RU2844005C1 - Способ добычи углеводородов из буровых скважин и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к способу добычи углеводородов из буровых скважин и устройству для его осуществления. Техническим результатом является повышение эффективности добычи углеводородов из буровых скважин. Способ включает подачу внутрь скважины под давлением газообразного рабочего агента. В качестве рабочего агента используют часть попутных углеводородных газов, нагнетаемых компрессором под давлением в систему его замкнутой циркуляции. Система состоит из опущенной в ствол скважины колонны труб, подающей рабочий агент в двухступенчатый реверсивно-кумулятивный головной рабочий орган эрлифта, выполненный с возможностью формировать посредством двух пар прочных равновеликих тонкостенных усеченных воронок, поочередно вложенных друг в друга с кольцевым щелевым зазором толщиной не более 8 мм. Тандем из двух восходящих сфокусированных кумулятивных струй, поочередно захватывающих весь материал, находящийся под головным рабочим органом эрлифта, и формирующих в промежуточной камере между верхней и нижней ступенями эрлифта вихревой циклон, который посредством центробежных сил разделяет поднимаемое газонасыщенное жидкое вещество на фракции разной плотности, концентрирует легкие фракции на оси фильтра в форме бочкообразного веретена. Веретено состоит из нескольких слоев волнообразных витков тонкой нержавеющей проволоки, обернутой вокруг перфорированной трубы или пучка стержней с винтовым острием, и отбрасывает тяжелые фракции на периферию к сквозным радиально расположенным отверстиям в стенке центральной части корпуса головного органа эрлифта. Жерло первой ступени эрлифта, защищенное внизу поперечным сетчатым фильтром, препятствующим входу абразивных рыхлых и крупнообломочных материалов, располагают в стволе скважины, изолированном от контакта с атмосферой, выше зафиксированной в ней границы контакта нефти и подземных вод с соблюдением условия, чтобы башмак сплошной обсадной колонны труб был поставлен и снаружи загерметизирован в кровле нефтяного коллектора. Из доставленного по межтрубному пространству скважины к ее устью продукта сперва отбирают необходимое количество газа для возобновления и поддержания в норме циркуляционного цикла компрессором, восполняющим истраченные энергетические ресурсы, а все остальное, как конечный результат добычи, направляется к потребителям или на складское хранение. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Группа изобретений относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использована для добычи углеводородов из буровых скважин с разными геолого-техническими условиями режимов их эксплуатации, преимущественно на истощенных и/или нерентабельных месторождениях нефти.

Известно великое множество средств, устройств и способов для извлечения природных полезных ископаемых из земных недр на цели их дальнейшего использования в народном хозяйстве в качестве энергоносителей и/или сырья для нефтехимической промышленности, к числу которых принадлежит, как альтернатива, и это инновационное техническое решение, несомненно относящееся по уровню новизны всей совокупности своих существенных отличительных признаков и наличию в них явного изобретательского замысла к разряду прогрессивных закрывающих технологий, весьма далеких от известных и повсеместно применяемых на практике своих аналогов и прототипов. В качестве примера, свидетельствующего о достоверности написанного выше, можно упомянуть самый свежий на дату подачи настоящей заявки «Способ скважинной добычи нефти» по патенту РФ №2812819, СПК F04F 1/00, Е21В 43/00 от 07.08.2023 г., в котором задействован газлифт, колонна насосно-компрессорных труб и мало известный науке «жидкий поршень», а также «Способ эксплуатации обводненной газовой или газоконденсатной скважины» по патенту РФ №2708430, СПК Е21В 43/00 от 24.12.2018 г., в котором используется кроме штатной обсадной колонны труб еще целых две лифтовых колонны труб, каскад из нескольких диспергаторов в виде колец с конусообразной поверхностью и сепаратор, функционирующий на земной поверхности. Известны также «Способ подъема неоднородной многофазной продукции из скважины и устройство для его осуществления» по патенту РФ №2683463, СПК Е21В 43/00, F04F 5/54, F04D 15/00 от 28.06.2018 г., в реализации которого участвуют струйные аппараты, газосепараторы, камеры смешения, перепускные трубопроводы и насосно-компрессорные трубы, и неприметно скромный «Эрлифт» по патенту РФ №2746516, МПК F04F 1/18, Е21В 43/00 от 14.05.2020 г., в котором «очень глубоко запрятаны» удивительные достоинства реверсивно-кумулятивного эффекта и достоверные факты того, что скорость звука в газоводяной смеси примерно равна 10 м/сек (см. труды и патенты на изобретения д.т.н. Фисенко В.В.). Искусственно объединив эти два изобретения в одно, поставив «Способ…», например, первой ступенью под «Эрлифтом» или наоборот и разделив их друг от друга промежуточной камерой, можно получить что-то похожее на прототип со всеми его достоинствами и недостатками, описать и критически проанализировать весь спектр которых без проведения специальных опытных работ и многолетних исследований просто нереально, заведомо зная, что это будет всего лишь жалкая пародия на заявленное техническое решение, действительно открывающее широкие горизонты и оперативный простор для поиска и нахождения правильных вариантов проектирования оптимальных и высокоэффективных режимов эксплуатации разведанных запасов нефтегазовых месторождений.

Целью настоящей группы изобретений является радикальное снижение себестоимости затрат и расходов на извлечение углеводородов из земных недр очень малым набором средств одновременно с желаемой их модификацией в полуфабрикаты и/или конечные продукты, имеющие актуально востребованный потребительский спрос.

Способ добычи углеводородов состоит в подаче по колонне стандартных труб, используемых в системах водоснабжения, или по классическим насосно-компрессорных трубам (НКТ) от компрессора сжатого газообразного рабочего агента, состоящего предпочтительно из легких фракций попутного газа, в опущенный на глубину до нижней границы контакта нефти с водой двухступенчатый реверсивно-кумулятивный головной рабочий орган эрлифта (ДРКГРОЭ), который сперва порциями глотает и захватывает на подъем все содержимое, находящееся в стволе буровой скважины под защитой обсадной колонны труб с башмаком в кровле нефтяной залежи, а затем под воздействием тандема из двух, реверсивно вывернутых зеркально вверх остро сфокусированных кумулятивных струй рабочего агента, непрерывно и одновременно работающего мощным толкателем и самым надежным обратным клапаном, полностью исключающим возврат принятого внутрь материала, поднимает двухфазную смесь углеводородов в виде эмульсии и/или взлохмаченной газонасыщенной пены из разорванных в клочья высокомолекулярных полимерных соединений атомов водорода с атомами углерода к устью скважины, где и завершается доставка результатов работы ДРКГРОЭ к целям их назначения, но прежде из добытого материала изымается рабочий агент, который после восполнения потерь и израсходованных энергетических ресурсов возвращается компрессором в систему своей замкнутой циркуляции на дальнейшее многократное использование, а остальное отправляется потребителям или на складское хранение.

Устройство для осуществления описанного способа добычи углеводородов состоит из наземного оборудования, включающего контрольно-измерительные приборы (датчики давления и расходомеры), сеть трубопроводов с запорной и распределительной арматурой, компрессор и/или источник пополнения энергии рабочего агента, и подземного, находящегося в статическом, жестко зафиксированном, состоянии, полностью исключающем необходимость какого-либо вращения или смещения вверх-вниз и состоящего всего лишь из одной колонны обычных стальных водопроводных труб или НКТ с ДРКГРОЭ на своем нижнем торце при наличии в скважине монолитной водонепроницаемой обсадной колонны труб с башмаком в кровле нефтяной залежи.

На фиг. 1 изображен схематично в разрезе без соблюдения пропорций, без уточнения и детализации особенностей мест дислокации сквозных отверстий и осей каналов, без указания мест нахождения наземных органов управления и контроля двухступенчатый реверсивно-кумулятивный головной рабочий орган эрлифта.

Способ добычи углеводородов из буровых скважин, гарантирующий успешное достижение целей своей реализации при промышленном использовании, начинается с последовательного выполнения целого ряда технических операций:

1. По материалам обследования технического состояния оконченной строительством буровой скважины или выведенной по разным причинам из эксплуатации определяется, исходя из глубин местонахождения контактов атмосферного воздуха с нефтью и нефти с водой, место установки ДРКГРОЭ, после чего организуется монтаж и обвязка трубопроводами с распределяющей и запорной арматурой всего оборудования, смонтированного на поверхности и внутри скважины (см. фиг. 1), и выбирается оптимальный и/или максимально допустимый рабочий режим, исключающий поступление в ствол скважины подземных вод и целиком зависящий от мощности и производительности компрессора, а также от геометрических характеристик структурных элементов ДРКГРОЭ.

2. После проверки работоспособности и исправности всех элементов замкнутой циркуляционной системы компрессором в центральную колонну труб подается в качестве рабочего агента обычный атмосферный воздух, если рядом поблизости нет хранилища попутного газа, который нагнетается в ДРКГРОЭ и далее распределяется по его внутренним каналам, проложенным в корпусе, к местам своего целевого использования для формирования тандема из двух восходящих сфокусированных кумулятивных струй, рвущих в эпицентрах своих фокусов на сверхзвуковой скорости устоявшиеся за миллионы лет межмолекулярные связи атомов водорода и углерода в процессе их прохождения через каждую ступень ДРКГРОЭ и поднимающие к устью скважины результаты своей работы.

3. Учитывая, что ствол скважины ниже башмака обсадной колонны никогда не бывает стерильно чистым и потому кроме извлекаемого полезного продукта всегда имеет еще разные примеси в виде песка, дресвы и мелкого щебня, на нижнем торце ДРКГРОЭ настоятельно рекомендуется устанавливать поперечный сетчатый фильтр (32) с емкостью (24) для сбора каменного материала, если сброс его на забой скважины под воздействием сил земного притяжения крайне нежелателен.

4. Кроме того, принимая во внимание, что исходный флюид углеводородов по своей вязкости и консистенции не всегда однороден и варьирует в широком диапазоне, в стенке корпуса ДРКГРОЭ между двумя его ступенями на уровне верхнего раструба первой ступени размещают по периметру радиально лучисто галерею сквозных отверстий для удаления на сброс тяжелых высокомолекулярных ароматических фракций нефти, которым не удалось протиснуться сквозь поровое пространство трубчатого бочкообразного веретена с винтообразным острием, создающим мощный вихревой центробежный циклон, функционирующий в режиме сепаратора, отбрасывающего поднятые с забоя тяжелые фракции углеводородов на периферию к распахнутым сквозным отверстиям в корпусе. Эта процедура может автоматически циклично повторяться многократно до тех пор, пока парафины, мазут или битумы, методично истираясь и деформируясь, окончательно не превратятся в тонкодисперсную коллоидную суспензию, эмульсию или гель.

5. Далее вся жидкость и газы, преодолевшие первую ступень, стараниями второй ступени ДРКГРОЭ в сопровождении с имеющимися материалами, успешно прошедшими фильтрационное сопротивление веретена, отправляются наверх к устью скважины, где из них сперва отбирается рабочий агент на восполнение запаса истраченной энергии, а затем остальные полученные результаты добычи отправляются по отводному каналу (33) потребителям в их персональные накопительные емкости.

Инновационное устройство для осуществления заявленного способа добычи углеводородов их буровых скважин имеет множество вариантов, зависящих от реальных пластовых давлений и других особенностей геолого-технических и гидродинамических характеристик эксплуатируемых месторождений, поэтому ниже описан только основной вариант (см. фиг. 1).

ДРКГРОЭ, являющийся самым главным средством реализации успешного достижения целей данного способа добычи углеводородов, состоит из цилиндрического корпуса (1), стенки которого пронизаны двумя группировкам продольно осевых каналов (2 и 3) с L-образными выходами внутрь полостей (4 и 5) каждой его ступени. Полость корпуса (1) ДРКГРОЭ условно поделена на три операционные участка (6, 7 и 8), в которых размещены две пары прочных тонкостенных равновеликих усеченных воронок (9, 10 и 11, 12), вложенных одна в другую с регламентированными кольцевыми щелевыми зазорами (13 и 14) толщиной в пределах, например, от 2 до 8 мм и попарно удаленных на дистанцию, примерно равную 5-8 диаметрам корпуса (1) с образованием промежуточной камеры (15). Широкие раструбы вложенных воронок (9 и 11) прочно и герметично закреплены на внутренней стенке корпуса (1), а находящиеся над ними воронки (10 и 12) своими узкими горловинами герметично состыкованы с нижними торцами цилиндрических труб (16 и 17), которые выполняют роли смесительных камер. Верхние торцы труб (16 и 17) герметично пристыкованы к нижним торцам конусообразных диффузоров (18 и 19), широкий раструб которых также прочно и герметично закреплен на внутренней стенке корпуса (1). В жерло воронки (11) вставлен и герметично закреплен там торец бочкообразного веретена (20) из нескольких слоев тонкой проволоки, например, из нержавеющей стали, волнообразными витками закрученной на перфорированную сквозными отверстиями трубу (21) или пучок стержней, нижняя часть которого выполнена в стиле винтообразного острия (22) копья, встречающего в лоб весь пришедший к нему на сверхзвуковой скорости из эпицентра трубы (16) материал и под воздействием рождаемых острием (22) центробежных сил отбрасывающего малую часть его на периферию к внутренней стенке корпуса (1) и к сквозным отверстиям (23), через которые непрошедшие сквозь открытую пористость веретена (20) крупногабаритные фракции принятого на подъем вещества сбрасываются вниз и опускаются на дно скважины или в специальную емкость (24), а успешно прошедшие веретено (20) углеводороды турбулентно смешиваются с рабочим агентом, поступающим из кольцевого щелевого зазора (14) между воронками (11 и 12), и через сквозные отверстия (26) в куполе ДРКГРОЭ (25) поднимаются по межтрубному пространству (28) к устью скважины (29), оснащенному всем необходимым вспомогательным технологическим оборудованием, веером распределяющим транспортные потоки по указанным им адресатам (на чертеже таковые не показаны по причине своей несущественности). В заключение описания способа и устройства особо надо отметить, что корпус (1) обязательно должен быть выполнен разборным, хотя бы как минимум на три части, для предоставления возможности проведения профилактики, сервисного обслуживания и ремонта своих интенсивно изнашиваемых структурных элементов.

Алгоритм работы способа и устройства для его осуществления такой: рабочий агент, сжатый мощью компрессором (30) до требуемого состояния его упругой энергии и скорости расхода, по колонне труб (31) закачивается внутрь корпуса (1) ДРКГРОЭ для выполнения в стволе скважины целого букета операций, векторно устремленных вверх обеспечивающими захват исходного материала, его полную или частичную дезинтеграцию в эпицентрах двух сфокусированных сверхзвуковых кумулятивных потоков, тандемом рвущих в клочья молекулярные связи атомов водорода и углерода до состояния пены, геля и/или эмульсии, которая под большим давлением восходящей струи выталкивается по межтрубному пространству (28) наверх к устью скважины (29) для своего целевого использования по назначению после выхода из канала (33).

В верхней рабочей зоне скважины, расположенной выше ДРКГРОЭ между ее устьем (29) и куполом (25) ДРКГРОЭ, в процессе низкоскоростной, близкой к ламинарному режиму, транспортировки турбулентной смеси углеводородов по межтрубному пространству (28), исполняющему роль ресивера-отстойника, происходит вялое, но генетически естественное, частичное самовосстановление надломанных полимерных цепочек, начиная с реанимации наиболее крепких межмолекулярных связей, что позволяет моделировать структуру и свойства желаемого конечного продукта в широком диапазоне от метана до бензина и дизельного масла, что является предметом ноу-хау автора и далеко выходит за рамки описанного способа и устройства. Можно лишь добавить к написанному, что прекратив на конкретно определенное время отбор поднятых из скважины углеводородов без остановки работы компрессора, обеспечивающего круговую замкнутую циркуляцию рабочего агента и рождающего тандем из двух мощных восходящих сфокусированных кумулятивных потоков, можно отмодифицировать с участием катализаторов и специальных присадок практически любую исходную жидкую нефть до метана и/или пропана или любого другого состояния, отвечающего интересам потребителей и безопасной доставке на заводы нефтехимической промышленности, потому что наличие высокого давления у рабочего агента и добываемых углеводородных продуктов в стволе скважины намертво блокирует поступление подземных вод из-под нефтяной залежи, если обсадная колонна труб не имеет свищей и пробоин.

Claims (2)

1. Способ добычи углеводородов из буровых скважин, основанный на подаче внутрь скважины под давлением газообразного рабочего агента для создания подъемной силы, доставляющей на дневную поверхность все жидкие фракции нефти и попутный газ, поступающие в ее ствол из продуктивной залежи при их откачке, отличающийся тем, что в качестве рабочего агента используют часть попутных углеводородных газов, нагнетаемых компрессором под давлением в систему его замкнутой циркуляции, состоящей из опущенной в ствол скважины колонны труб, подающей рабочий агент в двухступенчатый реверсивно-кумулятивный головной рабочий орган эрлифта, выполненный с возможностью формировать посредством двух пар прочных равновеликих тонкостенных усеченных воронок, поочередно вложенных друг в друга с кольцевым щелевым зазором толщиной не более 8 мм, тандем из двух восходящих сфокусированных кумулятивных струй, поочередно захватывающих весь материал, находящийся под головным рабочим органом эрлифта, и формирующих в промежуточной камере между верхней и нижней ступенями эрлифта вихревой циклон, который посредством центробежных сил разделяет поднимаемое газонасыщенное жидкое вещество на фракции разной плотности, концентрирует легкие фракции на оси фильтра в форме бочкообразного веретена, состоящего из нескольких слоев волнообразных витков тонкой нержавеющей проволоки, обернутой вокруг перфорированной трубы или пучка стержней с винтовым острием, и отбрасывает тяжелые фракции на периферию к сквозным радиально расположенным отверстиям в стенке центральной части корпуса головного органа эрлифта, при этом жерло первой ступени эрлифта, защищенное внизу поперечным сетчатым фильтром, препятствующим входу абразивных рыхлых и крупнообломочных материалов, располагают в стволе скважины, изолированном от контакта с атмосферой, выше зафиксированной в ней границы контакта нефти и подземных вод с соблюдением условия, чтобы башмак сплошной обсадной колонны труб был поставлен и снаружи загерметизирован в кровле нефтяного коллектора, а из доставленного по межтрубному пространству скважины к ее устью продукта сперва отбирают необходимое количество газа для возобновления и поддержания в норме циркуляционного цикла компрессором, восполняющим истраченные энергетические ресурсы, а все остальное, как конечный результат добычи, направляется к потребителям или на складское хранение.

2. Устройство для осуществления способа добычи углеводородов из буровых скважин, состоящее из наземного компрессорного оборудования, накопительных емкостей и сетей трубопроводов с вентилями и задвижками, распределяющими транспортируемые продукты по своему назначению, и подземного, состоящего из опущенной в скважину колонны труб, питающей головной рабочий орган эрлифта, отличающееся тем, что в стенке корпуса головного рабочего органа эрлифта выполнено две группы продольно осевых каналов с L-образными выходами в торцы щелевых кольцевых зазоров толщиной от 2 до 8 мм, сформированных в каждой паре равновеликих тонкостенных усеченных воронок посредством их коаксиального вложения одна в другую удаленными на дистанцию, примерно равную 5-8 диаметрам корпуса с образованием промежуточной камеры, разделяющей головной рабочий орган эрлифта на две последовательные ступени подачи рабочего агента, при этом широкие раструбы вложенных воронок каждой ступени герметично закреплены на внутренней стенке корпуса, в жерло верхней воронки второй ступени вставлен фильтр с винтообразным острием, выполненный в форме веретена из волнообразно намотанных витков проволоки, в стенке корпуса на участке промежуточной камеры выполнена серия сквозных отверстий для выхода и сброса тяжелых фракций, на торце верхней воронки первой ступени герметично закреплена горловина диффузора, который своим широким раструбом герметично состыкован с внутренней стенкой корпуса в нижней части промежуточной камеры, а купол головного рабочего органа эрлифта оборудован сетью сквозных отверстий для свободного выхода наверх всех принятых на подъем продуктов.