 |
Вибрационные и акустические методы воздействия на нефтяные и газовые пласты
|
|
|
|
Идея использования колебаний для повышения нефтеизвлечения впервые была выдвинута М.Л. Сургучевым, О.Л. Кузнецовым и Э.М. Симкиным.
Работы по вибрационным и акустическим методам воздействия на нефтяные и газовые пласты были начаты еще в 1962 году нашими учеными О.Л. Кузнецовым и Э.М. Симкиным в институте нефти АН СССР, а с 1993 года вместе с ними и Д. Чилингером из Южно-Калифорнийского университета (США). Они были пионерами в обосновании, проведении экспериментальных лабораторных и промысловых исследований, создании новых технологий вибрационного и акустического методов воздействия на нефтяные и газовые пласты.
Как уже отмечалось, проницаемость призабойной зоны пласта постоянно изменяется в худшую сторону. Ухудшение проницаемости начинается в процессе бурения из-за фильтрации глинистого раствора в пласт и образования глинистой корки толщиной 2-3 мм, а также за счет более глубокого проникновения глинистого раствора при нарушениях технологических процессов бурения (при высоких скоростях спуска бурового инструмента может произойти гидроразрыв пласта с образованием трещин и поступлением в них глинистого раствора, с последующим его замещением в пласте при выравнивании давления).
Фильтраты буровых растворов могут проникать в продуктивные пласты на большие расстояния (0,1-3 м). Ухудшение проницаемости призабойной зоны пласта происходит в процессе спуска эксплуатационной колонны, ее цементации, перфорации и освоения скважин.
Дальнейшее ухудшение проницаемости призабойной зоны происходит и в процессе эксплуатации нефтяных и нагнетательных скважин по многим причинам.
Снижение проницаемости призабойной зоны в нефтяных и нагнетательных скважинах приводит к значительному снижению дебитов нефти и приемистости нагнетательных скважин, а иногда к их полной остановке, что в конечном итоге в значительной степени влияет на конечное нефтеизвлечение, экономические показатели разработки нефтяных месторождений. Для улучшения или восстановления проницаемости призабойной зоны пласта и повышения нефтеизвлечения в настоящее время применяются различные методы и технологии.
|
|
|
Среди их множества в последние годы все более находят применение вибрационные и акустические технологии. В основе этих технологий лежат колебательные процессы. Физические основы применения колебаний для воздействия на нефтяные пласты были созданы в начале 80-х годов.
Созданы различные варианты базовых технологий и технических решений для реализации их в промысловых условиях. Вибрационные и акустические методы могут быть использованы для решения следующих задач:
- повышение продуктивности нефтяных и нагнетательных скважин, в которых применение традиционных методов оказывалось технически невозможным или малоэффективным;
- увеличение нефтеизвлечения из обводненных малопродуктивных пластов.
Вибрационные и акустические технологии повышения продуктивности скважин просты в использовании и не дороги по затратам. В основе этих технологий лежат различные способы передачи энергии от скважинных источников колебаний в продуктивный пласт по скважинной жидкости. Колебания в жидкости быстро затухают на расстоянии до 1 м от стенок скважины. Но этих колебаний вполне достаточно для эффективной очистки призабойной зоны скважины от грязи и кальматирующих веществ. Одновременно под действием колебаний устраняется блокирующее влияние остаточных фаз газа, нефти и воды, инициируется фильтрация флюидов в низкопроницаемых зонах, повышается охват пласта по толщине и по простиранию. Эффективный охват продуктивного пласта по площади вокруг инициирующей скважины (источника колебаний) может достигать 12км2. Число скважин, одновременно охваченных воздействием колебаний, достигает 25-50 в зависимости от величины сетки скважин. В промысловых условиях наибольшее применение получил вибросейсмический метод, суть которого заключается в циклическом площадном воздействии на пласт низкочастотными колебаниями в диапазоне частот, соответствующих резонансу пласта. Годовая добыча нефти по опытным участкам в результате вибросейсмического воздействия увеличилась в среднем на 60%. Продолжительность эффекта - от 6 до 10 месяцев. Увеличение охвата пласта по толщине - на 30-35%. Эффективность вибровоздействия заключалась не только в увеличении добычи нефти, но и снижении обводненности в добывающих скважинах на 20-35%. Разработана и применяется технология акустического воздействия. Для вибрационных и акустических технологий применяются следующие методы воздействия:
|
|
|
· пороховые и термогазохимические генераторы давления;
· электрогидравлические источники колебаний;
· волновые струйные генераторы депрессий давления;
· скважинные гидровибраторы;
· гидро- и электроакустические источники колебаний.
В середине 90-х годов впервые была разработана аппаратура АВ (акустического воздействия) нового поколения с использованием научно-технического потенциала оборонной гидроакустики. Применение гидроакустических технологий позволило повысить акустическую мощность с 150-200 Вт до 1,5-3,0 кВт.
В настоящее время разработаны и применяются ряд систем акустического воздействия на нефтяные скважины нового поколения. К ним относятся излучатели АИ-1, АИ-2, АИ-3 (табл. 18) и генераторные устройства ГУ-03, ГУ-04, ГУ-05 и ГУ-06 (табл.19). Это приборы большой мощности 1,5-3,0 кВт с частотой 15-45 кГц.
Таблица 18. Основные технические характеристики акустических излучателей скважинных приборов
| АИ-1 | АИ-2 | АИ-3 | АИ-ЗМ | АИ-4 | |
| Конструкция активной части | Цилиндр | Стержень | Стержень | Цилиндр | Цилиндр |
| Диаметр, мм | |||||
| Длина, мм | |||||
| Длина акустической части, мм | |||||
| Рабочие частоты, кГц | 13-18 | 11-15 | 13-15 | 20-24 | 9-11 |
| КПД электроакустического преобразователя, % | |||||
| Акустическая мощность, кВт | 3,0 | 0,8 | 1,5 | 2,5 | 3,0 |
| Удельная акустическая мощность, Вт/см2 | 2,0 | 2,8 | 3,6 | 2,0 | 2,0 |
Таблица 19. Основные технические характеристики наземных генераторных устройств
|
|
|
| ГУ-03 | ГУ-04 | ГУ-05 | ГУ-06 | |
| Суммарный объем, дм | ||||
| Масса, кг | ||||
| Напряжение электропитания | 380В 50 Гц | 380В 50 Гц | 380В 50 Гц | 380В 50 Гц |
| Максимальная выходная мощность, А | ||||
| Максимальная выходная мощность, кВт | ||||
| Технологическая скважина | ||||
| Диапазон рабочих частот, кГц | 10-30 | 8-26 | 8-26 | 10-60 |
| Выходное напряжение, В | 500-700 | 500-1000 | 600-1200 | 600-1800 |
Данное оборудование позволяет:
- реализовать в скважинных условиях акустические мощности в интервале 2-3,6 Вт/см;
- значительно увеличить концентрацию акустической мощности в пласт за счет оптимизации диаграммы направленности;
- обеспечить оптимальное управление режимами обработки за счет наличия обратной связи в системе скважинный прибор - наземная аппаратура.
Условия применения и эксплуатации указанного оборудования для акустического воздействия на нефтяных скважинах следующие:
- максимальная глубина погружения излучателей в скважину - 5000 м;
- максимальное рабочее давление в скважине - 900 атм;
- максимальная рабочая температура - 150°С;
- температура окружающего воздуха на поверхности - от -50° С до +50° С;
- время одной обработки скважины - от 2 до 20 в зависимости от состояния и характеристик скважин часов
Акустический метод воздействия был испытан в промышленных масштабах на многих месторождениях Западной Сибири, Татарии, Удмуртии и других нефтяных районов, где получены высокие технологические и экономические результаты.
Глава XVI
|
|
|
