Файл: Методические указания по самостоятельной работе Составитель Заливин Владимир Григорьевич.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 162
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
63
На основании лабораторных исследований можно рекомендовать для до- вытеснения нефти из прогретого пласта Ярегского месторождения на поздней стадии теплового воздействия использование растворов нитрита натрия или уг- леаммонийной соли концентрацией до 2%.
Результаты исследований процесса гидродинамического вытеснения нефти на модели пласта пермокарбоновой залежи Усинского месторождения показали, что наибольший эффект достигается при использовании в качестве вытесняющего агента 1%-го раствора углеаммиакатов (табл. 5.1).
В этом случае коэффициент вытеснения нефти при Т = 100°С достигает
54,5%. Подобный эффект будет наблюдаться и при закачке в пласт карбамида, так как он является основной составляющей углеаммиакатов. Важно отметить, что применение углеаммиакатов при холодном заводнении (при температуре
25°С) позволяет повысить коэффициент вытеснения нефти на пермокарбоновой залежи Усинского месторождения на 10-15 пунктов (см. табл. 5.2). В связи с этим можно рекомендовать закачку 1%-го раствора углеаммиакатов (либо кар- бамида) на участках, разрабатываемых на естественном упруговодонапорном режиме.
Таблица 5.2 – Влияние добавок химреагентов на вытеснение нефти из карбона нефтенасыщенных образцов пермокарбоновой залежи Усинского ме- сторождения
№ п/п
Раство р
Температура,
°С
Нефтеотдача,
%
1
Вода
25 19,
0 2
Вода
10 0
46,
0 3
Углеаммиакаты, С* = 2%
25 30,
0 4
Углеаммиакаты, С = 2%
10 0
53,
2 5
Углеаммиакаты, С = 1%
25 39,
0 6
Углеаммиакаты, С = 1%
10 0
54,
5
*) концентрация раствора
Повышение нефтеотдачи при температурах более низких, чем температу- ра разложения химреагентов, связано со снижением поверхностного натяжения, за счёт чего значительно улучшается процесс вытеснения высоковязкой нефти и повышается охват пласта вытеснением.
После окончания опыта температура в модели повышалась до 150°С и определялась эффективностью вытеснения нефти образовавшимся при разло- жении карбамида газом. Таким образом, имитировалась обработка призабой- ных зон пласта теплоносителем и карбамидом. Для предотвращения влияния на нефтеотдачу испарения воды на выходе из модели поддерживалось соответ- ствующее противодавление.
Кривые вытеснения нефти при 25°С растворами карбамида концентраци-
64 ей 0,5 и 10% на модели карбонатной породы Усинского месторождения прони- цаемостью 5 мкм2 (кривые Б и В).
Приведены результаты опыта, в котором на первом этапе нефть вытеснялась раствором карбамида 5%-й концентрации при температуре 100°С, а после окончания процесса вытеснения температура в модели повышалась до 200°С и происходило вытеснение нефти генерируемым в результате разложения карба- мида газом (кривая А).
Из рисунка видно, что при температуре 25°С увеличение концентрации реагента с 0,5 до 10% не даёт заметного эффекта.
При температуре разложения карбамида (150°С) увеличение концентра- ции реагента с 0,5 до 10% приводит к росту нефтеотдачи с 40 до 61%. Анализ газа, добываемого из модели при 150°С, показал, что он в основном представлен диоксидом углерода. При концентрации карбамида 5% (кривая А) достигается почти такая же нефтеотдача, как при концентрации 10%, но при большей тем- пературе (200°С). Если в первом опыте удельный расход химического реагента составил 0,94 т/т, то во втором – 0,23 т/т.
Полученные результаты дают основание рекомендовать применение карба- мида при пароциклических обработках скважин и площадной закачке пара. Закачка раствора карбамида в призабойную зону скважины должна повысить эффектив- ность пароциклических обработок. Вводить в скважину реагент следует после предварительного прогрева призабойной зоны пласта до 150-200°С.
Приведены кривые вытеснения нефти водой с периодическим вводом в пласт оторочки насыщенного раствора карбамида.
Эксперименты проводились по следующей методике: вначале нефть вы- теснялась при температуре 25°С водой до полной обводнённости продукции, затем в пласт вводилась оторочка насыщенного раствора карбамида в размере
0,05-0,07 порового объёма пласта и вытеснение водой продолжалось при той же температуре до полной обводнённости. В дальнейшем температура повышалась до 80°С и вновь после завершения процесса вытеснения нефти вводилась ото- рочка карбамида с последующей закачкой воды. Таким же образом проводился эксперимент при температуре 150°С. Опыт Б проводился на модели с проница- емостью 1,8 мкм2, в опыте А проницаемость модели была 0,3 мкм2.
Ввод оторочки карбамида при температуре 25°С не дал эффекта, при
80°С ввод оторочки привёл к увеличению нефтеотдачи на 10% лишь при про- ницаемости пласта 0,3 мкм2. Значительный рост нефтеотдачи за счёт закачки оторочки карбамида был достигнут при 150°С. В опыте Б прирост нефтеотдачи составил 9%, в опыте 2-30%. Одна из гипотез, объясняющих значительно больший эффект на модели меньшей проницаемости – более рациональное ис- пользование газа при меньшей проницаемости пласта.
Установлено, что после ввода оторочки карбамида наблюдается существен- ный рост давления на входе в модель и появление на выходе стойкой и вязкой во- донефтяной эмульсии. Образование эмульсии происходит в результате взаимодей- ствия гидроокиси аммония с нафтеновыми кислотами нефти с образованием аммо- ниевых солей нафтеновых кислот, которые являются сильными эмульгаторами.
Благодаря этому фактору закачка в неоднородный пласт карбамида будет способ-
65 ствовать увеличению охвата пласта процессом вытеснения.
Ранее отмечалось, что температура разложения углеаммонийной соли со- ставляет свыше 70°С, т. е. можно ожидать такой же эффект, но при значительно меньших температурах, чем в случае применения карбамида.
Это позволяет рекомендовать закачку этого реагента в залежи с пласто- вой температурой свыше 70°С для реализации водогазового воздействия.
Приведены кривые вытеснения нефти водой с периодическим вводом в пласт оторочки насыщенного раствора углеаммонийной соли.
Методика проведения экспериментов состояла в следующем: вначале нефть вытеснялась при температуре 25°С водой до обводнённости 100%, затем в пласт вводилась оторочка насыщенного раствора реагента и продолжался процесс вытеснения при 25°С до полной обводнённости продукции. Затем тем- пература повышалась до 80°С и вновь после обводнения вводилась оторочка реагента с последующей закачкой воды.
Таким же образом проводился эксперимент при температуре 120°С. В опыте А (проницаемость модели 2 мкм2) вытеснение проводилось при темпе- ратуре 25 и 80°С, в опыте Б (проницаемость модели 2,5 мкм2) – 25,80 и 120°С.
Ввод оторочки реагента производился только в опытах А и Б.
В опыте А первая оторочка была введена при температуре 25°С после за- качки одного порового объёма вытесняющего агента, вторая – при 80°С после закачки 2,5 порового объёма. В опыте Б первую оторочку ввели при тех же условиях, что и в опыте А, а вторую оторочку ввели при 120°С после закачки четырёх поровых объёмов вытесняющего агента.
Для сравнения на этом же рисунке приведена кривая вытеснения нефти водой без реагента при тех же температурах (кривая В). В опыте А прирост нефтеотдачи после ввода реагента при 80°С составил 9%. В опыте Б прирост нефтеотдачи при 80°С составил всего 2%, хотя накопленная нефтеотдача при
80°С в обоих опытах превысила 50% и на 20-27% (абс.) больше, чем в базовом опыте (без реагента). Это объясняется тем, что «сработала» первая оторочка ре- агента, введённая при 25°С, а существенный эффект от ввода второй оторочки был получен лишь в опыте А. Прирост нефтеотдачи при 120°С после закачки оторочки реагента в опыте Б составил 5%.
На основании лабораторных исследований по применению азотсодержащих соединений для воздействия на залежи высоковязкой нефти Ярегского и Усин- ского месторождений сделаны следующие выводы:
На основании масштабных лабораторных исследований, выполненных для условий Ярегского и пермокарбоновой залежи Усинского месторождений, были сделаны следующие выводы:
1. При температурах ниже температуры разложения азотсодержащих:
- для условий Ярегского месторождения растворы нитрита натрия или углеаммонийных солей концентрацией до 2% при температуре 70°С и выше. Применение термохимического воздействия на пласт позволяет на
10-15 пунктов повысить коэффициент вытеснения нефти по сравнению с во- дой той же температуры;
- для условий Усинского месторождения растворы углеаммиакатов кон-
66 центрацией 1-2% при температурах 25°С позволяют на 10-20 пунктов повысить коэффициент вытеснения нефти по сравнению с водой.
2. Добавка азотсодержащих химреагентов в закачиваемый теплоноси- тель при температурах более 150°С приводит к их разложению с образованием углекислого газа и щёлочи, что способствует существенному росту нефтеотдачи пласта, ускорению продвижения вытесняющего агента к добывающим скважи- нам.
3. Для повышения эффективности пароциклических обработок скважин рекомендуется до или после ПЦО закачивать в призабойную зону пласта 10%-й раствор карбамида или других азотсодержащих растворов.
Для изучения практического опыта применения азотсодержащих соединений в промысловых условиях в приложении 3 излагается промысловый опыт примене- ния этих соединений на Ярегском месторождении высоковязкой нефти.
1.5.7. Комбинированные технологии теплового воздействия на пласт с за-
качкой
гелеобразующих составов
Для увеличения охвата пласта заводнением или паротепловым воздей- ствием в Институте химии нефти СО РАН в последние годы созданы новые технологии увеличения нефтеотдачи с применением термотропных неоргани- ческих и полимерных гелеобразующих систем, генерирующих гели непосред- ственно в пласте. Предложены термоторопные гелеобразующие системы с раз- личным временем гелеобразования – от нескольких минут до нескольких суток
– в интервале температур 30 ÷ 320°С. Основным компонентом этих систем так- же являются азотсодержащие соединения. Гелеобразующие композиции типа
«ГАЛКА» представляют собой водный раствор карбамида и хлористого алюми- ния. При закачке этих маловязких водных растворов в прогретый пласт (при тем- пературах свыше 100°С) происходит гидролиз карбамида и уменьшение кислот- ности раствора. При достижении порогового значения рН, равного 3,8-4,2, проис- ходит практически мгновенное (во всем объёме композиции) образование вы- соковязкого геля гидроокиси алюминия:
2AlCl3 9H2O 3CO(NH2)2 Al(OH)3 3CO2 6NH3 6HCl.
В поверхностных условиях композиции являются маловязкими водными растворами. Гелеобразование происходит в пластовых условиях при повышен- ных температурах закачиваемого теплоносителя. За счёт тепловой энергии закачи- ваемого теплоносителя карбамид гидролизуется с образованием аммиака и угле- кислого газа, что приводит к постепенному повышению рН раствора, в результа- те чего через определённое время во всем объёме раствора практически мгновенно образуется гель гидроксида алюминия. В ИХН СО РАН и в своё время в Печор- нипинефти были исследованы кинетика гелеобразования, реологические и фильтрационные свойства гелей. Время гелеобразования регулируется температу- рой и соотношением компонентов в составе композиции «ГАЛКА» и может изме- няться от 20-30 мин. до нескольких суток. Вязкость состава «ГАЛКА» при темпе- ратурах 100-250°С составляет 1 500-3 000 мПа · с.
Состав обладает высокой поверхностной активностью, что обеспечивает
67 его хорошие нефтевытесняющие способности.
В процессе лабораторных работ, которые проводились применительно к условиям Усинского месторождения в институте «Печорнипинефть» и Том- ском институте химии нефти, исследовалось время гелеобразования для рас- творов «ГАЛКА», в которых концентрации хлорида алюминия и карбамида находились в пределах 2,0-8,3 и 3,75-30,0% соответственно. Всего было прове- дено 42 опыта при различных температурах (от 100 до 250°С) по определению времени гелеобразования в зависимости от кратности соотношения соли алю- миния и карбамида в гелеобразующем составе.
В результате образования геля происходит перераспределение фильтрацион- ных потоков, выравнивание профиля приёмистости паронагнетательных скважин, снижение обводнённости продукции добывающих скважин, при этом проницае- мость породы пласта по воде снижается в 4 ÷ 35 раз. Присутствие ПАВ в гелеобра- зующем растворе усиливает смачивание породы нефтяного коллектора, улучшает проникающую и нефтевытесняющую способность раствора.
В 2000 году ИХН СО РАН совместно с ОАО «АУРАТ» организовано производство твёрдой товарной формы композиции ГАЛКА-термогель:
ГАЛКА-термогель-С для температур в пласте 70-320°С. Основными отличи- тельными особенностями композиций ГАЛКА-термогель являются: регулируе- мая температура гелеобразования, гомогенность и низкая вязкость водных рас- творов, низкие температуры застывания растворов, твёрдая товарная форма.
Это позволяет применять композиции в широком интервале температур (от 20 до 320°С), в том числе и при паротепловом воздействии на пласт; делает их пригодными для применения в низкопроницаемых коллекторах; даёт возмож- ность производить закачку композиций в скважину путём дозирования непо- средственно в водовод, без предварительного растворения; делает технологию применимой в зимних условиях.
В настоящее время эти композиции в промышленном масштабе приме- няются на участках паротеплового воздействия на пласт на Усинском место- рождении.
На участках месторождения, где применяется площадная закачка пара, в нагнетательные скважины для увеличения нефтеотдачи пласта осуществляется периодическая закачка гелеобразующей композиции ГАЛКА и нефтевытесня- ющей композиции НИНКА, также разработанной в Томске. Для повышения эффективности ПЦО обводнённых скважин в них для изоляции обводнённых интервалов и снижения обводнённости закачивается композиция ГАЛКА.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Раздел 2. Методы увеличения дебита скважины
2.1. Электромагнитное воздействие
Электромагнитное воздействие (ЭМВ) на пласт и призабойную зону ос- новано на использовании особенностей термогидродинамических процессов в продуктивных коллекторах, возникающих при воздействии высокочастотного электромагнитного поля (ЭМП). Находясь в области действия переменного электрического поля, скопления молекул жидких углеводородов начинают ко- лебаться с частотой, зависящей от источника электроэнергии.
68
При этом осуществляется глубокий объемный нагрев с малым градиен- том температуры, что является важным с точки зрения увеличения нефтеотдачи пластов и интенсификации притока жидкости к скважине. Уменьшается вяз- кость нефти, увеличивается пластовое давление вследствие выделения раство- ренных газов и испарения легких фракций углеводородной пластовой жидко- сти. Также осуществляется практически полное снижение фильтрационных по- тенциалов статического электричества, которые возникает в нефтесодержащих коллекторах и препятствует течению нефти.
Зона теплового воздействия определяется способом создания высокоча- стотного электромагнитного поля в пласте, напряженностью, частотой, а также электрическими свойствами пласта. Она мало зависит от коллекторских свойств пласта и начального притока нефти в скважину, что позволяет приме- нять электромагнитное воздействие при одновременной эксплуатации скважин.
За счет применения ЭМВ достигается:
•глубокий прогрев призабойной зоны пласта электромагнитным полем высокой частоты;
• вызов и значительное увеличение притока нефти к скважине;
• увеличение приемистости низкопроницаемых пластов;
• очистка призабойной зоны скважины;
• разрушение парафиновых, газогидратных и асфальто-смолистых пробок в скважинах.
Помимо эффектов, связанных с прогревом пласта, ЭМВ способствует:
• снижению температуры начала кристаллизации парафина в нефти, из- менению ее реологических характеристик;
• деэмульсации нефти как на забое скважины, так и в продуктивном пла- сте;
• снижению поверхностного натяжения на границе раздела фаз нефть- вода, нефть-порода, что повышает коэффициент вытеснения за счет доотмыва пленочной и капиллярно-удерживаемой нефти;
• появлению дополнительных градиентов давления за счет силового вза- имодействия ЭМП с пластовыми жидкостями.
При электромагнитном воздействии на пласт часть энергии распростра- няющихся в пласте ЭМ волн преобразуется в тепло из-за диэлектрических по- терь в нефтенасыщенной породе пласта. Вследствие этого в пласте практически мгновенно (ЭМ волны распространяются в среде с очень большой скоростью) возникают объемные распределенные источники тепла, чем и объясняется большой радиус охвата тепловым воздействием.
Реализация методов достигается следующим образом. После вскрытия пласта и сооружения технологических скважин часть из них оборудуют элек- тродами. В случае вскрытия залежи обсаженными скважинами в качестве 2-го электрода используют обсадную колонну. К электродам подводят электриче- ский кабель, соединенный с наземной электронной аппаратурой. В процессе работы проводится корректировка воздействия по программе с использованием информации об изменениях параметров пласта.
Электровоздействие снизкой частотой используется предприятием
«Элинт-Геон» для интенсификации водяных скважин («водяная технология»).
69
Серия промысловых испытаний была выполнена на нефтяных месторождениях
Азербайджана, Республики Башкортостан, Западной Сибири (Самотлорское месторождение). Промышленные работы также велись на месторождениях
«Славнефти», где показали высокую эффективность метода. В среднем на каж- дую обработанную скважину достигнуто увеличение дебита на 18.6 т (по 30 скважинам) и двукратное снижение обводненности. Также проводятся работы по интенсификации выхода метана из угольных пластов.
На месторождении Узень в Казахстане обработка электрическими им- пульсами обеспечила среднее снижение обводненности продукции скважин на
9%. Средняя дополнительная добыча нефти на 1 скважину составила 460 т (все- го 139 обработанных скважин).
Промысловые испытания высокочастотного воздействия проводились на
Ишимбайском месторождении ОАО «АНК Башнефть», Сугушлинской и
Мордово-Кармальской залежах битумов ОАО «Татнефть». В результате были отработаны различные режимы воздействия на ПЗП и достигнут объемный разогрев ПЗП радиусом до 10 м и более.
Чикагским институтом NTRI разработана технология извлечения высоко- вязких нефтей, согласно которой залежь разбуривается 3 рядами скважин. В скважины центрального ряда, обсаженные до кровли пласта (глубина до 300 м), опускают 150-мм электроды (излучатели), которые используют 95% приложен- ной энергии электромагнитного высокочастотного воздействия. При этом пласт разогревается до температуры 100-150 °С, вязкость нефти снижается, после че- го нефть извлекается из скважин центрального ряда путем вытеснения из пла- ста горячей водой, паром и другими агентами, нагнетаемыми в скважины со- седних рядов. Причем выполняется следующий энергетический баланс: полная энергия, затраченная на извлечение 5-8 т нефти, равна электрической энергии, получаемой при сжигании 1 т нефти. Технология прошла ОПР на залежах би- туминозных песчаников провинции Альберта (Канада).
2.2. Волновое воздействие на пласт
2.2.1. Импульсно-ударное и вибрационное воздействие
Проводимость пласта можно повысить мощными ударными волнами, ко- торые создаются во время взрыва на забое зарядами взврывчатых веществ спе- циального назначения. При этом образуется сеть трещин в твердых породах, и благодаря тепловым эффектам во время взрыва создают условия, способству- ющие улучшению притока углеводородов в скважины. Разрыв пороховыми га- зами при помощи специальных снарядов АДС и генераторами давления ПГД-
БК. АДС – время сгорания 200 с, давление на забое возрастает до 100 Мпа, температура достигает 180-250 0
С. Чтобы увеличить интенсивность ударного импульса, применяют заряды с меньшим временем сгорания. Продукты сгора- ния – двуокись углерода, соляная кислота, вода, хлор, окислы азота снижают вязкость нефти и при этом увеличивают приток в скважину углеводородов. За- ряды генераторов давления ПГД-БК состоят из шашек до 10 кг, во время взры- ва давление возрастает до 250 Мпа. Под влиянием импульса давления столб
70 жидкости в скважине после взрыва колеблется с затухающей амплитудой со- здавая на зону ПЗП переменные нагрузки, которые способствуют образованию и раскрытию трещин и выносу в скважину загрязняющих поры частиц.
Вибросейсмическое воздействие
Источники, генерирующие колебания, располагают как на поверхности так и в скважине. Позволяют использовать на многопластовых месторождениях с маловязкими нефтями. Эффект от воздействия ВСВ проявляется в зоне ра- диусом 2.5-3 км от точки установки виброисточника, при этом дополнительная добыча достигает до 38 % от общей добычи участка месторождения.
2.3. Плазменное воздействие (ПИВ)
Как работает технология:
При использованииплазменно-импульсного воздействияувеличивается проницаемость призабойной зоны скважины, увеличивается гидродинамиче- ская связь нефтяного пласта с забоем скважины за счет очистки старых и со- здания новых фильтрационных каналов, происходит очищение порового про- странства и формирование новых микротрещин в призабойной зоне скважины и фильтрационных каналах пласта.
Позволяет увеличить нефтеотдачу всех видов скважин: вертикальных, наклонных и горизонтальных, в том числе низкодебитных. Несколько сотен мощных разрядов с образованием плотной плазмы очищают призабойную зону и распространяются вглубь пласта, очищая интервалы перфорации. Конкурент- ные преимущества — эффективность, простота обработки, безопасность, сверх- точное селективное воздействие, возможность повторного использования
[2].
Особенности:
Экологическая чистота, работает в естественных геологических условиях скважин без добавок реагентов;
Плазменно-импульсное воздействие (ПИВ) используется при любой обводненности;
Улучшает проницаемость прискважинной зоны добывающих и нагнетательных скважин, и продуктивных пластов в целом;
Значительно увеличивает дебит нефти на скважинах эксплуатируе- мых на месторождениях поздней стадии разработки;
Кратно увеличивает приемистость нагнетательных скважин вне за- висимости от их предыдущего назначения;
Воздействует на соседние с обрабатываемой скважины, которые от- кликаются положительным дебитом;
Технология дает положительные результаты на месторождениях в коллекторах любой геологической сложности;
Безопасна в эксплуатации;
Сокращает период освоения новой скважины и срок вывода ее на режим эксплуатации.
Источник колебаний – генератор плазменно-импульсного воздей-
ствия (ПИВ)
71
Источник колебаний по техническим параметрам полностью соответству- ет характеристикам, присущим нелинейным системам - энергоемкий, выделяет значительное количество энергии с высокой температурой (25000-28000 0
С) за короткий промежуток времени (50-53 мкс), формирует ударную волну с избы- точным давлением, многократно превышающим пластовое.
За счет технологических ограничений ударная волна распространяется направленно через перфорационные отверстия по профилю каналов.
Создаются вынужденные периодические колебания в окружающей среде (про- дуктивная залежь) со значительной амплитудой.
Плазменно-импульсное воздействие инициируется в естественных (ре- альных) геологических условиях без добавок химических реагентов при любой обводненности скважины, и способствует возникновению параметрического резонанса в целом в системе, при этом возмущенная среда не оказывает на ис- точник колебаний никакого обратного воздействия.
Многократное повторение плазменного импульса в заданных точках ра- бочего интервала формирует широкополосный сигнал от 1 до 12 000 Гц с одно- временным выделением значительного количества направленной энергии, ко- торая комплексно нелинейно воздействует как на призабойную (рис. 1), так и удаленную зону пласта.
Рисунок 2.1. – Воздействие плазменного импульса на призабойную зону пласта
Происходит многократное направленное термическое, акустическое, ударно-волновое и упругое воздействие на продуктивный пласт. В результате происходит декольматация призабойной зоны, очистка трещин и каналов от со- лей, твердых частиц, ароматических углеводородов, улучшается проницаемость контура питания скважины, в работу включаются ранее не промытые целики нефти, происходят другие благоприятные условия для односторонней миграции газожидкостной среды из зоны высокого давления в зону пониженного давле-
72 ния. Одновременно за счет резонансного эффекта (совпадение частоты сигнала с частотой продуктивного пласта) происходит перераспределение двухфазной жидкости (нефть/газ – вода) по вертикали.
Вызываемые в продуктивном пласте резонансные колебания позволяют очистить существующие и сформировать новые фильтрационные каналы на удалении более 1500 метров от очага воздействия.
Кроме масштабного воздействия создание плазмы позволяет решать и ло- кальные задачи по очистке призабойной зоны скважин. Мгновенное расшире- ние плазмы создает ударную волну и последующее охлаждение, а сжатие плаз- мы вызывает обратный приток в скважину через пер- форационные отверстия, что на начальном этапе обра- ботки скважины способствует выносу кольматирую- щих веществ в ствол скважины.
Технология ПИВ универсальна, успешно приме- няется на всех этапах эксплуатации как добывающих, так и нагнетательных скважин, в частности:
на стадии освоения – для вызова притока жидкости и быстрого вывода добывающей скважины на режим эксплуатации;
на месторождениях поздней стадии разра- ботки – на высокообводненных скважинах (более 75
%) в реальных геологических условиях без добавок в скважину химических реагентов, с целью повышения их дебита;
на нагнетательных скважинах – с целью увеличения приемистости и выравнивания профиля приемистости.
Одной из основных особенностей технологии
ПИВ является то, что при обработке одной скважины положительным дебитом откликаются соседние, свя- занные профилем фильтрации скважины, как правило, за счет снижения их обводненности.
В условиях, когда более 50 % разведанных запа- сов относятся к категории трудноизвлекаемых, использование технологии ПИВ позволит дополнительно извлечь 10-15 % нефти.
Область применения
1. Вызов притока жидкости в скважину на этапе освоения в коллекторах любой геологической сложности.
2. Увеличение дебита добывающих скважин при любой обводненности.
3. Увеличение дебита добывающих скважин на месторождениях поздней ста- дии разработки. Обводненность на них значительно снижается, а продуктив- ность повышается.
4. Увеличение приемистости нагнетательных скважин на коллекторах любой сложности.
5. Выравнивание профиля приемистости нагнета- тельных скважин.
Рисунок 1.2 – Общий вид прибора ПИВ-42
73
Теоретическое обоснование
Ток высокого напряжения – 3000-5000 В – от батареи накопительных конденсаторов подается на электроды, которые замыкаются калиброванным проводником, что приводит к его взрыву и образованию плазмы в замкнутом пространстве.
Во время взрыва происходит освобождение энергии, переходящей в со- стояние сильно нагретого газа с очень высоким давлением, который, в свою очередь, с большой силой воздействует на окружающую среду, вызывая ее движение.
При электрическом разряде в жидкости через калиброванный металличе- ский проводник образуется плазменный канал. Сам проводник превращается в газ (пар), в котором происходит повышение давления, плотности и температу- ры среды, то есть образуется взрывная волна.
Резкий скачкообразный переход вещества из исходного состояния в со- стояние с очень высоким давлением и температурой представляет собой удар- ную волну, которая распространяется со сверхзвуковой скоростью.
Передний фронт ударной волны, имеющий избыточное давление, переда- ет состояние движения от одного слоя к другому. В результате область, охва- ченная воздействием, быстро расширяется.
При взрыве в жидкой среде максимальное давление достигается в момент сжатия среды в ударной волне.
При распространении взрывной волны в твердых упругих средах ударный фронт сравнительно быстро исчезает, и взрывная волна превращается в ряд по- следовательных колебаний, распространяющихся со скоростью упругих волн.
Импульсное давление создается следующим образом: в разряднике сква- жинного генератора протягивается металлический проводник. На него подается мощный импульс электротока, в результате чего проводник плавится, испаряет- ся и создается плазма, характеризующаяся высокой температурой, большим ко- личеством частиц (1020 см-3) и высоким давлением. Плазменно-импульсный генератор содержит в себе см. рисунок 3.
После разряда формируется газовый пузырь, характеризующийся рядом затухающих пульсаций (депрессия-репрессия) под воздействием кинетической энергии и гидростатического давления, что инициирует появление волн сжатия и разряжения.
74
Рисунок 2.2. – Состав плазмогенератора
Учитывая, что короткий, но мощный импульс, сопровождающийся пуль- сацией давления (депрессия-репрессия), инициируется в закрытом объеме, ударная (упругая) волна проходит через перфорацию, очищая ее.
Заданное количество импульсов повторяется в одной точке через равные промежутки времени. Первые импульсы чистят перфорацию, удаляя кольма- тант, что является основной задачей при обработке горизонтальных скважин.
Если требуется, воздействие в заданной точке может продолжиться, и последу- ющие импульсы будут распространяться по пласту, вызывая эффект акустиче- ской кавитации, в результате чего увеличивается проницаемость призабойной зоны.
Вся операция происходит за один спуск-подъем. Металлический провод- ник восстанавливается автоматически без подъема оборудования. За один спуск-подъем генератор может сделать до 1000 подобных импульсов.
Об этом же свидетельствует опыт применения технологии на вертикаль- ных скважинах, который подтвержден различными геофизическими и гидроди- намческими исследованиями.
Визуальные наблюдения через телевизионную установку, размещенную в реагирующей скважине на расстоянии 200 метров от обрабатываемой показали, что технология ПИВ позволяет не только эффективно декольматировать приза- бойную зону пласта, но и, в случае необходимости, селективно значительно увеличивать зону дренирования в низкопроницаемых коллекторах, что весьма актуально для одноствольных ГС.
75
На рисунке 2.4. приведен принцип расположения оборудования при спус- ке прибора в скважину, а также состав самого прибора.
Рисунок 2.3. – Используемое оборудование при спуске и состав прибора
Упругость пласта
Упругие свойства горных пород характеризуются модулем объемной упругости и зависят от минералогического состава, структуры, глубины залега- ния коллектора, величины прилагаемой нагрузки. Продуктивная залежь, пред- ставляющая собой газожидкостную двухфазную среду, находящуюся в упругом состоянии в термобарических условиях пласта, слоиста, при этом каждый слой имеет свою частоту (нелинейная система).
В залежи постоянно идут незатухающие колебания, поддерживаемые внешними источниками энергии (солнечно-лунные приливы, удаленные земле- трясения и т.д.).
76
Эти колебания происходят в нелинейной диссипативной (неравновесной) среде, вид и свойства которых определяются самой системой (автоколебатель- ный режим).
Совокупность направлений, в которых распространяется поле упругих колебаний, определяется направляющими свойствами коллектора, в частности, его расчлененностью, а его затухание определяется резонансными свойствами каждого слоя.
Таким образом, продуктивная залежь является нелинейным осциллятором
(совокупность колебаний) в неравновесной среде.
ПИВ создает благоприятные условия, способствующие миграции нефти и газа в породах различной проницаемости. Образуются новые трещины и кана- лы в целиках, линзах, тупиковых зонах между скважинами, а также в порах об- водненного пласта.
Плазменно-импульсное воздействие на продуктивную залежь можно рас- сматривать как «взаимодействие нелинейного широкополосного идеального возбудителя с нелинейным осциллятором».
В неравновесной среде даже незначительные возмущения вызывают непропор- ционально большие результаты.
При совпадении амплитудно-частотных характеристик широкополосного источника возбуждения (плазменный импульс) с круговой частотой нелинейно- го осциллятора (продуктивная залежь) возникает эффект параметрического ре- зонанса.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
68
При этом осуществляется глубокий объемный нагрев с малым градиен- том температуры, что является важным с точки зрения увеличения нефтеотдачи пластов и интенсификации притока жидкости к скважине. Уменьшается вяз- кость нефти, увеличивается пластовое давление вследствие выделения раство- ренных газов и испарения легких фракций углеводородной пластовой жидко- сти. Также осуществляется практически полное снижение фильтрационных по- тенциалов статического электричества, которые возникает в нефтесодержащих коллекторах и препятствует течению нефти.
Зона теплового воздействия определяется способом создания высокоча- стотного электромагнитного поля в пласте, напряженностью, частотой, а также электрическими свойствами пласта. Она мало зависит от коллекторских свойств пласта и начального притока нефти в скважину, что позволяет приме- нять электромагнитное воздействие при одновременной эксплуатации скважин.
За счет применения ЭМВ достигается:
•глубокий прогрев призабойной зоны пласта электромагнитным полем высокой частоты;
• вызов и значительное увеличение притока нефти к скважине;
• увеличение приемистости низкопроницаемых пластов;
• очистка призабойной зоны скважины;
• разрушение парафиновых, газогидратных и асфальто-смолистых пробок в скважинах.
Помимо эффектов, связанных с прогревом пласта, ЭМВ способствует:
• снижению температуры начала кристаллизации парафина в нефти, из- менению ее реологических характеристик;
• деэмульсации нефти как на забое скважины, так и в продуктивном пла- сте;
• снижению поверхностного натяжения на границе раздела фаз нефть- вода, нефть-порода, что повышает коэффициент вытеснения за счет доотмыва пленочной и капиллярно-удерживаемой нефти;
• появлению дополнительных градиентов давления за счет силового вза- имодействия ЭМП с пластовыми жидкостями.
При электромагнитном воздействии на пласт часть энергии распростра- няющихся в пласте ЭМ волн преобразуется в тепло из-за диэлектрических по- терь в нефтенасыщенной породе пласта. Вследствие этого в пласте практически мгновенно (ЭМ волны распространяются в среде с очень большой скоростью) возникают объемные распределенные источники тепла, чем и объясняется большой радиус охвата тепловым воздействием.
Реализация методов достигается следующим образом. После вскрытия пласта и сооружения технологических скважин часть из них оборудуют элек- тродами. В случае вскрытия залежи обсаженными скважинами в качестве 2-го электрода используют обсадную колонну. К электродам подводят электриче- ский кабель, соединенный с наземной электронной аппаратурой. В процессе работы проводится корректировка воздействия по программе с использованием информации об изменениях параметров пласта.
Электровоздействие снизкой частотой используется предприятием
«Элинт-Геон» для интенсификации водяных скважин («водяная технология»).
69
Серия промысловых испытаний была выполнена на нефтяных месторождениях
Азербайджана, Республики Башкортостан, Западной Сибири (Самотлорское месторождение). Промышленные работы также велись на месторождениях
«Славнефти», где показали высокую эффективность метода. В среднем на каж- дую обработанную скважину достигнуто увеличение дебита на 18.6 т (по 30 скважинам) и двукратное снижение обводненности. Также проводятся работы по интенсификации выхода метана из угольных пластов.
На месторождении Узень в Казахстане обработка электрическими им- пульсами обеспечила среднее снижение обводненности продукции скважин на
9%. Средняя дополнительная добыча нефти на 1 скважину составила 460 т (все- го 139 обработанных скважин).
Промысловые испытания высокочастотного воздействия проводились на
Ишимбайском месторождении ОАО «АНК Башнефть», Сугушлинской и
Мордово-Кармальской залежах битумов ОАО «Татнефть». В результате были отработаны различные режимы воздействия на ПЗП и достигнут объемный разогрев ПЗП радиусом до 10 м и более.
Чикагским институтом NTRI разработана технология извлечения высоко- вязких нефтей, согласно которой залежь разбуривается 3 рядами скважин. В скважины центрального ряда, обсаженные до кровли пласта (глубина до 300 м), опускают 150-мм электроды (излучатели), которые используют 95% приложен- ной энергии электромагнитного высокочастотного воздействия. При этом пласт разогревается до температуры 100-150 °С, вязкость нефти снижается, после че- го нефть извлекается из скважин центрального ряда путем вытеснения из пла- ста горячей водой, паром и другими агентами, нагнетаемыми в скважины со- седних рядов. Причем выполняется следующий энергетический баланс: полная энергия, затраченная на извлечение 5-8 т нефти, равна электрической энергии, получаемой при сжигании 1 т нефти. Технология прошла ОПР на залежах би- туминозных песчаников провинции Альберта (Канада).
2.2. Волновое воздействие на пласт
2.2.1. Импульсно-ударное и вибрационное воздействие
Проводимость пласта можно повысить мощными ударными волнами, ко- торые создаются во время взрыва на забое зарядами взврывчатых веществ спе- циального назначения. При этом образуется сеть трещин в твердых породах, и благодаря тепловым эффектам во время взрыва создают условия, способству- ющие улучшению притока углеводородов в скважины. Разрыв пороховыми га- зами при помощи специальных снарядов АДС и генераторами давления ПГД-
БК. АДС – время сгорания 200 с, давление на забое возрастает до 100 Мпа, температура достигает 180-250 0
С. Чтобы увеличить интенсивность ударного импульса, применяют заряды с меньшим временем сгорания. Продукты сгора- ния – двуокись углерода, соляная кислота, вода, хлор, окислы азота снижают вязкость нефти и при этом увеличивают приток в скважину углеводородов. За- ряды генераторов давления ПГД-БК состоят из шашек до 10 кг, во время взры- ва давление возрастает до 250 Мпа. Под влиянием импульса давления столб
70 жидкости в скважине после взрыва колеблется с затухающей амплитудой со- здавая на зону ПЗП переменные нагрузки, которые способствуют образованию и раскрытию трещин и выносу в скважину загрязняющих поры частиц.
Вибросейсмическое воздействие
Источники, генерирующие колебания, располагают как на поверхности так и в скважине. Позволяют использовать на многопластовых месторождениях с маловязкими нефтями. Эффект от воздействия ВСВ проявляется в зоне ра- диусом 2.5-3 км от точки установки виброисточника, при этом дополнительная добыча достигает до 38 % от общей добычи участка месторождения.
2.3. Плазменное воздействие (ПИВ)
Как работает технология:
При использованииплазменно-импульсного воздействияувеличивается проницаемость призабойной зоны скважины, увеличивается гидродинамиче- ская связь нефтяного пласта с забоем скважины за счет очистки старых и со- здания новых фильтрационных каналов, происходит очищение порового про- странства и формирование новых микротрещин в призабойной зоне скважины и фильтрационных каналах пласта.
Позволяет увеличить нефтеотдачу всех видов скважин: вертикальных, наклонных и горизонтальных, в том числе низкодебитных. Несколько сотен мощных разрядов с образованием плотной плазмы очищают призабойную зону и распространяются вглубь пласта, очищая интервалы перфорации. Конкурент- ные преимущества — эффективность, простота обработки, безопасность, сверх- точное селективное воздействие, возможность повторного использования
[2].
Особенности:
Экологическая чистота, работает в естественных геологических условиях скважин без добавок реагентов;
Плазменно-импульсное воздействие (ПИВ) используется при любой обводненности;
Улучшает проницаемость прискважинной зоны добывающих и нагнетательных скважин, и продуктивных пластов в целом;
Значительно увеличивает дебит нефти на скважинах эксплуатируе- мых на месторождениях поздней стадии разработки;
Кратно увеличивает приемистость нагнетательных скважин вне за- висимости от их предыдущего назначения;
Воздействует на соседние с обрабатываемой скважины, которые от- кликаются положительным дебитом;
Технология дает положительные результаты на месторождениях в коллекторах любой геологической сложности;
Безопасна в эксплуатации;
Сокращает период освоения новой скважины и срок вывода ее на режим эксплуатации.
Источник колебаний – генератор плазменно-импульсного воздей-
ствия (ПИВ)
71
Источник колебаний по техническим параметрам полностью соответству- ет характеристикам, присущим нелинейным системам - энергоемкий, выделяет значительное количество энергии с высокой температурой (25000-28000 0
С) за короткий промежуток времени (50-53 мкс), формирует ударную волну с избы- точным давлением, многократно превышающим пластовое.
За счет технологических ограничений ударная волна распространяется направленно через перфорационные отверстия по профилю каналов.
Создаются вынужденные периодические колебания в окружающей среде (про- дуктивная залежь) со значительной амплитудой.
Плазменно-импульсное воздействие инициируется в естественных (ре- альных) геологических условиях без добавок химических реагентов при любой обводненности скважины, и способствует возникновению параметрического резонанса в целом в системе, при этом возмущенная среда не оказывает на ис- точник колебаний никакого обратного воздействия.
Многократное повторение плазменного импульса в заданных точках ра- бочего интервала формирует широкополосный сигнал от 1 до 12 000 Гц с одно- временным выделением значительного количества направленной энергии, ко- торая комплексно нелинейно воздействует как на призабойную (рис. 1), так и удаленную зону пласта.
Рисунок 2.1. – Воздействие плазменного импульса на призабойную зону пласта
Происходит многократное направленное термическое, акустическое, ударно-волновое и упругое воздействие на продуктивный пласт. В результате происходит декольматация призабойной зоны, очистка трещин и каналов от со- лей, твердых частиц, ароматических углеводородов, улучшается проницаемость контура питания скважины, в работу включаются ранее не промытые целики нефти, происходят другие благоприятные условия для односторонней миграции газожидкостной среды из зоны высокого давления в зону пониженного давле-
72 ния. Одновременно за счет резонансного эффекта (совпадение частоты сигнала с частотой продуктивного пласта) происходит перераспределение двухфазной жидкости (нефть/газ – вода) по вертикали.
Вызываемые в продуктивном пласте резонансные колебания позволяют очистить существующие и сформировать новые фильтрационные каналы на удалении более 1500 метров от очага воздействия.
Кроме масштабного воздействия создание плазмы позволяет решать и ло- кальные задачи по очистке призабойной зоны скважин. Мгновенное расшире- ние плазмы создает ударную волну и последующее охлаждение, а сжатие плаз- мы вызывает обратный приток в скважину через пер- форационные отверстия, что на начальном этапе обра- ботки скважины способствует выносу кольматирую- щих веществ в ствол скважины.
Технология ПИВ универсальна, успешно приме- няется на всех этапах эксплуатации как добывающих, так и нагнетательных скважин, в частности:
на стадии освоения – для вызова притока жидкости и быстрого вывода добывающей скважины на режим эксплуатации;
на месторождениях поздней стадии разра- ботки – на высокообводненных скважинах (более 75
%) в реальных геологических условиях без добавок в скважину химических реагентов, с целью повышения их дебита;
на нагнетательных скважинах – с целью увеличения приемистости и выравнивания профиля приемистости.
Одной из основных особенностей технологии
ПИВ является то, что при обработке одной скважины положительным дебитом откликаются соседние, свя- занные профилем фильтрации скважины, как правило, за счет снижения их обводненности.
В условиях, когда более 50 % разведанных запа- сов относятся к категории трудноизвлекаемых, использование технологии ПИВ позволит дополнительно извлечь 10-15 % нефти.
Область применения
1. Вызов притока жидкости в скважину на этапе освоения в коллекторах любой геологической сложности.
2. Увеличение дебита добывающих скважин при любой обводненности.
3. Увеличение дебита добывающих скважин на месторождениях поздней ста- дии разработки. Обводненность на них значительно снижается, а продуктив- ность повышается.
4. Увеличение приемистости нагнетательных скважин на коллекторах любой сложности.
5. Выравнивание профиля приемистости нагнета- тельных скважин.
Рисунок 1.2 – Общий вид прибора ПИВ-42
73
Теоретическое обоснование
Ток высокого напряжения – 3000-5000 В – от батареи накопительных конденсаторов подается на электроды, которые замыкаются калиброванным проводником, что приводит к его взрыву и образованию плазмы в замкнутом пространстве.
Во время взрыва происходит освобождение энергии, переходящей в со- стояние сильно нагретого газа с очень высоким давлением, который, в свою очередь, с большой силой воздействует на окружающую среду, вызывая ее движение.
При электрическом разряде в жидкости через калиброванный металличе- ский проводник образуется плазменный канал. Сам проводник превращается в газ (пар), в котором происходит повышение давления, плотности и температу- ры среды, то есть образуется взрывная волна.
Резкий скачкообразный переход вещества из исходного состояния в со- стояние с очень высоким давлением и температурой представляет собой удар- ную волну, которая распространяется со сверхзвуковой скоростью.
Передний фронт ударной волны, имеющий избыточное давление, переда- ет состояние движения от одного слоя к другому. В результате область, охва- ченная воздействием, быстро расширяется.
При взрыве в жидкой среде максимальное давление достигается в момент сжатия среды в ударной волне.
При распространении взрывной волны в твердых упругих средах ударный фронт сравнительно быстро исчезает, и взрывная волна превращается в ряд по- следовательных колебаний, распространяющихся со скоростью упругих волн.
Импульсное давление создается следующим образом: в разряднике сква- жинного генератора протягивается металлический проводник. На него подается мощный импульс электротока, в результате чего проводник плавится, испаряет- ся и создается плазма, характеризующаяся высокой температурой, большим ко- личеством частиц (1020 см-3) и высоким давлением. Плазменно-импульсный генератор содержит в себе см. рисунок 3.
После разряда формируется газовый пузырь, характеризующийся рядом затухающих пульсаций (депрессия-репрессия) под воздействием кинетической энергии и гидростатического давления, что инициирует появление волн сжатия и разряжения.
74
Рисунок 2.2. – Состав плазмогенератора
Учитывая, что короткий, но мощный импульс, сопровождающийся пуль- сацией давления (депрессия-репрессия), инициируется в закрытом объеме, ударная (упругая) волна проходит через перфорацию, очищая ее.
Заданное количество импульсов повторяется в одной точке через равные промежутки времени. Первые импульсы чистят перфорацию, удаляя кольма- тант, что является основной задачей при обработке горизонтальных скважин.
Если требуется, воздействие в заданной точке может продолжиться, и последу- ющие импульсы будут распространяться по пласту, вызывая эффект акустиче- ской кавитации, в результате чего увеличивается проницаемость призабойной зоны.
Вся операция происходит за один спуск-подъем. Металлический провод- ник восстанавливается автоматически без подъема оборудования. За один спуск-подъем генератор может сделать до 1000 подобных импульсов.
Об этом же свидетельствует опыт применения технологии на вертикаль- ных скважинах, который подтвержден различными геофизическими и гидроди- намческими исследованиями.
Визуальные наблюдения через телевизионную установку, размещенную в реагирующей скважине на расстоянии 200 метров от обрабатываемой показали, что технология ПИВ позволяет не только эффективно декольматировать приза- бойную зону пласта, но и, в случае необходимости, селективно значительно увеличивать зону дренирования в низкопроницаемых коллекторах, что весьма актуально для одноствольных ГС.
75
На рисунке 2.4. приведен принцип расположения оборудования при спус- ке прибора в скважину, а также состав самого прибора.
Рисунок 2.3. – Используемое оборудование при спуске и состав прибора
Упругость пласта
Упругие свойства горных пород характеризуются модулем объемной упругости и зависят от минералогического состава, структуры, глубины залега- ния коллектора, величины прилагаемой нагрузки. Продуктивная залежь, пред- ставляющая собой газожидкостную двухфазную среду, находящуюся в упругом состоянии в термобарических условиях пласта, слоиста, при этом каждый слой имеет свою частоту (нелинейная система).
В залежи постоянно идут незатухающие колебания, поддерживаемые внешними источниками энергии (солнечно-лунные приливы, удаленные земле- трясения и т.д.).
76
Эти колебания происходят в нелинейной диссипативной (неравновесной) среде, вид и свойства которых определяются самой системой (автоколебатель- ный режим).
Совокупность направлений, в которых распространяется поле упругих колебаний, определяется направляющими свойствами коллектора, в частности, его расчлененностью, а его затухание определяется резонансными свойствами каждого слоя.
Таким образом, продуктивная залежь является нелинейным осциллятором
(совокупность колебаний) в неравновесной среде.
ПИВ создает благоприятные условия, способствующие миграции нефти и газа в породах различной проницаемости. Образуются новые трещины и кана- лы в целиках, линзах, тупиковых зонах между скважинами, а также в порах об- водненного пласта.
Плазменно-импульсное воздействие на продуктивную залежь можно рас- сматривать как «взаимодействие нелинейного широкополосного идеального возбудителя с нелинейным осциллятором».
В неравновесной среде даже незначительные возмущения вызывают непропор- ционально большие результаты.
При совпадении амплитудно-частотных характеристик широкополосного источника возбуждения (плазменный импульс) с круговой частотой нелинейно- го осциллятора (продуктивная залежь) возникает эффект параметрического ре- зонанса.
1 2 3 4 5 6 7 8 9