СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА Российский патент 1998 года по МПК E21B43/25 E21B43/263 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам воздействия на продуктивный пласт давлением пороховых газов с целью повышения добычи нефти и газа за счет повышения фильтрационных характеристик горных пород и очистки прискважинной зоны пласта от накопившихся во время предыдущей эксплуатации скважины асфальто-смоло-парафинистых отложений, продуктов химических реакций, песчано-глинистых частиц и т.п.

Известен способ воздействия на продуктивный пласт давлением пороховых газов, включающий размещение порохового заряда в интервал продуктивного пласта и его сжигание [1]. При горении порохового заряда зона продуктивного пласта подвергается термогазохимическому воздействию.

Недостатками способа являются недостаточная эффективность воздействия на большую глубину пласта, а также высокая трудоемкость из-за использования в технологии специальной смеси жидкости разрыва с расклинивающим эффектом.

Известен другой способ обработки продуктивного пласта, например, путем виброволнового воздействия, осуществляемого с помощью мощных источников, устанавливаемых на устье скважины [2 и 3], заключающейся в использовании энергии сжатого воздуха с последующей передачей ее столбу скважинной жидкости, возвратно-поступательное движение которой воздействует на пласт и окружающее его пространство. Как следствие, в пласте происходит возбуждение резонансных колебаний отдельных частей и блоков с выделением энергии напряженного состояния пород в виде вторичного акустического излучения. Такие колебания приводят к увеличению микротрещиноватости, снижению неоднородности пласта, снижению вязкости пластовой нефти и общему росту дебита скважины.

Однако этот известный способ обработки пласта сложен в использовании из-за необходимости применения громоздкого оборудования, мощного источника питания.

Кроме того известный способ также имеет низкую эффективность, так как источник колебаний находится не в зоне обрабатываемого пласта, а на поверхности и поэтому возбуждаемые на поверхности импульсы давления имеют в пласте небольшую глубину распространения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обработки продуктивного пласта, включающий термогазохимическое и барическое воздействие на пласт путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором горения с центральным круглым каналом с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда с последующей передачей энергии горения в пласт [4]. Для обеспечения стабильного режима горения, характеризующегося плавным изменением пороховых газов во времени при накоплении его в полости центрального канала заряда, в материал заряда вводят наполнитель-стабилизатор горения, как правило, не менее 1,5 - 2,0% от массы заряда.

Однако и этот известный способ имеет недостаточную эффективность обработки продуктивного пласта с целью повышения добычи нефти, поскольку не в полной мере используются потенциальные возможности воздействия давлением пороховых газов, образующихся при сжигании в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала. Это связано с тем, что наполнитель-стабилизатор горения в твердотопливные пороха для обеспечения их стабильного горения вводят, как правило, свыше 1,5 -2,0% от массы заряда. Однако образующееся в полости центрального канала при таком стабильном горении заряда давление пороховых газов оказывает лишь только термогазохимическое (механическое, тепловое, физико-химическое) и барическое воздействия на пласт и к тому же из-за стабильного горения заряда эти воздействия проявляются лишь в непосредственной близости от скважины (не более 0,6 - 1,5 м) и совсем не распространяются на большую глубину продуктивного пласта.

Кроме того, во многих случаях (до 60%) при сжигании такого заряда в осложненных пластовых условиях (высокая температура, высокое пластовое давление, большая глубина скважины и т.п.), накопившееся в полости центрального канала давление пороховых газов разрывают сам заряд до момента его полного сгорания, так как продукты сгорания не успевают своевременно выйти их полости центрального канала заряда, тем самым не обеспечивается процесс полного сжигания порохового заряда и, следовательно, не обеспечивается гарантированно эффективное воздействие на продуктивный пласт давлением пороховых газов.

Цель изобретения - повышение эффективности способа путем создания гарантированно высокой интенсивности воздействия на продуктивный пласт на любую глубину пласта и при любых пластовых условиях за счет обеспечения наряду с термогазохимическим и барическим воздействиями на пласт дополнительно виброволнового воздействия с одновременным переменным электрическим воздействием непосредственно из зоны горения заряда.

Цель достигается тем, что в известном способе обработки продуктивного пласта, включающем термогазохимическое и барическое воздействия на пласт путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором горения с центральным круглым каналом с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда с последующей передачей энергии горения заряда в пласт, новым является то, что накопление давления пороховых газов осуществляют в полости центрального канала заряда, в котором длина и диаметр связаны соотношением 20 - 40 : 1, и с содержанием наполнителя-стабилизатора горения к общей массе заряда не более 1,5%, или в полости центрального канала заряда, в котором длина и диаметр связаны соотношением 40 - 120 : 1, с содержанием наполнителя-стабилизатора горения к общей массе заряда не более 0,6%, причем колебания давления пороховых газов из полости центрального канала заряда передают в пласт в виде импульсов давления через выполненные рядами на расстоянии между рядами 20 - 40 : 1 длины центрального канала к его диаметру радиальные сквозные каналы и через торцовые поверхности заряда.

Благодаря тому,ч то накопление давления пороховых газов, образующихся в результате сжигания порохового заряда, осуществляют в полости центрального канала заряда, в которой длина и диаметр связаны предлогаемым соотношением и при содержании в материале заряда наполнителя-стабилизатора горения в предлогаемом количестве, обеспечивается накопление давления пороховых газов в виде колебаний высокой и/или низкой частоты, так как только при таком соотношении размеров полости заряда и соответственно количества наполнителя-стабилизатора горения обеспечивается не стабильный, а пульсирующий или вибрационный режим горения заряда, необходимые для возникновения колебательного процесса.

При пульсирующем режиме горения заряда возникают кратковременные самопроизвольные периодические или непериодические остановки процесса горения с последующим повторным воспламенением. Режим характеризуется появлением низкочастотных колебания (от долей герца до нескольких десятков герц), как правило, при пониженном уровне давления в скважине. Амплитуда колебаний может достигать нескольких мегапаскалей, а продолжительность - от нескольких секунд до нескольких минут.

Вибрационный режим горения характеризуется появлением высокочастотных колебаний давления (порядка нескольких килогерц). Такой режим горения может существовать в широком интервале давлений в скважине. Амплитуда колебаний достигает нескольких мегапаскалей, а продолжительность - нескольких секунд.

Накопление давления пороховых газов в полости заряда в виде акустических колебаний в результате сжигания порохового заряда в пульсирующем или вибрационном режимах горения позволяет наряду с термогазохимическим и барическим воздействиями осуществлять виброволновое воздействие на продуктивный пласт непосредственно из зоны горения заряда.

Механизм виброволнового воздействия заключается в возбуждении резонансных колебаний отдельных частиц и блоков с выделением внутренней энергии напряженного состояния пород в виде вторичного акустического излучения. Первичные колебания в совокупности с этим излучением влияют на физико-химические свойства флюидов, вызывают изменения фильтрационных характеристик и структуры пластовой жидкости за счет частичной дегазации и последующего растворения выделяющегося газа, увеличения диаметра фильтрационных каналов и т. п. Все это приводит к образованию микротрещиноватости, снижению степени неоднородности пласта, вязкости пластовой нефти и общему росту дебита скважины.

Поскольку эти колебания передаются в пласт непосредственно из зоны горения порохового заряда, то мощность импульсов достаточно велика (теплота горения порохов порядка 4000 кДж/кГ), причем воздействие можно осуществлять на значительном удалении от заряда колебаниями низкой частоты (до сотен метров) и вблизи ствола скважины колебаниями высокой частоты, обеспечивая при этом сохранение крепи скважины.

Кроме того, на основании экспериментальных данных, нами было установлено, что в результате сжигания порохового заряда в пульсирующем или вибрационном режимах горения накопленная в полости заряда энергия пороховых газов при распространении в пласте изменяет его электрические потенциалы, оказывая тем самым переменное электрическое воздействие на пласт непосредственно из зоны горения порохового заряда.

Это объясняется следующим. Образующиеся продукты сгорания заряда из твердотопливного материала представляют собой неравновесную низкотемпературную плазму с определенными электрическими свойствами. Для баллиститных порохов удельная электропроводность конечных продуктов сгорания при стабильном горении заряда составляет порядка 10^-3 - 10^-2 и более см/м. При акустических колебаниях в пласте максимальный уровень общей электропроводности продуктов сгорания возрастает на несколько порядков, так как дополнительно появляется колебательный объемный электрический заряд. В пласте этот заряд приводит к перетеканию электрических токов в такт с колебаниями давления от одних заряженных объемов к другим. Возникающие разряды усиливают протекание химических реакций в пласте с участием атомов, радикалов и электронов, а также других процессов, повышающих в конечном итоге эффективность обработки продуктивного пласта (по сравнению с воздействием постоянного электрического поля, образующегося при стабильном горении заряда).

Таким образом, обеспечивая в результате сжигания в скважине порохового заряда наряду с термогазохимическим и барическим воздействиями на пласт дополнительно виброволновое воздействие с одновременным переменным электрическим воздействием на пласт непосредственно из зоны горения порохового заряда в интервале обрабатываемого пласта, обеспечивается гарантированно высокая интенсивность воздействия на продуктивный пласт на любую глубину (как вблизи скважины, так и до сотен метров вглубь) и при любых пластовых условиях (при любых давлениях в скважине (от низких до высоких), любой глубине скважины, любых температурах).

Кроме того, благодаря тому, что давление пороховых газов из полости центрального канала заряда передают в пласт через торцовые поверхности заряда и выполненные рядами на расстоянии между рядами 20 - 40 : 1 длины центрального канала к его диаметру радиальные сквозные каналы, обеспечивается передача в наиболее полном объеме всей возникающей при горении заряда энергии в пласт в все стороны вглубь обрабатываемого пласта по всей высоте заряда, обеспечивая тем самым свободный и своевременный выход продуктов горения, а следовательно, и полное сгорание заряда, исключая разрыв его тела, тем самым обеспечивая полную и эффективную обработку продуктивного пласта.

Способ реализуется следующим образом.

В скважину опускают на требуемую глубину в подлежащий обработке интервал продуктивного пласта пороховой заряд из твердотопливного материала, например баллиститного пороха, либо из неметаллизированного смесевого твердого ракетного топлива с наполнителем-стабилизатором горения, В заряде выполнен центральный круглый канал, в котором длина и диаметр связаны соотношением 20 - 40 : 1 и с содержанием наполнителя-стабилизатора горения к общей массе не более 1,5% или длина и диаметр связаны соотношением 40 - 120 : 1 при содержании наполнителя-стабилизатора горения к общей массе заряда не более 0,6%.

Только при таком соотношении размеров полости заряда и количестве наполнителя-стабилизатора обеспечивается пульсирующий и/или вибрационный режимы горения заряда. Накопление давления пороховых газов в полости, в которой отношение длины канала к диаметру составляло бы не менее 20 : 1, характеризуется плавным ростом давления в полости, поскольку горение заряда при таком соотношении размеров полости будет только в стабильном режиме. Верхний предел соотношения размеров полости 120 : 1 ограничен технологией изготовления зарядов из твердотопливного материала.

Давление пороховых газов передают в пласт через радиальные сквозные каналы, выполненные в теле заряда рядами на расстоянии между рядами 20 - 40 : 1 длины центрального канала к его диаметру и через торцовые поверхности.

Пример осуществления способа в промысловых условиях. В скважину глубиной 1600 м в интервал продуктивного пласта на глубине 1570 - 1580 м был установлен пороховой заряд из балластитного пороха с наполнителем-стабилизатором горения - мелом - в количестве 0,6% от массы заряда. Заряд был составлен из последовательно соединенных друг с другом 10 элементов, каждый длиной 1200 м, диаметр центрального круглого канала 20 мм. В теле заряда были выполнены рядами пересекающиеся под прямым углом друг к другу поперечные сквозные радиальные каналы диаметром 20 мм на расстоянии 1200 мм между рядами и на расстоянии 600 мм от каждого торца заряда.

давление в скважине составляло 18 МПа, температура в скважине +30^oC.

После воспламенения порохового заряда в скважине фиксировали изменение давления с помощью частотного датчика, спущенного в скважину на геофизическом кабеле и установленного на расстоянии 50 м от верхнего торца заряда.

Изменение давления в виде электрических импульсов записывали на поверхности на магнитную ленту с последующей расшифровкой.

В результате сжигания порохового заряда были зафиксированы рост температуры в призабойной зоне пласта до +200^oC в течение первых 30 мин, увеличение давления на 20 МПа по отношению к гидростатическому. Время горения заряда составило 1,8 с, продолжительность горения 1,4 с, частота колебаний давления 5 - 11 кГц, амплитуда импульсов 0,3 - 1,0 МПа, что говорит о вибрационном режиме горения заряда.

Удельная электропроводность продуктов сгорания порохового заряда превысила 10^-2 Ом/м. Частотно-временная характеристика колебаний электропроводности соответствовала аналогичным характеристикам для колебаний давления.

Испытания предлагаемого способа показали, что глубина обработки пласта составила 10 м, дебит скважины вырос с 12,5 т/с до обработки до 23,6 т/с после обработки. Продолжительность эффекта после обработки составила 116 мес, и эффект наблюдается дальше.

В зависимости от поставленной задачи и с учетом глубины расположения обрабатываемого пласта, пластовых условий (давление, температура), с учетом необходимости регулирования интенсивности воздействия на продуктивный пласт реализуют либо вибрационный, либо пульсирующий, либо одновременно оба режима горения порохового заряда, позволяющие всю накопленную в полости заряда энергию горения в виде импульсов давления передать через радиальные сквозные каналы, торцовые поверхности заряда и далее -в пласт - через перфорационные отверстия скважины, в результате чего осуществляется термогазохимическое, барическое, виброволновое и переменное электрическое воздействия на продуктивный пласт.

Термогазохимическое воздействие приводит к расплавлению асфальто-смоло-парафинистых отложений, усилению химических реакций, снижению коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения нефти на границе с водой, а также к частичному растворению карбонатных пород и цемента около скважины.

Барическое воздействие способствует образованию в продуктивном пласте дополнительных остаточных трещин, разрушению образовавшихся в процессе предыдущей эксплуатации скважины водонефтяных барьеров, а также очищению прискважинной зоны от продуктов химических реакций и песчано-глинистых частиц.

Виброволновое воздействие возбуждает резонансные колебания отдельных частиц и блоков с выделением внутренней энергии напряженного состояния пород в виде вторичного акустического излучения. Первичные колебания в совокупности с этим излучением влияют на физико-химические свойства флюидов, вызывают изменения фильтрационных характеристик и структуры пластовой жидкости за счет частичной дегазации и последующего растворения выделяющегося газа, увеличения диаметра фильтрационных каналов и т.п. В результате образуется микротрещинноватость, снижается степень неоднородности пласта, вязкость пластовой нефти и увеличивается дебит скважины.

Переменное электрическое воздействие непосредственно из зоны горения заряда усиливает протекание химических реакций в пласте, увеличивая тем самым эффективность обработки продуктивного пласта.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет интенсифицировать отбор жидкости из скважины и улучшить вынос загрязнений из пласта.

Использование: способы воздействия на пласт давлением пороховых газов. Сущность изобретения: в интервале продуктивного пласта сжигают пороховой заряд из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором (НС) горения. Накопление давления пороховых газов осуществляют в полости центрального кругового канала. В нем длина и диаметр связаны соотношением 20 - 40 : 1 с содержанием НС горения к общей массе центрального круглого канала не более 1,5%. В полости центрального канала, в котором длина и диаметр связаны соотношением 40 - 120 : 1, содержание НС не более 0,6%. Давление пороховых газов из полости центрального канала передают в пласт в виде импульсов давления через радиальные каналы и торцовые поверхности. В результате сжигания в полости центрального круглого канала осуществляют термогазохимическое, барическое, виброволновое воздействие с одновременным переменным электрическим воздействием. Использование изобретения позволяет повысить эффективность способа путем создания гарантировано высокой интенсивности воздействия на продуктивный пласт на любую глубину пласта (м) и при любых пластовых условиях.

Способ обработки продуктивного пласта, включающий термогазохимическое и барическое воздействия на пласт путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором горения с центральным круглым каналом с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда с последующей передачей энергии горения заряда в пласт, отличающийся тем, что накопление давления пороховых газов осуществляют в полости центрального канала заряда, в котором длина и диаметр связаны соотношением 20 40 1 и с содержанием наполнителя-стабилизатора горения к общей массе заряда не более 1,5% или в полости центрального канала заряда, в котором длина и диаметр связаны соотношением 40 120 1 и с содержанием наполнителя-стабилизатора горения к общей массе заряда не более 0,6% причем давление пороховых газов из полости центрального канала заряда передают в пласт в виде импульсов давления через выполненные рядами на расстоянии между рядами 20 40 1 длины центрального канала к его диаметру радиальные сквозные каналы и через торцевые поверхности заряда.