СПОСОБ ТЕПЛОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ Российский патент 2005 года по МПК E21B43/24 E21B43/16 

Изобретение относится к области геотехнологий добычи углеводородных ископаемых, в частности к способам и режимам воздействия на пласт управляемыми физическими полями, и может быть использовано для повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации процесса добычи любым известным способом.

Ближайшим аналогом изобретения по своей технической сущности является изобретение по патенту RU 2184842 С2 на “Способ разработки нефтяной залежи”.

В соответствии с данным способом на нефтедобывающий пласт оказывают тепловолновое воздействие тепловым источником, находящимся в скважине, и источником волновых колебаний, находящимся у устья скважины, с одинаковой частотой колебаний по гармоническому закону с синхронно изменяющейся частотой и периодически постоянной разницей фаз.

Недостаток способа заключается в том, что он не позволяет при формировании волновых колебаний учитывать влияние характеристик пласта и воздействия теплоты на пласт, вследствие чего не достигается высокая эффективность воздействия на процесс фильтрации пластовой жидкости.

Задачей настоящего изобретения является интенсификация процесса фильтрации жидкости за счет повышения эффективности теплового и волнового воздействия на продуктивный пласт, увеличение коэффициентов охвата и вытеснения.

Поставленная задача решается тем, что в способе тепловолнового воздействия на пласт, включающем одновременное тепловое и волновое воздействие на пласт тепловым и волновым полями, воздействие осуществляют путем подачи теплоносителя в пласт через генератор колебаний давления, установленный в нагнетательной или добывающей скважине, при этом воздействие осуществляют в диапазоне частот волнового поля в пласте, определяемом с учетом температуры, геологических, теплофизических и гидродинамических характеристик пласта и теплофизических свойств пластовой жидкости, а именно воздействие осуществляют при значениях частоты колебаний от ƒ_min до ƒ_max, определяемых в соответствии со следующими зависимостями:

где ƒ_min, ƒ_max - минимальное и максимальное значения частоты генерируемых колебаний давления, Гц;

d_max, d_min - максимальное и минимальное значения диаметра пор породы пласта, м;

ρ_ж - плотность пластовой жидкости, кг/м³;

μ(t_max), μ(t_min) -значение вязкости пластовой жидкости соответственно при максимальной и минимальной температуре пласта, Па·с.

В частных воплощениях изобретения, поставленная задача решается тем, что до воздействия на пласт исследуют его геологические, теплофизические и гидродинамические характеристики и теплофизические свойства пластовой жидкости, и по результатам исследования характеристик пласта и свойств пластовой жидкости определяют среднюю, максимальную и минимальную значения температуры пласта в соответствии с зависимостями:

где - средняя температура пласта, °С;

t₀ - начальная температура пласта, °С;

t_T - температура теплоносителя на входе в пласт, °С;

х - сухость пара конденсирующегося теплоносителя в процессе теплообмена, кг/кг, для теплоносителя, не изменяющего своего агрегатного состояния, х=0;

ΔI - теплота конденсации, кДж/кг;

С_T - теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг·К);

А - постоянная, зависящая от теплофизических свойств пласта и пластовой жидкости; определяется при исследовании пласта;

Н - толщина пласта, м;

- погонная приемистость пласта, кг/(с·м);

G_n - общая приемистость пласта, кг/с;

L - длина участка скважины, на котором теплоноситель поглощается пластом, м;

r_C - радиус скважины, м;

- теплопроводность пласта, Вт/(м·К);

λ_ж, λ_n - теплопроводность пластовой жидкости и породы, Вт/(м·К);

m - пористость породы;

При этом воздействие осуществляют в непрерывном или дискретном спектре частот.

Сущность предложенного способа состоит в следующем.

Воздействие на пласт осуществляется при одновременном тепловом и волновом воздействии на пласт посредством подачи теплоносителя через генератор колебаний давления, установленный в нагнетательной или добывающей скважине. В качестве теплоносителей могут быть использованы любые газы и жидкости. Теплота и колебания давления распространяются в пласте и воздействуют на процессы в нем.

При повышении температуры пласта снижается вязкость жидкости (нефти), находящейся в порах породы. При снижении вязкости под действием колебательного процесса жидкость начинает интенсивней перемещаться относительно стенок пор [1, 2, 3]. Это приводит к интенсификации процесса фильтрации. Поскольку температура и размеры пор по объему пласта различны, то и интенсификация процесса фильтрации достигается при различных частотах волнового поля. Распределение температуры, вязкости и частоты колебаний приведены на фиг.1-3.

Способ реализуется следующим образом.

До начала воздействия тепловым и волновым полями на пласт исследуют его геологические, теплофизические и гидродинамические характеристики и определяют:

- глубину залегания и толщину пласта,

- распределение пористости по толщине и простиранию пласта,

- распределение диаметра пор по объему пласта,

- состав пород, их физические и теплофизические свойства,

- состав пластовой жидкости и ее теплофизические характеристики,

- начальные термодинамические условия в пласте (температура, давление),

- приемистость пласта.

Кроме того, по параметрам теплоносителя, по теплофизическим свойствам и приемистости пласта определяют расчетом среднюю температуру прогреваемого пласта по формуле:

где - средняя температура прогреваемого пласта, °С;

t_o - начальная температура пласта, °С;

t_T - температура теплоносителя на входе в пласт, °С;

х - сухость пара конденсирующего теплоносителя в процессе теплообмена, кг/кг; для теплоносителя, не изменяющего своего агрегатного состояния, х=0

ΔI - теплота конденсации, кДж/кг;

c_T - теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг·К);

А - постоянная, зависящая от теплофизических свойств пласта и пластовой жидкости; определяется при исследовании пласта;

Н - толщина пласта, м;

- погонная приемистость пласта, кг/(с·м);

G_n - общая приемистость пласта, кг/с;

L - длина участка скважины, на котором теплоноситель поглощается пластом, м;

r_С - радиус скважины, м;

- теплопроводность пласта, Вт/(м·К);

λ_ж, λ_n - теплопроводность пластовой жидкости и породы, Вт/(м·К);

m - пористость породы;

Кроме того, определяют количество теплоты, необходимое для прогрева пласта до средней температуры по формуле

где Q - количество теплоты, кДж;

В - постоянная, определяемая при исследовании пласта;

ρ=mρ_ж+(1-m)ρ_n - плотность пласта, кг/м³;

ρ_ж, ρ_n - плотность пластовой жидкости и породы, кг/м³;

с=mс_ж+(1-m)c_n - теплоемкость пласта, кДж/(кг·К);

c_ж, c_n - теплоемкость пластовой жидкости и породы, кДж/(кг·К);

Кроме того, определяют максимальное и минимальное значения температуры пласта по формулам

где t_max, t_min - максимальное и минимальное значения температуры пласта;

_{- расстояние от скважины, на котором прекращается влияние теплового поля на пласт, м.}

Кроме того, по результатам исследования теплофизических свойств пластовой жидкости определяют зависимость ее вязкости от температуры в виде

где μ(t) - значение вязкости пластовой жидкости при температуре t, Па·с;

μ_о - значение вязкости при температуре t=0°С, Па·с;

а - эмпирическая постоянная, °С.

Кроме того, при известном распределении диаметра пор по объему пласта, а также найденным по формулам (3) и (4) значениям температуры пласта, определяют необходимый диапазон частот колебаний давления по формулам

где ƒ_min, ƒ_max - минимальное и максимальное значения частоты колебаний давления, Гц;

d_max,, d_min - максимальное и минимальное значения диаметра пор в пласте, м. На примере Мордово-Кармальского месторождения природных битумов Татарстана произведем расчет характеристик тепловолнового способа воздействия на битумный пласт в условиях горизонтальных скважин.

В результате исследований битумонасыщенного пласта по разрезу скважин №119 и №40 получены следующие данные [4]:

- глубина залегания пласта Y=90-100 м;

- толщина пласта в среднем Н=10 м;

- пористость т=0,33;

- распределение диаметра пор: d_min=0,02 мм=2·10^-5 м, d_max=0,04 мм=4·10^-5 м;

- состав пород: известняки, песчаники плотные и рыхлые. Теплофизические свойства породы [5]:

- плотность ρ_n=2570 кг/м³;

- теплоемкость с_n=0,83 кДж/(кг·К);

- теплопроводность λ_n=1,22 Вт/(м·К).

Теплофизические свойства битума:

- плотность при 20°С ρ_ж=960 кг/м³;

- теплоемкость c_ж=2,0 кДж/(кг·К);

- теплопроводность λ_ж=0,117 Вт/(м·К);

- вязкость битума в зависимости от температуры, Па·с:

μ(t)=2,114·exp(-0,0433·t),

где t -температура, °С.

Начальные термодинамические условия в пласте:

- температура t_o=8°С;

- давление Р_о=0,5 МПа;

- приемистость пласта =0,022 кг/(с·м).

В формулах (1) и (2) постоянные для условий Мордово-Кармальского месторождения имеют значения: А=10^-2, В=0,0667.

Технологические параметры:

- длина горизонтальной части ствола скважины L=100 м;

- диаметр скважины d_c=2r=0,2 м;

- теплоноситель -влажный водяной пар при температуре t_T=250°С;

- сухость пара х=0,1;

-теплоемкость жидкой фазы С_T=4,8 кдж/(кг·К);

-теплота конденсации пара при t_T=250°С ΔI=1715,3 кдж/кг.

Определение характеристик тепловолнового способа воздействия на пласт производится в следующем порядке.

1. Средняя температура пласта, °С:

2. Плотность пласта, кг/м³:

ρ=0,33·960+0,67·2570=2040.

3. Теплоемкость пласта, кДж/(кг·К):

с=0,33·2,0+0,67·0,83=1,216.

4. Количество теплоты, необходимое для прогрева пласта до температуры t=149,8°С, кДж:

5. Максимальная и минимальная температура пласта, °С:

6. Вязкость битума при максимальной и минимальной температуре, Па·с:

μ(t_max)=2,114·exp(-0,0433·218,6)=1,64·10^-4,

μ(t_min)=2,114·ехр(-0,0433·126,2)=8,95·10^-3.

7. Минимальное и максимальное значения частоты волнового поля, Гц:

Таким образом, способ тепловолнового воздействия на битумный пласт реализуется при количестве теплоты, подведенной в пласт Q=9,17·10⁸ кДж, обеспечивающем температурные пределы пласта t_max=218,6°С и t_min=126,2°С, определяющим частоту колебаний волнового поля в диапазоне от 150 до 8140 Гц.

Изобретение относится к области геотехнологий добычи углеводородных ископаемых, в частности к способам и режимам воздействия на пласт управляемыми физическими полями, и может быть использовано при добыче нефти и битума любым известным способом. Обеспечивает интенсификацию процесса фильтрации жидкости за счет повышения эффективности воздействия теплового и волнового воздействий на продуктивный пласт, увеличение коэффициентов охвата и вытеснения. Сущность изобретения: способ включает одновременное тепловое и волновое воздействие на пласт. Согласно изобретению указанное воздействие осуществляют путем подачи теплоносителя в пласт через генератор колебаний давления, установленный в нагнетательной или добывающей скважинах. При этом волновое воздействие осуществляют при значениях частоты колебаний, которые определяют по аналитическим зависимостям. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ тепловолнового воздействия на пласт, включающий одновременное тепловое и волновое воздействие на пласт, отличающийся тем, что указанное воздействие осуществляют путем подачи теплоносителя в пласт через генератор колебаний давления, установленный в нагнетательной или добывающей скважинах, при этом волновое воздействие осуществляют при значениях частоты колебаний от ƒ_min до ƒ_max, определяемых в соответствии со следующими зависимостями:

где ƒ_min, ƒ_max - минимальное и максимальное значения частоты генерируемых колебаний давления, Гц;

d_max, d_min - максимальное и минимальное значения диаметра пор породы пласта, м;

ρ_ж - плотность пластовой жидкости, кг/м³;

μ(t_max), μ(t_min) - значения вязкости пластовой жидкости соответственно при максимальной и минимальной температуре пласта, Па·с.

где - среднее значение температуры пласта,°С;

t₀ - начальная температура пласта, °С;

t_Т - температура теплоносителя на входе в пласт, °С;

х - сухость пара конденсирующегося теплоносителя в процессе теплообмена, кг/кг, для теплоносителя, не изменяющего своего агрегатного состояния, х=0;

ΔI - теплота конденсации, кДж/кг;

С_T- теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг·К);

А - постоянная, зависящая от теплофизических свойств пласта и пластовой жидкости, определяемая при исследовании пласта;

Н - толщина пласта, м;

- погонная приемистость пласта, кг/(с·м);

G_n - общая приемистость пласта, кг/с;

L - длина участка скважины, на котором теплоноситель поглощается пластом, м;

r_С - радиус скважины, м;

- теплопроводность пласта, Вт/(м·К);

λ_ж, λ_n - теплопроводность пластовой жидкости и породы, Вт/(м·К);

m - пористость породы.

где t_mах, t_min - максимальное и минимальное значения температуры пласта;

r∞_{- расстояние от скважины, на котором прекращается влияние теплового поля на пласт, м.}