СПОСОБ ДЛИННОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНУЮ ЗАЛЕЖЬ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК E21B28/00 E21B43/25 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных залежей, в том числе и на поздних стадиях их эксплуатации для увеличения добычи нефти и повышения нефтеотдачи пласта.

Для воздействия на продуктивный пласт с целью повышения нефтеотдачи используют различные способы и устройства. Известен, например, способ обработки нефтяных пластов (патент RU №2089726, кл. Е21В 43/25) путем возбуждения колебаний в скважине, при этом в качестве источника гидроимпульсов используется перепад гидростатического давления в насосно-компрессорных трубах и в межтрубном пространстве скважины. При этом длительность импульсов в одном цикле не должна превышать удвоенного времени пробега волны от источника до свободной поверхности в межтрубном пространстве. Указанный способ осуществляется при помощи устройства, например, золотникового типа, расположенного на штанге погружного насоса, обеспечивающего периодический контакт жидкости в насосно-компрессорных трубах и в межтрубном пространстве.

Основным недостатком известного способа является то, что для его осуществления необходимо разместить импульсное устройство в объеме скважины и на ее различной глубине, что представляет сложную техническую проблему.

Известны также способ и устройство для волнового воздействия на залежь (патент RU №2105143, кл. Е21В 43/25, 28/00) путем нанесения ударов падающим грузом по наковальне, размещенной в скважине и выполненной в виде плунжера, а волновое воздействие на залежь осуществляют через слой жидкости в скважине под плунжером. Воздействие на залежь осуществляют с помощью устройства, содержащего установленную в скважине колонну труб, на конце которой в цилиндре размещен плунжер-наковальня с ограничением его перемещения. При действии пластового давления на плунжер он находится в верхнем положении. Над плунжером в колонне труб помещен падающий груз с тяговым механизмом для его подъема и опускания, например станок качалка или лебедка. Удар падающего груза о плунжер-наковальню обеспечивает возникновение в пласте упругих колебаний, которые достигают окружающих эксплуатационных скважин. Совпадение направления потока жидкости и упругих колебаний в пласте способствует более полному отбору нефти из залежи.

Недостатком известного способа является трудоемкость процесса, связанного с оборудованием скважины. Интервал ударов, а также длительность импульса в одном цикле не согласуется со временем пробега ударной волны от плунжера до забоя и обратно, в результате чего снижается эффект возбуждения волновых процессов в продуктивном пласте, а также исключен важный процесс создания в зоне фильтра и на забое импульсного давления репрессии-депрессии.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является технология использования источника инфразвуковых колебаний для интенсификации добычи нефти (журнал "Каротажник", №3-4 (130-131), Тверь, 2005 г., стр.171-175). Суть указанной технологии заключается в том, что инфразвуковое возбуждение в призабойной зоне обеспечивается резонансным колебанием столба жидкости в скважине в сверхнизком частотном диапазоне, а возбуждение таких колебаний осуществляют устьевым генератором импульсов давления. Принцип работы генератора основан на нагнетании в скважину статического давления для сжатия столба жидкости, а через заданный промежуток времени снимают нагрузку путем создания гидрораспределителем АОРС импульсов давления в скважине с частотой не более 4 Гц.

Недостатком известной технологии является то, что статическое нагружение столба жидкости для его сжатия требует достаточно большого давления (до 20 МПа), для чего необходим мощный насосный агрегат с системой подвода высокого давления. Кроме того, частота повторения импульсов давления при разгрузке не может совпадать с фазами пробега ударной волны при колебании столба жидкости, а это снижает энергетический эффект инфразвукового колебания и эффективность возбуждения. Наконец, при таком возбуждении отсутствуют импульсы давления репрессии-депрессии в призабойной зоне скважины.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и повышение интенсификации добычи нефти за счет увеличения нефтеотдачи залежи путем генерации упругих волн большой длины и эффективности их возбуждения из нагнетательных или добывающих скважин, которые способны облучать значительную часть нефтяной залежи и изменять фильтрационную и структурно-механическую природу продуктивного пласта.

Поставленная задача решается группой изобретений, включающей способ длинноволнового воздействия на нефтяную залежь и устройство для осуществления указанного способа. Способ длинноволнового воздействия на нефтяную залежь включает возбуждение колебаний столба жидкости, заключенной в скважине, для этого скважину заполняют рабочей жидкостью и поддерживают небольшое давление (0,3-0,6 МПа), после чего генерируют в устье скважины упругую ударную волну (гидравлический удар) методом импульсной закачки дополнительного дозированного объема жидкости, энергия которой возбуждает колебательный процесс столба с частотой колебания, равной: f=C/4L, где L - глубина скважины, С - скорость распространения ударной волны в трубопроводе, при этом на забое и в околоскважинном пространстве создаются импульсы давления репрессии-депрессии относительно пластового давления с той же частотой следования, а потенциальная энергия сжатой жидкости и кинетическая энергия гидропотока формируют длинноволновые упругие колебания с длиной волны, равной: λ=4La/C, где a - скорость распространения продольной сейсмической волны в продуктивном пласте, облучающие обширную зону нефтяной залежи.

Способ реализуется с помощью устройства для длинноволнового воздействия на нефтяную залежь, включающего энергоноситель, например, гидропневмоаккумулятор или разрядную камеру с генератором импульсов тока, передвижной насосный агрегат с емкостью для рабочей жидкости, гидроударный механизм, выполненный в виде гидроцилиндра с бесштоковым поршнем, разделяющим его на две полости, одна из которых соединена с полостью скважины и через обратный клапан с передвижным насосным агрегатом, другая полость соединена с энергоносителем через импульсный клапан или через разрядную камеру. Импульсный клапан включает корпус с входным и выходным патрубками, внутри корпуса расположен дифференциальный поршень, шток которого является запорным элементом проходного отверстия, в закрытом состоянии который удерживается пружиной, размещенной в бесштоковой полости, а на крышке корпуса закреплен нормально-закрытый клапан с электроуправлением и соединяющий при его открытии бесштоковую полость с полостью выходного патрубка, при этом бесштоковая и штоковая полости импульсного клапана соединены с полостью входного патрубка через дроссельные отверстия.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема предлагаемого устройства, на фиг.2 показан график процесса импульсов давления репрессии-депрессии.

Гидроимпульсный генератор включает в себя: энергоноситель 1, состоящий из гидроаккумулятора 2, насосной станции 3 с контрольно-регулирующей аппаратурой и известной системой автоматической подзарядки, клапан импульсный 4, соединенный с энергоносителем 1 и состоящий из корпуса 5 с входным патрубком А и выходным патрубком Б, в котором размещены дифференциальный поршень 6 с запорным элементом 7 на конце его штока, пружина 8 и дроссельные отверстия 9, а на крышке корпуса 5 расположен клапан 10 с электромагнитным управлением и соединяющий при его открытии бесштоковую полость F₁ с полостью выходного патрубка Б, которая соединена с емкостью насосной станции 3 через клапан 11, управляемый датчиком давления 25 и с гидроударным механизмом. Гидроударный механизм представляет собой гидроцилиндр 12, в котором имеются две полости 13 и 14, разделенные бесштоковым поршнем 15, первая из них соединена с импульсным клапаном 4, а полость 14 соединена со скважиной 16 через трубопровод 17 и фонтанную арматуру 18 и с насосом 19 передвижного агрегата через рукав 20 и обратный клапан 21. Полость скважины 16 через фонтанную арматуру соединена с емкостью 22 через перепускной клапан 23 с электромагнитным управлением от команды импульсного датчика давления 26, контролирующего импульсное давление в скважине 16, и рукав 24.

Гидроимпульсный генератор к работе подготавливают следующим образом. Заряжают гидроаккумулятор 2 высоким давлением, которое через запорное устройство или без него поступает под запорный элемент 7 и через дроссельные отверстия 9 в штоковую F₂ и бесштоковую F₁ полости дифференциального поршня б импульсного клапана 4. В результате действия силы пружины 8 и активной площади ΔF поршня 6 (ΔF=F₁-F₂), запорный элемент 7 находится в закрытом состоянии и удерживает высокое давление жидкости энергоносителя 1. Затем заполняют скважину 16 рабочей жидкостью от насоса 19 передвижного агрегата посредством рукава 20 через обратный клапан 21 и через полость 14 гидроударного механизма. При этом в полости 14 поддерживают небольшое постоянное давление (порядка 0,3-0,6 МПа). После проведения указанных работ гидроимпульсный генератор 4 готов к запуску.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. По команде от пульта управления включают электромагнит клапана 10, соединяющего полость F₁ с полостью Б патрубка. В результате давление в полости F₁ резко падает, запорный элемент 7 открывается и жидкость от энергоносителя 1 с большой скоростью и под большим давлением устремляется в полость 13 гидроударного механизма, перемещая поршень 15. Стремительное перемещение поршня 15 создает в дозированном объеме 14 импульсное давление с высокой энергией, которая передается по трубопроводу 17 в скважину 16, заполненную рабочей жидкостью, формируя при этом в устье упругую ударную волну (гидравлический удар) и гидропоток со скоростью U_Ж распространения вдоль ствола скважины. Ударная волна с давлением Р_И на ее фронте также начнет перемещаться к забою со скоростью U_B=C-U_Ж, где С - скорость распространения ударной волны в трубопроводе. В момент достижения дна забоя скважины ударная волна отразится и со скоростью U_B=C+U_Ж начнет перемещаться в обратном направлении, при этом в момент отражения ударной волны давление возрастает в два раза, т.е. 2Р_И. В результате действия удвоенного давления произойдет упругое сжатие жидкости в скважине, а ее потенциальная и кинетическая энергия гидропотока формируют длинноволновые упругие волны с большим радиусом действия. Например, при а=2000 м/с (для суглинков) и С=1300 м/с (для воды) и глубине скважины L=2000 м длина волны составит: λ=4La/C=4×2000×2000/1300=12000 м. После этого удвоенное давление начнет перемещаться в обратоном направлении и в момент достижения устья скважины при открытом перепускном клапане 23 произойдет выброс скважинной жидкости и весь колебательный процесс повторится с постепенным затуханием, создавая при этом на забое и в околоскважинном пространстве импульсное давление репрессии-депрессии относительно пластового давления по закону колебания давления в трубопроводе при гидравлическом ударе, показанному на графике на фиг.2. Если обозначить на этом графике время пробега "лба" волны от устья до забоя через t₀=L/C, то в момент времени t₁=t₀, отсчитываемого от момента импульсного значения, вся скважина будет находиться под давлением 2Р_И. В момент времени t₂=2t₀, давление в скважине упадет до нуля относительно пластового давления, в момент времени t₃=3t₀ из скважины произойдет выброс жидкости и давление упадет до значения "-2Р_И" вплоть до разрыва сплошности столба, в момент времени t₄=4t₀ давление в трубе будет равным нулю и т.д., колебательный процесс повторится с постепенным затуханием. Таким образом, полный период колебания давления в любом сечении скважины будет равным T=4t₀=4L/C.

Для поддержания продолжительности колебания давления жидкости в скважине с сохранением или увеличением энергии колебательного процесса импульсную закачку дозированным объемом, при открытом перепускном клапане 23, осуществляют с интервалом времени t₄=4L/C, то есть после выброса скважинной жидкости.

Увеличение энергии колебательного процесса столба жидкости в скважине осуществляют путем увеличения дозированного объема или путем многократной импульсной закачкой небольшого дозированного объема при закрытом перепускном клапане 23. После совершения некоторого числа закачек давление в скважине возрастет до контрольной отметки, столб жидкости соответственно давлению сожмется, приобретая значительную потенциальную энергию. На контрольной отметке в момент времени t₂=2L/C импульсный датчик 26 давления сработает и по его команде перепускной клапан 23 откроется. В результате произойдет выброс большого объема скважинной жидкости, а столб жидкости начнет колебаться с требуемыми энергетическими параметрами.

Подача объема жидкости от энергоносителя 1 в полость 13 перемещает поршень 15 и в момент его останова давление в полостях выходного Б и входного А патрубков, а также в полости F₁ уравняются и в этот момент дифференциальный поршень 6 под действием пружины 8 переместится вниз, а запорное устройство 7 перекроет поступление жидкости от энергоносителя 1. Одновременно с этим по команде датчика давления 25 отключается электромагнит клапана 10 и включается электромагнит клапана 11 и жидкость из полости 13 вытесняется поршнем 15 через клапан 11 в емкость насосной станции 3. Заданное давление жидкости в гидроаккумуляторе 2, формирующее гидроимпульсы, восполняется подзарядкой от насосной станции 3.

Предлагаемое устройство - гидроимпульсный генератор можно сочетать с физико-химическими и другими методами воздействия на продуктивный пласт, а длинные волны вовлекают в разработку низкопроницаемые слои и застойные зоны продуктивного пласта.

Предлагаемые способ и устройство позволяют облучить сейсмическими волнами достаточно большой энергии значительную часть нефтяной залежи как из нагнетательных, так и из добывающих скважин, произвести очистку порового пространства призабойной зоны продуктивного пласта, создать новые и развить старые микротрещины, повышающие проводимость пластовой жидкости и за счет этого существенно увеличить нефтеотдачу.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при разработке нефтяных залежей, в том числе и на поздних стадиях их эксплуатации для увеличения добычи нефти и повышения нефтеотдачи пласта. Обеспечивает повышение интенсификации добычи нефти за счет увеличения нефтеотдачи залежи путем генерации упругих волн большой длины и эффективности их возбуждения из нагнетательных или добывающих скважин. Сущность изобретения: по способу возбуждают колебания давления жидкости в стволе скважины. Согласно изобретению заполняют рабочей жидкостью все скважинное пространство и поддерживают в нем давление. Генерируют в устье скважины упругую ударную волну путем импульсной закачки дополнительного дозированного объема жидкости. Поддерживают колебания столба жидкости в скважине с сохранением энергетических параметров колебательного процесса. Формируют длинноволновые упругие сейсмические волны, облучающие нефтяную залежь. Устройство включает энергоноситель, передвижной насосный агрегат с емкостью для рабочей жидкости и гидроударный механизм, выполненный в виде гидроцилиндра с бесштоковым поршнем, разделяющим его на две полости, одна из которых соединена с полостью скважины и с передвижным насосным агрегатом, а другая соединена с энергоносителем. Согласно изобретению соединение гидроударного механизма с передвижным насосом выполнено через обратный клапан, а с энергоносителем - через импульсный клапан или через разрядную камеру. Импульсный клапан включает корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса расположен дифференциальный поршень, шток которого является запорным элементом проходного отверстия, в закрытом состоянии который удерживается пружиной, размещенной в бесштоковой полости. На крышке корпуса закреплен нормально-закрытый клапан с электроуправлением для соединения при его открытии бесштоковой полости с полостью выходного патрубка. Бесштоковая и штоковая полости импульсного клапана соединены с полостью входного патрубка через дроссельные отверстия. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ длинноволнового воздействия на нефтяную залежь, включающий возбуждение колебаний давления жидкости в стволе скважины, отличающийся тем, что заполняют рабочей жидкостью все скважинное пространство и поддерживают в нем давление, порядка 0,3-0,6 МПа, после этого генерируют в устье скважины упругую ударную волну - гидравлический удар путем импульсной закачки дополнительного дозированного объема жидкости при открытом перепускном клапане с интервалом времени t, равным:

t=4L/C,

где L - глубина скважины;

С - скорость распространения ударной волны в трубопроводе для поддержания колебаний столба жидкости в скважине с сохранением энергетических параметров колебательного процесса и колебаний давления жидкости в скважине с частотой f, равной:

f=C/4L,

и создания на забое и в околоскважинном пространстве импульсов депрессии относительно пластового давления с такой же частотой следования, при этом формируют длинноволновые упругие сейсмические волны, облучающие нефтяную залежь, с длиной волны λ, равной:

λ=4La/C,

где а - скорость распространения длинноволновой упругой сейсмической волны в нефтяной залежи.