invenzione un procedimento per la fluidificazione di un olio ad alta viscosità direttamente all’interno di un giacimento che comprende: Therefore, the object of the present invention is a process for the fluidization of a high viscosity oil directly inside a reservoir which includes:
a. realizzare un pozzo mediante la perforazione di un campo petrolifero fino al raggiungimento del giacimento di olio; to. making a well by drilling an oil field until reaching the oil field;
b. iniettare nel giacimento, sostanzialmente a fondo pozzo, in un unica soluzione, delle particelle finemente suddivise di materiale ceramico ad alta conducibilità termica, disperse in un fluido a viscosità variabile, tramite un’operazione di frattura indotta; c. iniettare periodicamente nel giacimento, sostanzialmente a fondo pozzo in corrispondenza dell’iniezione del materiale ceramico, un solvente compatibile con l’olio viscoso, per ottenere un effetto bagnante/diluente dell’olio stesso; b. injecting into the reservoir, substantially at the bottom of the well, in a single solution, finely divided particles of ceramic material with high thermal conductivity, dispersed in a fluid with variable viscosity, by means of an induced fracture operation; c. periodically inject a solvent compatible with the viscous oil into the reservoir, substantially at the bottom of the well in correspondence with the injection of the ceramic material, to obtain a wetting / diluting effect of the oil itself;
d. installare, sostanzialmente in corrispondenza dell’area fratturata del giacimento, un’antenna di emissione di microonde/RF collegata, tramite una guida d’onda o cavo, ad un magnetron; d. to install, substantially in correspondence with the fractured area of the reservoir, a microwave / RF emission antenna connected, via a waveguide or cable, to a magnetron;
e. fluidificare l’olio viscoso distribuito nel giacimento tramite riscaldamento dello stesso con il calore prodotto dalle microonde/RF; e And. fluidize the viscous oil distributed in the reservoir by heating it with the heat produced by the microwaves / RF; And
f. portare in superficie la miscela olio viscoso fluidificato diluito nel solvente, recuperare il solvente e iniettare di nuovo il solvente a fondo pozzo. f. bring to the surface the mixture viscous fluidized oil diluted in the solvent, recover the solvent and inject the solvent again at the bottom of the well.
Secondo la presente invenzione, il pozzo di produzione dell’olio può essere un pozzo verticale, orizzontale o inclinato, semplice o con una o più ramificazioni che si propagano nel giacimento. According to the present invention, the oil production well can be a vertical, horizontal or inclined well, simple or with one or more branches that propagate in the reservoir.
Come à ̈ noto, le pareti del pozzo, mentre si procede verso il giacimento, vengono rinforzate con una struttura cilindrica in acciaio, definita “casing†, che aderisce ed à ̈ vincolata alle pareti con cemento/malta o con calcestruzzo, generalmente costituiti da una miscela di cemento Portland e aggregati inerti tipo sabbia silicea ed eventualmente ghiaia. Quando la fase di trivellazione del pozzo à ̈ terminata, con la formazione eventuale di una o più ramificazioni, iniziano le fasi operative per completare la fase di messa in sicurezza del pozzo ed avviare la produzione di olio. As it is known, the walls of the well, while proceeding towards the reservoir, are reinforced with a cylindrical steel structure, called â € œcasingâ €, which adheres and is bound to the walls with cement / mortar or concrete, generally consisting of from a mixture of Portland cement and inert aggregates such as silica sand and possibly gravel. When the drilling phase of the well is finished, with the possible formation of one or more branches, the operational phases begin to complete the safety phase of the well and start the production of oil.
Quando il pozzo entra in produzione, il petrolio viene recuperato tramite una tubazione dedicata, nota come tubino di produzione, o “tubing†. Si tratta di una tubazione in acciaio che viene inserita nel pozzo, anche in ciascuna ramificazione, fino a raggiungere la quota del giacimento. A fondo pozzo (anche in corrispondenza di ciascuna ramificazione), il tubing à ̈ fissato tramite un sistema a tenuta combinata sia idraulica che meccanica, detto “packer†, che costringe il petrolio a risalire in superficie dall’interno del tubing senza lambire le pareti del casing. When the well goes into production, the oil is recovered through a dedicated pipeline, known as a production tubing, or â € œtubingâ €. It is a steel pipe that is inserted into the well, even in each branch, until it reaches the level of the reservoir. At the bottom of the well (also at each branch), the tubing is fixed by means of a combined hydraulic and mechanical sealing system, called â € œpackerâ €, which forces the oil to rise to the surface from the inside of the tubing without touching the walls of the casing.
Secondo la presente invenzione, la parte terminale del casing, a valle del packer, à ̈ realizzata con una struttura cilindrica in materiale plastico, essendo i materiali polimerici organici usati come materiale plastico, molto più trasparenti alle microonde/RF dell’acciaio. La dimensione del tratto o segmento di casing in materiale plastico à ̈ dettata sostanzialmente dalla dimensione del giacimento e dalla dimensione del pozzo. In generale, il segmento (a sezione sostanzialmente circolare) ha una lunghezza compresa tra 2 e 20 metri ed ha uno spessore della parete che varia da 1 a 5 cm. According to the present invention, the terminal part of the casing, downstream of the packer, is made with a cylindrical structure in plastic material, being the organic polymeric materials used as plastic material, much more transparent to microwaves / RF than steel. The size of the plastic casing section or segment is substantially dictated by the size of the reservoir and the size of the well. In general, the segment (with a substantially circular section) has a length of between 2 and 20 meters and a wall thickness that varies from 1 to 5 cm.
Il materiale plastico può essere un polimero termoplastico o una resina termoindurente. Nel primo caso si può utilizzare un polimero come il polipropilene, il polivinilcloruro, i poliesteri (ad esempio PET, PBT), i poliesteri termotropici, gli “engineering polymers†, le poliammidi eccetera, e nel secondo caso si possono utilizzare le resine poliestere termoindurenti o le resine epossidiche. In entrambi casi, i materiali possono essere rinforzati con cariche minerali, come talco o carbonato di calcio, e/o con materiale fibroso come le fibre di vetro, le fibre di carbonio, le fibre aramidiche, continue o corte, eccetera. The plastic material can be a thermoplastic polymer or a thermosetting resin. In the first case, a polymer such as polypropylene, polyvinyl chloride, polyesters (for example PET, PBT), thermotropic polyesters, â € œengineering polymersâ €, polyamides, etc. can be used, and in the second case, polyester resins can be used. thermosets or epoxy resins. In both cases, the materials can be reinforced with mineral fillers, such as talc or calcium carbonate, and / or with fibrous material such as glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, continuous or short, etc.
Per favorire la trasparenza alle microonde, il tratto terminale di casing in materiale plastico viene fissato alle pareti del pozzo con malta in cui la parte di inerti à ̈ costituita essenzialmente da allumina (Al2O3), che à ̈ risultata essere più trasparente alle microonde/RF della sabbia a base di silice. To promote transparency to microwaves, the terminal section of the plastic casing is fixed to the walls of the well with mortar in which the part of inert materials is essentially made up of alumina (Al2O3), which was found to be more transparent to microwaves / RF silica-based sand.
La parte di casing sovrastante il tratto di materiale plastico, à ̈ casing in acciaio. A sua volta, la parte di casing in acciaio direttamente al di sopra del casing plastico e al di sotto del packer comprende il tratto produttivo, cui può essere associata una struttura a maglia (screen) per consentire all’olio di fluire dal giacimento nel pozzo senza produrre eventuali materiali sabbiosi, e poi di risalire in superficie tramite il tubing. The part of the casing above the section of plastic material is a steel casing. In turn, the part of the steel casing directly above the plastic casing and below the packer includes the production section, which can be associated with a mesh structure (screen) to allow the oil to flow from the reservoir into the well without producing any sandy materials, and then rising to the surface through tubing.
Il secondo stadio (b) del procedimento oggetto della presente invenzione prevede di iniettare nel giacimento, sostanzialmente a fondo pozzo, delle particelle finemente suddivise di materiale ceramico ad alta conducibilità termica, disperse in un fluido, tramite un’operazione di frattura indotta. L’operazione di frattura indotta, come principio generale, à ̈ un operazione che viene applicata nell’industria petrolifera, per consentire all’olio di fluire più facilmente verso il pozzo. Secondo il procedimento oggetto della presente invenzione, invece, l’operazione di frattura indotta consentirà al calore generato dalla emissione di microonde/RF di essere trasferito in profondità nel giacimento, tramite le fratture che si propagano anche in tutte le direzioni, e di coinvolgere, nella fase di riscaldamento e fluidificazione, volumi di olio ad alta viscosità maggiori rispetto a quelli trattati con i metodi della tecnica nota. The second stage (b) of the process object of the present invention provides for the injection into the reservoir, substantially at the bottom of the well, of finely divided particles of ceramic material with high thermal conductivity, dispersed in a fluid, by means of an induced fracture operation. The induced fracture operation, as a general principle, is an operation that is applied in the oil industry, to allow the oil to flow more easily towards the well. According to the process object of the present invention, however, the induced fracture operation will allow the heat generated by the microwave / RF emission to be transferred deep into the reservoir, through the fractures that also propagate in all directions, and to involve , in the heating and fluidization phase, volumes of high viscosity oil greater than those treated with the methods of the known art.
La frattura indotta à ̈ una tecnica nota che prevede di sottoporre ad elevata pressione un fluido a viscosità variabile a fondo pozzo in modo che questo penetri nel giacimento tramite frattura della formazione geologica in cui si trova il giacimento stesso. Il fluido, che sotto sforzo di taglio ha un comportamento reologico viscoso, trascina un materiale solido finemente suddiviso noto come “proppant†che à ̈ un agente di mantenimento delle fratture. Terminata la fase di fratturazione, la sospensione (fluido viscoso proppant) presente nelle fratture passa dallo stato agitato, associato all’azione di taglio del sistema per creare le fratture, ad uno stato di riposo durante il quale il fluido viscoso tende ad assumere un comportamento reologico di fluido newtoniano. Diventando meno viscoso, il fluido à ̈ lentamente assorbito dal giacimento e fluisce dalle fratture diluendosi nella formazione. Il proppant, invece, rimane nelle fratture consolidandole. Induced fracture is a known technique which involves subjecting a variable viscosity fluid to the bottom of the well under high pressure so that it penetrates the reservoir by fracturing the geological formation in which the reservoir is located. The fluid, which under shear stress has a viscous rheological behavior, drags a finely divided solid material known as â € œproppantâ € which is a fracture maintenance agent. At the end of the fracturing phase, the suspension (viscous fluid proppant) present in the fractures passes from the agitated state, associated with the cutting action of the system to create the fractures, to a state of rest during which the viscous fluid tends to assume a rheological behavior of Newtonian fluid. By becoming less viscous, the fluid is slowly absorbed by the reservoir and flows from the fractures diluting in the formation. The proppant, on the other hand, remains in the fractures and consolidates them.
Informazioni e dettagli sulle tecniche di frattura indotta, sui fluidi a viscosità variabile e sui proppant sono disponibili in letteratura scientifica, ad esempio in J.M. McGowen et al. “Fluid Selection for Fracturing High-Permeability Formations†, SPE 26559, 1993, 451-466 o in M.B. Smith et al. “High-Permeability Fracturing: The Evolution of a Technology†, JPT, Luglio 1996, 628-633. Information and details on induced fracture techniques, variable viscosity fluids and proppants are available in the scientific literature, for example in J.M. McGowen et al. â € œFluid Selection for Fracturing High-Permeability Formationsâ €, SPE 26559, 1993, 451-466 or in M.B. Smith et al. â € œHigh-Permeability Fracturing: The Evolution of a Technologyâ €, JPT, July 1996, 628-633.
Secondo la presente invenzione, il fluido a viscosità variabile à ̈ costituito generalmente da una base scelta fra acqua, olio, alcoli, eccetera in cui à ̈ dispersa/disciolta una sostanza in grado di dare il comportamento reologico desiderato di fluido atto a produrre una frattura indotta a fondo pozzo. Esempi di queste sostanze sono la gomma guar o i materiali tipo CMHPG (Carboxy Methyl Hydroxy Propyl Guar) o CMHEC (Carboxy Methyl Hydroxy Ethyl Cellulose). According to the present invention, the variable viscosity fluid generally consists of a base chosen from water, oil, alcohols, etc. in which a substance capable of giving the desired rheological behavior of fluid capable of producing a fracture is dispersed / dissolved. induced at the bottom of the well. Examples of these substances are guar gum or materials such as CMHPG (Carboxy Methyl Hydroxy Propyl Guar) or CMHEC (Carboxy Methyl Hydroxy Ethyl Cellulose).
Il solido ceramico finemente suddiviso, che viene disperso nel fluido a viscosità variabile, come un proppant tradizionale, à ̈ preferibilmente costituito da carburo di silicio, SiC, con una granulometria compresa da 1 a 500 µm, preferibilmente da 1 a 50 µm, più preferibilmente da 1 a 10 µm. Questo materiale à ̈ preferito perchà ̈ consente una diffusione ottimale del calore generato dalle microonde/RF. La concentrazione di materiale ceramico finemente suddiviso, ad esempio SiC, nella sospensione varia dal 20 al 60% in peso (calcolata sul totale fluido materiale ceramico), preferibilmente dal 30 al 50%. Se richiesto, si possono utilizzare degli agenti sospendenti convenzionali, ad esempio per favorire la ridispersione del solido, ed evitarne l’impaccamento, in caso di sedimentazione della sospensione a seguito di uno stoccaggio prolungato. The finely divided ceramic solid, which is dispersed in the variable viscosity fluid, like a traditional proppant, is preferably constituted by silicon carbide, SiC, with a particle size ranging from 1 to 500 µm, preferably from 1 to 50 µm, more preferably from 1 to 10 µm. This material is preferred because it allows optimal diffusion of the heat generated by the microwave / RF. The concentration of finely divided ceramic material, for example SiC, in the suspension varies from 20 to 60% by weight (calculated on the total fluid ceramic material), preferably from 30 to 50%. If required, conventional suspending agents can be used, for example to favor the redispersion of the solid, and to avoid its packing, in case of sedimentation of the suspension following prolonged storage.
La scelta del carburo di silicio à ̈ dettata sostanzialmente dal fatto che à ̈ un materiale con proprietà meccaniche molto buone, tra cui un’elevata durezza ed un elevato modulo elastico, ha bassa densità , un basso coefficiente di espansione termica, un eccellente resistenza allo shock termico ed à ̈ sostanzialmente inerte ai prodotti chimici generalmente presenti nel giacimento, ad esempio H2S, mercaptani, composti azotati, CO2, eccetera. In particolare, tuttavia, le caratteristiche preferite del carburo di silicio sono il buon potere assorbente delle microonde/RF ed un’elevata conducibilità termica, il che consente di trasferire il calore generato dalle microonde/RF in profondità nel giacimento. The choice of silicon carbide is substantially dictated by the fact that it is a material with very good mechanical properties, including a high hardness and a high elastic modulus, has low density, a low coefficient of thermal expansion, excellent resistance to thermal shock and is substantially inert to the chemical products generally present in the reservoir, for example H2S, mercaptans, nitrogen compounds, CO2, etc. In particular, however, the preferred characteristics of silicon carbide are the good absorbing power of the microwaves / RF and a high thermal conductivity, which allows the heat generated by the microwaves / RF to be transferred deep into the reservoir.
Secondo una forma di esecuzione preferita della presente invenzione, il materiale ceramico, ovvero il carburo di silicio, à ̈ mescolato con microperle di acciaio inossidabile, in quantità compresa fra 2 e 10% in peso, (calcolata sul totale di materiale ceramico microperle di acciaio). Queste ultime, non essendo trasparenti alle microonde, le riflettono in tutte le direzioni consentendo di migliorare la diffusione del calore nelle fratture e da queste verso il giacimento, favorendo quindi la fluidificazione dell’olio in esso contenuto. According to a preferred embodiment of the present invention, the ceramic material, i.e. silicon carbide, is mixed with stainless steel microbeads, in a quantity between 2 and 10% by weight, (calculated on the total of steel microbeads ceramic material ). The latter, not being transparent to microwaves, reflect them in all directions, making it possible to improve the diffusion of heat in the fractures and from these towards the reservoir, thus favoring the fluidization of the oil contained therein.
Grazie alla viscosità del fluido iniettato a fondo pozzo, si possono ottenere fratture che si distribuiscono in profondità nella formazione geologica in cui à ̈ presente il giacimento. Le fratture possono essere distribuite e sviluppate a 360°, in tutte le direzioni e nelle tre dimensioni, con lunghezze che possono essere superiori a 20 metri, generalmente comprese tra 20 e 50 metri, preferibilmente tra 25 e 30 metri. Thanks to the viscosity of the fluid injected at the bottom of the well, it is possible to obtain fractures that are distributed in depth in the geological formation in which the reservoir is present. The fractures can be distributed and developed at 360 °, in all directions and in three dimensions, with lengths that can be greater than 20 meters, generally between 20 and 50 meters, preferably between 25 and 30 meters.
La parte del pozzo coinvolta nell’operazione di fratturazione indotta à ̈, preferibilmente, la parte terminale del casing, quella realizzata in materiale plastico. Per poter consentire al fluido di generazione della frattura indotta di penetrare e fratturare la formazione, il casing in materiale plastico à ̈ preventivamente forato in modo tale che la sospensione viscosa possa fluire attraverso i fori corrispondenti. Terminata la fase di fratturazione, onde evitare che a regime produttivo il greggio fluidificato dal calore generato dalle microonde/RF entri tramite questi fori, il casing plastico viene rivestito internamente, ad esempio mediante una lamina continua elastica, sempre in materiale termoplastico, che tappa i fori mentre spinge elasticamente contro le pareti cilindriche interne. Nulla impedisce, tuttavia, che la parte del pozzo coinvolta nell’operazione di fratturazione indotta possa essere quella corrispondente alla zona produttiva immediatamente sovrastante il casing in materiale plastico. Se la formazione del giacimento non à ̈ consolidata, degli “screen†(casing in acciaio con struttura a maglia), possono essere aggiunti attorno alla zona produttiva per prevenire il trascinamento di sabbia, o altro materiale della formazione, che potrebbero intasare il pozzo. The part of the well involved in the induced fracturing operation is preferably the terminal part of the casing, the one made of plastic material. In order to allow the fluid generating the induced fracture to penetrate and fracture the formation, the plastic casing is previously drilled so that the viscous suspension can flow through the corresponding holes. At the end of the fracturing phase, in order to prevent the crude fluidized by the heat generated by the microwaves / RF from entering through these holes at production rate, the plastic casing is coated internally, for example by means of a continuous elastic sheet, also in thermoplastic material, which blocks the holes while pushing elastically against the internal cylindrical walls. However, nothing prevents the part of the well involved in the induced fracturing operation from being that corresponding to the production area immediately above the plastic casing. If the formation of the deposit is not consolidated, `` screens '' (steel casings with a mesh structure), can be added around the production area to prevent the entrainment of sand, or other material of the formation, which could clog the well. .
Terminata la fase di fratturazione indotta, dopo aver consentito al fluido a viscosità variabile di essere assorbito nel giacimento, si inietta nel giacimento stesso il solvente sfruttando anche le fratture indotte riempite dal proppant. Il solvente dell’olio viscoso à ̈ preferibilmente virgin naphtha o gasolio (diesel fuel) o kerosene. Il solvente può essere iniettato in profondità nel giacimento, in modo da bagnarlo in modo sostanzialmente totale, ovvero può essere iniettato non in profondità in modo da bagnarlo solo parzialmente, ad esempio limitatamente alla zona in cui si à ̈ distribuito il proppant. At the end of the induced fracturing phase, after allowing the variable viscosity fluid to be absorbed into the reservoir, the solvent is injected into the reservoir itself, also exploiting the induced fractures filled by the proppant. The solvent of the viscous oil is preferably virgin naphtha or diesel fuel or kerosene. The solvent can be injected deep into the reservoir, in order to wet it substantially completely, or it can be injected not deeply in order to wet it only partially, for example limited to the area where the proppant is distributed.
Terminata la fase di fratturazione indotta e di iniezione del solvente, il pozzo può entrare in produzione. Per favorire il flusso dal giacimento al pozzo, l’olio viscoso viene riscaldato con le microonde/RF. In particolare, si cala a fondo pozzo, nell’alveo del casing in materiale plastico, un’antenna per microonde/RF capace di irradiare radiofrequenze tra 0,1 e 1 GHz o microonde con frequenze comprese fra 1 GHz e 300 GHz e lunghezza d’onda globale compresa fra 0,001 e 3 metri. L’antenna à ̈ collegata, tramite cavo o guida d’onda, ad un magnetron di potenza compresa fra 50 e 500 kw, disposto in superficie o internamente al pozzo in posizione dedicata. Once the induced fracturing and solvent injection phase is over, the well can go into production. To facilitate the flow from the reservoir to the well, the viscous oil is heated with microwaves / RF. In particular, a microwave / RF antenna capable of radiating radio frequencies between 0.1 and 1 GHz or microwaves with frequencies between 1 GHz and 300 GHz and global wavelength between 0.001 and 3 meters. The antenna is connected, via cable or waveguide, to a magnetron with power between 50 and 500 kw, placed on the surface or inside the well in a dedicated position.
In fase operativa, l’antenna emette in continuo fasci di microonde/RF che diffondono nella formazione e nel giacimento anche a 360° in tutte le direzioni e nelle tre dimensioni. In questa fase di diffusione globale, le microonde incontrano sia il giacimento che le fratture piene di materiale ceramico, in particolare di carburo di silicio (SiC) ed eventualmente di microperle di acciaio inossidabile. Le onde elettromagnetiche sono o assorbite dal SiC o riflesse omogeneamente dalle perle di acciaio inossidabile in tutte le direzioni e trasformate in calore che si diffonde ulteriormente nel giacimento. In questo modo, le fratture diventano ulteriori fonti di calore che si addentrano nel giacimento consentendo di fluidificare maggiori volumi di olio viscoso rispetto a quelli fluidificati con i metodi della tecnica nota. L’olio fluidificato termicamente si miscela con il solvente diventando ancora più fluido, entra nel pozzo ed à ̈ portato in superficie dalle pompe di estrazione. Qui la miscela à ̈ trattata per recuperare il solvente che, periodicamente, viene iniettato di nuovo nel giacimento. In the operational phase, the antenna continuously emits microwave / RF beams that spread throughout the formation and the reservoir even at 360 ° in all directions and in three dimensions. In this phase of global diffusion, the microwaves encounter both the reservoir and the fractures filled with ceramic material, in particular silicon carbide (SiC) and possibly stainless steel microbeads. The electromagnetic waves are either absorbed by the SiC or homogeneously reflected by the stainless steel beads in all directions and transformed into heat which diffuses further into the reservoir. In this way, the fractures become additional sources of heat that penetrate the reservoir, allowing greater volumes of viscous oil to be fluidized than those fluidized with the methods of the known art. The thermally fluidized oil mixes with the solvent becoming even more fluid, enters the well and is brought to the surface by the extraction pumps. Here the mixture is treated to recover the solvent which is periodically injected back into the reservoir.
Il procedimento per la fluidificazione di un olio ad alta viscosità direttamente all’interno di un giacimento oggetto della presente invenzione potrà essere meglio compreso con riferimento allo schema della Figura allegata che ne rappresenta una forma di esecuzione illustrativa e non limitativa. The process for the fluidization of a high viscosity oil directly inside a reservoir object of the present invention can be better understood with reference to the diagram of the attached figure which represents an illustrative and non-limiting embodiment.
Nella Figura, il riferimento numerico 1 indica il giacimento nel quale à ̈ contenuto un greggio tipo “heavy oil†. Il riferimento 2 indica il casing in acciaio la cui parte terminale, riferimento 3, indica lo “screen†ovvero “sezione o intervallo di produzione†. In the Figure, the numerical reference 1 indicates the reservoir in which a â € œheavy oilâ € type crude oil is contained. Reference 2 indicates the steel casing whose end part, reference 3, indicates the â € œscreenâ € or â € œsection or production rangeâ €.
Sotto la sezione di produzione, c’à ̈ il casing in materiale plastico forato, riferimento (4), tramite il quale avviene l’operazione di frattura indotta. Il riferimento (5) indica le fratture riempite con il materiale ceramico conduttivo termicamente, ad esempio con SiC, mentre i riferimenti (6) e (7) indicano rispettivamente l’antenna per microonde/RF ed il cavo o la guida d’onda che collegano l’antenna al magnetron, non illustrato in Figura. Under the production section, there is the perforated plastic casing, reference (4), through which the induced fracture operation takes place. Reference (5) indicates fractures filled with the thermally conductive ceramic material, for example with SiC, while references (6) and (7) indicate respectively the microwave / RF antenna and the cable or guide rail wave connecting the antenna to the magnetron, not shown in the figure.
Le frecce spesse tratteggiate e le frecce compatte indicano rispettivamente le microonde/RF emesse dall’antenna, riferimento (8), ed il flusso di olio riscaldato e fluidificato, riferimento (9), che si muove dal giacimento verso l’intervallo di produzione (3). Infine, il riferimento (10) indica una parte di giacimento impregnato con il solvente, ad esempio “diesel fuel†. The thick dashed arrows and compact arrows indicate respectively the microwaves / RF emitted by the antenna, reference (8), and the flow of heated and fluidized oil, reference (9), which moves from the reservoir towards the range of production (3). Finally, the reference (10) indicates a part of the reservoir impregnated with the solvent, for example â € œdiesel fuelâ €.
Il funzionamento del procedimento oggetto della presente invenzione risulta evidente dalla descrizione precedente e dallo schema della figura allegata. Dopo aver praticato a fondo pozzo una prima azione di fratturazione con la sospensione contenente il materiale ceramico (SiC) e dopo aver praticato una seconda azione di iniezione di solvente “diesel fuel†nel giacimento, si cala a fondo pozzo l’antenna per microonde o radiofrequenze (6). The operation of the process object of the present invention is evident from the previous description and from the diagram of the attached figure. After having carried out a first fracturing action at the bottom of the well with the suspension containing the ceramic material (SiC) and after having carried out a second action of injection of solvent â € œdiesel fuelâ € in the reservoir, the antenna is lowered to the bottom of the well to microwaves or radio frequencies (6).
A regime, l’antenna (6) trasmette dei fasci di microonde o radiofrequenze (8) che si diffondono sia nel giacimento (1) che nella parte di giacimento (10) impregnato con il solvente, provocandone il riscaldamento. Durante questa fase di irraggiamento, inoltre, le onde incontrano e riscaldano anche il SiC contenuto nelle fratture (5). Grazie alle sue proprietà termiche, anche di conducibilità termica, il SiC si riscalda facilmente e consente di trasferire il calore in profondità dentro il giacimento. When fully operational, the antenna (6) transmits microwave or radio frequency beams (8) which spread both in the reservoir (1) and in the part of the reservoir (10) impregnated with the solvent, causing it to heat up. Furthermore, during this irradiation phase, the waves also encounter and heat the SiC contained in the fractures (5). Thanks to its thermal properties, including thermal conductivity, SiC heats up easily and allows the heat to be transferred deep inside the reservoir.
L’olio riscaldato, sia per azione diretta delle microonde/RF che per la cessione di calore da parte del SiC, contenuto nelle fratture, diventa più fluido, si muove, si diluisce con il solvente diventando ancora più fluido e si trasferisce facilmente (9) verso l’intervallo di produzione (3) per risalire nel casing (2) verso il sistema di pompaggio (non illustrato in Figura) che lo porterà in superficie tramite il tubing. The heated oil, both by direct action of the microwaves / RF and by the transfer of heat from the SiC contained in the fractures, becomes more fluid, moves, dilutes with the solvent, becoming even more fluid and is easily transferred ( 9) towards the production interval (3) to go up in the casing (2) towards the pumping system (not shown in the Figure) which will bring it to the surface through the tubing.
In superficie la miscela olio viscoso/solvente viene separata per il recupero del solvente. Quando sostanzialmente tutto il solvente iniettato sarà riportato in superficie, si arresta il funzionamento dell’antenna per microonde/RF che può essere recuperata. Quindi, si inietta di nuovo il solvente nel giacimento e si procede con il processo di riscaldamento. On the surface, the viscous oil / solvent mixture is separated for the recovery of the solvent. When substantially all the injected solvent is brought back to the surface, the operation of the microwave / RF antenna stops and can be recovered. The solvent is then injected back into the reservoir and the heating process proceeds.
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