СПОСОБ ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНУЮ ЗАЛЕЖЬ Российский патент 2003 года по МПК E21B43/263 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения отдачи продуктивных пластов и дебита скважин.

Известны способы воздействия на нефтяной пласт источниками колебаний различных типов.

В располагаемых в скважине источниках взрывного типа воздействие на пласт осуществляют с помощью взрывов различных по конструкции зарядов, включающих размещенные в скважине баки с жидкими или газообразными горючими и инициирующие шашки из пороха или твердых взрывчатых веществ. Применяется также способ, в котором изготовление взрывчатой смеси производят непосредственно в скважинах путем электролиза воды [1-5].

Недостатками этих способов являются: малая мощность источников, необходимость поднятия на поверхность устройства для снаряжения при последующих воздействиях, повышенная взрывоопасность компонентов устройства.

Известны также способы механического воздействия на пласт [6, 7], в которых повышение нефтеотдачи достигают путем нанесения периодических ударов по забою скважины.

Недостатками этих способов являются:
1. Сложность технических решений, связанная с тем, что воздействие производят ударом длинной колонны (около 1 км), помещенной в скважину.

2. Из-за большой длительности удара (порядка 1 с) его эффективность действия на породу имеет локальный характер, а излучаемые в массив длинные волны имеют очень малую по напряжениям амплитуду.

Таким образом, известные способы виброобработки нефтяных залежей с использованием источников, располагаемых в скважине, в силу низкой амплитуды воздействия ограничены по площади и эффективны лишь для призабойной зоны обрабатываемого пласта. Увеличению амплитуды воздействия путем применения мощных твердых или жидких ВВ препятствует опасность разрушения скважин.

Наиболее близким по назначению к заявленному является способ волнового воздействия на нефтяную залежь в плотных породах, включающий установку в скважине пакера, дренажной трубы и подачу в скважину воздуха и топлива в виде газа [8].

Недостатком известного способа является его низкая эффективность, обусловленная низким дебитом скважин. Задачей настоящего изобретения является увеличение конечной нефтеотдачи пластов и дебита скважин.

Для осуществления заявленной задачи способ волнового воздействия на нефтяную залежь в плотных породах включает установку в скважине пакера, дренажной трубы и подачу в скважину воздуха и топлива в виде газа, согласно изобретению пакер устанавливают на глубине, большей, чем зона малых скоростей, при этом образуют рабочий объем от пакера до нижнего конца дренажной трубы, заполняют рабочий объем смесью воздуха и газа, после чего в рабочий объем многократно передают детонацию воздушно-газовой смеси со скоростью распространения детонационной волны вдоль скважины, большей скорости распространения поперечных сейсмических волн и меньшей скорости распространения продольных сейсмических волн.

Кроме того, воздушно-газовую смесь подают в количестве, необходимом для заполнения рабочего объема; детонацию воздушно-газовой смеси передают в рабочий объем по детонационной линии, проходящей через пакер.

Сущность изобретения: при многократных воздействиях в трещиноватых коллекторах накапливаются остаточные деформации, что может привести к повышению проницаемости пласта.

Давление в детонационной волне Р_д определяют по формуле:
Р_д= КР, где Р - давление в жидкости, заполняющей скважину на глубине расположения рабочего объема, К - коэффициент, который для большинства воздушно-газовых смесей равен ~20.

Время нарастания давления в рабочем объеме Т связано с длиной рабочего участка скважины L и скоростью детонации D соотношением: Т=L/D.

Скорость детонации D зависит от удельной теплоты реакции q и показателя адиабаты продуктов γ:

Для воздушно-газовых смесей при оценках можно принять:
q≅1 ккал/г=4•10⁶ м²/c², откуда D≅2 км/с, т.е. при L=10 м, Т=5 мс.

Величина 1/Т определяет верхнюю частоту излучаемых волн (нижняя частота определяется временем спада давления τ), спектр которых лежит примерно в диапазоне от 10 до 100 Гц.

Таким образом, источник имеет достаточно широкий спектр, что обеспечивает эффективное воздействие на пласты-коллекторы различной мощности.

Тротиловый эквивалент газовой детонации рабочего объема Е_t определяют следующим образом: Е_t= qM/q_t, где М - масса газовой смеси, заключенной в рабочем объеме скважины сечением S и длиной L, q_t - удельная теплота ВВ. При детонации воздушно-газовой смеси на участке длиной L=10 м, расположенном на глубине 100 м (Р=1 МПа) в скважине площадью сечения S=0,03 м², получают Е_Т=3 кг.

Для сравнения в таблице 1 приведены характеристики некоторых невзрывных источников, используемых в сейсморазведке [9]:
Как видно из таблицы 1, импульсные и вибрационные источники примерно на два порядка отличаются по энергии от источника, предлагаемого в настоящем способе.

На фиг. 1 показаны результаты численного моделирования взрыва воздушно-газовой смеси в массиве прочных горных пород типа известняка (скорость распространения продольных волн С_р=3000 м/с, поперечных С_S=1540 м/с, плотность породы ρ= 2700 кг/м³). Детонацию смеси производят на участке скважины длиной 10 м (от 0 м до 10 м) и диаметром 200 мм. Скорость детонации D_t=2000 м/с. На фиг.1 показано векторное поле (длина отрезка пропорциональна логарифму амплитуды вектора скорости смещения грунта) на момент времени t=15 мс.

На фиг.1 отчетливо видны продольная волна (p₁) и поперечная волна (s₁), распространяющиеся из точки подрыва (z=0). В результате удара детонационной волны в нижний торец скважины формируются продольная волна (p₂) и поперечная волна (s₂). Распространяющаяся вдоль скважины детонационная волна является интенсивным источником поперечных волн, огибающая фронтов которых имеет коническую форму в силу того, что D_f>C_s. Максимальная амплитуда колебаний располагается именно в группе поперечных волн, что видно из фиг.1 (наиболее темная область на векторной диаграмме). Как показывает анализ результатов расчета, подобная картина характерна для транссейсмического режима распространения детонационной волны вдоль скважины (C_s<D_f<C_p), который чаще всего реализуется на практике.

Максимальная амплитуда скорости смещения грунта составляет по результатам численных расчетов величину V_m~5•10^-3 см/с.

Максимальную амплитуду V_mv сейсмической волны, излучаемой вибратором, расположенным на поверхности массива горных пород, можно оценить по соотношению

Здесь F_m - максимальное усилие вибратора, R - расстояние до точки наблюдения, ρ - плотность грунта, V_p - скорость продольных волн, f - частота вибратора, А(υ) - зависимость амплитуды продольной волны от угла υ; при υ=0, A(υ)=l.

Для вибратора с F_m= 10 т, параметрах массива ρ = 3•10³ кг/м³, V_p≅4000 м/с, при частоте f≅30 Гц амплитуда сейсмической волны, излучаемой вибратором, составляет на расстоянии R≅100 м V_m≅5•10^-5 см/с, что на два порядка ниже соответствующего значения в предлагаемом способе.

Максимальное давление детонации газовой смеси в приведенном примере составляет Р_д= 200 кг/см², что позволяет проводить многократное воздействие на залежь, сохраняя при этом целостность скважины.

На фиг. 2 показаны типичные сейсмограммы вертикальной массовой скорости, зарегистрированные на поверхности сильно трещиноватого массива гранита на расстоянии 105 м от трех произведенных в разное время взрывов топливно-воздушной смеси в скважине длиной около 10 м. Рабочий участок скважины составлял ~7 м. Первое вступление, помеченное на сейсмограммах как "Р", соответствует приходу на данное расстояние прямой продольной волны. Скорость распространения трех основных фаз, отмеченных на фиг.2 цифрами 1, 2, 3, близка к скорости поперечной волны. Амплитуда этой волны значительно превышает амплитуду продольной, что соответствует особенностям излучения скважинного источника с детонацией газовой смеси (см. фиг. 1).

Сопоставление сейсмограмм показывает хорошую повторяемость сигналов.

Варьировать параметры излучаемых объемных волн (амплитуду, длительность, спектральный состав) можно, изменяя характеристики источника (длину используемого участка скважины, его глубину относительно дневной поверхности и т. д.).

При многократных воздействиях в трещиноватых коллекторах накапливаются остаточные деформации, что может привести к повышению фильтрационных характеристик пласта. Из литературы [11] известно, что остаточные деформации возникают в трещиноватых горных породах при очень малых амплитудах объемных волн. Однако имеющиеся экспериментальные данные показывают существенную зависимость эффективности виброобработки пласта от амплитуды колебаний, особенно горизонтальной компоненты, в районе расположения коллектора [12].

Неизвестны способы волновой обработки продуктивных пластов, в которых обеспечивалось бы длительное воздействие на залежь объемными волнами столь значительной амплитуды.

На фиг. 3 приведена принципиальная схема устройства для осуществления способа.

В скважине 1, пробуренной в плотных породах, устанавливают на глубине, большей, чем зона малых скоростей 2, пакер 3, через который проходят дренажная труба 4 с клапаном 5, детонационная линия 6 и магистраль подачи топлива 7. При помощи устройства 8, включающего смесительную установку, пульт управления и систему инициирования, подают воздушно-газовую смесь в количестве, необходимом для заполнения рабочего объема 9, определяемого расстоянием от пакера до нижнего конца дренажной трубы. Детонацию смеси инициируют в устройстве 8 и передают в рабочий объем по детонационной линии (6).

При распространении детонационной волны вдоль участка скважины, заполненного воздушно-газовой смесью, в массив горной породы излучаются, в основном, поперечные сейсмические волны высокой интенсивности, которые воздействуют на коллекторы углеводородов. После окончания детонации производят продувку рабочего объема воздухом, после чего цикл повторяют. Минимальная длительность полного цикла составляет около 10 с. Частота подрывов может регулироваться в широких пределах с пульта управления.

Таким способом осуществляют длительную серию интенсивных воздействий на трещиноватый пласт-коллектор углеводородов.

Источники информации
1. RU 2065949 C1, 27.08.1996.

2. SU 1803544 А1, 27.03.1993.

3. RU 2042799 C1, 27.08.1995.

4. RU 2064576 C1, 27.07.1996.

5. RU 2082990 C1, 27.06.1997.

6. SU 1710709 A1, 07.02.1992.

7. RU 2075596 C1, 20.03.1997.

8. US 5346015, 13.09.1994.

9. Сейсморазведка, справочник геофизика. Москва, Недра, 1981.

10. ПУЗЫРЕВ Н. Н. и др. Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн, Москва, Недра, 1985.

11. АДУШКИН В. В. и др. О нелинейном характере деформирования массивов горных пород при прохождении волн малой амплитуды, ДАН, т. 368, 1, 1999, с. 103-107.

12. КУРЛЕНЯ М.В., СЕРДЮКОВ С.В., Определение области вибросейсмического воздействия на месторождение нефти с дневной поверхности, ФТПРПИ, 1999, 4, с. 3-11.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения отдачи продуктивных пластов и дебита скважин. Обеспечивает увеличение конечной нефтеотдачи пластов и дебита скважин. По способу устанавливают в скважину пакер и дренажную трубу. В скважину подают воздух и топливо. Пакер устанавливают на глубине, большей, чем зона малых скоростей. При этом образуют рабочий объем от пакера до нижнего конца дренажной трубы. Заполняют рабочий объем смесью воздуха и топлива в виде газа. После этого в рабочий объем многократно передают детонацию воздушно-газовой смеси со скоростью распространения детонационной волны вдоль скважины, большей скорости распространения поперечных сейсмических волн и меньшей скорости распространения продольных сейсмических волн. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Способ волнового воздействия на нефтяную залежь в плотных породах, включающий установку в скважине пакера, дренажной трубы и подачу в скважину воздуха и топлива в виде газа, отличающийся тем, что пакер устанавливают на глубине большей, чем зона малых скоростей, при этом образуют рабочий объем от пакера до нижнего конца дренажной трубы, заполняют рабочий объем смесью воздуха и газа, после чего в рабочий объем многократно передают детонацию воздушно-газовой смеси со скоростью распространения детонационной волны вдоль скважины, большей скорости распространения поперечных сейсмических волн и меньшей скорости распространения продольных сейсмических волн. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздушно-газовую смесь подают в количестве, необходимом для заполнения рабочего объема. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что детонацию воздушно-газовой смеси передают в рабочий объем по детонационной линии, проходящей через пакер.