СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ДОБЫЧИ НЕФТИ Российский патент 2009 года по МПК E21B43/16 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для повышения нефтеотдачи месторождения и добычи нефти как в новых, так и в истощенных нефтяных пластах.

Изобретение также может быть применено и в газодобывающей отрасли, а также и при проведении сейсмических исследований.

Известны устройства и способы повышения нефтеотдачи месторождения и добычи нефти [1-5], в которых осуществляется волновая обработка пласта путем воздействия на пласт упругими колебаниями при нагнетании рабочей жидкости.

Недостатком известных способов является то, что закачиваемая в скважины под высоким давлением жидкость в период расширения трещин и объемов земной коры легко заполняет пустые пространства, расширяющиеся трещины и тем самым препятствует процессу всасывания нефти из пор пластов в трещины, что уменьшает соотношение нефть/вода и нефтеотдачу.

Известны также способы повышения нефтеотдачи месторождения и добычи нефти [6, 7], включающие внешние периодические физические воздействия на нефтесодержащий пласт в зависимости от солнечно-лунных воздействий на земную кору.

В известном способе [6] в качестве внешнего воздействия используют вибровоздействие с поверхности земли на нефтяной пласт. При этом не учитывается, что во время вибровоздействия происходит усиление сжатия земной коры (сжатие трещин), а после вибровоздействия происходит расширение земной коры, а расширение и сжатие трещин от вибровоздействий не синхронизированы с аналогичными растяжениями и сжатиями от лунно-солнечных приливов, в результате чего эффект от вибровоздействий либо снижается, либо исчезает полностью, в зависимости от степени расфазирования.

Данного недостатка лишен способ повышения нефтеотдачи месторождения и добычи нефти [7], включающий внешние периодические физические воздействия на нефтесодержащий пласт в зависимости от солнечно-лунных воздействий на земную кору, в котором, благодаря тому, что физические воздействия осуществляют в зоне нефтесодержащего пласта во время сжатия земной коры при солнечно-лунных отливах и с учетом совокупности амплитуд солнечно-лунных воздействий.

В известном способе учитывают совокупность амплитуд солнечно-лунных воздействий. При этом на основе данных наблюдений для анализа результатов наблюдений необходимо выявить периодические компоненты во временных рядах полученных данных, для которых моменты измерения "асинхронны" с выявленным периодом колебаний, т.е. интервалы времени между моментами измерений не регулярны и значительно превышают выявляемый период колебаний. Известно (см. например: Полак И.Ф. Курс общей астрономии. М., ГИТТЛ, 1951), что истинное солнечное время и истинные лунные сутки изменяют свою длительность в относительно широком диапазоне, что приводит к погрешностям при определении периодической составляющей в асинхронных наблюдениях, обусловленных различием характера периодичности реального и измеренного процессов по причине измерения в циклической системе среднесолнечного времени. В то же время основные энергонесущие гармоники связаны с лунными периодами, вследствие чего периоды системы времени измерения и периоды гармоник процесса могут быть несоизмеримы. В этом случае в фазовом пространстве, построенном на несоизмеримых с процессом системах времени, траектории колебательного процесса ведут себя хаотически. В зависимости от размерности фазового пространства траектории могут носить квазипериодический характер с перемеживаемостью и даже, более того, иметь структуру странного артефакта. Нестационарность процесса может быть также и следствием неэргодичности траекторий в фазовом пространстве.

В конечном итоге решение данной задачи известным способом сводится к обеспечению синхронизации временных интервалов расширения земной коры от вибровоздействий с аналогичными растяжениями и сжатиями земной коры под действием гравитации солнца в сочетании с влиянием луны.

При этом определении колебания уровня земной коры в точке залегания нефтесодержащего пласта используют зависимость изменения фазы видимого движения солнца вокруг Земли, в то время как фазы колебаний уровня подъема земной коры согласованы с фазами движения Луны вокруг Земли путем выполнения гармонического анализа, по которому определяют высоту подъема земной коры. Так, например, формула для расчета высоты подъема земной коры при полном гармоническом анализе имеет 93 слагаемых (волн), что позволяет использовать его только для составления таблиц справочного характера. Для практических целей, как правило, используется штурманский метод предвычисления приливов, применяемый в гидрологии, который позволяет вычислять гармонические постоянные главных волн из наблюдений над колебаниями уровня моря за одни или двое суток и предвычислять приливы по гармоническим постоянным только четырех главных волн. Однако, чтобы учесть влияние этих волн, в амплитуды и фазы главных волн необходимо вводить поправки, которые зависят от астрономических условий. Кроме того, решение задачи преобразования интервалов времени основано на способах преобразования временных параметров исследуемых процессов, имеющих место при анализе результатов наблюдений. При этом на основе данных наблюдений для анализа результатов наблюдений выявляются периодические компоненты во временных рядах данных, для которых моменты измерения "асинхронны" с выявленным периодом колебаний, т.е. интервалы времени между моментами измерений не регулярны и значительно превышают выявляемый период колебаний, при этом используют Фурье-анализ, т.е. исследуемые процессы представляют как суперпозицию гармонических колебаний в виде ряда Фурье, что, например, при определении колебания уровня земной поверхности при воздействии внешних периодических воздействий может вносить дополнительную погрешность, так как сумма двух периодических колебаний может быть непериодической функцией, например, при сложении двух синусоидальных колебаний с несоизмеримыми частотами, когда в результате их сложения может быть получено сложное непериодическое колебание. При этом временной ход представляется в виде функций значений процесса от времени и время определяют из условия, что время есть строго возрастающая действительная переменная. При этом устанавливают структуру цикла временных интервалов с выделением эталона времени и выбирают цикловую частоту [см. например: 1. Спилкер Д.Ж. Цифровая спутниковая связь. М., Связь, 1979, с.27, с.254-255, с.303-313, с.467-474. 2. Дуванин А.И. Приливной год и системы времени // Вестник московского университета, сер.5. География, 1999, №2, с.8-13. 3. Патент РФ №2071104].

Выбор цикловой частоты включает определение защитного временного интервала, обеспечение восстановления несущей, тактовую синхронизацию по элементам и адресацию информации, установление уровней сигналов во временных интервалах. Однако ввиду того, что периоды системы времени измерения и периоды гармоник колебательного процесса могут быть несоизмеримы, то требуется выполнение дополнительных операций, связанных с обеспечением качественной синхронизации. Так, например, при определении периодических компонент во временных рядах данных, полученных при наблюдениях за колебательным процессом, в котором моменты измерения являются асинхронными с выявленным периодом колебаний, используют свойство периодичности выявляемого сигнала на основе свойств периодической функции F(t+Т)=f(t), где t - время; Т - период функции f(t). Для анализа гармонических колебаний ось времени разбивается на равные отрезки, которые в дальнейшем совмещаются друг с другом. В полученном таким образом циклическом времени моменты измерения описывают изменения функции на одном периоде, что обеспечивает связь между временем континентальным (солнечным) и приливным (лунным) в соответствии с зависимостью х=у-у_m, где х - приливное время (число приливных суток от начала приливного года); у - дата солнечного времени (число суток от начала года); у_m - число суток между солнечным и приливным временем, т.е. при этом определяется среднесолнечное время, которое является циклическим временем с постоянным периодом в одни сутки. Связь между этими временами осуществляется путем развертки циклического среднего солнечного времени в линейный последовательный ряд путем введения пронумерованных временных интервалов: циклических и нециклических.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение нефтедобычи и нефтеотдачи месторождения за счет возможности более эффективного использования приливных растяжений и сжатий земной коры вследствие солнечно-лунных воздействий на нее.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе повышения нефтеотдачи месторождения и добычи нефти, включающем внешние периодические физические воздействия на нефтесодержащий пласт в зависимости от солнечно-лунных воздействий на земную кору с осуществлением физических воздействий в зоне нефтесодержащего пласта во время сжатия земной коры при солнечно-лунных отливах с учетом совокупности амплитуд солнечно-лунных воздействий, амплитуды солнечно-лунных воздействий определяют в смежных областях земной коры с разными упругими характеристиками, в точках воздействия на нефтесодержащий пласт определяют временной ход прилива под действием приливных сил по изменению фазового сдвига по возрастанию величины интервала времени между ближайшим предшествующим моментом времени верхней кульминации луны и моментом верхней кульминации луны на географическом меридиане залегания нефтесодержащего пласта.

В заявляемом способе определение интервала времени между ближайшим предшествующим моментом времени верхней кульминации Луны и моментом верхней кульминации Луны позволяет определить временной ход приливных колебаний уровня в различных точках района залегания нефтесодержащего пласта и получить пространственный ход приливных колебаний в данном районе на любой астрономический момент времени. Измеренные значения уровня в некоторых точках земной поверхности района, расположенных по возрастанию величины интервала времени, позволяют по изменению фазы прилива определить и временной ход уровня в точке измерения под действием приливных сил.

Ввиду того, что колебательный процесс q уровня земной поверхности в каждый фиксированный момент времени будет являться функцией двух частот q(t)=q(ω₀t, ω_τt), а в каждый момент времени t значение колебательного процесса q(t) будет являться функцией двух независимых переменных: фазы ϕ₀(t)=ω₀t и фазы ϕ_τ(t)=ω₀t, представляющих собой координаты фазового пространства, то повышается вероятность достоверного выделения периодической составляющей колебательного процесса, так как исключается погрешность, обусловленная различным характером периодичности реального и измеренного колебательных процессов из-за измерения уровня земной поверхности в циклической системе среднесолнечного времени. При этом гармонические постоянные определяются на основании множества действительных чисел, в то время как в известных способах используются только рациональные числа, что позволяет определить реальную изменчивость колебательного процесса уровня земной поверхности.

Способ реализуется следующим образом.

Посредством контактных или дистанционных измерителей уровня выполняют измерение колебаний земной поверхности в различных точках района залегания нефтесодержащего пласта в различные моменты времени таким образом, чтобы получаемые измерения в каждой точке измерения имели различные значения интервалов времени относительно ближайшего к моменту измерения последнего момента верхней кульминации Луны на фиксированном географическом меридиане. При этом измеренные значения колебаний уровня в точках района, расположенных по возрастанию величины интервала времени между ближайшим предшествующим моментом времени верхней кульминации Луны на фиксированном меридиане (меридиане района залегания нефтесодержащего пласта) и моментом измерения, позволяют установить временной ход уровня под действием приливных сил, что обусловлено тем, что приливные колебания в некоторой точке района залегания нефтесодержащего пласта имеют практически постоянный фазовый сдвиг относительно времени верхней кульминации Луны на фиксированном географическом меридиане. Так как сочетания фаз движения Луны вокруг Земли и фаз колебания земной поверхности в некоторой точке повторяются с периодом движения Луны вокруг Земли, то измеренные значения уровня земной поверхности в некоторой точке района, расположенные по возрастанию величины интервала времени между ближайшим предшествующим моментом времени верхней кульминации Луны на фиксированном географическом меридиане и моментом измерения, представляют собой изменение фазы прилива, а следовательно и временной ход уровня в точке измерения под действием приливных сил.

По измеренным приборным значениям уровня земной поверхности формируют ряды наблюдений.

Определяют значения высоты прилива конкретной гармонической составляющей волны h(t), которая задается амплитудой А, углом положения g (А и g - гармонические постоянные) и периодом Т, в соответствии с зависимостью h(t)=A cos(qt-g), где q - угловая скорость гармонической волны за один час среднего времени, t - фиксированный момент времени.

Определяют амплитуды гармонической составляющей высоты прилива.

Для анализа гармонических колебаний ось времени разбивается на равные отрезки, которые в последствии совмещаются друг с другом. В полученном таким образом циклическом времени моменты измерения описывают изменения функции на одном периоде, что обеспечивает связь между временем континентальным (солнечным) и приливным (лунным) в соответствии с зависимостью х=у-у_m, где х - приливное время (число приливных суток от начала приливного года), у - дата солнечного времени (число суток от начала года), у_m - число суток между солнечным и приливным временем, (число суток от начала года). Вследствие того, что периоды системы времени измерения и периоды гармоник колебательного процесса могут быть несоизмеримы, то осуществляют преобразование циклического времени в линейное в соответствии с зависимостью r(t)=ω_τt, где r(t) - циклическое время, t - линейное время, ω_τ - частота циклической системы времени.

Далее выполняют дальнейшую обработку с учетом преобразованного времени. При этом колебательный процесс q в каждый фиксированный момент времени является функцией двух частот q(t)=q (ω0t, ωτt), а в каждый момент времени t значение колебательного процесса q(t) будет являться функцией двух независимых переменных: фазы ϕ₀(t)=ω₀t и фазы ϕ_τ(t)=ω_τt, представляющих собой координаты фазового пространства.

Определяют значения высоты прилива h=h(x, у, t) для последовательного набора дискретных значений времени, например, методом сеток (см., например: Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций переменного. М-Л. ГИТТЛ, 1958).

По полученным значениям высоты прилива для последовательного набора дискретных значений времени определяют амплитуды колебаний гармонической составляющей, например, в узлах сетки.

По полученным значениям h=h (х, у, t) определяют время наступления максимального уровня.

Перед наступлением максимального уровня устанавливают один или несколько вибраторов в районе залегания нефтесодержащего пласта с образованием квадрата. Перед наступлением максимального уровня производят вибрацию в зоне залегания нефтесодержащего пласта. В период сжатия земной коры при лунно-солнечном приливе при повышении уровня прилива (высоты прилива) производится закачка жидкости в скважины.

При расширении трещин происходит массообмен между нефтью в порах пласта с закачиваемой жидкостью, находящейся в трещинах. При сжатии заполненных нефтью трещин и закачке жидкости в нагнетательные скважины происходит вытеснение нефти по трещинам и другим каналам к добывающим скважинам.

Закачка жидкости в нагнетательные скважины усиливает вытеснение нефти из трещин и ускоряет их доставку к добывающим скважинам, а постепенное замещенное замещение жидкостью нефти в поровом пространстве предотвращает остаточные деформации и просадку земной коры на поверхности земли, не изменяя при этом рельеф и инфраструктуру местности.

Определение амплитуд солнечно-лунных воздействий в смежных областях коры с разными упругими характеристиками и определение временного хода прилива под действием приливных сил по изменению фазового сдвига по возрастанию величины интервала времени между ближайшим предшествующим моментом времени верхней кульминации луны и моментом верхней кульминации луны определяют на меридиане района залегания нефтесодержащего пласта в разных точках района залегания нефтесодержащего пласта.

Под действием гравитации солнца в сочетании с влиянием луны земная кора съеживается и расширяется в границах 0,5 м (см. например, А луна-то внутри железная // НЛО, №1-3 (321) от 12.01.2004, с.3). Процесс прилива земной коры аналогичен процессу приливных колебаний в океане. Пространственное распределение фазы приливов в океане - гладкая функция, и поэтому форма поверхности приливных колебаний имеет гармонический характер. В пространственно-временном поле приливных колебаний в океане с необходимостью присутствуют изолированные точки (амфидромические точки), в которых фаза отсутствует, а высота прилива равна нулю. Эти точки возникают и перемещаются и исчезают в зависимости от астрономических условий. Наличие этих точек обеспечивает гладкость приливных колебаний - отсутствие скачков в море.

Твердая кора Земли также испытывает приливные колебания, как и водные массы океанов. При этом приливные колебания коры Земли также носят гармонический характер, т.е. фаза колебаний - гладкая функция. Однако вследствие того, что кора - более жесткая среда, то с течением времени в смежных областях коры с разными упругими характеристиками "накапливаются" фазовые сдвиги, которые не снимаются путем образования амфидромических точек, а снимаются путем образования землетрясений.

Анализ пространственно-временного распределения фаз приливных колебаний в коре Земли по аналогии с анализом приливных колебаний в океане позволяет использовать предлагаемый способ и для проведения сейсмических исследований.

Предлагаемый способ выгодно отличается от известных способов, в которых регистрация приливов осуществляется в солнечном (циклическом) времени, что не обеспечивает информативность о повторяемости колебательного процесса, так как приливные колебания, записанные приборами в аномальном для их природы времени, оказываются зашифрованными для непосредственного анализа, что требует выражения результатов наблюдений рядами гармонических колебаний с аппроксимацией артефактов о реальной динамике приливных явлений, что вносит дополнительные погрешности.

Применение заявляемого способа позволяет при анализе периодической составляющей колебательного процесса использовать множество действительных чисел, в то время как в известных способах, представляющих собой численные расчеты, используются только рациональные числа, что не позволяет определить реальную изменчивость колебательного процесса.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU №1596081.

2. Патент RU №2095550.

3. Патент RU №2176094.

4. Патент RU №2172819.

5. Патент US №5184678.

6. Патент RU №2046936.

7. Патент RU №2217581.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Обеспечивает повышение отдачи месторождений как в новых, так и в истощенных пластах. По способу осуществляют внешние периодические физические воздействия на нефтесодержащий пласт в зоне этого пласта во время сжатия земной коры при солнечно-лунных отливах с учетом совокупности амплитуд солнечно-лунных воздействий. Согласно изобретению обеспечивают связь между временем солнечным и лунным и преобразуют одно время в другое. С учетом преобразованного времени определяют значения высоты прилива, по которой определяют амплитуды солнечно-лунных воздействий. При этом амплитуды солнечно-лунных воздействий определяют в смежных областях земной коры с разными упругими характеристиками. Временной ход прилива под действием приливных сил в точках воздействия на нефтесодержащий пласт определяют по изменению фазового сдвига - возрастанию величины интервала времени между ближайшим предшествующим моментом времени верхней кульминации луны и моментом верхней кульминации луны на географическом меридиане залегания нефтесодержащего пласта.

Способ повышения нефтеотдачи месторождения, включающий внешние периодические физические воздействия на нефтесодержащий пласт в зоне этого пласта во время сжатия земной коры при солнечно-лунных отливах с учетом совокупности амплитуд солнечно-лунных воздействий, отличающийся тем, что обеспечивают связь между временем солнечным и лунным и преобразуют одно время в другое, с учетом преобразованного времени определяют значения высоты прилива, по которой определяют амплитуды солнечно-лунных воздействий, при этом амплитуды солнечно-лунных воздействий определяют в смежных областях земной коры с разными упругими характеристиками, временной ход прилива под действием приливных сил в точках воздействия на нефтесодержащий пласт определяют по изменению фазового сдвига - возрастанию величины интервала времени между ближайшим предшествующим моментом времени верхней кульминации луны и моментом верхней кульминации луны на географическом меридиане залегания нефтесодержащего пласта.