СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКВАЖИНЫ Российский патент 2003 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к отраслям промышленности, применяющим скважины для добычи воды и полезных ископаемых, и может быть использовано при подготовке и эксплуатации водяных скважин для восстановления и увеличения их производительности, а также при эксплуатации нефтяных скважин для снижения обводненности извлекаемого флюида и, как следствие, увеличения добычи нефти на поздней стадии разработки месторождений.

Известен способ повышения производительности гидрогеологической скважины, включающий воздействие на прифильтровую зону разнополярными импульсами тока без пауз с изменением их длительности, извлечение воды и кольматантов (1).

Недостатками способа является его ограниченная применимость, в основном для скважин с низким значением минерализации воды и небольшой до 300 м глубины, а также возможно неконтролируемое нарастание температуры вблизи фильтра скважины, что может привести к газовой кольматации пор и капилляров прифильтровой зоны и снижению в конечном итоге производительности скважины.

Известен способ повышения продуктивности нефтегазового пласта, включающий воздействие на пласт разнополярным импульсным током (2).

Недостатком способа является его ограниченная применимость, в основном для скважин на начальной стадии разработки месторождений, обводненность продукции которых составляет доли или единицы процентов от извлекаемого объема, задача же снижения обводненности практически не решается.

Известен способ повышения производительности скважины, включающий воздействие на прифильтровую зону, по меньшей мере, одной водяной или нефтяной скважины электрическим импульсным разнополярным током, раскольматацию и газовую кольматацию прифильтровой зоны, извлечение воды и кольматантов (3).

Недостатками способа являются слабая мощность импульсов тока для воздействия на глубокие (свыше 500 м) водяные скважины, невозможность обеспечить в заявленных диапазонах длительности и скважности импульсов равновесный термодинамический процесс при воздействии на скважины с высокими значениями температуры и минерализации добываемой воды, низкая динамичность процесса воздействия при газовой кольматации водяных капилляров в прифильтровой зоне нефтяных скважин (возрастание температуры обеспечивается длинным импульсом тока, при одном скачке парциального давления), что приводит к недостаточному ограничению водопритока в фильтр скважины.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ управления проницаемостью продуктивного пласта (6) - прототип, включающий воздействие на продуктивный пласт импульсным электрическим током и разнополярными пачками импульсов тока. Недостатками способа является узкий диапазон применимости способа, поскольку, во-первых, из всех возможных параметров воздействия импульсного тока применяется только плотность тока и, как следствие, выделяемая при этом тепловая энергия, во-вторых, статичность параметров импульсного тока в процессе воздействия, либо не позволяет достичь необходимого результата в значительной части порового пространства пласта, либо может приводить к результатам, противоположным ожидаемым для большинства пор и капилляров пласта, и, в-третьих, способ не позволяет учитывать пространственную соизмеримость источника энергии и объекта воздействия (части продуктивного пласта), что также может приводить к нежелательным результатам.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение производительности скважин по добываемому продукту путем изменения проницаемости продуктивного пласта в прифильтровой зоне скважины по воде, т.е. путем изменения интенсивности водопритока в фильтр скважины. Это изменение производится в поровом пространстве прифильтровой зоны скважины, а именно, осуществлением газовой кольматации водяных капилляров, достигается уменьшение ее проницаемости по воде или, наоборот, за счет разрушения кольматантных образований и перегородок в капиллярах достигается увеличение проницаемости прифильтровой зоны скважины по воде. В первом случае достигается снижение обводненности извлекаемого из нефтяных скважин флюида и, как следствие, увеличение добычи нефти, а во втором увеличивается производительность водяных скважин.

Для достижения указанного технического результата в способе повышения производительности скважины, включающем воздействие на прифильтровую зону, по меньшей мере, одной скважины переменным электрическим током, воздействие на прифильтровую зону, по меньшей мере, одной скважины импульсным электрическим током путем пропускания через прифильтровую зону скважины разнополярных пачек однополярных квазипрямоугольных импульсов электрического тока с паузами между положительными и отрицательными пачками импульсов с изменением проницаемости прифильтровой зоны, мощность каждого импульса электрического тока определяют из выражения

где - коэффициент, учитывающий влияние перехода электрод - пласт;
- мощность импульсного тока, необходимая для воздействия на единицу мощности пласта;
λ - коэффициент анизотропии - определяется геофизическими исследованиями;
r_m - среднее геометрическое сопротивление пласта - определяется геофизическими исследованиями, Ом;
r - радиус воздействия, определяется по данным каротажа, м;
С_р - коэффициент теплопроводности пласта, Дж/м•с С^o;
T_l - температура газовыделения из пластовой жидкости во время воздействия, С^o;
Т_р - температура пласта до воздействия, С^o;
ξ - расстояние от точки подключения к рабочему электроду до нижней части прифильтровой зоны, с которой обеспечен электрический контакт, м;
l - расстояние, проходимое электрическим током между точками подключения к электродам, м;
h - мощность пласта, м;
ρ - удельное электрическое сопротивление пласта, Ом•м;
R_з - сопротивление заземления электрода, определяется измерением, Ом, длительность пачек импульсов устанавливают одинаковой и не более 500 мс, а длительность паузы устанавливают равной длительности первого импульса в пачке, при этом для повышения производительности по добываемому продукту нефтяной скважины воздействие на прифильтровую зону проводят со снижением обводненности, с газовой кольматацией пор и капилляров прифильтровой зоны при силе тока в импульсе I, определяемой из выражения:

значение напряжения импульса электрического тока должно быть не менее 50 В, длительность же импульса тока в пачке τ устанавливают величиной постоянной и равной

где R_з - сопротивление заземления электрода, Ом;
h - мощность пласта, м;
ρ_n - удельное электрическое сопротивление пласта, Ом•м;
l_э и r_э - соответственно длина и радиус электрода, м;
L_ab - расстояние между электродами, м;
ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость пласта;
tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь;
с - скорость света в вакууме, м/с,
скважность последовательности импульсов в пачке устанавливают величиной, обеспечивающей газовую кольматацию пор и капилляров и положительное значение градиента температуры пластовой жидкости, а для повышения производительности по добываемому продукту водяной скважины воздействие осуществляют с раскольматацией пор и капилляров прифильтровой зоны, напряжение импульсов тока U устанавливают величиной, определяемой из выражения:

а скважность последовательности импульсов тока в пачке меняют путем изменения длительности импульса тока τ от максимальной τ_max до минимальной τ_min с шагом изменения Δτ при постоянном периоде следования импульсов в пачке, при этом τ_max определяют из выражения:

a τ_min, Δτ и силу тока в импульсе устанавливают величинами, обеспечивающими раскольматацию пор и капилляров прифильтровой зоны и нулевое значение градиента температуры к моменту окончания каждой пачки импульсов.

В процессе воздействия контролируют температуру в фильтре скважины и, при необходимости, корректируют параметры пачек импульсов.

В течение всего процесса воздействия контролируют значения среднего тока пачки и длительности заднего фронта последнего импульса в пачке для определения момента окончания воздействия, так газовую кольматацию прекращают при самопроизвольном снижении величины среднего тока пачки, по меньшей мере, на 10% и увеличении контролируемой длительности заднего фронта до максимального значения, а раскольматацию прекращают при самопроизвольном увеличении значения среднего тока пачки, по меньшей мере, на 10% и уменьшении контролируемой длительности заднего фронта до минимального значения, если контролируемые параметры после указанных изменений сохраняют достигнутые значения в течение, по меньшей мере, четырех часов.

Под разнополярными пачками квазипрямоугольных однополярных импульсов электрического тока (в дальнейшем так же пачки импульсов и пачки) подразумевается, что сначала в течение некоторого времени следует последовательность из нескольких импульсов тока одной полярности, например положительных, а затем после паузы следует последовательность из нескольких импульсов тока другой полярности - отрицательных. Пауза между пачками - это время, в течение которого ток через нагрузку не протекает.

Автором установлено экспериментально, что длительность пачки однополярных импульсов не должна превышать 500 мс. Длительность паузы между разнополярными пачками однополярных импульсов устанавливают равной разности периода следования импульсов и длительности первого импульса в пачке.

Прохождение тока через прифильтровую зону обеспечивается размещением в ней металлического электрода, соединенного кабелем с источником импульсного тока, на некотором расстоянии от этого электрода в пласте располагается второй металлический электрод, также соединенный с источником импульсного тока.

Прифильтровая зона скважины, являясь частью продуктивного пласта, представляет собой неоднородную среду, как по геометрическим свойствам проводящих пор и капилляров, так и по физико-химическим свойствам, составляющих ее пород и заполняющей поровое пространство жидкости. Неоднородности образуют участки повышенной концентрации носителей тока - это кольматантные образования и перегородки, адсорбирующие отрицательные ионы, сужения капилляров и пор, а также области концентрации масс составляющих, которые имеют место в пластовой жидкости, как в электролите. Следовательно, параметры импульсного электрического тока можно выбрать такими, которые позволяют создать в капиллярах, проводящих воду, с одной стороны, условия (температуру, перепады парциального давления), достаточные для выделения пузырьков растворенного газа, которые обеспечат газовую кольматацию капилляров, что определятся в значительной мере силой импульсного тока. Это приводит к уменьшению водопритока в фильтр нефтегазовой скважины, к снижению обводненности добываемого продукта и, как следствие, к увеличению добычи нефти и газа. Пачка однополярных импульсов позволяет создать намного большее число перепадов давления на неоднородностях порового пространства, чем при использовании одиночных импульсов такой же длительности, как и пачка, и при той же температуре, следовательно, образуется гораздо большее количество пузырьков газа, что обеспечивает достаточно надежную кольматацию водяных капилляров для нефтяных скважин. С другой стороны, параметры импульсного электрического тока можно выбрать такими, которые позволяют вызвать смещение носителей тока в пластовой жидкости с максимальным ускорением, что определяется в значительной мере напряжением импульса тока, и создать внутри неоднородностей капилляров электрокинетические силы, которые оказываются достаточными для разрушения кольматантных образований и стенок капилляров в местах сужения последних, что приводит к увеличению проницаемости пласта в прифильтровой зоне водяной скважины, тем самым увеличивая ее производительность. Применение разнополярных пачек однополярных импульсов тока позволяет создать противоположно направленные серии электрокинетических воздействий, достаточных для разрушения практически любых кольматантных образований.

Изменение длительности импульсов в пачке обеспечивает достаточно эффективное раскольматирующее воздействие в порах и капиллярах различного диаметра и строения, обеспечивая при этом сохранение в пласте термодинамического равновесия, что исключает нежелательную для водяных скважин газовую кольматацию.

Под максимальным и минимальным значениями длительности заднего фронта импульса понимают такие значения, которых этот параметр достигает в процессе воздействия и сохраняет их в течение, по меньшей мере, четырех часов.

Пример 1. Способ был применен в Туркменистане на артезианской скважине для восстановления производительности и отсечки соленой воды, поступавшей в продуктивный пласт из вышележащего горизонта. Была осуществлена раскольматация прифильтровой зоны, что повысило дебит в 1,5 раза, и, одновременно, путем газовой кольматации был снижен доступ соленой воды в прифильтровую зону, что снизило соленость воды до санитарных норм. Параметры воздействия: полное время воздействия - 21 ч, раскольматация в течение 12 ч, при U=130 В, I=90 А, длительность пачки импульсов 77 мс, пауза между пачками 20 мс, τ_max= 20 мс, Δτ=3 мс, пауза между импульсами в пачке - 5 мс, количество импульсов в пачке - 4, раскольматация закончена при I=107 А, газовая кольматация осуществлялась в течение 9 ч при U=65 В, I=110 А, длительность пачки импульсов 150 мс, пауза между пачками 20 мс, τ=20 мс, пауза между импульсами в пачке - 5 мс, количество импульсов в пачке - 6, газовая кольматация закончена при I= 100 А.

Пример 2. Способ был применен на артезианской скважине 177 треста АШГАБА-ТАГЫЗСУВ, г. Ашгабат, Туркмения. Дебит скважины до воздействия - 10 л/с, удельный дебит - 0,32 л/с•м. Дебит скважины после воздействия - 18 л/с, удельный дебит - 1,9 л/с•м. Воздействие полностью восстановило производительность скважины.

Параметры воздействия: полное время воздействия - 15 ч, U=170 В, I=160 А, длительность пачки импульсов 125 мс, пауза между пачками 25 мс, τ_max=25 мс, Δτ= 4 мс, пауза между импульсами в пачке - 10 мс, количество импульсов в пачке - 5, раскольматация закончена при I=195 А.

Пример 3. Способ был применен на нефтяной скважине 7 месторождения Бурун. Параметры скважины до воздействия: дебит - 65 м³/сут, содержание воды - 53,4%, добыча нефти - 26,4 т/сут. Параметры скважины после воздействия: дебит - 63,5 м³/сут, содержание воды - 42,2%, добыча нефти - 31,9 т/сут. Параметры воздействия: полное время воздействия - 28 ч, при U=160 В, I=1250 А, длительность пачки импульсов 120 мс, пауза между пачками 50 мс, τ=50 мс, пауза между импульсами в пачке - 20 мс, количество импульсов в пачке - 2, воздействие закончено при I=1100 А.

Список литературы
1. RU, патент на изобретение 2120031, кл. Е 21 В 43/25, 43/00.

2. RU, патент на изобретение 2162512, кл. Е 21 В 43/00, 43/26.

3. RU, патент на изобретение 2087682, кл. Е 21 В 43/25, 43/00.

4. Альпин Л.М., Даев Д.С., Карпинский А.Д. Теория полей, применяемых в электроразведке. М., Недра, 1985 г.

5. Матвеев Б.К. Электроразведка. М., Недра, 1990 г.

6. US, заявка РСТ WO 00/12865, кл. Е 21 В 43/24.

Изобретение относится к отраслям промышленности, применяющим скважины для добычи воды и полезных ископаемых, и может быть использовано при подготовке и эксплуатации артезианских и гидрогеологических скважин для восстановления или увеличения их производительности, а также нефтяных и газовых скважин для снижения обводненности добываемой продукции и увеличения добычи на поздней стадии разработки месторождений. Осуществляют воздействие на прифильтровую зону, по меньшей мере, одной скважины путем пропускания через прифильтровую зону разнополярных пачек однополярных квазипрямоугольных импульсов тока с паузами между положительными и отрицательными пачками импульсов. Характер изменения проницаемости прифильтровой зоны скважины определяют характером следования однополярных импульсов в пачке. Длительность пачки однополярных импульсов не должна превышать 500 мс. Длительность паузы устанавливают равной разности периода следования импульсов и длительности первого импульса в пачке. Предварительно определяют мощность каждого импульса тока по математической зависимости. Для снижения проницаемости прифильтровой зоны по воде значения параметров воздействия устанавливают обеспечивающими положительное значение градиента температуры и перепады парциального давления, достаточные для газовой кольматации пор и капилляров. Длительность τ однополярных импульсов в пачке и их скважность устанавливают величиной постоянной. Увеличение проницаемости прифильтровой зоны скважины по воде осуществляют при переменной длительности τ однополярных импульсов в пачке. Скважность последовательности импульсов тока в пачке меняют путем изменения длительности импульса тока от максимальной τ_max до минимальной τ_min с шагом изменения Δτ при постоянном периоде следования импульсов в пачке. Параметры воздействия устанавливают величинами, обеспечивающими раскольматацию пор и капилляров прифильтровой зоны и нулевое значение градиента температуры к моменту окончания каждой пачки импульсов. Во время воздействия контролируют значение среднего тока пачек импульсов и длительности заднего фронта последнего импульса в пачке и в зависимости от их значений определяют момент окончания воздействия. В процессе воздействия контролируют температуру с помощью термометра, размещенного в фильтре скважины, и, при необходимости, корректируют параметры пачек импульсов. Прохождение разнополярных пачек однополярных квазипрямоугольных импульсов электрического тока через прифильтровую зону скважины обеспечивают размещением в ней металлического электрода, соединенного кабелем с источником импульсного тока, а второй металлический электрод, также соединенный вторым кабелем с источником импульсного тока, располагают в том же пласте на некотором удалении от первого. Изобретение обеспечивает повышение производительности скважин за счет изменения проницаемости продуктивного пласта по воде в прифильтровой зоне скважин. Изобретение позволяет путем газовой пузырьковой кольматации пор и капилляров уменьшить проницаемость по воде, ограничивая водоприток в фильтр скважины, снижая тем самым обводненность добываемой продукции нефтяных и газовых скважин, тем самым способствуя увеличению добычи нефти, а путем разрушения кольматантных перегородок и образований в порах и капиллярах прифильтровой зоны увеличить проницаемость, увеличивая тем самым водоприток в фильтр скважины, что позволяет повысить производительность водяных скважин различного назначения. 2 з. п.ф-лы.

1. Способ повышения производительности скважины, включающий воздействие на прифильтровую зону, по меньшей мере, одной скважины импульсным электрическим током путем пропускания через прифильтровую зону скважины разнополярных пачек однополярных квазипрямоугольных импульсов электрического тока с паузами между положительными и отрицательными пачками импульсов с изменением проницаемости прифильтровой зоны, отличающийся тем, что мощность каждого импульса электрического тока определяют из выражения

где - коэффициент, учитывающий влияние перехода электрод-пласт;
- мощность импульсного тока, необходимая для воздействия на единицу мощности пласта;
λ - коэффициент анизотропии - определяется геофизическими исследованиями;
r_m - среднее геометрическое сопротивление пласта - определяется геофизическими исследованиями, Ом;
r - радиус воздействия, определяется по данным каротажа, м;
С_р - коэффициент теплопроводности пласта, Дж/мс•С^o;
T₁ - температура газовыделения из пластовой жидкости во время воздействия, С^o;
Т_р- температура пласта до воздействия, С^o;
ξ - расстояние от точки подключения к рабочему электроду до нижней части прифильтровой зоны, с которой обеспечен электрический контакт, м;
l - расстояние, проходимое электрическим током между точками подключения к электродам, м;
h - мощность пласта, м;
ρ - удельное электрическое сопротивление пласта, Ом•м;
R₃ - сопротивление заземления электрода, определяется измерением, Ом,
длительность пачек импульсов устанавливают одинаковой и не более 500 мс, а длительность паузы устанавливают равной длительности первого импульса в пачке, при этом для повышения производительности по добываемому продукту нефтяной скважины воздействие на прифильтровую зону проводят со снижением обводненности, с газовой кольматацией пор и капилляров прифильтровой зоны при силе тока в импульсе I, определяемой из выражения

значение напряжения импульса электрического тока должно быть не менее 50 В, длительность же импульса тока в пачке τ устанавливают величиной постоянной и равной

где R₃ - сопротивление заземления электрода, Ом;
h - мощность пласта, м;
ρ_n - удельное электрическое сопротивление пласта, Ом•м;
l_э и r_э - соответственно длина и радиус электрода, м;
L_ab - расстояние между электродами, м;
ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость пласта;
tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь;
с - скорость света в вакууме, м/с,
скважность последовательности импульсов в пачке устанавливают величиной, обеспечивающей газовую кольматацию пор и капилляров и положительное значение градиента температуры пластовой жидкости, а для повышения производительности по добываемому продукту водяной скважины воздействие осуществляют с раскольматацией пор и капилляров прифильтровой зоны, напряжение импульсов тока U устанавливают величиной, определяемой из выражения:

а скважность последовательности импульсов тока в пачке меняют путем изменения длительности импульса тока τ от максимальной τ_max до минимальной τ_min с шагом изменения Δτ при постоянном периоде следования импульсов в пачке, при этом τ_max определяют из выражения

a τ_min, Δτ и силу тока в импульсе устанавливают величинами, обеспечивающими раскольматацию пор и капилляров прифильтровой зоны и нулевое значение градиента температуры к моменту окончания каждой пачки импульсов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе воздействия контролируют температуру в фильтре скважины и, при необходимости, корректируют параметры пачек импульсов. 3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в течение всего процесса воздействия контролируют значения среднего тока пачки и длительности заднего фронта последнего импульса в пачке для определения момента окончания воздействия, так газовую кольматацию прекращают при самопроизвольном снижении величины среднего тока пачки, по меньшей мере, на 10% и увеличении контролируемой длительности заднего фронта до максимального значения, а раскольматацию прекращают при самопроизвольном увеличении значения среднего тока пачки, по меньшей мере, на 10% и уменьшении контролируемой длительности заднего фронта до минимального значения, если контролируемые параметры после указанных изменений сохраняют достигнутые значения в течение, по меньшей мере, четырех часов.