СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2003 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использовано для повышения нефтегазоотдачи продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин путем воздействия на них энергией ударной волны, возбуждаемой электрическими разрядами в жидкости призабойной зоны.

Известно, что после отработанного срока эксплуатации нефтяных и газовых скважин объем добычи в них падает. Для интенсификации добычи нефтегазопродуктов из скважин, находящихся в эксплуатации, используют различные способы. Эти способы и устройства предусматривают использование в качестве энергопривода порох, взрывчатые вещества, насосы, электродвигатели, вибраторы, парогенераторные установки ("Гидравлический разрыв пласта", Ю.П. Желтов, Гостопливотехиздат, 1957 г. ). Каждый из перечисленных способов имеет серьезные недостатки. Использование пороховых зарядов и взрывчатых веществ связано с необходимостью соблюдения повышенных требований к технике безопасности не только при производстве работ, но и при их хранении и транспортировке. Кроме того, при использовании поровых и взрывчатых веществ волновые процессы, воздействующие на продуктивные пласты месторождений, трудноуправляемы и практически исключают возможность дозированного циклического возбуждения волн с заданной частотой и мощностью. Этот недостаток усугубляется тем, что заряд порохового или взрывчатого вещества размещают в обсадной трубе призабойной зоны и, естественно, значительная часть энергии ударной волны после взрыва воспринимается (экранируется) перфорированной стеной обсадной трубы. Следовательно, при недостаточной мощности взрывного устройства, действие ударной волны на продуктивный пласт будет недостаточным, а при большой мощности заряда не исключено разрушение обсадной трубы и цементного кольца за колонной.

Известны также способы, при которых воздействие на продуктивный пласт осуществляют путем закачивания с помощью насосов жидкости со специальными добавками или обработанной специальными способами, а также пара. Такие способы имеют также серьезные недостатки, так как предусматривают использование сложных установок, содержащих мощные нагнетательные насосы высокой производительности. Создаваемый перепад давления при закачке воды или пара в скважину составляет порой сотни атмосфер. Если учесть, что для этой цели используется протяженная система коммуникаций с многочисленными соединениями, то становится очевидным то, что обеспечить бесперебойную работу такого оборудования крайне сложно. Кроме того, следует отметить, что примененное в данном случае оборудование - это крупногабаритные многотонные установки, для обслуживания которых требуется большое количество обслуживаемого персонала. Естественно, что такие установки требуют больших затрат энергоресурсов, а именно топлива, воды, электроэнергии ("Установки производства и закачки пара в пласт". Серия "Машины и оборудование нефтегазовой промышленности", ВНИИОЭНГ, Москва, 1973 г.).

Наличие таких серьезных недостатков заставило специалистов искать новые способы интенсификации добычи нефти и газа, которые бы были менее трудоемкими, дорогостоящими и более безопасными и, в то же время, являлись бы универсальными и легкоуправляемыми.

В семидесятые годы появилось направление, объединяющее различные способы электрогидроимпульсного воздействия на продуктивные пласты нефтяных и газовых месторождений.

Известно изобретение (патент US 4074758 "Способ добычи нефти и устройство для его осуществления"). Сущность изобретения заключается в генерировании электрогидравлической ударной волны в жидкости скважины с помощью конденсаторного устройства с искровым разрядником, введенным в скважину через обсадную колонну. Генерированную ударную волну через перфорационные отверстия в обсадной трубе направляют из скважины в нефтеносный грунт для отделения нефти от грунта.

Данный способ имеет значительные преимущества перед способами, описанными выше, и в значительной мере устраняет имеющиеся у них недостатки. Так для реализации данного способа требуется значительно меньше затрат, так как сокращается объем выполняемых работ, используется менее дорогостоящее и сложное оборудование, уменьшаются энергозатраты. Кроме того, способ универсален, безопасен и легко управляем, что позволяет достигать большей эффективности интенсификации нефтеотдачи пласта не только за счет регулирования мощностью электрического разряда, но частотой следования импульсов. И, тем не менее, обладая рядом преимуществ, данный способ имеет и серьезные недостатки. Одним из таких недостатков является то, что, как и в способах с использованием пороховых и взрывчатых веществ, возникает экранирование генерируемой ударной волны стенками обсадной трубы, а распространение гидропотока в продуктивный пласт происходит только через перфорационные отверстия, выполненные в обсадной трубе. Вследствие этого основная доля энергии разряда гасится внутри трубы, а в продуктивный пласт доходит только часть энергии, которая не всегда обеспечивает достижение главной цели, а именно, значительное повышение нефтеотдачи продуктивного пласта. Увеличение энергии электрического разряда, как и при применении пороховых и взрывчатых веществ, ограничено из-за возможного разрушения обсадной трубы.

Имеются технические решения, которые направлены на устранение недостатка, описанного в аналоге.

Известно изобретение (Патент RU 20907747 "Способ электрогидроимпульсного воздействия в нефтегазовых скважинах и устройство для его осуществления"). Сущность данного изобретения заключается в том, что для электрогидроимпульсного воздействия в нефтегазовых скважинах осуществляют периодическое возбуждение электрического разряда между электродами. В качестве одного электрода используют электрод, в котором имеется внутренняя поверхность, выполненная в виде конуса, или используют в качестве электрода стенку скважинной трубы. Второй электрод размещают в конусе первого электрода. При таком расположении электродов обеспечивается узконаправленное действие ударной волны, что повышает эффект воздействия на продуктивный пласт. Для повышения эффективности воздействия фокусное расстояние отраженной от поверхности конуса волны выбирают из условия расположения точек фокуса на поверхности воздействия. При этом при воздействии на гидратную пробку фокусное расстояние отраженной от поверхности конуса ударной волны выбирают из условия расположения точек фокуса на расстоянии от поверхности воздействия в сторону тела пробки, превышающем расстояние точки фокуса от стенки скважинной трубы. При таком способе за счет позиционирования электроразрядного устройства удается направлять ударную волну через перфорированные отверстия, выполненные в стенках обсадной трубы, и таким образом снизить экранирующий эффект трубы. К недостаткам способа следует отнести следующее: значительно возрастает трудоемкость, так как необходимо многократно позиционировать электроразрядное устройство относительно каждого или большинства отверстий, перфорированных в обсадной трубе, что является сложной и трудоемкой задачей. Кроме того, при такой конструкции электроразрядного устройства при многократном возбуждении электрического разряда возникают волновые процессы, которые в значительной степени ослабляют действие ударной волны, а следовательно, и эффективность ее воздействия на продуктивный пласт.

Известно другое изобретение (Патент RU 2128285 "Установка для гидроимпульсного воздействия на продуктивные пласты"). Отличие данного способа от известных электрогидроимпульсных способов воздействия на продуктивные пласты заключается в том, что используют обсадную колонну, в компоновку которой включена расположенная в зоне продуктивного пласта полиэтиленовая труба, полость которой образует импульсную камеру. Использование импульсной камеры со стенками из более пластичного материала (полиэтиленовой трубы), чем труба обсадной колонны, сокращает непроизводительный расход энергии, гасящийся в стальных трубах. Анализ данного технического решения показывает, что осуществлять монтаж обсадной колонны, конец которой, опускаемый в скважину, выполнен из пластичной полиэтиленовой трубы, из-за неустойчивости и возможного разрушения последней крайне сложно. Кроме того, при наличии цементного кольца за колонной практически не может быть достигнута цель по усилению воздействия ударной волны на продуктивные пласты по сравнению с другими аналогами, так как условия распространения волн будут такими же, как и при использовании металлической трубы на конце колонны.

Из всех описанных решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является группа изобретений, относящихся к направлению электрогидроимпульсного воздействия на продуктивные пласты в нефтяных и газовых скважинах. По мнению авторов в качестве прототипа может быть выбрано изобретение по патенту США, в котором наиболее полно представлены основные существенные признаки, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения.

Действительно, в заявляемом способе, как и в известном, сущность заключается в генерировании электрогидравлической ударной волны в жидкости скважины с помощью конденсаторного разрядного устройства с искровым разрядником, введенным в скважину через обсадную трубу. Генерированную в жидкости ударную волну направляют в нефтеносный грунт для отделения нефти от грунта. Отличие состоит в том, что возбуждение ударной волны осуществляют с внешней стороны обсадной трубы, при этом электроразрядное устройство выводят за пределы обсадной трубы через отверстие, выполненное в ней.

Другое отличие состоит в том, что вывод электроразрядного устройства за пределы обсадной трубы осуществляют последовательно через специальные отверстия, которые выполняют в трубе в количестве не менее двух, располагают равномерно по периметру трубы и каждый раз после вывода электроразрядного устройства за пределы обсадной трубы осуществляют циклические электрические разряды.

Целью предлагаемого изобретения является повышение интенсификации добычи нефти при меньших энергетических затратах за счет эффективного воздействия электрогидроимпульсной ударной волны на продуктивный пласт скважины, уменьшение габаритов энергетического источника импульсов и снижение затрат на производство работ.

Из сущности изобретения очевидно, что при выполнении электрического разряда в жидкости призабойной зоны с внешней стороны обсадной трубы большая часть энергии распространяющейся ударной волны непосредственно воздействует на продуктивный пласт и только частично воспринимается (экранируется) обсадной трубой при распространении ударной волны в сторону, противоположную от внешней стороны трубы, на которую выведено разрядное устройство. Для устранения этого недостатка целесообразно в обсадной трубе выполнить несколько отверстий, два и более, располагая их равномерно по периметру обсадной трубы и последовательно выводя в них электроразрядное устройство и осуществлять циклические разряды. При такой схеме ударная волна будет эффективно воздействовать на окружающий скважину продуктивный пласт при значительно меньших энергозатратах по сравнению, когда ударную волну возбуждают внутри обсадной трубы. Кроме того, при меньших энергозатратах сокращаются габариты энергетического блока, а следовательно, упрощается задача спуска его в скважину через проходное сечение обсадной трубы. Вариантов реализации данного способа может быть несколько. Один из таких вариантов представлен на фиг.1, 2, 3.

На фиг. 1 представлено исходное положение одного из вариантов электроразрядной головки, на фиг.2 - рабочее положение электроразрядной головки и на фиг. 3 - поперечное сечение зоны обработки в рабочем положении электроразрядной головки.

Один из вариантов электроразрядной головки для реализации предложенного способа обработки призабойной зоны скважины имеет следующее устройство. Электроразрядное устройство питается от генератора импульсных токов (ГИТ) и состоит (фиг. 1) из корпуса 1, скобы разрядника 2 и ползуна 3. В корпусе 1 размещается механизм позиционирования 4 и привод перемещения ползуна (на чертеже не показан), который с помощью тяг 5 соединяется с ползуном 3, имеющим клиновой паз 6. Через корпус 1 проходит гибкий коаксиальный токопровод 7, соединяющий ГИТ со скобой разрядника 2, которая располагается в клиновом пазе 6 ползуна 3. Верхняя часть скобы разрядника 2 закреплена на гибком коаксиальном токопроводе 7, при этом обеспечивается ее электрический контакт с внешней оплеткой токопровода 1, образующий искровой (фиг.2) промежуток 8.

Обработка призабойной зоны скважины осуществляется следующим образом.

Предварительно в призабойной зоне скважины в обсадной трубе 9 выполняются отверстия 10 в количестве не менее двух, которые располагаются равномерно по периметру обсадной трубы 9. Электроразрядное устройство опускается в скважину до призабойной зоны и с помощью механизма позиционирования 4 устанавливается таким образом, что скоба разрядника 2 располагается против одного из отверстий 10 в обсадной трубе 9. Затем ползун 3 с помощью тяг 5 подтягивается к корпусу 1. При этом скоба 2 разрядника скользит по дну направляющего клинового паза 6, смещается от оси трубы 9 и через отверстие 10 выводится за пределы обсадной трубы 9 таким образом, что искровой промежуток 8 оказывается на заданном расстоянии D от внешней поверхности обсадной трубы 9, как это показано на фиг.2, занимая рабочее положение.

После этого через гибкий коаксиальный токопровод 7 от ГИТ на скобу разрядника 2 подается импульс высокого напряжения, вызывающего электрический пробой зазора между центральным проводником токопровода 7 и нижней частью скобы разрядника 2. В результате пробоя в искровом промежутке 8 протекает импульс тока, генерирующий ударную волну в окружающей среде.

Поскольку искровой промежуток 8 выведен за пределы обсадной трубы 9, то интенсивность воздействия ударных волн на пласт значительно выше, чем при разряде внутри обсадной трубы. Подача импульсов высокого напряжения на скобу разрядника 2, вызывающих электрические разряды в искровом промежутке 8, осуществляется циклически.

После выполнения необходимого количества электрических разрядов подача импульсов высокого напряжения на скобу разрядника 2 прекращается. Электроразрядная головка приводится в исходное положение. Затем электроразрядное устройство с помощью механизма позиционирования 4 устанавливается таким образом, что скоба разрядника 2 располагается против следующего отверстия 10 в обсадной трубе 9, и цикл обработки призабойной зоны скважины повторяется.

После обработки скважины путем вывода электроразрядного устройства за пределы обсадной трубы 9 через все отверстия 10, выполненные в обсадной трубе 9, и осуществления при этом циклических электрических разрядов электроразрядное устройство поднимается из скважины.

Возможность реализации способа сначала была подтверждена на испытательном стенде, на котором была смоделирована призабойная зона скважин в обсадной трубе ⊘146 мм, в которой выполнены перфорированные отверстия ⊘20 мм.

Испытания показали, что скачок давления на фронте ударной волны в среде, окружающей обсадную трубу, при разряде за пределами обсадной трубы (т.е. по предлагаемому способу) в 2,2-2,4 раза выше, чем при традиционном способе, т. е. при разряде внутри трубы при одних и тех же параметрах.

Из описания сущности и параметров осуществления предлагаемого технического решения видно, что совокупность признаков, характеризующих это решение, не встречается у выявленных аналогов и прототипа.

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности и может быть использовано для повышения нефтегазоотдачи продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин путем воздействия на них энергией ударной волны, возбуждаемой электрическими разрядами в жидкости призабойной зоны. Техническим результатом изобретения является повышение интенсификации добычи нефти при меньших энергетических затратах за счет эффективного воздействия электрогидроимпульсной ударной волны на продуктивный пласт скважины, уменьшение габаритов энергетического источника импульсов и снижение затрат на производство работы. Для этого генерируют электрогидравлическую ударную волну в жидкости призабойной зоны скважины импульсными разрядами с помощью конденсаторного разрядного устройства с искровым разрядником, введенными в скважину через обсадную трубу. При этом возбуждение ударной волны осуществляют с внешней стороны обсадной трубы, для этого электроразрядное устройство выводят за пределы обсадной трубы через выполненное в ней отверстие. Генерированную в жидкости ударную волну направляют в нефтеносный грунт для отделения нефти от грунта. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ интенсификации добычи нефти, при котором осуществляют возбуждение ударной волны в жидкости призабойной зоны скважины импульсными разрядами электроразрядного устройства, введенного через обсадную трубу в призабойную зону, и направляют генерированную ударную волну через жидкость призабойной зоны из скважины в продуктивный нефтегазоносный пласт, отличающийся тем, что возбуждение ударной волны осуществляют с внешней стороны обсадной трубы, при этом электроразрядное устройство выводят за пределы обсадной трубы через отверстие, выполненное в обсадной трубе. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вывод электроразрядного устройства за пределы обсадной трубы осуществляют через отверстия, которые выполняют в обсадной трубе в количестве не менее двух, располагая их равномерно по периметру обсадной трубы, последовательно выводят в указанные отверстия электроразрядное устройство и осуществляют при этом циклически электрические разряды.