СПОСОБ УДАРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ Российский патент 2018 года по МПК E21B43/25 H01T9/00 

Изобретение относится к средствам генерирования сейсмической энергии, например упругих колебаний в нефтеносных пластах, в частности к средствам ударного воздействия на призабойную зону скважин и нефтенасыщенные пласты при добыче углеводородов.

Из уровня техники известен способ ударного воздействия на призабойную зону скважины путем создания депрессионно-репрессионных импульсов давления в гидросреде (RU RU 2248591 (13) С2, 20.05.2005).

Недостатком известного технического решения является сложность исполнения и ограниченные возможности применения известного способа.

В качестве прототипа выбран известный способ ударного воздействия на призабойную зону, заключающийся в том, что в призабойной зоне в полости скважины, устанавливают электроды, разделенные зазором и снабженные металлической проволокой, замыкающей электроды, устройством подачи указанной проволоки на электроды и систему генерации импульсов напряжения, обеспечивая, тем самым, нагрев проволоки, ее взрыв и образование плазменного канала между электродами с последующим образованием ударной волны, которая распространяется внутри скважины, электроды, (RU 2373386 С1, 20.11 2009).

Недостаток известного технического решения заключается в том, что он имеет ограниченные возможности по созданию необходимого динамического режима, что снижает дебет добычи. Кроме того, проволока и система ее подачи в зазор являются ненадежными элементами в устройстве, реализующем данный способ.

Задача изобретения заключается в повышении дебита из скважины на стадии добычи, обеспечивающего быстрый и с наименьшими трудозатратами выход продукта на максимальные показатели и повышение надежности работы системы.

Технический результат состоит в том, чтобы формировать резонансные колебания в элементах системы «скважина - призабойная зона - пласты», обеспечивающие освобождение поровых каналов призабойной зоны и перфорационных отверстий от кольматирующих веществ и созданию необходимого динамического режима наведение в пластах волновой картины для повышения дебита по всей мощности пласта; улучшение фильтрационных свойств призабойной зоны.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в межэлектродное пространство, в которое устанавливают электроды, а на электроды подают импульс высокого напряжения, формируя между ними электрическую дугу и производя, таким образом, пробой межэлектродного промежутка и получение плазменного канала между электродами с образованием электрических разрядов, в жидкой среде скважины, согласно изобретению, межэлектродное пространство ионизируют, а пробой межэлектродного пространства производят, повторяющимися, по сигналам пьезодатчиков, импульсами высокого напряжения.

Указанный технический результат достигается также и за счет того, что энергию электрических разрядов используют для восстановления разрушенного разрядом ионизированного слоя.

Указанный технический результат достигается также и за счет того, что в системе произвольно меняют в определенных пределах частоту импульсов разрушения.

Указанный технический результат достигается также и за счет того, что в системе используется микропроцессор, управляющий процессом подачи высоковольтных импульсов по сигналам пьезодатчиков.

Указанный технический результат достигается также и за счет того, что подача импульсов производится в такт с колебательным процессом, возникающим в скважине.

Указанный технический результат может быть достигнут и за счет того, что высоковольтные импульсы подаются в зависимости от результатов полученных от предыдущих импульсов.

Указанный технический результат может быть достигнут и за счет того, что импульсы подаются сериями по несколько включений источника высокого напряжения.

Ионизация межэлектродного пространства дает возможность избавится от проволочного механизма, что повышает надежность системы, а пробой межэлектродного пространства повторяющимися, по сигналам пьезодатчиков импульсами высокого напряжения обеспечивает более высокий результат по повышению дебита из скважины.

Использование энергии взрыва для восстановления разрушенного разрядом ионизированного слоя позволяет многократно повторять процесс пробоя межэлектродного пространства.

Произвольное изменение в определенных пределах частоты импульсов разрушения дает оператору возможность влиять на работу системы.

Использование в системе микропроцессора, срабатывающего по сигналам пьезодатчика, упрощает работу оператора.

Подача импульсов в такт с колебательным процессом, возникающим в скважине способствует глубокому проникновению сейсмоакустической волны в пласт и созданию в пласте резонансных процессов, повышающих дебет продукта.

Подача высоковольтных импульсов в зависимости от результатов полученных от предыдущих импульсов позволяет оптимизировать процесс добычи продукта.

Подача импульсов сериями по несколько включений источника высокого напряжения способствует повышению продуктивности разрушения кольматирующих веществ и получению притока флюида в добывающую скважину повышающего приемистость пласта.

Перечень фигур чертежей:

Фиг. 1 Излучатель источника электрогидроимпульсного разряда с установленными в нем ионизирующими электродами.

Фиг. 2 Схема управления подачей высоковольтных импульсов.

Фиг. 3 Принципиальная электрическая схема ионизатора.

Фиг. 4 Микропроцессорная система управления.

Устройство, для ударного воздействия на призабойную зону согласно предлагаемому способу выполнено следующим образом. Источник упругих колебаний состоит из скважинного снаряда (на фиг. не показан), опускаемого в скважину на каротажном кабеле. В скважинном снаряде расположены разрядное устройство и накопитель энергии разрядного устройства, устройство подачи силовых импульсов и устройство питания ионизатора. Кроме того, в стенку скважины вставлен сейсмический датчик (на фиг. не показан). Разрядное устройство примыкает к скважинному снаряду и смонтировано в виде трубчатого корпуса 1 с внешним диаметром, меньшим внутреннего диаметра скважины, и установлено в гидросреде, в полости скважины. Разрядное устройство содержит внешний электрод 2 и подвижный внутренний электрод 3, расположенные навстречу друг другу (фиг. 1). В свою очередь внутренний электрод 3 опирается на внешнюю сторону неподвижной заглушки 4. Иными словами, неподвижная заглушка 4 является составной частью подвижного электрода 3. Внутренняя сторона заглушки является опорой для фланца 5 трубчатого корпуса 1. Внутрь трубчатого корпуса 1 входит труба 6, которая с помощью распорного кольца 7 жестко закреплена внутри трубчатого корпуса 1. Трубчатый корпус 1 содержит обширные окна (на фиг. не нарисованы). Эти окна расположены в области межэлектродного пространства на уровне электродов 2 и 3 и необходимы для свободного прохождения взрывной волны от межэлектродного пространства в призабойную скважину. В свою очередь, заглушка 4 снабжена внутренним кольцом 8, соединенным с внешним кольцом четырьмя ребрами (на фиг. не показаны), радиально расходящимися от внутреннего кольца 8 к внешнему. Таким образом, в заглушке также образованы окна, обеспечивающие свободное прохождение взрывной волны от электродов 2 и 3. Внутрь трубы 6 входит промежуточная подвижная трубка 9. Между фланцем 5 и внутренним концом трубки 9 вокруг трубки 9 установлена силовая пружина сжатия 10. Пружина сжатия одной стороной упирается во внутреннюю поверхность фланца 5, а другой стороной упирается в край промежуточной трубки 7. В свою очередь внутренняя трубка 6 одним своим краем входит внутрь промежуточной трубки 7, которая с помощью распорного кольца 8 жестко закреплена внутри трубчатого корпуса 1. Верхняя часть трубки 7 снабжена крышкой 11. выполненной в виде плоского цилиндра с четырьмя ребрами (на фиг. не показаны), радиально расходящимися от центра крышки 11 и сходящимися на внешнем кольце крышки 11. В центральной части крышки 11 на ее оси прочно установлен круглый стержень 12. Стержень 12 проходит через сальник (на фиг. не обозначен) по оси внутрь отдельного замкнутого цилиндрического корпуса 13 меньшего диаметра, чем трубчатый корпус 1. На стержне 12 прочно закреплен штифт 14. В стенках цилиндрического корпуса 13 на штифтах 15 установлены пьезоэлементы 16 и 17. Расстояние между обращенными навстречу друг другу пьеэлементами 16 и 17 равно зазору между электродами 2 и 3. Штифты 15 обладают некоторой гибкостью, а внутренняя часть цилиндрического корпуса 13 заполнена диэлектрической жидкостью. На внутренних стенках трубы 1 между электродами 2 и 3 расположен ионизатор, состоящий из ионизирующих электродов 18 и 19. Электроды 18 и 19 установлены с противоположных сторон в параллельных лоскостях на диэлектрических пластинах, соответственно 20 и 21. Расстояние между остриями ионизирующих электродов выбирается из условий создания устойчивого коронного разряда в локальных областях, находящегося между двумя противоположными ионизирующими остриями, и с максимальной возможной производительностью ионов.

Для обеспечения нормального функционирования в схеме должны быть предусмотрены источник высокого напряжения, прилагаемого к электродам 2 и 3, с зарядным устройством с накопителем энергии фиг. 2. Зарядное устройство состоит из высоковольтного трансформатора 22, выпрямителя 23, ограничительного сопротивления 24, накопителя энергии 25, разрядного устройства в виде разрядника 26 с пусковым электродом 27 и блоком формирования импульсов 28. Для запуска разрядника 26 применен повышающий трансформатор 29 и реле 30 для переключения жил кабеля 31, и пояс Роговского 32. Последний предназначен для регистрации тока в разрядном контуре накопительных конденсаторов, который одновременно используется в качестве формирователя электрического сигнала для счетчика рабочих импульсов. Применение пояса Роговского позволяет также контролировать амплитуду тока разрядного контура и соответственно эффективность работы устройства в целом.

Электропроводящие жилы кабеля 31 подсоединены к клеммам 33, 34 и 35, а броня - к клемме 36 разъема.

В качестве схемы для ионизатора используется источник высокого напряжения, выполненный на основе мультивибратора 37, построенного на транзисторах VT1 и VT2 (фиг. 3). Частота мультивибратора меняется с помощью подстроечного резистора 38 в пределах от 30 до 60 кГц. От мультивибратора импульсы поступают на преобразователь напряжения 39, построенном на двух транзисторах VT3, VT4, и трансформаторе 40. При изменении частоты меняется выходное напряжение на выходе преобразователя. Если уменьшать частоту, то выходное напряжение будет расти. Далее высокое напряжение (порядка 2.5 кВ) с вторичной обмотки трансформатора 40 идет на вход умножителя, собранного на конденсаторах 41 (С8-С13) и диодах 42 (VD5-VD10). Затем напряжение подается непосредственно на острия 18 и 19. Один вывод вторичной обмотки трансформатора 40 подключен к минусу устройства. Расстояние между электродами подбирается индивидуально. Чтобы предотвратить систему от возникновения между электродами 18, 19 и другими элементами конструкции слишком большой разности потенциалов используются резисторы. Чтобы не пробило вторичную обмотку трансформатора 40, в системе предусмотрен разрядник 43. Схема питания построена на реактивном емкостном сопротивлении. Она состоит из стабилитрона 44 (VD2), конденсаторов 45 (С1, С2), диодного моста 46 (VD1) и резистора 47. В качестве диода можно использовать КЦ106Г или КЦ123. Напряжение на схему ионизатора подается от однофазного трансформатора 48. Электрические схемы фиг. З и фиг. 2 должны быть развязаны, т.е. не содержать общих точек. Ионизатор может ионизировать пространство между электродами, как в воздушной, так и в жидкой среде путем регулирования частоты импульсов.

Система управления содержит микропроцессор 49 (фиг.4), на который подаются сигналы от, датчика подачи высоковольтного напряжения на электроды 2, 3, связанного с поясом Роговского 32, пьезоэлектрических датчиков 16 и 17 и сейсмодатчика 50 вмонтированного в стенку скважины. Последний предназначен для определения направления движения колебательного процесса. В схеме имеется также счетчик импульсов (на фиг. не показан). Микропроцессор 49 снабжен блоком управления 51, рукояткой управления 52 и включателем 53. Система управления с микропроцессором 49 находятся на пульте управления оператора. Рукоятка управления имеет несколько фиксированных позиций имеющих обозначения количества импульсов включения источника высокого напряжения.

Способ ударного воздействия на призабойную зону действует следующим образом. В межэлектродное пространство на электроды 18 и 19 (фиг. 1) от электрической схемы ионизатора (фиг. 4) поступает напряжение от источника высокого импульсного напряжения, за счет чего межэлектродное пространство заполняется ионами азота, кислорода и ионами других элементов, присутствующих в пространстве скважины между электродами.

Для начала процесса необходимо нажать на включатель схемы управления на рукоятке 52 микропроцессора 49 (фиг. 4). Затем сигнал по жиле 35 каротажного кабеля 31 подается электрический сигнал на катушки реле Р, контакты которого переключают соответствующие, проводники 33, 34, 35, 36, идущие от кабеля: 31. После этого по проводнику 33 подается пусковой сигнал на вход блока формирования импульса запуска 28. Он повышается с помощью трансформатора 29. После срабатывания разрядника 27 импульс высокого напряжения подается на электроды 2, 3, который подпитывается в накопителе энергии 25. При подаче импульса высокого напряжения на электроды 2 и 3 между ними возникает электрическая дуга, при этом за счет ионизации межэлектродного воздуха для создания электрической дуги требуется значительно меньшее напряжение. Происходит пробой межэлектродного промежутка, и возникновение плазменного канала между электродами 2 и 3 с образованием электрического разряда в жидкой среде скважины. Ударная волна распространяется внутри скважины. Одновременно энергия взрыва оказывает давление на фланец 5, что заставляет внутреннюю трубу 6 переместиться (фиг. 1). Силовая пружина 12 сжимается. При этом объем межэлектродного пространства увеличивается. За счет притока жидкой среды и продолжающейся работы ионизатора, разрушенная во время электрического пробоя, ионизированная среда восстанавливается. С помощью пружины 12 происходит обратное движение внутренней трубы 6. Процесс сжатия пружины 12 и обратное ее движение длиться несколько микросекунд. За это время происходит новый заряд конденсаторов 25 (фиг. 2). и увеличивается концентрация ионов в межэлектродном пространстве.

Регистрация разряда производится по уровню сигнала с пояса Роговского 32, установленного в токовой цепи накопительных конденсаторов. Система готова к повторному действию. Продолжение работы возможно в автоматическом режиме, по сигналам датчиков 16, 17 и 50 системы управления (фиг. 4) или по команде оператора. Датчик 50 фиксирует начало движения волны в определенную сторону, согласную с началом нового движения. Этот сигнал усиливается и включает разрядное устройство. При этом микропроцессор определяет время полного цикла движения электрода 3 по результатам расчета времени движения штифта 19 во время его движения от пьезодатчика 16 до датчика 17 и обратно. Если время движения штифта 19 превышает время полуволны сейсмодатчика, то время повторного включений увеличивается соответственно показаниям микропроцессора.

Оператор может оказывать воздействие на пласт в зависимости от результатов предыдущих импульсов, что позволяет повысить продуктивность скважины.

Подача импульсов в такт с колебательным процессом, возникающим в скважине, позволяет дополнительно повысить продуктивность разрушения кольматирующих веществ, получать приток флюида в добывающую скважину для повышения приемистости пласта.

По результатам воздействия на скважину оператор произвольно может менять частоту импульсов разрушения в определенных пределах.

Воздействие на пласт в зависимости от результатов предыдущих импульсов позволяет повысить продуктивность скважины.

Моделирование нелинейных процессов, происходящих в продуктивном пласте, позволяет рассматривать залежь как совокупность колебательных систем (нелинейный осциллятор в неравновесной упругой среде), на которую можно воздействовать путем внешних вынужденных колебаний. Важнейшей особенностью неравновесной среды является то, что даже небольшая возмущающая сила может привести к непропорционально большому эффекту (триггерный эффект). Важно, чтобы воздействие было периодическим.

Как известно расширение плазменного канала и его последующее «схлопывание» по периодическому принципу оказывает на призабойную зону пласта и пласт в целом знакопеременные нагрузки. В результате многократного периодического повторения циклов «репрессия - депрессия» ударные гидравлические волны» давления распространяются по скелету пласта и его пористой среде и изменяют емкостные и фильтрационные свойства пород. Под их влиянием происходит очистка интервалов перфорации от осадков, кольматирующих частиц породы и остатков бурового раствора, его фильтрата, а также выпавших в пористой среде осадков солей и асфальто-смоло-парафиновых образований. Повторяющиеся импульсы давления раскрывают природные трещины коллектора и способствуют образованию новых трещин.

Таким образом, нефтяной пласт может рассматриваться в качестве открытой диссипативной нелинейной системы, свободной к самоорганизации и содержащей огромный источник непознанной и потому невостребованной энергии, которая в процессе эксплуатации неразрывно нелинейно связан с добывающими и нагнетательными скважинами.

Исходя из изложенного, разработчики способа воздействия на призабойную зону пришли к следующему выводу: чтобы возбудить такую сложную систему на резонансных частотах необходимо иметь широкополосный управляемый скважинный источник периодических упругих колебаний (генератор накачки). Такой источник инициируемых периодических колебаний неизбежно приведет к самоорганизации системы, то есть упорядочению колебаний в пласте, что проявится в появлении одной или нескольких (в случае многослойной системы) квазигармоник, а следовательно к возникновению резонансных явлений.

Практика показывает, что для получения дополнительного притока флюида в добывающую скважину или повышения приемистости пласта нагнетательной скважины необходимо инициировать серию упругих периодических импульсов по всему рабочему интервалу перфорации, давление которых превышало бы коэффициент закупорки, а скорость распространения этих импульсов способствовала бы увеличению коэффициента пьезопроводности.

Особенностью предлагаемой технологии скважинного плазменно-импульсного воздействия является влияние не только на призабойную зону, но и на пласт в целом благодаря глубокому проникновению сейсмоакустической волны в пласт и созданию в пласте резонансных процессов.

Дальность действия плазменно-импульсного воздействия на пласт при определенных геологических условиях может составлять до 1500-1800 м. Поэтому скважины, находящиеся на обрабатываемом пласте, зачастую воспринимают это воздействие. За счет очистки пор коллектора, образования новых трещин, лучшей отмываемости нефти, повышается подвижность пластового флюида, уменьшается обводненность и увеличивается дебит добываемой продукции обрабатываемой и реагирующих скважин.

Изобретение относится к средствам генерирования сейсмической энергии, например упругих колебаний в нефтеносных пластах, в частности к средствам ударного воздействия на призабойную зону скважин и нефтенасыщенные пласты при добыче углеводородов. Способ ударного воздействия на призабойную зону заключается в том, что в межэлектродное пространство устанавливают электроды. Затем на электроды подают импульс высокого напряжения, формируя между ними электрическую дугу и производя, таким образом, пробой межэлектродного промежутка и получение плазменного канала между электродами с образованием электрических разрядов в жидкой среде скважины. При этом межэлектродное пространство ионизируют. Пробой межэлектродного пространства производят повторяющимися по сигналам пьезодатчиков импульсами высокого напряжения. Причем энергию пробоя межэлектродного промежутка используют для восстановления разрушенного разрядом ионизированного слоя. При этом подача импульсов производится в такт с колебательным процессом, возникающим в скважине. Техническим результатом является повышение дебита из скважины на стадии добычи, обеспечивающего быстрый и с наименьшими трудозатратами выход продукта на максимальные показатели и повышение надежности работы системы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ ударного воздействия на призабойную зону, заключающийся в том, что в межэлектродное пространство устанавливают электроды, затем на электроды подают импульс высокого напряжения, формируя между ними электрическую дугу и производя, таким образом, пробой межэлектродного промежутка и получение плазменного канала между электродами с образованием электрических разрядов в жидкой среде скважины, отличающийся тем, что межэлектродное пространство ионизируют, а пробой межэлектродного пространства производят повторяющимися по сигналам пьезодатчиков импульсами высокого напряжения, причем энергию пробоя межэлектродного промежутка используют для восстановления разрушенного разрядом ионизированного слоя, а подача импульсов производится в такт с колебательным процессом, возникающим в скважине.

2.. Способ ударного воздействия по п. 1, отличающийся тем, что для получения повторяющихся по сигналам пьезодатчиков импульсов используется микропроцессор, управляющий процессом.

3. Способ ударного воздействия по п. 1, отличающийся тем, что импульсы подаются сериями по несколько включений источника высокого напряжения.