СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ ЗАКАЧКИ ЖИДКОСТИ В ПЛАСТ Российский патент 2002 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения эффективности работы нагнетательных скважин.

Пульсации гидродинамического давления в потоке нагнетаемой в пласт жидкости способствуют дополнительному трещинообразованию в призабойной зоне скважины, очистке порового и трещинного пространства от загрязняющих его примесей, разгрузке горного массива от избыточных напряжений и т.д., что способствует повышению приемистости скважины и выравниванию профиля приемистости за счет подключения к процессу закачки жидкости низкопроницаемых пропластков.

Известны способы возбуждения колебаний гидродинамического давления в потоке жидкости с использованием гидродинамических излучателей волн, преобразующих часть энергии движущейся жидкости в энергию упругих колебаний потока (/1, 2/, а. с. СССР 507368, 1011276, 1131554, 1151328, 1489847, 1034790, 1227260, 1227261, 479498, 664698). В гидродинамических излучателях различного типа (жидкостных свистках, вихревых излучателях и т.д.) поток жидкости взаимодействует с полостями различной формы и размеров, что приводит к резонансному возбуждению колебаний с частотой и амплитудой, определяемыми параметрами полости и скоростью потока. Такие излучатели в качестве генераторов волн давления вставляются в колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), спущенных в скважину, и нагнетание жидкости через такую компоновку происходит в пульсирующем режиме.

Наиболее близким является способ, реализованный в технологии закачки воды в нагнетательную скважину /2, стр. 44-57/, при котором гидродинамический излучатель ставится в нижней части колонны НКТ, спущенной в скважину до уровня продуктивного пласта, а зона закачки жидкости в пласт отделяется от остальной части скважины пакером, установленным на колонне НКТ выше продуктивного пласта. Закачка воды в пласт в таком пульсирующем режиме может продолжаться в течение длительного времени, что способствует как повышению интенсивности отбора нефти, так и повышению нефтеотдачи пласта.

Недостатком способа является то, что частота возбуждаемых колебаний находится в килогерцовом диапазоне, в то время как промысловыми экспериментами установлено, что оптимальным диапазоном является диапазон в несколько первых герц /2/. Кроме того, амплитуда колебаний при использовании таких генераторов давления зависит от скорости потока жидкости или, другими словами, от объема воды, нагнетаемой в скважину в единицу времени, который должен быть достаточно велик для того, чтобы интенсивность колебаний давления была существенной. В нагнетательных скважинах с низкой приемистостью часто бывает невозможным обеспечить необходимый для этого темп нагнетания воды.

Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности процесса импульсной закачки жидкости в пласт за счет генерирования волн давления с низкой частотой в диапазоне нескольких первых герц и возможности увеличения амплитуды пульсаций.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении способа - повышение приемистости нагнетательных скважин и выравнивание профиля приемистости.

Для решения поставленной задачи в способе используется следующий механизм возбуждения низкочастотных колебаний в потоке жидкости, нагнетаемой в пласт через колонну НКТ в подпакерное пространство, отделенное пакером от остальной части скважины. В нижнюю часть колонны НКТ включаются трубы с диаметром, меньшим диаметра остальных труб в колонне, при этом образующаяся гидродинамическая система, составленная из подпакерного пространства и труб малого диаметра, будет представлять собой устройство, аналогичное по принципу действия резонатору Гельмгольца /3/, усиливающему гидродинамические волны определенной частоты. Такой резонатор, представляющий собой полость, вход в которую осуществляется через тонкую трубку, характеризуется свойством компактности, то есть, тем, что длина волны, возбуждаемой резонатором, намного превосходит его собственные размеры. Для резонатора, составленного из трубы длиной L большого диаметра D и трубы малого диаметра d длиной l, формула, достаточно точно для практических расчетов, определяющая длину λ возбуждаемой волны, будет иметь вид:
,
откуда следует, что при значениях параметров L, 1, D, d, приемлемых для проведения оценок для нагнетательных скважин
L, l ~20-40 м, D ~130-150 мм, d ~20-40 мм
и скорости звука в жидкости c≈500 м/с, частота генерируемых колебаний будет находиться в диапазоне в несколько герц, то есть будет соответствовать частотам из оптимального для волнового воздействия диапазона.

Теоретические расчеты показывают, что условие компактности, необходимое для эффективной работы резонатора, имеет вид ограничений, накладываемых на параметры резонатора,
,
из которых с учетом формулы (1) следует результирующее необходимое условие, связывающее длину L подпакерной зоны скважины, внутренний диаметр обсадных труб D, общую длину l и внутренний диаметр d труб малого диаметра в нижней части НКT:
.

При нарушении этого условия резонансные свойства компоновки будут практически незначимыми.

На чертеже обозначены: 1 - колонна НКТ, 2 - обсадная колонна нагнетательной скважины, 3 - пакер, 4 - трубы малого диаметра, 5 - подпакерная зона, 6 - пласт, в который производится нагнетание жидкости.

Необходимо отметить, что подпакерная зона является неидеальной полостью для резонатора из-за того, что ее герметичность нарушена гидродинамической связью с пластом. Вместе с тем, расчеты показывают, что при приемистости скважины порядка 100 кубических метров жидкости в сутки при перепаде давления в 10 МПа коэффициент резонансного усиления при приведенных выше характерных значениях параметров L, 1, D, d будет достаточно велик и примерно равен 20-30, а для скважин с более низкой приемистостью коэффициент усиления будет превышать эти величины.

Анализ результатов расчетов параметров генерируемых волн позволяет сформулировать следующие дополнения к предлагаемому способу, повышающие его эффективность.

Резонансные свойства компоновки усилятся, если глубина скважины, а точнее, расстояние от устья скважины до верхнего конца труб малого диаметра будет кратным половине длины волны, возбуждаемой в жидкости, находящейся в НКТ, то есть дополнительное согласование параметров L, l, D, d с глубиной скважины увеличивает эффективность способа.

Расчеты также показывают, что эффективность способа повысится, если верхняя часть колонны НКТ длиной в четверть возбуждаемой волны будет иметь диаметр, больший диаметра остальной части труб.

Таким образом, использование предлагаемого способа закачки жидкости в пласт позволяет усилить на один-два порядка низкочастотные составляющие естественных колебаний давления в потоке нагнетаемой в пласт жидкости. Наибольшую эффективность этот способ будет иметь в случае нагнетания жидкости с помощью поршневых насосных установок, например, при использовании цементировочных агрегатов, характеризующихся высоким уровнем исходных колебаний давления в жидкости, достигающим нескольких атмосфер. В этом случае колебания давления в подпакерной зоне будут иметь амплитуду в несколько десятков атмосфер.

Для повышения надежности пакерующего оборудования в компоновке НКТ целесообразно использовать якорь, принимающий на себя основную часть развивающихся динамических нагрузок.

Возможность практической реализации способа очевидна, поскольку она отличается от обычной практики закачки жидкости в пласт предварительным расчетом параметров компоновки, обеспечивающих достижение резонансных эффектов, и составлением компоновки труб в соответствии с этим расчетом. Остальные действия по оборудованию скважины под нагнетание жидкости и вводу скважины в эксплуатацию стандартны, поэтому их описание здесь не приводится. При необходимости резонансные свойства компоновки можно устранить без подъема оборудования, установив на устье скважины какой-либо компенсатор давления.

Возможны вариации способа, при которых полостью резонатора будет служить междупакерное пространство, образованное двумя пакерами, например, при закачке жидкости в отдельный пласт или пропласток, изолируемый от остальных пластов или пропластков этими пакерами. Способ применим также и для возбуждения колебаний в потоке жидкости в добывающей скважине, если технология добычи позволяет образование полости, например, также с помощью пакеров, необходимой для возбуждения колебаний давления в соответствии с данным способом.

Наиболее успешно заявленный способ может быть применен в нефтедобывающей промышленности, причем способ может применяться в сочетании с другими методами воздействия на призабойные зоны скважин, такими, например, как тепловые или физико-химические методы.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Агранат Б.А., Дубровин M.Н., Хавский Н.Н., Эскин Г.И. Основы физики и техники ультразвука. - М.: Высшая школа, 1987, 352 с.

2. Неволин В.Г., Поздеев О.В. Акустическое воздействие в технологических процессах при добыче нефти. - Пермь: ПермНИПИнефть, 1991, 81 с.

3. Яворский Б.М., Деглаф А.А. Справочник по физике. Для инженеров и студентов вузов. - М.: Наука, 1968, 940 с.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения эффективности закачки жидкости в нагнетательных скважинах. Способ включает возбуждение низкочастотных колебаний гидродинамического давления в нагнетательных скважинах при закачке жидкости через колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) в подпакерную зону, отделенную от остальной части скважины пакером. В нижнюю часть колонны НКТ включают трубы с диаметром, меньшим, чем в остальной части НКТ. Параметры колонны НКТ и подпакерной зоны выбирают исходя из определенного условия, описанного математическим выражением. Включают в верхнюю часть колонны НКТ трубы большего диаметра общей длиной в четверть длины возбуждаемой волны. Согласовывают определенным образом параметры колонны НКТ и глубины скважины. Расстояние от устья скважины до верхнего конца труб меньшего диаметра выбирают кратным длине полуволны, возбуждаемой в жидкости внутри НКТ. Повышается приемистость нагнетательных скважин и выравнивается профиль приемистости. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ импульсной закачки жидкости в пласт, включающий возбуждение колебаний давления при закачке жидкости в пласт через спущенную в скважину колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) с установленным на ней пакером, отделяющим зону закачки жидкости в пласт от остальной части скважины, отличающийся тем, что нижнюю часть колонны НКТ составляют из труб меньшего диаметра, чем в остальной части колонны, при этом общую длину труб меньшего диаметра выбирают, исходя из следующего условия:

где l - общая длина труб меньшего диаметра, м;
d - внутренний диаметр труб меньшего диаметра, мм;
L - длина подпакерной зоны скважины, м;
D - внутренний диаметр обсадной трубы скважины в подпакерной зоне, мм. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что верхнюю часть колонны НКТ длиной, равной четверти длины возбуждаемой в жидкости внутри НКТ волны, составляют из труб с диаметром, большим, чем в остальной части колонны. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от устья скважины до верхнего конца труб меньшего диаметра выбирают кратным длине полуволны, возбуждаемой в жидкости внутри НКТ.