UA126498C2 - Спосіб видобування природного бітуму і високов'язкої нафти - Google Patents

Abstract

Винахід належить до нафтогазової галузі, а саме до видобування природних бітумів і високов'язкої нафти. Згідно зі способом здійснюють дезінтеграцію породи продуктивного пласта струменями робочої рідини високого тиску, до складу якої входять вода, флотаційний агент та розчинник бітуму і високов'язкої нафти. При цьому флотаційний агент за термобаричних умов лінії подачі робочої рідини і до зрізу насадок гідромоніторів перебуває у конденсованому стані, а у виробці - випаровується, після чого його частина у вигляді бульбашок прикріплюється до крапель бітуму чи високов'язкої нафти, а решта накопичується в склепінні виробки. Відділення природного бітуму і високов'язкої нафти від породи здійснюється у результаті зниження їх в'язкості унаслідок підвищення температури за рахунок теплової енергії, привнесеної у виробку з попередньо підігрітою робочою рідиною і розчинення. Гравітаційне розділення гідросуміші на шар осаду із суміші породи і води відбувається у міжгранулярному просторі, шар парів флотаційного агента та шар цільового продукту між ними - суміші природного бітуму чи високов'язкої нафти, розчинника, води, глинистої фракції породи і флотаційного агента. Відбір цільового продукту із виробки здійснюють газліфтним способом за рахунок надлишкового тиску, створеного робочою рідиною і газифікованим флотаційним агентом. Досягається можливість ефективного видобування природного бітуму і високов’язкої нафти на місці залягання для всього інтервалу глибин залягання.

Description

Спосіб належить до нафтовидобувної галузі.

Існує два основних методи видобування бітуму: відділення від породи на поверхні та на місці залягання (11.

Поклади, розташовані на глибині менше 75 метрів, можна видобути відкритим способом.

Згідно зі способом для відокремлення і вилучення бітуму з піску видобута порода змішується з теплою водою. Розділення відбувається в сепараційних блоках. Комбінація гарячої води та переміщування дозволяє вилучати бітум з нафтового піску, стимулює прикріплення крихітних повітряних бульбашок до бітумних крапель, які спливають до верхньої частини розділювального резервуара, де бітум можна відібрати. Подальша обробка видаляє залишкову воду і тверді речовини. Бітум зазвичай потребує розведення легкими вуглеводнями, щоб забезпечити його транспортування по трубопроводах. На завершення бітум переробляється на синтетичну нафту

ІІ.

Також розроблено ряд методів виплавлення бітуму на місці залягання.

Враховуючи фізико-хімічні властивості природних бітумів, найбільш раціональним є застосування методів, які максимально знижують їх в'язкість. До них належать різні комбінації введення пари або розчинників через горизонтальні або вертикальні свердловини.

Наприклад, метод С55 (Сусіїс бієат бійтиіайоп) передбачає подачу до нафтових пісків водяної пари через вертикальні свердловини. Бітум вилучається на поверхню через ті ж свердловині. Пару при температурі понад 300 "С закачують протягом декількох місяців. Потім ще кілька тижнів дають на прогрів свердловини. Після цього нагрітий бітум можна відкачувати протягом кількох місяців. Однак процес може бути економічно ефективний лише протягом кількох перших циклів (зазвичай 3-5). Цей метод дозволяє вилучати до 25 95 бітуму, що міститься в піску |ЗІ.

Також відома технологія парогравітаціонного дренування - біват-Аввзізів!д Стамійу Огаіпаде (БАС). Для реалізації БАСО буряться дві горизонтальні свердловини (одна над іншою на відстані 3-7 м). У свердловини протягом 90 днів подається пара для створення прогрітої зони.

Сила тяжіння направляє сконденсовану воду і рухливі вуглеводні (бітум, високов'язку нафту) до нижньої добувної свердловини |11.

У другій фазі здійснюється видобуток бітуму (високов'язкої нафти) з видобувної

Зо свердловини і закачування пари в нагнітальну. Але при цьому покрівля продуктивного пласта повинна бути надійним бар'єром для запобігання втрат пари. Метод дозволяє вилучити до 60 95 бітуму.

Відомі також "холодні" методи видобутку бітуму, які передбачають замість закачування пари обробку пласта розчинником (метод МАРЕХ). Цей метод також реалізується з використанням двох горизонтальних свердловин. У верхню свердловину закачується вуглеводневий розчинник.

Бітум розріджується і стікає до нижньої видобувної свердловини |4|.

Також відомий метод видобутку з використанням розчинників в пароподібному стані - МАРог

Ехігасіоп-МАРЕХ. Нагріті етан і пропан-бутан закачуються в свердловину, розташовану у верхній частині пласта. Зниження в'язкості бітуму досягається за рахунок нагріву і розрідження розчинником, в результаті чого суміш бітум-розчинник самопливом стікає вниз у видобувну свердловину. Коефіцієнт вилучення бітуму доходить до 6095, однак темпи видобутку надзвичайно низькі.

Відомі також технології спільного закачування пари і розчинника Ехрапаїпа боїмепі БАСО (ЕЗ5 БАС), покращений розчинником парогравітацінний вплив - боїЇмепі Аіїдей Ргосев55 (5АР), чергування закачування пари і розчинника - Біват АГПегпаїіпа.

Однак відомі методи, які передбачають закачування парів води або вуглеводневих розчинників, мають суттєвий недолік, пов'язаний із неоднорідністю продуктивних пластів. Це неминуче призводить до їх прориву до видобувних свердловин і необхідності застосування потоковідхиляючих технологій (блокуючих гелів, осадкоутворюючих композицій) (51.

Також при їх застосуванні на глибині менше 200 м спостерігатимуться прориви робочого агента на поверхню.

Отже, нижньою межею кар'єрної розробки бітумінозних пісків є глибина 75 м. А через небезпеку прориву робочого агента на поверхню методи вилучення бітуму на місці його залягання застосовуються починаючи з глибини 200 м. (Фактично на сьогодні більша частина видобутку бітуму і важкої нафти на місці залягання здійснюється з відкладень, що залягають на глибині понад 400 метрів.)

Таким чином, існує значний інтервал залягання природного бітуму, для якого відсутня ефективна технологія його видобування.

Найбільш близьким аналогом способу, що пропонується, у частині принципу впливу на 60 продуктивний пласт є технологія свердловинного гідродобування корисних копалин, описана у роботі Іб6). Вона передбачає розкриття покладу свердловиною, розущільнення породи в місці її залягання за допомогою гідромоніторного струменя і переведення в склад гідросуміші та вилучення на поверхню.

Перевагою технології є те, що вона дозволяє вести відпрацювання незв'язних рудних тіл у затопленому забої в умовах великих притоків води, а також під водоймами і на шельфі морів.

Однак в умовах затопленого вибою відбувається швидке згасання енергії струменя. Це вимагає застосування шлангових або телескопічних моніторів, що подовжуються у міру просування по вибою. Як наслідок, ускладнюється вилучення гірської маси та конструкція агрегату, також виникає загроза обвалення крівлі.

У патенті ОА 109336 Г|/| на основі елементів технології свердловинного гідровидобутку запропоновано спосіб видобування газових гідратів із його морських покладів. Поряд з іншим в даному патенті запропоновані рішення, які запобігають втраті енергії затопленого струменя в процесі видобутку корисної копалини, а також прихоплення інструменту у результаті обвалення крівлі виробки. Спосіб згідно патенту ОА 109336 передбачає виконання наступних операції: розкриття продуктивного пласта на максимальну протяжність горизонтальними, а потужних пластів - вертикальними або похилоспрямованими до їх підошви свердловинами; дезінтеграцію продуктивного пласта, починаючи від вибою свердловини, шляхом механічного подрібнення у результаті дії струменів високого тиску суміші води і абразивного матеріалу за допомогою гідромоніторного пристрою, штанги з насадками якого в робочому положенні подовжуються, займають перпендикулярне до осі свердловини положення та, обертаючись навколо неї, рухаються вздовж до контакту з фронтом дезінтеграції; утворення в результаті змішування подрібненої породи з водою гідросуміші; збагачення гідросуміші у результаті гравітаційного відділення частини породи, яка осідає на деякій відстані за активною робочою зоною; вилучення попередньо збагаченої гідросуміші з виробки і її сепарація для відділення цільового продукту та іншої частини породи; додавання води до збідненої гідросуміші і подача до гідромоніторного пристрою як робочої рідини.

Незважаючи на принципову відмінність між газовими гідратами і природними бітумами,

Зо мета, яка ставиться у патенті ША 109336, а саме видобути корисну копалину, яка в природному заляганні не проявляє властивостей флюїду, співпадає із метою даного винаходу.

Отже, по сукупності основних операцій і послідовності їх виконання, запропонований у патенті ША 109336 спосіб є найбільш близьким аналогом способу, що пропонується. Однак він має наступні недоліки: 1) застосування даного способу для видобування природного бітуму і високов'язкої нафти не дозволить досягти результату, оскільки зазначений у ньому вплив на продуктивний пласт не буде достатнім для відділення даних вуглеводнів від породи; 2) однією із суттєвих переваг даного способу є гравітаційне розділення гідросуміші для її збагачення по цільовому продукту безпосередньо у виробці. Однак, застосування вертикальних і навіть похило скерованих зі значним кутом нахилу свердловин улеможливлює здійснення даного процесу або знижує його ефективність; 3) зважаючи на незначну відмінність у щільності води і природного бітуму чи високов'язкої нафти їх гравітаційне розділення без додаткових технологічних рішень буде неможливим; 4) додавання абразивного матеріалу в склад робочої рідини підвищує ефективність процесу гідравлічного руйнування породи. Однак, його абразивна дія скорочує ресурс обладнання (перш за все насосного і гідромоніторів). Крім того, наявність твердої фази може призвести до закупорювання технологічних ліній.

Таким чином, пряме перенесення операцій способу, описаного в патенті ОА 109336, для видобування природного бітуму чи високов'язкої насити не дозволить отримати бажаного результату.

Задачею винаходу є розроблення ефективного і промислово прийнятного для існуючого рівня техніки способу видобування природного бітуму чи високов'язкої нафти для всього інтервалу глибин залягання.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі видобування природного бітуму і високов'язкої нафти, який включає: розкриття продуктивного пласта на максимальну протяжність горизонтальними свердловинами; дезінтеграцію породи продуктивного пласта, починаючи від вибою свердловини, шляхом механічного подрібнення у результаті дії струменів робочої рідини високого тиску за допомогою 60 гідромоніторного пристрою, штанги з насадками якого в робочому положенні подовжуються,

займають перпендикулярне до осі свердловини положення та, обертаючись навколо неї, рухаються вздовж до контакту з фронтом дезінтеграції; утворення із подрібненої породи і робочої рідини гідросуміші, від якої на деякій відстані за робочою зоною з активним перемішуванням унаслідок гравітаційного розділення відділяється частина породи, у результаті чого гідросуміш збагачується на цільовий продукт; вилучення попередньо збагаченої гідросуміші із виробки і її розділення на робочу рідину, яка під тиском подається на гідромонітори, цільовий продукт і залишок породи, відповідно до винаходу: дезінтеграція породи продуктивного пласта здійснюється струменями робочої рідини високого тиску, до складу якої входять вода і флотаційний агент або вода, флотаційний агент та розчинник бітуму і високов'язкої нафти; флотаційний агент за термобаричних умов лінії подачі робочої рідини і до зрізу насадок гідромоніторів перебуває у конденсованому стані, а у виробці - випаровується, після чого його частина у вигляді бульбашок прикріплюється до крапель бітуму чи високов'язкої нафти, а решта - накопичується в склепінні виробки; інтенсивність дезінтеграції породи продуктивного пласта підвищується за рахунок абразивної дії уламків породи, які потрапляють до гідромоніторних струменів у результаті захоплення ними частини гідросуміші в інтервалі від зрізу насадки до фронту руйнування; відділення природного бітуму і високов'язкої нафти від породи здійснюється у результаті зниження їх в'язкості унаслідок підвищення температури за рахунок теплової енергії, привнесеної у виробку з попередньо підігрітою робочою рідиною, і/або розчинення, якщо в склад робочої рідини входить розчинник; у результаті гравітаційного розділення гідросуміш розділяється на шар осаду із суміші породи і води у міжгранулярному просторі, шар парів флотаційного агента та шар цільового продукту між ними - суміші природного бітуму чи високов'язкої нафти, розчинника (за умови його застосування), води, глинистої фракції породи і флотаційного агента; відбір цільового продукту із виробки здійснюється газліфтним способом за рахунок надлишкового тиску, створеного робочою рідиною і газифікованим флотаційним агентом.

На Фіг. подано принципову схему способу видобування природного бітуму і високов'язкої

Зо нафти, де: 1 - гірнича виробка; 2 - осад із породи і води у міжгранулярному просторі; З - газова шапка; 4 - гідросуміш, збіднена на тверду фазу; 5 - забірний пристрій; 6 - шарнірне з'єднання; 7 - гідромоніторна система; 8 - горизонтальна ділянка свердловини; 9 - насос; 10 - підігрівач; 11 - сепаратор; 12 - компресор; потоки: | - порода; ІЇ - суміш флотаційного агента, бітуму або високов'язкої нафти, розчинника (за умови його застосування), води, глинистої фракції породи і флотаційного агента; ПШШ - суміш води і глинистої фракції породи; ЇМ - суміш бітуму або високов'язкої нафти і флотаційного агента; М - флотаційний агент у газоподібному стані; МІ - зріджений флотаційний агент; МІЇ - флотаційний агент, відділений від бітуму (високов'язкої нафти); МІ! - підведення теплової енергії.

Спосіб здійснюється таким чином.

Продуктивний пласт розкривають горизонтальною чи похилоскерованою свердловиною 8.

Потім, починаючи від вибою свердловини, здійснюється руйнування породи і переведення в склад гідросуміші у результаті дії струменів високого тиску і захоплених із гідросуміші уламків.

Для збільшення об'єму виробки 1 штанги з насадками гідромоніторного пристрою 7 в робочому положенні займають перпендикулярне до осі свердловини 8 положення, обертаючись в процесі роботи навколо неї. Колона разом із гідромоніторною системою 7 поступово вилучається зі свердловини зі швидкістю, що відповідає швидкості просування фронту руйнування породи. У результаті руйнування породи утворюється гідросуміш.

Гравітаційне розділення гідросуміші у виробці на деякій відстані за зоною руйнування призводить до її розшарування на осад 2 із породи і води у міжгранулярному просторі, газову шапку З із частини флотаційного агента та шар цільового продукту - суміш природного бітуму чи високов'язкої нафти, розчинника (за умови його застосування), води, глинистої фракції породи і флотаційного агента.

Цільовий продукт (потік ІП) із виробки відбирається через свердловину 8. Його відбір здійснюється газліфтним способом де газовою фазою є частина флотаційного агента. Далі він розділяється на компоненти: бітум (високов'язку нафту), воду, розчинник (за умови застосування), породу, флотаційний агент.

Після цього бітум (високов'язка нафта) направляється на подальшу підготовку і переробку, порода закачується у відпрацьовану виробку, а вода, флотаційний агент і розчинник - повертаються в процес.

Тиск у виробці 1 буде незначним і перевищуватиме гідростатичний лише на величину, необхідну для організації процесу газліфту гідросуміші. Тому прорив пульпи на поверхню виключається. У зв'язку з цим не буде обмежень стосовно характеристик породи в покрівлі продуктивного пласта.

Виходячи із процесів, які відбуватимуться у виробці, коефіцієнт вилучення бітуму за даною технологією може конкурувати із кар'єрним способом. Спосіб дозволить без ускладнень здійснювати видобування бітуму (високов'язкої нафти) на місці залягання на будь-якій глибині, починаючи з мінімальної.

Джерела інформації: 1. Пател С. Канадские битуминозньюе пески: благоприятнье возможности, технологии и проблемь // Нефтегазовне технологии. - 2007. - Вьіп. 6. - С. 87-93. 2. ОЇЇ Запах Тесппоіоду Коаатар, р. 20. 3. Мингарееєв Р. Ш., Тучков И. И. Зксплуатация месторождений битумов и горючих сланцев. - М: Недра, 1980. - 572 с. 4. Сапада ОЇЇ Запах, Орропипцевз апа СпаПепде5 ю 2015, Ап Епегду МаїКеї Аз5еззтепі,

Мау 2004, Маїопа! Епегуу Воага, Сапада, р. 108. 5. Вгідд5 Р.уУ., Вагоп Р.А., ЕшІеуіоме В.У. ОемеІортепі ої Неаму-ОЇї! Везегмоїї5 // доитаї ої

Реїгоїєит Тесппоіоду. 1988. Рергиаг. Р. 206-214. б. Скважинная гидродобьмча полезньїх ископаемьх: Учеб. Пособие / В.Ж. Арене, А.Д.

Бабичев, А.Д. Башкатов, О.М. Гридин, А.С. Хрулев, Г.Х. Хчеян - М.: Горная книга, 2007. - 295 с. 7. Патент України на винахід Мо 109336. Спосіб розробки морських газогідратних покладів /

Педченко /Л.0О., Педченко Н.М., Педченко М.М.; опубл. 10. 08. 2015; Бюл. Мо 15, 2015 р.-7 с.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

   Спосіб видобування природних бітумів і високов'язкої нафти, який включає: розкриття продуктивного пласта на максимальну протяжність горизонтальними свердловинами; дезінтеграцію породи продуктивного пласта, починаючи від вибою свердловини, шляхом механічного подрібнення у результаті дії струменів робочої рідини високого тиску за допомогою Зо гідромоніторного пристрою, штанги з насадками якого в робочому положенні подовжуються, займають перпендикулярне до осі свердловини положення та, обертаючись навколо неї, рухаються вздовж до контакту з фронтом дезінтеграції; утворення із подрібненої породи і робочої рідини гідросуміші, від якої на деякій відстані за робочою зоною з активним перемішуванням, унаслідок гравітаційного розділення, відділяється частина породи, у результаті чого гідросуміш збагачується на цільовий продукт; вилучення попередньо збагаченої гідросуміші із виробки і її розділення на робочу рідину, яка під тиском подається на гідромонітори, цільовий продукт і залишок породи, який відрізняється тим, що дезінтеграція породи продуктивного пласта здійснюється струменями підігрітої робочої рідини високого тиску, до складу якої входять вода, флотаційний агент та розчинник бітуму і високов'язкої нафти, при цьому флотаційний агент за термобаричних умов лінії подачі робочої рідини і до зрізу насадок гідромоніторів перебуває у конденсованому стані, а у виробці - випаровується, після чого його частина у вигляді бульбашок прикріплюється до крапель бітуму чи високов'язкої нафти, а решта накопичується в склепінні виробки, крім того, інтенсивність дезінтеграції породи продуктивного пласта підвищується за рахунок абразивної дії уламків породи, які потрапляють до гідромоніторних струменів у результаті захоплення ними частини гідросуміші в інтервалі від зрізу насадки до фронту руйнування, при цьому відділення природного бітуму і високов'язкої нафти від породи здійснюється у результаті зниження їх в'язкості унаслідок підвищення температури за рахунок теплової енергії, привнесеної у виробку з попередньо підігрітою робочою рідиною, і розчинення розчинником, який входить в склад робочої рідини, у той же час, у результаті гравітаційного розділення гідросуміш розділяється на шар осаду із суміші породи і води у міжгранулярному просторі, шар парів флотаційного агента та шар цільового продукту між ними - суміші природного бітуму чи високов'язкої нафти, розчинника, води, глинистої фракції породи і флотаційного агента, при цьому відбір цільового продукту із виробки здійснюється газліртним способом за рахунок надлишкового тиску, створеного робочою рідиною |і газифікованим флотаційним агентом.