СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ФЛЮИД НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ Российский патент 2006 года по МПК E21B43/16 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения коэффициента извлечения нефти (КИН), ее дебита, улучшения качества и реологических (кинетических) свойств, увеличения объема откачиваемого флюида, при снижении содержания в нем воды.

Известен способ интенсификации добычи нефти, включающий спуск в скважину насосно-компрессорных труб, генератора звуковых колебаний, например, насоса на насосно-компрессорных трубах акустического устройства, в виде резонатора-генератора звука, возбуждение насосом колебаний звука и трансформирование акустическим резонатором-генератором звука звуковых колебаний (SU №794200, опубл. 07.01.1981).

Недостаток данного способа заключается в том, что при трансформировании акустическим резонатором-генератором звука звуковых колебаний отсутствует область высоких частот ультразвукового диапазона, которыми можно осуществлять дегазацию нефти с последующим уменьшением вязкости и роста дебита скважины.

Известен способ воздействия на флюид нефтяных месторождений при добыче нефти, заключающийся в создании колебательного процесса заданной частоты в обрабатываемом нефтяном флюиде в зоне осуществления добычи нефти (RU №2133332, Е 21 В 43/00, 43/25, опубл. 20.07.1999).

Данный способ интенсификации добычи нефти включает спуск в скважину насосно-компрессорных труб, генератора звуковых колебаний, например насоса на насосно-компрессорных трубах, акустического устройства в виде резонатора-генератора звука, возбуждение насосом колебаний звука и трансформирование акустическим резонатором-генератором звука звуковых колебаний, при этом акустический резонатор-генератор звука размещают на забое скважины, а трансформирование им звуковых колебаний осуществляют трансформированием волн низких частот в область высоких частот ультразвукового диапазона, которыми производят дегазацию нефти с последующим уменьшением ее вязкости и ростом дебита скважины.

Недостаток данного способа заключается в том, что не использовался весь арсенал возможных излучений для колебательной обработки нефтяного флюида и комбинаций этих излучений. В результате имеет место ограниченное применение известного способа. Учитывая нестабильность состава нефтяного флюида, зависящего от места нахождения месторождения, эффективный способ для одного типа нефтерождения может оказаться не таким эффективным для другого месторождения.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению резонансного возбуждения и расщепления углеводородов флюида на более легкие углеводороды и резонансной энергизации воды флюида при изменении ее физических свойств.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности добычи нефти путем увеличения коэффициента извлечения нефти, ее дебита, улучшения качества и реологических (кинетических) свойств, увеличения объема откачиваемого флюида при снижении содержания в нем воды.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе воздействия на флюид нефтяных месторождений при добыче нефти, заключающемся в создании колебательного процесса заданной частоты в обрабатываемом нефтяном флюиде в зоне осуществления добычи нефти, колебательный процесс осуществляют непосредственно в обрабатываемом нефтяном флюиде в виде излучения сформированными в стоячие волны несущими электромагнитными волнами в диапазоне частот 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц и/или ультразвуковыми волнами в диапазоне частот от 1,5×10⁴ до 10⁹ Гц, и/или акустическими волнами в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц, промодулированными информационными сигналами, резонансными углеводородам обрабатываемого нефтяного флюида.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

При реализации указанной совокупности признаков технический результат достигается за счет:

- Резонансного возбуждения и расщепления углеводородов флюида на более легкие углеводороды и резонансной энергизации воды флюида при изменении ее физических свойств.

- Снижения вязкости флюида и разделения его на легкие углеводороды и энергизированную воду.

- Перераспределения углеводородов флюида в верхние отделы месторождений к нефтескважинам, а энергизированной воды флюида в нижние отделы месторождений.

- Вытеснения углеводородов, энергизированной водой флюида из нижних отделов месторождений в верхние к нефтескважинам.

- Повышения дренажной функции трещин, микротрещин, капилляров и пор месторождений при освобождении их просвета от:

а) осевших и налипших на их стенку тяжелых углеводородов, асфальтено-парафиносмолистых отложений и др. при резонансном возбуждении и расщеплении их под воздействием резонансно-волновой технологии на легкие подвижные фракции (комплексы);

б) глин, коллоидно-дисперсных образований, микрочастиц породы и др. при растворении и/или вымывании их энергизированной водой флюида, перераспределяющейся в нижние отделы месторождений;

в) воды адсорбированной и прочно связанной на поверхности минеральных частиц их стенки силами ионного, молекулярного, капиллярного и перового притяжения, при ее энергизации и изменении физических свойств под воздействием резонансно-волновой технологии.

- Повышения давления в пластах месторождений за счет:

а) повышения температуры флюида и понижения его вязкости при воздействии на него резонансно-волновой технологии;

б) увеличения концентрационного градиента легких резонансно-возбужденных углеводородов флюида, отличающихся большей тепловой скоростью от тяжелых углеводородов, при заданной температуре пластов;

в) изменения физических свойств энергизированной воды флюида, отличающейся пониженной температурой кипения, повышенной откликаемостью (подвижностью) на механические, температурные, акустические, ультразвуковые, электромагнитные, геомагнитные, гравитационные и др. воздействия; повышенным парообразованием и др.

Повышения проницаемости трещин, микротрещин, капилляров и пор месторождений для углеводородов, перераспределяющихся по ним из нижних в верхние отделы месторождений к нефтескважинам, за счет:

а) формирования в их краевых, пристеночных зонах, полимолекулярных монослоев энергизированной, подвижной воды флюида, предотвращающей адгезию (осаждение и налипание) углеводородов на стенку, и обеспечивающих их беспрепятственное перераспределение в верхние отделы месторождений;

б) придания резонансно-волновым воздействием легким углеводородам флюида гидрофобных свойств, предотвращающих их смешивание с пристеночными монослоями энергизированной воды флюида, отделяющими углеводороды от стенки трещин, микротрещин, капилляров и пор.

В соответствии с настоящим изобретением способ воздействия на флюид нефтяных месторождений при добыче нефти включает в себя воздействие на флюид излучением. В качестве излучения используют несущие электромагнитные волны диапазоне частот 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц и/или ультразвуковыми волнами в диапазоне частот от 1,5×10⁴ до 10⁹ Гц, и/или акустическими волнами в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц. Несущие электромагнитные и/или ультразвуковые волны, и/или акустические волны модулируют информационными сигналами, резонансными углеводородам флюида, формируют в стоячие волны и направляют на обрабатываемый флюид.

Физическая сущность способа для интенсификации добычи нефти заключается в воздействии излучением в виде колебательного процесса на выделение газа из жидкости.

Колебания, излученные в жидкую среду, создают волновое поле, которое изменяет характеристику среды и происходящие в ней процессы: изменяется скорость, коэффициент затухания и т.д. Помимо этого в среде происходят такие процессы, как кавитация, дегазация, возникают акустические потоки и т.п.

Значение интенсивности волнового поля, необходимое для воздействия на среду, существенно зависит от его исходного термодинамического состояния. Для того чтобы перевести систему из состояния устойчивого термодинамического равновесия в новое стационарное состояние, требуется огромная энергия внешнего воздействия. Если же система находится в состоянии, близком к термодинамической неустойчивости (метастабильном состоянии), то внешнее воздействие даже малой интенсивности способно перевести ее в качественно новое состояние.

Система приходит в состояние неустойчивости тогда, когда значение какого-либо характеристического параметра близко к критическому. Поэтому энергетически наиболее выгодно осуществлять воздействие на систему, находящуюся в метастабильном состоянии.

В работе Кузнецов И.Л., Ефимова С.А. «Применение ультразвука в нефтяной промышленности», М, «Недра», 1983. - стр.26-27, стр.75-79 показано, что в акустическом поле интенсивностью 8-10 кВт/м² при частоте 5-20 кГц экспериментально наблюдается изменение сдвиговой вязкости нефтей (снижение вязкости жидкости в акустическом поле объясняют ее частичным нагревом за счет поглощения упругой энергии и разрывом связей у отдельных макромолекул при кавитации).

Обычно вязкость жидкости после такого акустического воздействия сначала снижается на 20-30%, а в последующем либо восстанавливается (в докавитационном и слабо кавитационном режиме), либо не восстанавливается (в развитом кавитационном режиме).

Такие параметры, т.е. акустическое поле интенсивностью 8-10 кВт/м² с частотой 18-25 кГц можно получить специальным акустическим резонатором-генератором звука (например, резонатором Гельмгольца) для интенсификации добычи нефти. Кроме того, такой генератор не нуждается в электрической энергии или энергии потока жидкости (газа). Он работает на энергии упругих колебаний фильтрационных шумов флюида и упругих колебаний погружной установки (глубинного электроцентробежного насоса, спущенного в скважину на насосно-компрессорных трубах), частота которых распространяется до забоя.

Таким образом, по результатам проведенных исследований и экспериментов был сформулирован в виде алгоритма способ воздействия на флюид нефтяных месторождений при добыче нефти, который заключается в создании колебательного процесса заданной частоты в обрабатываемом нефтяном флюиде в зоне осуществления добычи нефти, при этом колебательный процесс осуществляют непосредственно в обрабатываемом нефтяном флюиде в виде излучения сформированными в стоячие волны несущими электромагнитными волнами в диапазоне частот 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц и/или ультразвуковыми волнами в диапазоне частот от 1,5×10⁴ до 10⁹ Гц, и/или акустическими волнами в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц, промодулированными информационными сигналами, резонансными углеводородам обрабатываемого нефтяного флюида.

Пример (по результатам использования резонансно-волновой технологии на N-ском нефтяном месторождении):

Резонансно-волновому воздействию одновременно подвергались два участка N-ского нефтяного месторождения, находящиеся между собой на расстоянии 7 км. На каждом участке находилось по 4 скважины. Расстояние между скважинами варьировало от 200 до 800 м. Все скважины были перфорированы на разных горизонтах. По периметру от обоих демонстрационных участков в радиусе 3 км были выделены контрольные зоны с находящимися на них работающими скважинами. В общей сложности вокруг первого участка оказалось 17 работающих скважин, а вокруг второго участка - 35 работающих скважин (всего 52 контрольные скважины). Обязательным условием проведения демонстрации было отсутствие введения каких-либо изменений в условия эксплуатации нефтедобывающего оборудования и режим его работы.

При этом в этих скважинах осуществлялось облучение нефтяного флюида электромагнитными волнами в диапазоне частот 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц и/или ультразвуковыми волнами в диапазоне частот от 1,5×10⁴ до 10⁹ Гц, и/или акустическими волнами в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц.

Резонансно-волновое воздействие на флюид, находящийся в нефтеносных пластах обоих демонстрационных участков месторождения проводилось путем формирования направленных стоячих волн. Для этого в одну из скважин каждого демонстрационного участка на геофизическом кабеле погружали резонансно-волновое устройство (генератор) на глубину от 1200 до 1800 м сроком от 30 до 40 часов. Одновременно с этим на поверхности обоих участков размещали антенное поле, включающее в себя подвижные резонансные модули, волноводы и контуры для формирования и управления резонансными, стоячими волнами (шириной и глубиной резонансного волнового захвата выделенных участков месторождения).

Эффективность управления оценивалась на основе выполнения следующих условий:

- обеспечение возможности получения длительного, устойчивого и однонаправленного сдвига оцениваемых показателей на всех 8 демонстрационных скважинах в откачиваемом из скважин флюиде, улучшение качества и реологических (кинетических) свойств извлекаемой нефти - снижения удельного веса, вязкости, содержания акцизных смол, коксуемости, температуры начала кипения нефти и увеличения содержания в ней светлых нефтепродуктов;

- отсутствие аналогичных однонаправленных изменений флюида, извлекаемого из 52-х контрольных скважин, расположенных по периметру от демонстрационных участков;

- обеспечение в заранее установленное время расширения зоны резонансно-волнового захвата месторождения, с вовлечением в резонансный процесс флюида, находящегося в контрольных зонах месторождения, с целью получения однонаправленного сдвига исследуемых показателей на контрольных скважинах.

Результаты демонстрации.

1. Дебит нефти. В результате резонансно-волнового воздействия на флюид дебит нефти на демонстрационных скважинах возрос со 100% до 600-700%, а на отдельных скважинах этот показатель превысил 1000%.

2. Процентное содержание воды. Процентное содержание воды в откачиваемом флюиде снизилось в среднем на 65-70%, а на отдельных скважинах вода полностью исчезла.

3. Удельный вес. После начала резонансно-волнового воздействия прослеживается устойчивая тенденция к снижению удельного веса добываемой нефти. Через два месяца после начала воздействия разница составила 0,036 единиц.

4. Вязкость нефти. Под воздействием технологии вязкость добываемой нефти снизилась более чем в 2 раза (33,1 сст - исходная величина, 15,0 сст полученная величина).

5. Содержание акцизных смол. Отмечена устойчивая тенденция к снижению содержания акцизных смол в добываемой нефти; разница между исходной величиной и величиной, полученной при резонансно-волновом воздействии, составила 33,3%.

6. Коксуемость. Просматривается устойчивая тенденция к снижению коксуемости. По сравнению с исходным уровнем коксуемость в среднем снизилась на 42,3%.

7. Температура начала кипения нефти. Отмечена устойчивая тенденция к снижению температуры начала кипения нефти. Максимальная разница между исходной величиной и величиной к концу второго месяца воздействия резонансно-волновой технологии на флюид составила 52°С.

8. Выход светлых фракций при разгонке нефти. Зарегистрирована устойчивая тенденция к увеличению выхода светлых нефтепродуктов при разгонке нефти на всех температурных режимах. Отмечено начало выхода светлых фракций при температуре 100°С, который ранее не удавалось получить. Увеличение выхода светлых фракций составило:

- при 100°С -7,3%

- при 150°С -14,5%

- при 200°С -14%

- при 300°С -13%.

Контроль за распространением зоны резонансно-волнового воздействия на флюид месторождения осуществлялся следующим образом.

В течение первых двух месяцев резонансно-волновому воздействию подвергался флюид только в демонстрационных участках нефтяного месторождения. За этот период воздействия в контрольной зоне месторождения (52 скважины), каких-либо значимых изменений исследуемых показателей выявлено не было.

Начиная с 3-го месяца, программа резонансно-волнового воздействия была расширена и направлена на флюид, находящийся в контрольной зоне месторождения.

Через 3-4 дня после расширения зоны резонансно-волнового воздействия на месторождение, отмечена устойчивая тенденция направленного роста исследуемых показателей нефти в контрольных скважинах, аналогично тем изменениям, которые происходили на демонстрационных участках.

Анализ и сопоставление полученных результатов с промысловыми показателями, представленными в отчетах по N-скому месторождению за последние 8 лет, свидетельствует о том, что столь существенное и длительное (свыше 1 года) повышение дебита нефти, при одновременном снижении содержания воды в откачиваемом флюиде, произошло под воздействием резонансно-волновой технологии за счет повышения коэффициента извлечения нефти: при разделении флюида на углеводороды и воду; перераспределения воды в нижние отделы месторождения и вытеснения из них углеводородов в верхние отделы месторождения к нефтескважинам.

Об этом свидетельствует и тот факт, что повышение дебита нефти при уменьшении содержания воды в откачиваемом из месторождения флюиде происходит именно в тех частях месторождения, на которые направлено резонансно-волновое воздействие, тогда как в соседних контрольных зонах этого месторождения каких-либо значимых изменений исследуемых показателей не происходит.

Повышение качества извлекаемой нефти и ее реологических свойств, не отмечавшееся на N-ском нефтяном месторождении за весь предшествующий период его эксплуатации (свыше 20 лет), вызвано резонансно-волновым расщеплением (крекингом) углеводородов флюида при направленном воздействии на него резонансно-волновой технологии.

Важным фактором является и то, что эффект резонансно-волнового воздействия проявляется в короткие сроки после его начала и сохраняется на протяжении всего периода воздействия.

Резонансно-волновое воздействие отличается высокой степенью управляемости и направленности и не требует каких-либо изменений существующих в нефтедобывающей промышленности технологических процессов и используемого оборудования, а также дополнительных энергозатрат.

Использование технологии резонансно-волнового воздействия на флюид позволяет:

1. Реанимировать забалансовые месторождения и существенно продлить жизнь месторождениям, отличающимся низким дебитом, заводненностью, тяжелыми нефтями и др. за счет повышения коэффициента извлечения нефти, ее качества и реологических свойств, при снижении содержания воды в откачиваемом флюиде.

2. Сократить затраты и сроки разработки месторождений за счет уменьшения количества разбуриваемых скважин при увеличении расстояния между ними.

3. Сократить объем трудоемких работ и затраты по эксплуатации и капитальному ремонту скважин.

4. Существенно сократить затраты, связанные с транспортировкой по нефтепроводу и переработкой на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) высококачественной, легкой нефти, добываемой из нефтяных месторождений с использованием резонансно-волновой технологии (РВТ).

5. Подвергая предварительному резонансно-волновому воздействию нефть, находящуюся в трубах и накопительных емкостях нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ), существенно повышать содержание в ней светлых нефтепродуктов и их отбор при последующей переработке в ректификационных установках НПЗ.

Использование настоящего способа позволяет получить:

- Повышение коэффициента извлечения нефти;

- Повышение дебита нефти;

- Повышение качества и реологических (кинетических) свойств нефти, извлекаемой из месторождений: снижение ее удельного веса и вязкости; уменьшение содержания акцизных смол и парафинов; понижение коксуемости и температуры начала кипения нефти; увеличение содержания светлых нефтепродуктов (легких углеводородов); повышение подвижности нефти и придание ей гидрофобных свойств.

- Повышение объема откачиваемого из месторождений флюида при снижении его вязкости.

- Уменьшение содержания воды в откачиваемом из месторождений флюиде при изменении ее физических свойств: существенное повышении смачивающих, моющих, растворяющих свойств; понижение температуры кипения; повышение испаряемости и парообразования; повышение проницаемости микротрещин, капилляров, пор и др.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть неоднократно использовано на любых скважинах при различных механизированных способах добычи нефти и реализовано с использованием стандартного погружного оборудования, позволяющего реализовать излучение электромагнитных волн в диапазоне частот 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц и/или ультразвуковых волн в диапазоне частот от 1,5×10⁴ до 10⁹ Гц, и/или акустических волн в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Обеспечивает повышение эффективности добычи нефти путем увеличения коэффициента извлечения нефти, ее дебита, улучшения качества и реологических (кинетических) свойств, увеличения объема откачиваемого флюида при снижении содержания в нем воды. Сущность изобретения: по способу в скважину погружают резонансно-волновое устройство. Создают колебательный процесс заданной частоты в обрабатываемом нефтяном флюиде в зоне осуществления добычи нефти. Согласно изобретению резонансно-волновое устройство погружают в одну из скважин обрабатываемого участка. На его поверхности размещают подвижные резонансные модули, волноводы и контуры. Колебательный процесс осуществляют непосредственно в обрабатываемом нефтяном флюиде несущими электромагнитными волнами в диапазоне частот 3×10^-5 до 3×10¹⁴ Гц или ультразвуковыми волнами в диапазоне частот от 1,5×10⁴ до 10⁹ Гц, или акустическими волнами в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц, которые модулируют информационными сигналами, резонансными углеводородам обрабатываемого нефтяного флюида и формируют в стоячие волны.

Способ воздействия на флюид нефтяных месторождений при добыче нефти, заключающийся в погружении в скважину резонансно-волнового устройства и создании колебательного процесса заданной частоты в обрабатываемом нефтяном флюиде в зоне осуществления добычи нефти, отличающийся тем, что резонансно-волновое устройство погружают в одну из скважин обрабатываемого участка, а на его поверхности размещают подвижные резонансные модули, волноводы и контуры, колебательный процесс осуществляют непосредственно в обрабатываемом нефтяном флюиде несущими электромагнитными волнами в диапазоне частот 3·10^-5 до 3·10¹⁴ Гц или ультразвуковыми волнами в диапазоне частот от 1,5·10⁴ до 10⁹ Гц, или акустическими волнами в диапазоне частот от 17 Гц до 20 кГц, которые модулируют информационными сигналами, резонансными углеводородам обрабатываемого нефтяного флюида, и формируют в стоячие волны.