СПОСОБ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНУЮ ЗАЛЕЖЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК E21B43/25 E21B28/00 

Изобретение относится к сейсмологии и может быть использовано для повышения эффективности разработки залежей нефти.

Каждое месторождение нефти, проходя последовательно этапы разработки, закономерно подходит к завершающей стадии, характеризующейся снижением добычи, при этом остается до 40-50% первоначальных запасов. Одна из основных проблем нефтедобычи - извлечение остаточной нефти, поэтому особую актуальность приобретают методы, способствующие нефтеотдаче. Одним из них является вибрационное воздействие на нефтяную залежь в призабойной зоне скважин, которое осуществляется с помощью механических, гидравлических, ультразвуковых генераторов волн давления в пористой среде (Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти/Под общ. ред. Ш.К. Гиматудинова, Р.С. Андриасовa, И.Т. Мищенко, А.И. Петровa и др.- M.: Недра, 1983, с. 364-368).

Колебания давления, генерируемого вибраторами, распространяясь в пористой среде и пластовой жидкости, обуславливают появление микротрещин в породе, уменьшение вязкости нефти, разрушение пространственной структуры смолистых и парафинистых ее составляющих. Возрастает также подвижность границ раздела вода-нефть, уменьшается поверхностное натяжение нефти на границе с водой, возрастает скорость капиллярного впитывания воды в нефтенасыщенную пористую среду. Установлено также, что колебания давления способствуют интенсификации суффозии (переноса) свободных частиц в поровом пространстве, дополнительно увеличивая ее проводимость. Колебания давления в обводнившемся пласте способствуют интенсификации процессов расслоения воды и нефти с соответствующим сокращением водонасыщенности пористой среды, увеличению притока нефти и поглотительной способности нагнетательных скважин, увеличению радиуса и раскрытости трещин.

Главным недостатком указанного способа является ограниченный радиус воздействия на пласт из-за малой мощности виброисточников, зависящих в свою очередь от геометрических параметров скважин.

Известен также способ вибровоздействия источниками, передающими сейсмическую энергию на нефтяной пласт с земной поверхности через толщу вышележащих горных пород - технология объемного вибросейсмического воздействия (ВСВ) (Результаты опытно-промысловых работ по повышению нефтеотдачи вибросейсмическим методом. Б.Ф. Симонов, С.В. Сердюков, Е.Н. Чередников и др. Нефтяное хозяйство, 1996, N 15, с. 48-52).

При проведении работ были использованы мощные электромеханические виброисточники модульного типа блочной конструкции с вертикальным направлением вынуждающей силы. Как указывают авторы, применение метода вибросейсмического воздействия с земной поверхности значительно увеличивает нефтеотдачу обводненных пластов месторождений, находящихся на поздней стадии эксплуатации. Особенно эффективен этот метод на многопластовых залежах. Эффект от ВСВ проявляется в зоне радиусом 2,5-3,0 км от точки установки виброисточников, где обводненность скважин достигает 38-50% общей добычи участка. Эффект от вибровоздействия сохраняется от 7 до 12 месяцев.

Основным недостатком указанного способа является воздействие на нефтяную залежь виброисточником только вертикальным направлением вынуждающей силы. Действие вертикальной силы в упругом полупространстве (каковым является толща горных пород) приводит к возбуждению в нем интенсивной продольной волны (Р) в направлении действия силы. По мере отхода от вертикали интенсивность продольной волны (Р) уменьшается по закону косинуса и становится равной нулю в направлении дневной поверхности. Одновременно продольные волны упругости (расширения - сжатия) в определенных случаях могут приводить к уплотнению или даже закупорке пор и трещин.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности вибровоздействия на нефтяную залежь.

Указанная задача достигается тем, что на нефтяную залежь воздействуют не только продольными (Р), но и поперечными (S) волнами различной (управляемой) поляризации, при этом поле вибровоздействия (P- и/или S-волны) налагают одновременно или последовательно сейсмическими сигналами одинаковых или различных параметров (частоты, длительности и т.д.).

При приложении к поверхности упругого полупространства источника горизонтальной силы в среде возникают продольные (Р) и поперечные (S) волны, поляризация которых определяется направлением действия этой силы. При ее ориентации вдоль линии профиля (ось X) в среде возникают продольные (Р) и поперечные (S) волны (Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн. Н. Н. Пузырев, А. В. Тригубов, Л.Ю. Бродов и др.- М.: Недра, 1985, 277 с.). Продольная волна (Р) в вертикальной плоскости не излучается, а ее максимальные амплитуды наблюдаются под углами 40-60^o относительно вертикальной оси. Поперечная SV-волна поляризована в вертикальной плоскости.

При действии горизонтальной силы перпендикулярно линии профиля (ось Y) в вертикальной плоскости, проходящей через профиль (плоскость XOZ), наблюдается только поперечная SH-волна, поляризованная в направлении, перпендикулярном линии профиля. В противоположность продольным поперечные волны в любых случаях приводят к смещению одних частиц относительно других.

Вышеизложенное говорит о том, что при последующем воздействии на нефтяную залежь поперечными волнами (или при одновременном воздействии P- и S-волнами) значительно увеличивается эффект вибровоздействия из-за наличия различного типа волн в упругой и флюидонасыщенной средах. Это позволит дополнительно воздействовать на трещиноватость, пористость (улучшение раскрытия в других плоскостях), уменьшение вязкости и поверхностного натяжения нефти и т. д. , что в конечном счете приведет к значительному увеличению нефтеотдачи скважин.

Известен источник сейсмических колебаний (патент РФ 2094827, кл. G 01 V 1/147 от 27.10.97, заявка N 95112213 от 27.07.95 г.), содержащий излучающую плиту, шарнирно соединенную с ней одним концом стойку, возбудитель колебаний, перемещаемый шток которого соединен со вторым концом стойки, снабжен приспособлением для изменения угла наклона стойки относительно возбудителя и фиксатором ее положения. Изобретение также предусматривает использование не менее одной дополнительной плиты и различных видов ее связи со штоком вибровозбудителя и излучающей плитой для регулирования параметров сейсмических импульсов, а следовательно, формы и спектра возбуждаемых колебаний.

Указанная конструкция достаточно сложна, излучающие плиты связаны кинематически между собой, что при подаче различных сейсмических сигналов на разные излучающие плиты в той или иной степени может давать наводки, что особенно актуально при возбуждении разнопараметрных сигналов. Кроме того, при удалении дополнительных плит от вертикальной оси штока возбудителя ухудшается сцепление с почвой и как следствие ухудшается передача сейсмических сигналов в геологическую среду.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности источника сейсмических колебаний при одновременном расширении его технологических возможностей.

Указанная задача решается за счет того, что источник сейсмических колебаний, содержащий по крайней мере две излучающие плиты, связанные с закрепленным на раме возбудителем колебаний, снабжен закрепленной на раме плитой, через которую пропущен шток возбудителя колебаний, при этом одна из излучающих плит шарнирно связана с указанным штоком, а каждая из других излучающих плит шарнирно связана с двумя тягами, закрепленными шарнирно на плите, которая может быть закреплена на раме с возможностью поворота и продольного перемещения относительно штока возбудителя колебаний. Кроме того, по крайней мере одна из двух тяг может быть выполнена переменной длины, а концы их крепления на плите могут быть смещены по ее радиусу относительно друг друга.

Для повышения компактности и эффективности одна из излучающих плит выполняется центральной, а другие располагаются вокруг нее.

Как следует из вышеизложенного, значительно упрощается конструкция источника сейсмических колебаний, а именно каждая излучающая плита независима от других, проще ее монтаж и обслуживание, обеспечивается независимая без искажений (помех) передача сейсмических сигналов, кроме того, за счет установки стоек обеспечивается распорное усилие от массы самого источника на дополнительные излучающие плиты, что обеспечивает надежное сцепление с почвой и как следствие качественную передачу сейсмических сигналов в геологическую среду. Одновременно за счет возможности поворота известным способом поворотной плиты на угол до 50^o обеспечивается передача сигналов в геологическую среду в любом направлении.

Для лучшего понимания изобретения ниже приведен вариант его конкретного выполнения со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 - конструктивная схема предлагаемого технического решения (источник с возбудителем условно не показан);
фиг. 2 - вид по А-А (см. фиг. 1);
фиг. 3 - вид на излучающие плиты при повороте поворотной плиты на 45^o.

Предложенный источник сейсмических колебаний содержит жесткий перемещаемый шток 1 возбудителя колебаний, с шарнирным концом 2 которого соединена центральная 3 излучающая плита. Одновременно на ходовой части (раме) источника сейсмических колебаний (не показан) установлена поворотная плита 4, через которую проходит жесткий перемещаемый шток 1 возбудителя. На внешнем кольце 5 поворотной плиты 4 установлены кронштейны 6 для крепления стоек 7, соединенных также шарнирно с дополнительными излучающими плитами 8. Дополнительные излучающие плиты 8 соединены шарнирно с внутренним кольцом 9 поворотной плиты 4 телескопическими тягами 10. Кроме того, поворотная плита 4 имеет возможность перемещения вдоль вертикальной оси и поворота в горизонтальной плоскости до 50^o в одном из любых двух направлений.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Для передачи (инициирования) продольных волн используют центральную излучающую плиту или в дополнение к ней дополнительные диаметрально противоположные, или все дополнительные.

Для передачи (инициирования) поперечных волн дополнительные две плиты (одна вдоль профиля, а другая - перпендикулярно профилю) отводят от центральной излучающей плиты на определенное расстояние, стойками прижимают к почве и передают сейсмосигналы. При необходимости меняют полярность или создают необходимые комбинации.

Перемещение поворотной плиты вдоль вертикальной оси позволит менять величину (изменять соотношение составляющих) при передаче (инициировании) поперечных волн.

Для получения продольных и поперечных волн в работе участвуют центральная и дополнительные плиты. Изменить направление поперечных волн можно перемещением поворотной плиты. В этом случае соответственно перемещению будет изменяться и направление поперечных волн.

Используется при разработке нефтяной залежи. Источником вибрационных сейсмических колебаний создают продольную и дополнительно поперечную волну различной поляризации, образованные волнами поля вибровоздействия налагают одновременно или последовательно. Устройство содержит излучающие плиты, связанные с закрепленным на раме возбудителем колебаний. На раме закреплена плита. Через эту плиту пропущен шток возбудителя колебаний. Одна из излучающих плит шарнирно связана с указанным штоком. Каждая из других излучающих плит шарнирно связана с двумя тягами, шарнирно закрепленными на плите. Повышается эффективность вибровоздействия на нефтяную залежь. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ вибросейсмического воздействия на нефтяную залежь, по которому источником вибрационных сейсмических колебаний создают продольную волну, отличающийся тем, что указанным источником колебаний дополнительно создают поперечную волну различной поляризации, при этом образованные волнами поля вибровоздействия налагают одновременно или последовательно. 2. Источник сейсмических колебаний, содержащий по крайней мере две излучающие плиты, связанные с закрепленным на раме возбудителем колебаний, отличающийся тем, что снабжен закрепленной на раме плитой, через которую пропущен шток возбудителя колебаний, при этом одна из излучающих плит шарнирно связана с двумя тягами, закрепленными шарнирно на плите. 3. Источник по п. 2, отличающийся тем, что плита закреплена на раме с возможностью поворота. 4. Источник по п.2 или 3, отличающийся тем, что плита закреплена на раме с возможностью перемещения вдоль штока возбудителя колебаний. 5. Источник по любому из пп.2 - 4, отличающийся тем, что по крайней мере одна из двух тяг может быть выполнена переменной длины. 6. Источник по любому из пп.2 - 5, отличающийся тем, что концы крепления тяг на плите смещены по ее радиусу относительно друг друга. 7. Источник по любому из пп.2 - 6, отличающийся тем, что указанные другие излучающие плиты расположены вокруг одной излучающей плиты.