Б.М.Курочкин Технологии добычи природных битумов термогравитационным способом

Технологии

ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ ПРИРОДНЫХ БИТУМОВ ТЕРМОГРАВИТАЦИОННЫМ СПОСОБОМ

Б.М. Курочкин, к.т.н., зав. лабораторией ВНИИБТ

В последние годы страны, добывающие нефть, определились в своих запасах этого минерального сырья. Дальнейшее развитие нефтедобывающей отрасли сейчас связывают с добычей природного битума (ПБ) [1]. Развитие технологий его добычи становится в отрасли стратегическим направлением на ближайшее время.

Ранее добычу ПБ вели только на месторождениях, где он располагался близко от поверхности. Добывался ПБ в виде слаботекучих и полутвердых масс. Поэтому вопрос о создании разных технологий добычи ПБ в зависимости от его физических свойств, условий залегания не ставился. Способ его добычи оставался очень дорогостоящим [1, 2].

Анализ применяющихся технологий показывает, что на современном уровне они могут существенно меняться. С применением гидромониторов высокого давления возможны следующие способы добычи ПБ:

1. Добыча рыхлого, несцементированного ПБ с использованием гидромониторных устройств с насадками, через которые прокачивается под давлением жидкость — теплоноситель (вода, растворы и т.п.). Предварительно разрушив породу, она доставляется за счет всасывания от эжекторов на поверхность. Технология применима на глубинах до 50 — 100 м.

2. Добыча рыхлого несцементированного ПБ с глубин более 100 м может вестись с установкой на некоторой глубине от поверхности дополнительного погружного насоса для преодоления сопротивления подачи пульпы на поверхность от гидромониторов.

3. Третья технологическая схема добычи вполне применима, когда ПБ располагается отдельными линзами внутри каркаса из плотных пород и сам ПБ представляет собой плотную массу.

По этой схеме добыча ПБ в линзах ведется способом намыва с использованием гидромониторов для размыва битума струями горячей воды или подогретых эмульсионных растворов или другими видами растворов с подачей пульпы (гидросмеси) на поверхность. Для этого в каркасе пород битумных отложений бурится целый ряд открытых стволов в виде ярусов, соединенных одним вертикальным стволом.

Предлагаемые технологические схемы обусловлены прежде всего необходимостью поиска наиболее эффективных и экономически выгодных способов добычи ПБ технологий, которые бы сочетали высокотехнологичные современные решения с известными стандартными простыми в использовании.

Способ намыва ПБ применим на таких месторождениях, как Ашальчинское, Мордово-Карамальское и др., содержащих основные запасы природных битумов (ПБ) в купольных зонах, сложенных рыхлыми и слабосцементированными песчаниками Шешминского горизонта.

По данным ТатНИПИнефть и КГУ, подвижная часть ПБ в куполе может достигать 60 — 75%, остальная — обладает некоторой прочностью и требует предварительного разрушения.

Данные исследований прочностных характеристик приведены в табл.

Табл. 1. Параметры битумонасыщенных пород

В ситуации, когда большая часть ПБ представлена малопрочной нефтенасыщенной породой, добыча его из пласта, сложенного из рыхлого несцементированного ПБ может экономично и эффективно осуществляться с применением соединенного с бурильной колонной эжектора, имеющего центральную или кольцевую насадку и полость, в которую подается теплоноситель, обеспечивающий размыв и транспортировку битумной пульпы на поверхность, а при добыче пласта, сложенного из крупноразмерного песка, насыщенного битумом, применяется гидромониторная система, включающая две концентрично расположенные трубы, нижняя часть которых выполнена с прорезями, при этом теплоноситель направляется в межтрубное пространство, а битумная пульпа поднимается по внутренней трубе системы.

Добыча битума способом намыва отличается своей технологией и применяемыми эжекторными устройствами в зависимости от прочности породы.

При добыче из пласта, сложенного из рыхлого несцементированного природного битума (ПБ), может применяться компоновка, включающая бурильную колонну с раструбом на конце, при этом внутри ее или снаружи размещена колонна для подачи теплоносителя, на конце которой установлена гидромониторная насадка. На рис. 1а и 1б приведены технологические схемы намыва ПБ при расположении колонны с теплоносителем параллельно бурильной колонне и соответственно снаружи бурильной колонны и внутри ее. При добыче ПБ в колонну для теплоносителя подается горячая вода или солевой раствор, создается круговая циркуляция. Благодаря раструбу и гидромониторной насадке под воздействием теплоносителя рыхлый несцементированный ПБ на забое разрушается и вместе с теплоносителем транспортируется на поверхность.

Добыча ПБ довольно дорогостоящий процесс и поэтому его добыча должна вестись по наиболее экономической технологии. При расположении ПБ близко к поверхности в непрерывной подаче теплоносителя с высокой температурой нет необходимости. В этом случае технологическая схема с применением колонны для теплоносителя параллельно бурильной колонне может применяться периодически. Она может опускаться к забою по мере технологической необходимости. Когда же ПБ расположен на глубине 30 м и более, рекомендуется применять теплоноситель с высокой температурой. Чтобы ограничить снижение температуры теплоносителя до поступления на забой, логично его доставлять внутри бурильной колонны. По такой схеме будет происходить подогрев ПБ, движущегося к поверхности, а также уменьшится понижение температуры теплоносителя, движущегося к забою. Процесс добычи ПБ по такой схеме экономически оправдан.

При добыче из пласта, сложенного из рыхлого, с включением сцементированных отдельных частиц природного битума, применяется компоновка, состоящая из бурильной колонны с эжекторным устройством, имеющим корпус с зубцами, центральные насадки и полость, в которую подается теплоноситель, обеспечивающий размыв и транспортировку битумной пульпы на поверхность. На рис. 2 отображен процесс добычи битума с использованием эжекторного устройства. Сначала в скважине восстанавливается круговая циркуляция теплоносителя. Затем компоновка допускается до забоя и начинается его разрушение при непрерывном вращении бурильной колонны. В процессе ее вращения теплоноситель через эжекторное устройство попадает к центральным насадкам. Насадки совместно с зубцами, размещенными на корпусе эжекторного устройства, разрушают ПБ, через боковые окна проникающий в полость, в которой под воздействием струи теплоносителя из центральной насадки увлекается потоком жидкости в колонну для транспортировки пульпы и далее на поверхность.

При добыче из пласта, сложенного из крупноразмерного песка, гальки, насыщенного битума, применяется гидромониторная система, включающая две концентрично расположенные трубы, нижняя часть которых выполнена с прорезями и раструбом, имеющего вид фрезы. Через прорези часть теплоносителя направляется к забою, а другая часть, формируя сосредоточенный в жидкости крупноразмерный ПБ в равномерную пульпу, поднимается по внутренней трубе. Причем гидромониторная система представлена не менее чем четырьмя насадками, расположенными по кольцу. Необходимость применения такой гидромониторной системы определяется трудностью равномерной подачи ПБ с крупноразмерным песком и галькой во внутреннюю трубу, избежав их скопления на входе и тем самым закупоривая колонны для транспортировки ПБ на поверхность. Особенно это важно, когда ПБ добывается с помощью горизонтальных скважин.

На рис. 3, 4 представлены общая схема расположения в горизонтальном стволе гидромониторной системы и схематичное изображение низа компоновки для добычи ПБ с крупноразмерным песком и галькой.

Добыча ПБ осуществляется следующим образом. Компоновка спускается в скважину к забою. Восстанавливается круговая циркуляция теплоносителя. ПБ будучи разрушенным при вращении компоновки под воздействием гидромониторов, направляется во вход внутренней трубы. Благодаря мониторам, установленным во внутренней трубе, происходит перемешивание крупных частиц, создается равномерный поток пульпы с рассредоточенными частицами крупноразмерного песка, гальки и конгломератов ПБ.

При добыче битума из пласта, скелет которого представлен плотными проницаемыми породами, применяется компоновка, включающая бурильную колонну, на конце ее установлен электробур с насосом, при этом внутри или снаружи размещена колонна для подачи теплоносителя. На конце колонны установлена гидромониторная насадка. Месторождения с ПБ располагаются в различных по прочности породах, в том числе в трещиноватых карбонатах. Когда ПБ находится на небольшой глубине, то целесообразно применять технологическую схему с наружным расположением колонны для подачи теплоносителя (рис. 5а), при этом во время закачивания теплоносителя может быть осуществлен подъем колонны из скважины, такая необходимость возникает в связи с осложнениями в скважине в виде затяжек компоновки при спускоподъемных операциях и т.п.

При больших глубинах расположения ПБ подвод теплоносителя целесообразно осуществлять по внутреннему пространству бурильной колонны (рис. 5б). Работа компоновок с электробуром и насосом проводится в следующей последовательности. В скважину спускается компоновка с электробуром и насосом, восстанавливается круговая циркуляция. Электробур с долотом включаются в работу. Разрушаемая долотом порода с ПБ поступает в полый вал электробура под воздействием закачиваемого теплоносителя и всасывания насоса, соединенного с электромотором электробура. Под избыточным давлением насоса ПБ подается на поверхность.

В случаях, когда система разработки месторождения предусматривает бурение горизонтальных скважин с большим отходом от устья, при которых резко возрастают гидравлические сопротивления подачи ПБ на поверхность, в бурильную колонну встраиваются дополнительный электронасос, который располагают в вертикальной части ствола, и подогреватель движущейся пульпы (рис. 6).

На рис. 7 представлена компоновка для добычи ПБ из битуминозного пласта большой мощности. Она применялась как при бурении основного ствола, пересекающего продуктивный пласт на всю мощность, так и при проводке горизонтальных стволов — накопителей.

В конечном виде продуктивная толща ПБ большой мощности может быть представлена в виде отдельных ярусов, выполненных горизонтальными стволами (рис. 8). Добыча ПБ при такой пространственной схеме разработки может вестись непрерывно, перемещая компоновку с теплоносителем непосредственно из одного яруса в другой, не минуя в них каждый горизонтальный ствол.

Современные электробуры, телесистемы для управления направлением спуска компоновки для размыва ПБ или бурения в породах с прочным каркасом делает вполне реальным применение представленной технологии.

Выводы

На некоторых месторождениях битума в куполе находится до 60 — 75% подвижной его части в виде рыхлых и слабосцементированных песчаников, учитывая это, добычу его экономически выгоднее вести способом намыва с закачкой теплоносителей с помощью гидромониторов, обеспечивающих полное разрушение породы с битумом.

Предложенные технологические схемы добычи ПБ и «сверхтяжелых» нефтей могут быть применены и к существующим технологиям, т.к. в основе лежит один и тот термогравитационный метод вытеснения их из терригенных и карбонатных пород.

Создание объемной структуры из открытых стволов в карбонатных породах до начала разработки пласта с ПБ или уже в процессе разработки может оказаться наиболее эффективным способом добычи ПБ благодаря искусственной системе его притока к скважине — накопителю.

Литература

1. А.Н. Шандрыгин, М.Т. Нухаев, В.В. Тертычный. Разработка залежей тяжелой нефти и природного битума методом парогравитационного дренажа // НТС Нефтяное хозяйство. №6. 2006 г.

2. В.П. Табаков, Е.И. Гуров. Термошахтный метод разработки нефтяных и битумных залежей // НТС Нефтяное хозяйство. №3. 1993 г.