СПОСОБ ДОБЫЧИ ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫХ НЕФТЕЙ Российский патент 2022 года по МПК E21B43/263 E21B28/00 

Изобретение относится к нефтяной промышленности, предпочтительно, к разработке залежей с трудно извлекаемыми нефтями, включая Баженовские и Димановские месторождения, в том числе, к месторождениям на поздних стадиях разработки и продуктивных пластах с низкой мощностью, с целью повышения нефтеотдачи пластов, увеличения дебита низко дебитных скважин и продления их эксплуатационного пробега.

Известен способ добычи нефти по российскому патенту, заключающийся в том, что предварительно определяют геометрические и физико-механические характеристики продуктивного пласта, на основе которых, по математической модели Френкеля-Био, рассчитывают значения колебаний поперечных и продольных волн в пласте и, в зависимости от значений частот волн, осуществляют непрерывное волновое воздействие на пласт путем генерирования волн в потоке рабочей жидкости (РЖ), закачиваемой в пласт нагнетательной скважины, генератором волн, установленном в зоне интервала перфорации нагнетательной скважины. Положительный технический эффект достигается за счет удаления из пор пласта тяжелых компонентов нефти и продуктов поликонденсационной конверсии нефти в пластовых условиях (керогена), адсорбировавшихся на внутренней поверхности пор и препятствующих дренажу флюидов пласта (нефти, газу и пластовой воде) из них к его трещинам, что, при последующих снижениях пластового давления, приводит к снижению нефтеотдачи пластов, вплоть до полного прекращения эксплуатации месторождения.

(см. Патент РФ № 2582688, МПК Е21 В 43/16, от 28.04.2015 г.).

Механизм волнового воздействия на продуктивный пласт при способе добычи нефти по известному патенту, заключается в создании в трещинах и порах пласта микро колебательного, зависимой от расчетного количества частот, возвратно-поступательного движения потоку РЖ в их внутренних объемах. При этом в момент поступательного движения РЖ происходит слабый микроудар на внутреннюю поверхность пор, трендом на их торцы, чем обеспечивается проникновение РЖ в их глубины.

При обратном движении РЖ в трещинах и порах пласта, в них возникает микродепрессия, примерно, равная давлению прямого микроудара РЖ в порах паста. В результате чего, происходит отрыв (десорбция) отложившихся на внутренней поверхности пор тяжелых компонентов нефти и «керогена», с последующим их дренажом в трещины пласта, открывая этим дренаж его флюидов - нефти, газу и, если в них есть пластовая вода, и ей, с направлением потока РЖ в направлении добычной (эксплуатационной) скважины. Этот элементарный акт протекает многократно в непрерывном режиме, с расчетной частотой колебания, чем и достигается увеличение нефтеотдачи пласта, не достижимая как по традиционному способу ГРП, так и по другим известным способам воздействия на продуктивные пласты с этой целью.

Этот способ, по технической сущности и достигаемому результату, близок к предлагаемому, поэтому принят в качестве прототипа.

Однако, в связи с хаотичностью расположения природных волноводов в пласте, - трещин и пор, неравномерности их свободных объемов и наличия в пласте участков с различной плотностью породы, фронт движения потока РЖ в пласте, будет не равномерным, с байпасными потоками и с значительным отклонением от идеального, - «поршневого», гидродинамического режима. Следует также отметить и то, что в связи с малыми скоростями проникновения РЖ в поры пласта, процесс десорбции (удаления) тяжелых компонентов нефти, особенно керогена, из них будет длительным. Следствием таких недостатков и является снижение потенциала технико-экономической эффективности известного способа добычи нефти.

Целью настоящего изобретения является организация фронта движения потока РЖ в пласте, исключающего байпасные потоки в нем и улучшение условий дренажа флюидов из пор пласта в искусственно созданные трещины, ориентированные в нем горизонтально.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что перед началом добычи нефти непрерывным волновым воздействием на пласт по способу-прототипу, с целью дополнительного увеличения проницаемости продуктивного пласта, исключения возникновения байпасных потоков на фронте движения потока РЖ в нем, улучшения дренажа нефти и газа из его пор к трещинам продуктивного пласта и увеличения скорости волнового воздействия на поры пласта нагнетательной скважины, проводят гидроразрыв пласта (ГРП) путем серии мини-гидроразрывов пласта (Мини-ГРП), достигаемых в результате взрыва в интервале перфорации скважины зарядов бризантных взрывчатых веществ (БВВ) в среде РЖ, находящейся под гидростатическим и технологическим давлением выше пластового давления, при котором, ГРП производится за счет динамического удара РЖ на породу пласта, создаваемого прямой ударной волной взрыва заряда БВВ в массе РЖ. Мини-ГРП производят по расчетному количеству, поэтапно, в количестве, не менее, 3-4 раз.

Выбор ГРП по этому способу Мини-ГРП, вызван тем, что при ГРП по традиционному способу (насосному), из-за низкой скорости нагружения пласта потоком закачиваемой в пласт РЖ, которая не превышает 1,0 МПа/сек., ГРП проходит с низкой селективностью, как правило, в значительной части по существующим природным трещинам, расположенным, в основном, вертикально.

При ГРП путем Мини-ГРП, за счет резонансных и волновых явлений, возникающих при движении прямой ударной волны взрыва БВВ в массе жидкости, находящейся в защемленных условиях, т.е. в трещинах и порах пласта, давление на фронте движения РЖ в пласте возрастает до сотен тысяч атмосфер, в результате чего, скорость нагружения потока РЖ на пласт доходит до 10⁷ МПа/с.

При такой высокой скорости движения потока РЖ в пласте, образование трещин в нем не успевает отклоняться от направления азимута отверстий кумулятивной перфорации в эксплуатационной колонне скважины, т.е. ГРП проходит, практически, горизонтально, примерно, со 100% селективностью. Оптимальным количеством перфорационных отверстий в эксплуатационной колонне является 20 отверстий на один погонный метр, с диаметром отверстий 10-12 мм, при котором, расстояние между трещинами в пласте составляет 50 мм, что является стандартной величиной для данного варианта промышленного перфоратора, используемого при Мини-ГРП.

При движении обратной волны взрыва заряда БВВ, в пласте возникает депрессия, величиной близкой к давлению прямой ударной волны взрыва БВВ. В результате чего, из трещин и пор пласта, с мгновенной скоростью вырываются (десорбируются) отложившиеся тяжелые компоненты нефти и керогена, в том числе, мелкие крошки породы пласта, с последующим их выносом с потоком нагнетаемой в пласт РЖ и флюидов пласта, к добычной скважине.

Изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения.

1. По данным стандартных геофизических исследований продуктивного пласта, производят технологические расчеты по определению массы зарядов БВВ и количество их взрывов, соответствующих этапам Мини-ГРП.

2. Разрабатывается План (инструкция) проведения Мини-ГРП на данной скважине.

3. Собирают технологическую схему для закачки в скважину РЖ, с ПАВом или без него, состоящую из соответствующего насоса, с емкостью для РЖ, линией подачи РЖ в скважину и линией отвода РЖ из нее обратно в емкость насоса для РЖ.

4. В зоне скважины, подготавливают место для изготовления зарядов БВВ в виде торпед из детонирующих шнуров (ТДШ), марок, приемлемых для использования в термобарических условиях пласта данной скважины и фиксируемых на геофизическом каротажном кабеле (ТДШ).

5. Подготавливают технологическую схему загрузки ТДШ в интервал перфорации скважины, включая подготовку устья скважины к загрузке в нее ТДШ.

После завершения всех подготовительных работ, приступают к проведению технологических операций по Мини-ГРП в нижеследующей последовательности.

1. В скважину закачивают РЖ до уровня ее устья.

2. В устье скважины загружают ТДШ и опускают ее в интервал перфорации эксплуатационной колонны скважины.

3. После этого, в скважину начинают закачивать РЖ до достижения на устье скважины технологического давления, составляющего 80-85% от максимально допустимого для данной скважины.

4. При достижении на устье скважины заданного давления, не останавливая закачку РЖ, производят взрыв ТДШ.

5. После взрыва ТДШ, закачку РЖ продолжают еще 1,0-2,0 минут, не допуская при этом превышения давления на устье скважины выше разрешенной величины.

6. Затем закачку РЖ останавливают и приступают к операциям по сбросу давления из скважины, с отводом РЖ из скважины в емкость РЖ на приеме насоса.

7. При снижении давления в скважине до атмосферного, из нее извлекают геофизический кабель и приступают к следующему этапу Мини-ГРП. Расчетное количество этапов Мини-ГРП составляет не менее 3-4, т.е. с проведением не менее 3-4 взрывов ТДШ в интервале перфорации нагнетательной скважины, заполненной РЖ, находящийся под давлением выше пластового.

8. Далее, согласно предложенному способу, проводят акустическую цементометрию (АКЦ) скважины (или другим известным геофизическим методом) на предмет установления наличия в пласте новых трещин. Затем, в лабораторных условиях, исследуют керн пласта и определяют значения модуля сдвига его пористого скелета, цементируемость, пористость, объемную и сдвиговую вязкости. Кроме того, определяют значение кинематической вязкости жидкой фазы, содержащейся в порах пласта. Исследуемый пласт имел следующие физико-механические показатели:

Н=6 м;; h=1 м;; G=5,5 Па; ξ=η=10⁵ Па; γ=0,3; ν_f=10⁶ м²/c; s=0,9%; где:

Η - высота (мощность) продуктивного пласта, м;

h - расстояние между трещинами в продуктивном пласте, м;

G - модуль сдвига пористого скелета пласта, Па;

ξ - объемная вязкость пористого скелета пласта, Па;

η - сдвиговая вязкость пористого скелета пласта, Па;

γ - цементированность скелета пласта;

ν_f - кинематическая вязкость жидкой фазы пласта, м²/с;

s - пористость структурного скелета пласта,%.

Согласно расстояниям между новыми трещинами в продуктивном пласте, полученных после проведения Мини-ГРП в интервале перфорации эксплуатационной колонны, перфорированных перфоратором с шагом расположения перфорационных отверстий в нем равном стандартным 20 отверстиям на один погонный метр, расстояние между новыми трещинами, по сравнению с трещинами в продуктивном пласте до Мини-ГРП, равном 1 м, уменьшается в 20 раз. Поэтому и расстояние между новыми трещинами в пласте после Мини-ГРП, будет равно 0,05 м, отсюда, h в вышеприведенной формуле будет равен 0,05 м (h=0,05 м.).

С помощью установленной в ЭВМ программы, по математической модели Френкеля-Био рассчитывают значения декрементов затухания колебаний поперечной и продольных волн в зависимости от значений частот волнового воздействия. Результаты вычисления значений декрементов затухания колебаний поперечной и первой и второй продольных волн, в зависимости от значений частот волнового воздействия от 61 до 7200 Гц, представлены в Таблице 1.

Как показали расчеты, минимальное значение декремента затухания первой продольной волны d₁=2,8 м^-1 проявляется при частоте волнового воздействия на пласт ω_κρ.1=9600 Гц, а минимальное значение декремента затухания поперечной волны d₃=0,9 м^-1 - при частоте ω_кр.3=2400 Гц на указанных критических частотах волн имеют самое длительное затухание.

Что касается второй продольной волны, то ее затухание оказывается существенно выше. Декремент затухания этой волны при частоте ω_кр.2=60 Гц достигает значений d₂=300 м^-1. То есть амплитуда второй продольной волны затухает в е раз на расстоянии, не превышающем 0,2 см. Поэтому, влиянием второй продольной волны на процесс волновой интенсификации продуктоотдачи пласта можно пренебречь.

Далее процесс волнового воздействия на пласт ведут при частотах, лежащих в интервале между ω_кр.3 и ω_κρ.1, значения которых определяются формулой:

ω=k(ω_кр.1 - ω_кр.3)+ω_кр.3, где: 0<k<1.

Одновременно измеряют дебит (Q) скважины и определяют при какой частоте ω=ω_опт. дебит достигает максимального значения. Результаты измерений представлены в Таблице 2.

Как видно из Таблицы 2, при волновом воздействии на пласт, дебит достигает значения 52 т/сут при частоте ω_опт=6100 Гц, что на 7 т/сут превышает дебит скважины при добыче по в известном известному способу (45 т/сут).

Найденное значение частоты является оптимальным для залежи с данными геофизическими и физико-механическими параметрами.

В дальнейшем, волновое воздействие на продуктивный пласт осуществляют при частоте генерируемых волн соответствующей максимальному дебиту.

Использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить нефтеотдачу пластов, увеличить дебит низкодебитных скважин, продлить их эксплуатационный пробег и высокоэффективно реанимировать скважины после консервации, в том числе, ликвидированных по причине бездебитности. А в случае залежей трудноизвлекаемых нефтей и месторождений, расположенных отдаленных от инфраструктур, способ, практически, является безальтернативным.

Способ позволяет исключить использование крупногабаритного и дорогостоящего оборудования традиционного ГРП, чем примерно в десять раз удешевит затраты на интенсификацию работы скважин, повысит эффективность недраполбхования и значительно увеличит экологичность эксплуатации месторождений.

Изобретение относится к нефтяной промышленности, предпочтительно к разработке залежей с трудно извлекаемыми нефтями, в том числе к месторождениям на поздних стадиях разработки и продуктивных пластах с низкой мощностью. Согласно изобретению проводят серию мини-гидроразрывов пласта, с образованием трещин ориентированных по азимуту перфоотверстий в эксплуатационной колонне скважины, путем взрыва зарядов бризантных взрывчатых веществ, опущенных в интервал перфорации скважины, заполненной рабочей жидкостью, находящейся под давлением выше пластового, с производством взрыва, не останавливая закачку рабочей жидкости в скважину, не допуская при этом повышения давления на устье скважины выше критической величины. Измеряют геометрические и физико-механические характеристики продуктивного пласта, полученные в результате мини-гидроразрыва пласта, на основе которых осуществляют волновое воздействие на пласт путем генерирования волн с частотой, соответствующей минимальному декременту затухания. Использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить нефтеотдачу пластов залежей трудноизвлекаемых нефтей, увеличить дебит низкодебитных скважин, продлить их эксплуатационный пробег и высокоэффективно реанимировать скважины после консервации, в том числе ликвидированных по причине бездебитности. 2 табл.

Способ добычи трудноизвлекаемых нефтей, включающий измерение геометрических и физико-механических характеристик продуктивного пласта, на основе которых по математической модели Френкеля-Био рассчитывают значения декрементов затухания колебаний поперечной и продольных волн в зависимости от значений частот непрерывного волнового воздействия на пласт, осуществляя волновое воздействие на пласт путем генерирования волн с частотой, соответствующей минимальному декременту затухания, отличающийся тем, что перед началом непрерывного волнового воздействия на продуктивный пласт проводят серию мини-гидроразрывов пласта с образованием трещин ориентированных по азимуту перфоотверстий в эксплуатационной колонне скважины путем взрыва зарядов бризантных взрывчатых веществ, изготовленных в виде торпед из детонирующих шнуров, закрепленных на геофизическом каротажном кабеле и опущенных в интервал перфорации скважины, заполненной рабочей жидкостью, находящейся под давлением выше пластового, с производством взрыва, не останавливая закачку рабочей жидкости в скважину, не допуская при этом повышения давления на устье скважины выше критической величины, расчет значения декрементов затухания колебаний прямых и продольных волн производят по геометрическим характеристикам пласта, полученным в результате мини-гидроразрыва пласта.