Способ электрогидравлического воздействия на нефтяной пласт Российский патент 2025 года по МПК E21B28/00 E21B43/25 

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано при выполнении работ в призабойной зоне пласта (далее ПЗП) или скважин (нагнетательных, добычных) для интенсификации притока флюида на забой скважины, а именно: для создания вторичной трещиноватости пласта.

Известен скважинный генератор [Л.Ф. Петряшин, Г.Н. Лысяной, В.В. Желтоухов. «Об исследованиях эффективности использования электроимпульсов для интенсификации добычи нефти», Труды института ИФИНГ, вып. 13, 1976, с. 92-93], основанный на принципе электрогидравлического эффекта, или электрогидравлического воздействия (далее - ЭГВ) и предназначенный для обработки нефтяного пласта с целью повышения нефтеотдачи, представляющий собой стальную трубу с наконечником обтекаемой формы. Генератор содержит кабельный наконечник с накопителем энергии, выполненный в виде трансформаторно-выпрямительного блока с импульсными высоковольтными конденсаторами, управляемый разрядник с блоком поджига, закрепленные на шасси и помещенные в герметический стальной кожух. К нижнему концу кожуха присоединена на резьбе разрядная камера с двумя электродами. Вывод электрической энергии в генератор осуществляется через кабельный наконечник, который является промежуточным звеном при подвешивании генератора ЭГВ в скважине на кабеле.

Недостатком является следующее: неучет упругих и упругоемких свойств призабойной зоны пласта (далее - ПЗП) [Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Добыча нефти. Под общ. ред. Ш.К. Гиматудинова / Р.С. Андриасов, И.Т. Мищенко, А.И. Петров и др. М., Недра, 1983, 455 с.], что приводит к избыточному рассеянию энергии ударной волны ЭГВ.

Известно электрогидравлическое импульсное устройство (патент РФ №2283951, опубл. 20.09.2006).

В этом устройстве, включающем оснащенный пультом управления наземный источник электропитания, скважинный аппарат выполнен в виде полого цилиндрообразного корпуса и содержит в себе зарядное устройство, блок накопительных конденсаторов (трансформаторно-выпрямительный блок с импульсными высоковольтными конденсаторами, соединенными параллельно) и разрядный блок, оснащенный двумя электродами, управляемым разрядником и блоком поджига. Ввод электрической энергии в скважинный аппарат осуществляется посредством электропитающего кабеля через кабельный наконечник, который является промежуточным (поддерживающим) звеном при размещении скважинного аппарата в скважине.

Недостатки этого устройства заключаются в следующем.

В процессе его работы электроды разрядного блока находятся непосредственно в обрабатываемой среде, которой в скважине, в призабойной зоне и в нефтяном пласте могут быть техническая вода со степенью минерализации до 1,24, глинистые растворы и нефти с различной степенью загазованности, а также и их суспензии.

Такая обрабатываемая среда характеризуется или повышенной электрической проводимостью (снижающей пробивное напряжение разрядного промежутка), или, наоборот, усложненными условиями для создания пробоя за счет ее электроизолирующих свойств, а также и за счет повышенных окружающих давлений, достигающих величин десятков атмосфер («кривая Пашена»).

Предпробивные потери энергии в режиме «утечки» достигают 13%, а их компенсация приводит к росту массогабаритных показателей скважинного аппарата. Рост этих показателей происходит за счет увеличения габаритов и массы блока накопительных конденсаторов, являющегося следствием увеличения в нем количества накопительных конденсаторов, которое и позволяет снижать (устранять) предпробивные потери.

Так, например, при одной из практических реализаций электрогидравлического воздействия на нефтеносный пласт, скважинный аппарат имел диаметр 250 мм и длину 3500 мм, в то время как энергия разрядного импульса не превышала 18 Дж.

Эксплуатация скважинного аппарата с такой незначительной энергией разрядного импульса энергии, даже на глубинах до 1500 м, малоэффективна.

Прототипом является способ электрогидравлического воздействия на нефтяной пласт и устройство для его осуществления (патент №2388908, опубл. 10.05.2010), включающий размещение в скважине в зоне воздействия на пласт скважинного аппарата, который соединен с наземным источником электропитания и содержит электрически взаимосвязанные между собой зарядное устройство, блок накопительных конденсаторов и разрядный блок, оснащенный электродами, и последующие за этим подачу постоянного напряжения от наземного источника электропитания на зарядное устройство, зарядку блока накопительных конденсаторов при их параллельном соединении до необходимой величины напряжения и разрядку блока накопительных конденсаторов, обеспечивающую поступление его выходного напряжения на электроды разрядного блока, при этом накопительные конденсаторы после окончания зарядки их блока переключают в последовательное соединение, а затем производят разрядку блока накопительных конденсаторов, обеспечивая увеличение его выходного напряжения пропорционально-ступенчато количеству конденсаторов, при этом величину постоянного напряжения, подаваемого на зарядное устройство, устанавливают в пределах 300-150 В, максимальное значение необходимой величины напряжения для зарядки блока накопительных конденсаторов принимают равным 20-27 киловольтам, а зарядку блока накопительных конденсаторов до необходимой.

Недостатком такого способа повышения разрядного напряжения является усложнение конструкции, предполагающее переключение конденсаторов, имеющих заряд которых уже имеет высокий потенциал, а также отсутствие учета упруго-емких свойств ПЗП, которые определяют эффективность ЭГВ.

Технической проблемой изобретения является разработка способа электрогидравлического воздействия на нефтяной пласт с достижением следующего технического результата: повышение энергии, доставляемой к порам ПЗП, что повлечет повышение эффективности воздействия на нефтеносный пласт за счет одновременного (синфазного) действия прямой и отраженной волн.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе электрогидравлического воздействия на нефтяной пласт (призабойную зону пласта), включающем в себя размещение в скважине в зоне воздействия на пласт скважинного устройства, которое соединено с наземным источником электропитания, содержит электрически взаимосвязанные между собой зарядное устройство, два блока накопительных конденсаторов, разрядный блок, оснащенный электродами, а также датчик давления, контроллер и коммутатор, соединенный с источником электропитания ключом, согласно изобретению заряжают один блок накопительных конденсаторов до необходимой величины напряжения и разряжают его в разрядном промежутке, при этом команда коммутатора на разряд запускает отсчет времени контроллера, при достижении необходимого напряжения на блоке конденсаторов цикл повторяют. Контроллер ведет измерение давления в разрядном промежутке, и в момент прихода обратной волны контроллер фиксирует время и выдает команду коммутатору на разряд второго блока конденсаторов, одновременно открывая ключ на зарядку блока первого блока конденсаторов, определяя достижение необходимого разрядного напряжения на блоках конденсаторов.

На фиг. 1 изображено электрогидравлическое импульсное устройство, реализующее способ, на фиг. 2 - график зависимости давления на забое скважины от времени: а) в реальных координатах, б) в полулогарифмических координатах.

Способ электрогидравлического воздействия на нефтяной пласт включает размещение в скважине в зоне воздействия на пласт скважинного электрогидравлического импульсного устройства, которое соединено с наземным источником электропитания.

Электрогидравлическое импульсное устройство выполнено в виде цилиндра, содержит электрически взаимосвязанные между собой источник постоянного питания (на устье скважины), зарядное устройство 1 с контроллером заряда, блок 2 накопительных конденсаторов и блок 3 накопительных конденсаторов, разрядный блок 4, оснащенный электродами 5. При этом устройство снабжено датчиком 6 давления, контроллером 7 и коммутатором 8. Коммутатор 8 установлен в одном отсеке с блоками 3 и 4 накопительных конденсаторов, заполненном электроизолирующей средой. Коммутатор 8 соединен с источником постоянного питания ключом 9.

Способ реализуется следующей последовательностью операций.

Размещают в скважине в зоне воздействия на пласт (в призабойной зоне пласта) электрогидравлическое импульсное устройство, которое соединено с наземным источником электропитания.

Подают постоянное напряжение от источника постоянного питания на зарядное устройство 1. Заряжают блок 2 накопительных конденсаторов до необходимой величины напряжения и разряжают блок 2 накопительных конденсаторов, что обеспечивает поступление его выходного напряжения на электроды 5 разрядного блока 4, при этом команда коммутатора 8 на разряд запускает отсчет времени контроллера 7. Одновременно контроллер 7 ведет измерение давления в разрядном промежутке, которое плавно падает по логарифмическому закону (см. фиг. 2). В момент прихода обратной волны (t₁) контроллер 7 фиксирует время и дает команду коммутатору 8 на разряд блока 3 конденсаторов, одновременно открывая ключ 9 на зарядку блока 2 конденсаторов.

При достижении необходимого напряжения на блоке 2 конденсаторов цикл повторяют. Таким образом, каждый последующий разряд ЭГВ осуществляют при более высоком начальном давлении, чем предыдущий.

Фазы разряда накопителя электрической энергии (конденсатора) регулируются таким образом, что воздействие на ПЗП осуществляются синфазно прямой и обратной волной.

Эффект воздействия зависит от скачка давления непосредственно в области перфорации. А прямая волна отражается от дна скважины, то есть от т.н. зумпфа.

Проведем элементарный расчет: пусть скважина с открытым забоем диаметром 250 мм и длиной L (расстояние от разрядного промежутка до зумпфа) 100 м.

Тогда прямая волна в нефти (добычная скважина) пройдет до зумпфа за время t:

t=L/v=100/1330=0,075 с

и за время t в воде (нагнетательная скважина):

t=L/v=100/1490=0,067 с,

где 1330 м/с и 1490 м/с, соответственно, скорости звука (продольных волн) в нефти и пластовой (морской воде) [https://cf2.ppt-online.org/files2/slide/n/N5qtAczLCs9xM4fg37WTh8OnQ1XySHmkuVwIbY/slide-19.jpg].

Таким образом, время t₁=0,145 с в нефтяной скважине (или 0,128 с - в нагнетательной), что вполне релевантно с точки зрения реализации (см. фиг. 2), т.е. времени достаточно как для заряда конденсаторов до необходимых величин напряжений, так и для сработки ключей контроллера.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано при выполнении работ в призабойной зоне пласта (далее ПЗП) или скважин (нагнетательных, добычных) для интенсификации притока флюида на забой скважины, а именно: для создания вторичной трещиноватости пласта. Для осуществления способа электрогидравлического воздействия на нефтяной пласт размещают в скважине в зоне воздействия на пласт электрогидравлическое импульсное устройство, соединенное с наземным источником электропитания. Устройство содержит электрически взаимосвязанные между собой: зарядное устройство, два блока накопительных конденсаторов, разрядный блок, оснащенный электродами, датчик давления, контроллер и коммутатор, соединенный с источником электропитания ключом. Заряжают блоки накопительных конденсаторов до необходимой величины напряжения. Разряжают первый блок накопительных конденсаторов в разрядном промежутке и одновременно измеряют давление в разрядном промежутке с помощью контроллера. В момент прихода обратной волны контроллер фиксирует время и выдает команду коммутатору на разряд второго блока конденсаторов, одновременно открывая ключ на зарядку первого блока конденсаторов. При достижении необходимого напряжения на первом блоке конденсаторов цикл повторяют. Достигается технический результат – повышение энергии, доставляемой к порам ПЗП, с последующим повышением эффективности воздействия на нефтеносный пласт за счет одновременного (синфазного) действия прямой и отраженной волн. 2 ил.

Способ электрогидравлического воздействия на нефтяной пласт, включающий размещение в скважине в зоне воздействия на пласт электрогидравлического импульсного устройства, соединенного с наземным источником электропитания и содержащего электрически взаимосвязанные между собой: зарядное устройство, два блока накопительных конденсаторов, разрядный блок, оснащенный электродами, а также датчик давления, контроллер и коммутатор, соединенный с источником электропитания ключом, отличающийся тем, что заряжают блоки накопительных конденсаторов до необходимой величины напряжения, разряжают первый блок накопительных конденсаторов в разрядном промежутке и одновременно измеряют давление в разрядном промежутке с помощью контроллера, при этом в момент прихода обратной волны контроллер фиксирует время и выдает команду коммутатору на разряд второго блока конденсаторов, одновременно открывая ключ на зарядку первого блока конденсаторов, а при достижении необходимого напряжения на первом блоке конденсаторов цикл повторяют.