СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ НЕФТЯНЫХ ИЛИ ГАЗОВЫХ СКВАЖИН Российский патент 2014 года по МПК E21B28/00 E21B43/25 

Изобретение относится к области нефте- и газодобычи, а именно к способам восстановления проницаемости скважин и может быть использовано для ремонта скважин.

При разработке новых скважин окружающая ее порода обладает высокой проницаемостью (пористостью), через трещины в породе легко просачивается продукт (нефть, газ). Со временем проницаемость скважины падает, и она подлежит ремонту.

Обычно (на практике) для ремонта скважины используют взрывчатку, создающую мощное ударное акустическое воздействие. Однако данная технология обладает существенными недостатками - скважина загрязняется продуктами взрыва, при этом, поскольку нельзя точно рассчитать ударную волну, возможно повреждение или даже разрушение стенок скважины.

Из уровня техники известен способ восстановления проницаемости скважины путем воздействия на скважинную жидкость при помощи электрогидроимпульсного разряда (см. патент РФ на изобретение RU 2373387, E21B 43/25, 20.11.2009 /1/). Согласно данному способу в скважинной жидкости создают импульсы давления с помощью источника электрического разряда, содержащего накопительный конденсатор и электроды, замкнутые металлической проволокой. При этом подают на электроды импульсы напряжения, обеспечивающие взрыв проволоки с возникновением плазменного пробоя и формированием импульсов давления в гидросреде.

По принципу воздействия указанный аналог имеет сходства с заявленным способом. Однако известная технология имеет невысокую эффективность, поскольку в ней не выбирается необходимая частота импульсного воздействия, зависящая от параметров скважины ее резонансных свойств и свойств скважинной жидкости.

Из уровня техники известно использование импульсного лазерного излучения для восстановления проницаемости скважины. Согласно данному способу при воздействии лазерного излучения в скважинной жидкости возникает кавитация, создающая гидроимпульсное давление (см. патент РФ на изобретение RU 2066746, E21B 43/26, 20.09.1996 /2/ - прототип). Однако указанный способ также не обеспечивает эффективного воздействия на пласты скважины.

Задачей заявленного изобретения является создание эффективного и безопасного способа восстановления проницаемости скважин.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности воздействия на стенки скважины и увеличении ее проницаемости (нефтеотдачи) за счет создания ударных волн с требуемой резонансной частотой.

Указанный технический результат изобретения достигается за счет того, что способ восстановления проницаемости нефтяных или газовых скважин, включает воздействие на скважинную жидкость лазерным излучением, указанное воздействие осуществляют с энергией, обеспечивающей возникновение в жидкости плазменных пробоев, при этом сначала осуществляют предварительное воздействие лазерным излучением в импульсном или непрерывном режиме с возникновением пробоя, после которого измеряют частоту возникающего акустического сигнала, а затем осуществляют последующие воздействия в импульсном режиме с указанной частотой следования импульсов излучения.

Кроме того, указанный технический результат достигается в частных формах реализации изобретения за счет того, что:

- воздействие лазерным излучением осуществляют при длине волны 1.0-1.6 мкм с частотой следования импульсов до 500 Гц и средней мощностью 30-50 кВт.

- лазерное излучение фокусируют на стенке скважины.

В отличие от указанных аналогов (/1/ и /2/) в заявленном способе при воздействии лазерного излучения с энергией, обеспечивающей возникновение плазменного пробоя, в скважинной жидкости возникает «светогидравлический удар», обеспечивающий создание ударной волны, способной создать давление до 10⁶ атмосфер.

Следует отметить, что, несмотря на известность применения импульного лазерного излучения (например из /1/), а также использования плазменных пробоев (см. /2/) для восстановлении проницаемости скважин, явление «светогидравлического удара» в указанной области техники использовано впервые, что определяет «новизну», а также «изобретательский уровень» заявленного способа.

Явление «светогидравлического удара» может быть описано следующим уравнением:

dV=α·dQ/C_V,

где dV - изменение объема жидкости с коэффициентом теплового расширения α и теплоемкостью C_V при поглощении энергии dQ.

Указанное соотношение можно получить, принимая во внимание, что:

dV=α·V₀·dT,

а dQ=C_V·V₀·dT,

где dT - изменение температуры жидкости, a V₀ - ее исходный объем.

В соответствии с указанной формулой, с учетом α=1,38·10^-4·K^-1, C_V=4,2·10⁶ Дж/(К·м³), при выделении в воде энергии 30,3 кДж ее объем увеличится на 1 см³.

Такое изменение объема вызывает ударную волну, используемую в заявленном способе для создания резонансного акустического воздействия на стенки скважины и окружающую ее породу.

При этом для создания максимального эффекта необходимо подобрать резонансную частоту для импульсного воздействия лазерного излучения. Указанная частота, обеспечивающая наиболее эффективное воздействие, зависит от параметров скважины, ее резонансных свойств и свойств скважинной жидкости. Для определения данной частоты сначала осуществляют предварительное воздействие лазерным излучением до возникновения первого пробоя в жидкости, после которого изучают возникающий акустический сигнал с выявлением основной собственной частоты участка скважины, и с которой подают последующие лазерные импульсы. Указанный акустический сигнал синхронизируется с резонансной частотой окружающей среды, проходит через стенки скважины и распространяется в окружающей породе, а максимум сигнала возникает в сплошной породе, встряхивая ее и создавая трещины, которые увеличивают проницаемость скважины.

На представленной фигуре показана принципиальная схема реализации способа.

Около устья скважины 1 на поверхности земли располагают лазерную установку 2. Для доставки лазерного излучения в скважину применяют волоконный кабель 3 с оптической головкой (современные волоконные кабели могут иметь длину несколько километров с обеспечением высокой герметичности), который помещают в скважину 1. На конце кабеля устанавливают фокусирующую линзу 4, изготовленную из высокопрочного материала, выдерживающего ударное воздействие (например, плавленый кварц, алмазоподобная оптика и т.д.). На линзе 4 размещают волоконно-оптический датчик 5. При этом лазерную установку соединяют с модулятором 6, принимающим акустический сигнал от датчика 5.

При реализации способа производят генерацию лазерного излучения 7 от установки 2 в импульсном или в непрерывном режиме (в зависимости от свойств скважинной жидкости, т.е. ее плотности, прозрачности и т.д.) с энергией, обеспечивающей возникновение плазменного (лазерного) пробоя. Излучение фокусируется линзой 4 на стенке скважины и в результате в жидкости возникает пробой (светодетонация), инициирующий мощные ударные волны 8 с давлением до 10⁶ атм, которые распространяются в «Квантовая электроника», 39, №10 (2009) «Многофотонный пробой в воде в поле пикосекундных импульсов» Н.Ф. Бункин и др.). После предварительного воздействия (при возникновении первого пробоя) полученный акустический сигнал 10 регистрируется волоконно-оптическим датчиком 5, расположенным на линзе 4, и спектр возникших акустических колебании передается на модулятор 6, соединенный с лазерной установкой 1. При этом из указанного спектра выделяется максимальная амплитуда колебаний и определяется ее частота, которая является резонансной частотой участка скважины. Последующие воздействия лазерным излучением 7 на стенки скважины осуществляют с указанной частотой для возбуждения акустического резонанса. Резонансные акустические колебания поступают через стенки скважины 1 в окружающую породу 8 и производят вибрационное воздействие (Зайцев В.Ю., Гусев В.Э., Назаров В.Е., Кастаньеде Б. «Взаимодействие акустических волн с трещинами: упругие и неупругие механизмы нелинейности с различными временными масштабами» с.80-91, Акустический журнал, 51, 7, 2005 г., с.80-91). При этом в породе разрушаются перемычки и развиваются трещины, по которым происходит поступление продукта (нефти или газа) (см. Беспалько А.А. «Связь параметров электромагнитных сигналов с электрическими характеристиками горных пород при акустическом и квазистатическом воздействиях». Известия Томского университета т.308, 2008).

Предварительное и последующие воздействия лазерным излучением осуществляют, предпочтительно, при длине волны 1.0-1.6 мкм с частотой следования импульсов до 500 Гц (0 Гц - в случае непрерывного предварительного воздействия) и средней мощностью 30-50 кВт.

Пример реализации способа.

Для восстановления проницаемости нефтяной скважины, согласно предлагаемому способу, осуществляли предварительное воздействие импульсным лазерным излучением с длиной волны 1 мкм с мощностью 30 кВт на скважинную жидкость (воду). После первого пробоя резонанс образовался при возникновении стоячих волн с частотой 330 Гц. Последующие воздействия осуществляли в импульсном режиме при указанной частоте следования лазерных импульсов. При возникновении импульсов лазерного излучения частотой 330 Гц с пробоем в воде на 1 м длины обеспечивалось выделение энергии 30 кДж за секунду, при этом стоячие колебания суммировали энергию импульсов и резонанс достигал энергии в 9900 кДж за секунду в среде без затухания. Звуковые колебания с указанными параметрами поступали в окружающую скважину среду и вызывали трещинообразования в породе, через которые поступал продукт.

Таким образом, заявленный способ позволяет осуществлять эффективные воздействия на стенки скважины, обеспечивая восстановление ее проницаемости без существенного разрушения стенок.

Изобретение относится к области нефте- и газодобычи, а именно к способам восстановления проницаемости скважин, и может быть использовано для ремонта скважин. Способ включает воздействие на скважинную жидкость с помощью лазерного излучения с энергией, обеспечивающей возникновение в жидкости плазменных пробоев. При этом сначала осуществляют предварительное воздействие лазерным излучением в импульсном или непрерывном режиме с возникновением пробоя, после которого измеряют частоту возникающего при пробое акустического сигнала. Затем осуществляют последующие воздействия в импульсном режиме с указанной частотой лазерного излучения. Технический результат - повышение эффективности воздействия на стенки скважины и увеличение ее проницаемости (нефтеотдачи). 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ восстановления проницаемости нефтяных или газовых скважин, включающий воздействие на скважинную жидкость лазерным излучением, отличающийся тем, что указанное воздействие осуществляют с энергией, обеспечивающей возникновение в жидкости плазменных пробоев, при этом сначала осуществляют предварительное воздействие лазерным излучением в импульсном или непрерывном режиме с возникновением пробоя, после которого измеряют частоту возникающего при пробое акустического сигнала, а затем осуществляют последующие воздействия в импульсном режиме с указанной частотой следования импульсов излучения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие лазерным излучением осуществляют при длине волны 1.0-1.6 мкм с частотой следования импульсов до 500 Гц и средней мощностью 30-50 кВт.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что лазерное излучение фокусируют на стенке скважины.