СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ ПЛАСТОВ
HYDROCARBONS PRODUCTION INTENSIFICATION METHOD FROM FORMATIONS

Изобретение относится к способам интенсификации добычи углеводородного сырья из продуктивных пластов, который может быть применен при использовании упругой пластовой энергии, содержащейся в среде с трещиноватой и трещиновато-пористой структурой, в кавернах и в трещинах после гидроразрыва пласта.
Известен способ освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием, включающий формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и закрытой прерывателем полостью насосно-компрессорных труб путем закачки жидкости в затрубное пространство, закрытие затрубного пространства, создание периодических затухающих импульсов давления в призабойной зоне путем резкого открытия и закрытия полости насосно-компрессорных труб прерывателем, и стравливание давления из призабойной зоны по насосно-компрессорным трубам, а также контроль величины начального депрессионного перепада и колебаний давления, повторение этапов открытия и закрытия полости до снижения депрессионного перепада давления, повторение циклов формирования перепада давления, этапов открытия и закрытия полости при стравливании совместно с формированием затухающих импульсов давления в насосно-компрессорных трубах до тех пор, пока время формирования перепада давления не сравняется со временем предыдущего цикла (RU №2159326, опубл. 20.11.2000 г.).
Известный способ воздействия на зону пласта использует импульсы давления от затухающих колебаний массы жидкости в скважине, при этом необходимо предварительно заполнить скважину жидкостью и обеспечить постоянный контроль над величиной ее колеблющейся массы. К недостаткам известного способа воздействия можно отнести затухающий характер колебаний и необходимость постоянного управления и контроля над поддержанием процесса воздействия. Применение такого способа воздействия эффективно только при хорошей гидравлической связи между скважинным пространством и зоной пласта, а также при низком пластовом давлении, что может способствовать созданию большого начального перепада давления между зоной пласта при заполненной скважине и закрытой полостью насосно-компрессорных труб. При низкой гидравлической связи эффективным может оказаться только первый этап в первом цикле воздействия, но и при этом затухающий характер колебаний быстро уменьшит интенсивность импульсов. В дальнейшем ожидание снижения гидростатического уровня в скважине до величины пластового давления и заполнение скважины для начала нового цикла значительно увеличивает время проведения работ. Также к недостаткам можно отнести ограничения по величине колеблющейся массы жидкости, создающей импульс давления при резком торможении, который, прежде чем воздействовать на продуктивный пласт, воздействует на цементный камень, изолирующий продуктивный пласт от других пластов. Скорость движения массы жидкости также зависит от создания свободного пространства перед ее фронтом, которое обеспечивает демпфирование при возникновении импульса давления и снижает эффект от импульсного дренирования призабойной зоны пласта. Различие скоростей движущихся жидкостей в скважине и в зоне пласта приводит к возникновению ударов по обсадной колонне, потери интенсивности импульсного дренирования и уменьшения глубины воздействия.
Наиболее близким является способ интенсификации добычи углеводородов из пласта, включающий создание полости в пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине и воздействие на пласт низкочастотными импульсами давления высокой амплитуды при увеличении давления жидкости в скважине (RU №2343275, опубл. 10.01.2009 г.).
Недостатками известного способа являются зависимость повторяемости циклов увеличения и снижения давления в скважине от ручного управления и необходимость контроля величины проницаемости пласта при формировании в нем полости. Равенство скоростей движения жидкости в скважине и в полости пласта обеспечивает глубокое проникновение воздействия при увеличении давления, но дополнительное применение низкочастотного источника импульсов при этом требует и дополнительных затрат энергии. К недостаткам можно отнести расположение источника импульсов не в пласте, а в стволе скважины и воздействие импульсов давления высокой амплитуды на ее конструкцию, особенно цементное кольцо, что может приводить не только к нарушению его целостности, но и значительным потерям мощности воздействия.
Задачей данного изобретения является интенсификация добычи углеводородов за счет использования упругой пластовой энергии при создании незатухающих автоколебаний давления в прискважинной полости продуктивного пласта и увеличение объема этой полости.
Решение поставленной задачи достигается при использовании известного способа интенсификации добычи углеводородов из пласта, включающего создание полости в продуктивном пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине, согласно изобретению полость в продуктивном пласте создают с возможностью ее расширения и сжатия при циклическом увеличении и снижении давления жидкости в скважине, и заполняют ее жидкостью, величина сжимаемости которой больше чем у жидкости в скважине, циклы повторяют в автоколебательном режиме, при этом обеспечивают постоянный поток жидкости в скважину, который разделяют на две части, одну из них закручивают для создания вихря и стравливают из скважины его центральную часть, а периферийную часть вихря вместе со второй частью постоянного потока направляют в полость продуктивного пласта, периоды циклов, величину объема полости в продуктивном пласте, а также величину сжимаемости жидкости в пласте регулируют величиной постоянного потока жидкости в скважину.
При ограничениях величины давления в обсадной колонне расход в постоянном потоке жидкости в скважину поддерживают неизменным.
Для необратимого увеличения объема полости величину расхода жидкости в постоянном потоке последовательно увеличивают.
Для интенсификации необратимого увеличения объема полости целесообразно дополнительно заполнить ее химическим реагентом, например, кислотой или растворителем.
При увеличении объема полости вследствие трещинообразования и для его закрепления целесообразно дополнительно заполнить полость твердыми частицами, например, пропантом.
При недостаточном расширении и сжатии полости величину сжимаемости жидкости, которой заполняют полость в продуктивном пласте, увеличивают, добавляя во вторую часть постоянного потока жидкости порции нейтрального газа, например, азота.
В заявляемом изобретении реализуется механизм генерации автоколебаний давления, позволяющий получить новый технический результат, который заключается в том, что с помощью величины напора жидкости, непрерывно подающейся в скважину, управляют величиной объема прискваженной полости и величиной сжимаемости, содержащейся в ней жидкости, что позволяет, используя эту упругую пластовую энергию, создавать и управлять параметрами колебаний давления в полости, менять ее структуру и очищать коллектор для притока углеводорода. Наиболее близкий механизм создания автоколебаний описан в работе генератора колебаний (RU №2635740, опубл. 15.11.2017 г.), который применим и для воздействия на продуктивный пласт с целью интенсификации добычи углеводородов.
Это становится возможным, если вместо небольшого объема полости с постоянной величиной упругости в генераторе использовать гораздо больший объем прискважиной полости в продуктивном пласте, который упруго реагирует на изменения давления и заполнен сжимаемой жидкостью, а также объем которого можно необратимо увеличить. Упругие свойства в насыщенных продуктивных породах проявляются в виде упругого изменения объема пластовой жидкости, заполняющей полости в породе при колебаниях давления, а также податливости скелета породы. Полости с такими свойствами присутствуют в продуктивных коллекторах в виде систем трещин после гидроразрыва, каверн или пор, как присутствуют экраны или границы между областями с различными проницаемостями, появляющиеся в следствии скин-фактора при эксплуатации или создаются специально во время проведения ремонтных работ. В результате воздействия автоколебаниями давления на скелет породы и сжимаемую жидкость в полости пласта, ограниченную экранами с низкой проницаемостью, происходит очистка каналов фильтрации, дополнительное трещинообразование за счет усталостного разрушения структуры экрана, увеличение объема полости и проницаемости. Для поддержания режима автоколебаний используют энергию напора жидкости, направляющего ее в скважину, и упругую пластовую энергию, под действием которой жидкость течет обратно из скважины. При таком незатухающем автоколебательном воздействии граница в виде плохопроницаемого экрана может разрушаться или смещаться в глубину пласта, например в виде трещин, увеличивая общий объем полости с углеводородом. В отличие от других способов передачи энергии колебаний из скважины в пласт, заявленное изобретение не воздействует для этого на конструкцию скважины, а использует только имеющуюся, даже самую слабую гидравлическую связь с пластом. При этом периоды колебаний жидкости в скважине и пласте совпадают, не оказывая воздействие на конструкцию скважины, а составные элементы генератора колебаний могут быть установлены как на устье скважины, так и на глубине залегания пласта с помощью насосно-компрессорных труб и пакера.
Таким образом, используя упругую пластовую энергию для генерации колебаний давления в полости пласта, создается возможность оказывать мощное воздействие на структуру коллектора и подготовить его для интенсификации добычи углеводородов.
Наиболее предпочтительным, но необязательным вариантом для заявленного способа, является использование гидродинамического генератора колебаний (RU №2635740, опубл. 15.11.2017 г.).
Пример устройства для реализации предлагаемого способа поясняется чертежом на котором: 1 - камера закручивания; 2 - каналы закрутки; 3 - напорная магистраль; 4 - сопло; 5 - боковой зазор; 6 - дисковый разделитель; 7 - магистраль; 8 - перфорационные каналы; 9 - полость продуктивного пласта, заполненная сжимаемой жидкостью; 10 - экран, ограничивающий полость и по проницаемости меньше, чем проницаемость полости; 11 - дополнительный канал; 12 - обсадная колонна скважины; 13 - пакер.
Устройство монтируют на скважине, как показано на фиг. 1 или в напорной магистрали 3, или в скважине в магистрали 7 из насосно-компрессорных труб выше пакера 13. Насосный агрегат с одной стороны подсоединяют к мерной емкости, заполненной рабочей жидкостью, а с другой стороны к напорной магистрали 3. Сопло 4 для выхода жидкости из скважины соединяют с мерной емкостью.
Способ реализуют следующим образом. Предварительно заполняют прискважинную полость продуктивного пласта жидкостью, величина сжимаемости которой больше, чем сжимаемость рабочей жидкости в мерной емкости, например, растворитель как жидкость для полости, а вода как рабочая жидкость. Жидкость для полости закачивают в пласт заранее или в виде оторочки перед рабочей жидкостью из отдельной емкости. Также при необходимости предварительно закачивают химические реагенты или твердые частицы. Затем включают насосный агрегат, который откачивает рабочую жидкость из мерной емкости и по напорной магистрали 3 нагнетает ее через каналы закрутки 2, например тангенциальным, в камеру закручивания 1, а по дополнительному каналу 11 в магистраль 7. В камере закручивания 1 рабочая жидкость закручивается, образуя вихрь с центральной зоной низкого давления в сечении сопла 4 и зону высокого периферийного давления в зазоре 5. Под действием центробежного давления на периферии вихря большая часть жидкости через зазор 5 направляется в магистраль 7 и вместе с потоком рабочей жидкости из дополнительного канала 11 через перфорационные каналы 8 начинают оттеснять экран 10, увеличивая объем полости 9 и сжимая в ней жидкость. Обсадная колонна 12 скважины при этом может быть изолирована от действия избыточного давления в магистрали 7 с помощью пакера 13. Объем полости 9, ограниченного экраном 10 и заполненного сжимаемой жидкостью, вместе с величиной их упругости определяют момент времени, когда давление в полости 9 и магистрали 7 сравняется с величиной центробежного давления в боковом зазоре 5. Равновесие сил в этот момент нарушается в пользу упругой силы за счет притока жидкости в полость 9 из дополнительного канала 11, который увеличивает величину упругости. Происходит обратное движение жидкости из полости 9 и скважины, которая, соединяясь с рабочей жидкостью из дополнительно канала 11, через боковой зазор 5 тормозит вращение вихря, при этом давление в сечении сопла 4 растет и жидкость через него изливается из скважины, освобождая полость 9 от избытка жидкости, очищая каналы фильтрации и частично разрушая экран 10. При движении массы жидкости из скважины под действием упругих сил и силы инерции величина давления в ней становится меньше, чем величина давления в сопле 4. Затем вихрь восстанавливает свое вращение и процесс воздействия возобновляется. При осуществлении способа, если поддерживать постоянный расход рабочей жидкости в напорной магистрали 3, объем полости продуктивного пласта 9 может увеличиваться за счет смещения экрана 10 в глубину пласта и, следовательно, период колебаний давления увеличится. В свою очередь, при смещении экрана 10 можно поддерживать постоянный период колебаний, если последовательно увеличивать величину расхода в напорной магистрали 3. В процессе работы можно менять величину расхода рабочей жидкости в напорной магистрали 3, чтобы управлять периодом колебаний давления в скважине и полости пласта 9 независимо от ее объема и выбирать необходимые условия для эффективного воздействия. При увеличении объема полости 9 в продуктивном пласте увеличивается и расход рабочей жидкости из мерной емкости. Для восполнения уровня жидкость доливают. Воздействие продолжают до достижения необходимой приемистости прискважинной полости пласта, которую определяют по скорости снижения уровня рабочей жидкости в мерной емкости.
Таким образом, используя возможность менять величину объема полости, расширяя ее или сжимая под действием сил упругости, а также необратимо увеличивать объем полости в процессе работы, осуществляют управление интенсивностью колебаниями давления при воздействии на крупные объекты, какими являются насыщенные углеводородом продуктивные пласты. Наличие в таких пластах прискважинных полостей, ограниченных плохопроницаемыми экранами и заполненных сжимаемой жидкостью, позволяет использовать упругую энергию для поддержания автоколебаний давления и оказывать разрушающее воздействие на структуру экрана, ограничивающего добычу, или смещать его в глубину пласта, увеличивая проницаемость, объем продуктивной полости и добываемой из нее жидкости.