СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
ABSTRACT

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи углеводородов.
Известен способ интенсификации добычи углеводородов, включающий воздействие электрогидроимпульсной ударной волной на продуктивный пласт скважины (см. патент РФ №2199659, кл. Е21В 43/25, 2003). В способе генерируют электрогидравлическую ударную волну в жидкости призабойной зоны, а возбуждение ударной волной осуществляют с внешней стороны обсадной трубы путем вывода электроразрядного устройства за пределы обсадной трубы через выполненное в ней отверстие. Генерированную в жидкости ударную волну направляют в нефтеносный грунт для отделения нефти от грунта.
Недостатком данного способа является низкая эффективность добычи углеводородов, т.к. ударная волна, повышая проницаемость продуктивного пласта, не отдает предпочтение нефтеотдаче, а лишь повышает общий дебет добываемой жидкости.
Известен способ повышения производительности гидрогеологической скважины, включающий воздействие на прифильтровую зону по меньшей мере одной скважины переменным электрическим током путем пропускания через прифильтровую зону скважины разнополярных импульсов тока без пауз между положительными и отрицательными импульсами, отношение длительностей которых установлено постоянным и равным 1, определение минимальной и максимальной длительностей импульсов тока, последовательное увеличение величины длительности импульсов от минимального до максимального значения и извлечение воды и кольматантов (см. патент РФ №2120031, кл. Е21В 43/25, 1997).
Недостатком данного способа является то, что он повышает дебет воды, а для нефтяных скважин необходимо понижение содержания воды в добываемой скважине.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изменения проницаемости продуктивного пласта в прифильтровой зоне скважины, включающий воздействие на прифильтровую зону по меньшей мере одной скважины переменным электрическим током путем пропускания через прифильтровую зону скважины разнополярных пачек однополярных квазипрямоугольных импульсов электрического тока с паузами между положительными и отрицательными пачками импульсов (см. евразийский патент №002624, кл. Е21В 43/25, 2001).
Однако данный способ имеет низкую эффективность изменения проницаемости массива горных пород, т.к. отсутствует мониторинг протекающего процесса при воздействии на околоскважинное пространство массива горных пород импульсами электрического тока. Поскольку скважина имеет близкое к нулю активное электрическое сопротивление, газовая кальматация водотоков может происходить не только в продуктивном пласте, но и вышележащие водонасыщенные пласты, которые имеют более низкое электрическое сопротивление.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности изменения проницаемости околоскважинного пространства массива горных пород. Техническим результатом является уменьшение проницаемости околоскважинного пространства массива горных пород за счет изменения электрофизических свойств пород путем последовательной кальматации послойно сверху вниз и от центра скважины к периферии.
Продуктивный горизонт, в котором хранится углеводородное сырье, представляет из себя мелкопористую горную породу различного минерального состава. Первоначально микроскопические поры заполнены углеводородом. В начале эксплуатации скважин пластовое давление в околоскважинном пространстве меньше, чем в целом продуктивном горизонте. Углеводороды, прорывая тонкие перегородки между порами, устремляются в сторону меньшего пластового давления, т.е. в сторону скважины и далее на поверхность. Нагнетая водные растворы в нагнетательные скважины, удается в какой-то степени поддерживать необходимый перепад давления для выталкивания углеводородов в сторону добывающей скважины. Однако между нагнетательной и добывающей скважинами образуются "паразитные" водотоки. Таким образом, образуется большое количество тончайших капиллярных водотоков между нагнетательной и добывающей скважинами, и дальнейшее повышение давления в нагнетательной скважине не приводит к увеличению процентного содержания нефти в добываемой жидкости из эксплуатационной скважины. Одним из способов закупоривания паразитных водотоков является организация в них газовой кальматации. На большой глубине под большим давлением водные растворы находятся в состоянии, как бы на пороге закипания. При воздействии электрическим током температура воды в капилляре повышается, часть воды переходит в парообразное состояние, образуются газовые пузырьки в капилляре, которые закупоривают капилляры. Эти пузырьки достаточно долгоживущие (от 3 до 24 месяцев) и являются хорошей кальматацией паразитных водотоков.
Породы, образующие поровую среду продуктивного горизонта, имеют очень высокое электрическое сопротивление. Углеводороды имеют очень высокое электрическое сопротивление, а водно-солевые растворы, нагнетаемые в пласт, имеют достаточно низкое электрическое сопротивление, но переход водно-солевого раствора в газообразное резко повышает его электрическое сопротивление. Таким образом, пропуская электрический ток через объект воздействия, большая часть тока будет протекать по водотокам и обводненным породам. В процессе кальматации общее электрическое сопротивление объекта воздействия повышается. Понижение электрического сопротивления в данном случае допускать нельзя. Подсоединяясь к скважине в верхней ее части и производя наблюдение за изменением сопротивления в процессе воздействия электрическим током, нельзя сказать, что нужный процесс идет именно в том месте, где это необходимо, а именно в продуктивном горизонте. На фоне повышения электрического сопротивления в горизонтах, перекрывающих продуктивный, в самом целевом пласте какие-либо процессы могут вообще не происходить, либо происходить в обратном от нужного направления. Этого можно избежать, целенаправленно добиваясь получения необходимого повышения электрического сопротивления объекта воздействия поэтапно, обрабатывая околоскважинное пространство сначала электрическим током наибольшей частоты с уменьшением частоты до минимального значения.
Скважина с точки зрения электротехники представляет из себя очень длинный проводник, который обладает очень низким (доли Ома) активным электрическим сопротивлением и в десятки раз более высоким индуктивным электрическим сопротивлением и поэтому необходимо использовать индуктивную составляющую электрического сопротивления колонны буровых труб и скин-эффект, происходящий при пропускании электрического тока высокой частоты по поверхности земли. Поскольку индуктивность оказывает высокое сопротивление только при пропускании тока высокой частоты первым воздействию электрическим током будет подвержен вышележащий слой и в последнюю очередь целевой пласт, уже при воздействии электрическим током низкой частоты.
Технический результат достигается в способе изменения проницаемости массива горных пород, включающем предварительное определение максимальной величины частоты электрического тока, обеспечивающей пропускание максимального количества импульсов электрического тока в приповерхностном слое околоскважинного пространства путем воздействия на него импульсом электрического тока с последующим определением величины длительности спада импульса, являющейся величиной, обратной его частоте, воздействие на околоскважинное пространство импульсами электрического тока для уменьшения проницаемости водопроводящих капилляров околоскважинного пространства массива горных пород послойно сверху вниз путем кальматации его пор и капилляров пошагово, последовательно уменьшая частоту электрического тока от максимального значения до значения, близкого к нулевому, при этом при каждом значении частоты электрического тока воздействие осуществляют при начальной силе тока, близкой к нулю, измеряют действующие значения напряжения и силы тока и определяют градиенты электрических сопротивлений, причем при градиенте электрического сопротивления, равном нулю, проводят увеличение силы тока, а при отрицательном значении - уменьшают частоту электрического тока. Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются предварительное определение максимальной величины частоты электрического тока, пошаговое воздействие на околоскважинное пространство импульсами электрического тока для уменьшения проницаемости водопроводящих капилляров околоскважинного пространства массива горных пород послойно сверху вниз путем кальматации его пор и капилляров путем последовательного уменьшения частоты электрического тока от максимального значения до значения, близкого к нулевому, измерение действующих значений напряжения и силы тока, определение градиентов электрического сопротивления и изменение режима работы в зависимости от его величины. Предварительное определение максимальной величины частоты электрического тока (тестовое измерение) позволяет определить ту максимальную частоту воздействия, обусловленную конкретными геологическими и техногенными условиями. Эта частота обеспечивает пропускание импульсов электрического тока в приповерхностном слое околоскважинного пространства. Определение частоты электрического тока по величине длительности спада импульса электрического тока позволяет установить верхнюю границу частоты электрического тока для данного конкретного воздействия. Проведение воздействия на околоскважинное пространство массива горных пород с пошаговым уменьшением частоты электрического тока, обеспечивает осуществление газовой кальматации сначала в верхних горизонтах, пошагово углубляясь сверху вниз до целевого горизонта. Определение изменений сопротивлений позволяет судить о том, идет ли процесс кальматации или раскальматации. Если градиент электрического сопротивления имеет положительное значение, это говорит о том, что процесс кальматации происходит, поэтому изменять величину электрического тока не следует. Если градиент электрического сопротивления имеет отрицательное значение, это говорит о том, что происходит процесс раскальматации. При градиенте электрического сопротивления, равном нулю, проводят увеличение силы тока. Таким образом, учитывая индуктивную составляющую электрического сопротивления происходит послойная газовая кальматация околоскважинного пространства.
Способ изменения проницаемости массива горных пород осуществляется следующим образом.
Предварительно определяют максимальную величину частоты электрического тока, обеспечивающую пропускание максимального количества импульсов электрического тока в приповерхностном слое околоскважинного пространства. Для этого воздействуют на него импульсом электрического тока, определяют величину длительности спада импульса, обратная величина которой является максимальной частотой электрического тока. Затем проводят воздействие на околоскважинное пространство импульсами электрического тока пошагово, последовательно уменьшая частоту электрического тока от максимального значения до значения, близкого к нулевому. Такое воздействие уменьшает проницаемость проводящих кластеров околоскважинного пространства массива горных пород сверху вниз путем кальматапии его пор и капилляров. При этом при каждом значении частоты электрического тока воздействие осуществляют при начальной силе тока, близкой к нулю, уменьшая проницаемость проводящих кластеров околоскважинного пространства массива горных пород от центра к периферии путем кальматации его пор и капилляров. Измеряют действующие значения силы тока и напряжения на околоскважинном пространстве и определяют градиенты электрического сопротивления (А.А.Евсюков. Электротехника. Москва, Просвещение, 1979, с.10-11). При градиенте электрического сопротивления, равном нулю, проводят увеличение силы тока, при положительном значении градиента электрического сопротивления дальнейшее увеличение силы тока не проводят, воздействие осуществляют при том же значении силы тока, а при отрицательном значении - уменьшают частоту электрического тока.
Конкретный пример способа изменения проницаемости массива горных пород.
На месторождении "Юбилейное" при добыче углеводородов на последней стадии его разработки необходимо было увеличить процентное содержание углеводородов в добываемой жидкости, т.е. уменьшить содержание воды и увеличить содержание целевого продукта, количественно увеличить добычу углеводородов, увеличить извлекаемость углеводородов. Воздействие импульсами электрического тока осуществлялось через скважину №195. Один из силовых выводов установки электроимпульсного воздействия (ЭИВ) подсоединялся к устью обрабатываемой скважины при помощи силового кабеля, другой вывод подсоединялся к двум другим скважинам этого месторождения. Перед проведением работ все скважины, участвующие в работе по ЭИВ отсоединили от трубопроводов через изолятор и от них отсоединили их штатные очаги заземления и наземное оборудование, для того чтобы избежать короткого замыкания по этим цепям. Перед проведением работ, чтобы убедиться в отсутствии коротких замыканий по поверхности к цепи "скважина - заземлитель" подключают безопасное напряжение 10-12 В и измеряют протекающий в цепи ток. Значение активного сопротивления, которое получается при делении поданного напряжения на полученный ток, позволяет оценить наличие незамеченных паразитных электрических цепей по поверхности, а также оценить активную составляющую электрического сопрлотивления рабочей цепи. На практике это значение обычно превышает 0,1 Ом. В данном случае это значение составило 0,11 Ом. Далее через рабочую цепь пропустили одиночный импульс электрического тока длительностью 0,1 с и напряжением 300 В. Форма импульса отслеживалась на осциллографе. Длительности импульса должно быть достаточно для того, чтобы на осциллографе был виден сигнал трапециевидной формы. Импульс, длительностью в одну десятую секунды с большим запасом удовлетворяет этому требованию, и в силу действия второго закона термодинамики не может оказать какого-либо существенного влияния на продуктивный горизонт. Обратная величина длительности спада этого импульса и определяет максимальную величину частоты электрического тока, обеспечивающую пропускание максимального количества импульсов электрического тока в приповерхностном слое околоскважинного пространства. Под длительностью спада импульса понимается то время, которое проходит с момента, когда напряжение, принявшее квазистабильное значение, начинает уменьшаться до момента достижения стабильного нулевого значения. На скважине №195 время спада импульса составило 1,258 мс. Максимальная величина частоты электрического тока, с которой проводят воздействие и которая обеспечивает пропускание максимального количества импульсов электрического тока в приповерхностном слое околоскважинного пространства будет составлять 781 Гц (1:1,258). Воздействие на околоскважинное пространство массива горных пород начали проводить при частоте 781 Гц и начальной силе тока 10 А. Измерили действующие значения напряжения U и силы тока Y и определили электрическое сопротивление R (R=U/Y), что составило соответственно 10,01368, 9,609066245 и 0,9595939. Поведение последнего параметра (электрическое сопротивление) в последнем знаке определяло выбор режима работы установки. То есть, если электрическое сопротивление не менялось и соответственно его градиент был равен нулю, повышалась сила тока воздействия при той же частоте, если электрическое сопротивление росло и градиент сопротивления был положительным, сила тока не повышалась и воздействие осуществлялось при прежнем значении силы тока, а если электрическое сопротивление уменьшалось и градиент имел отрицательную величину, воздействие осуществлялось на меньшей частоте, начиная воздействие при начальной силе тока 10 А. Так через какое-то время воздействия действующие значения силы тока и напряжения составили соответственно 1011,38168 и 970,5157918, электрическое сопротивление равнялось 0,9595940. Исходя из предыдущих действующих значений силы тока и напряжения и электрического сопротивления, равных соответственно 1001,368, 960,9066245 и 0,9595939, градиент сопротивления составил 0,0000001, т.е. имеет положительное значение. В данном случае воздействие продолжалось осуществляться на той же частоте с той же силой тока (1011,38168). Наступил момент, когда действующие значения силы тока и напряжения и электрического сопротивления составили, соответственно, 1502,052, 1441,909838 и 0,9599600. Предыдущие действующие значения силы тока и напряжения и электрического сопротивления составили соответственно 1492,03832, 1432,297255 и 0,9599601. Вычисленный градиент электрического сопротивления имел отрицательное значение. Была уменьшена частота электрического тока, которая составила 600 Гц. Так последовательно пошагово проводилась кальматация пор и капилляров околоскважинного пространства массива горных пород. Последней частотой, с которой проводилось воздействие, была частота, равная 0,2 Гц. Через 12 ч работы на различных частотах, параметры воздействия стабилизировались на частоте 0,2 Гц и силе тока 1700 А. Воздействие было завершено.
Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить проницаемость околоскважинного пространства массива горных пород, повысить содержание нефти в добываемой жидкости с 7% до 30%.