СПОСОБ ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗАЛЕЖЬ УГЛЕВОДОРОДОВ
METHOD OF WAVE EFFECT ON HYDROCARBON DEPOSIT

Изобретение относится к области разработки залежей углеводородов, а именно к способам волнового воздействия на продуктивные пласты для интенсификации добычи и увеличения конечной отдачи участков залежей с трудноизвлекаемыми или блокированными запасами углеводородов.
Среди известных технологических способов волнового воздействия на продуктивные пласты выделяют следующие группы: инфразвуковое и низкочастотное воздействие, реализуемое в технологии воздействия сейсмоакустическими волнами, среднечастотное воздействие, характерное для вибросейсмического и гидроимпульсного воздействия, высокочастотное воздействие, реализуемое в ультразвуковых технологиях обработки призабойной зоны пласта.
Технология сейсмоакустического воздействия основана на импульсном ударном возбуждении упругих волн в пласте, при этом в импульсе длительностью около 0,01-0,02 с реализуется значительная энергия воздействия, обеспечивающая возникновение мощных сейсмических волн в геосреде месторождения.
Ультразвуковое воздействие основано на создании магнитострикционных УВЧ-колебаний, воздействующих на призабойную зону за счет кавитации, теплового разогрева породы, усталостного разрушения и других явлений на очень незначительном расстоянии от стенки скважины.
Известен способ интенсификации добычи нефти путем волнового воздействия на призабойную зону пласта в одиночных скважинах с помощью гидроимпульсов, создаваемых в призабойной зоне для повышения продуктивности скважин на нефтяных месторождениях с осложненными условиями их разработки (В.И.Кудинов, Б.М.Сучков «Интенсификация добычи вязкой нефти из карбонатных коллекторов», М.: «Недра», 1994 г., стр.135).
Недостатком данного способа является локальный характер проявления эффектов волнового воздействия, ограничивающихся призабойной зоной пласта тех скважин, в которых осуществлено волновое гидроимпульсное воздействие. Удаленные участки пласта, находящиеся за пределами призабойной зоны, очень слабо или совсем не реагируют на воздействие, осуществляемое таким способом.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является способ вибросейсмического воздействия на залежь углеводородов, заключающийся в том, что создают с помощью, по крайней мере, одного источника вибрационных сейсмических колебаний продольную и поперечную волны, при этом множество источников размещают на поверхности и/или в вертикальных, и/или наклонных, и/или горизонтальных скважинах, осуществляют вибросейсмическое воздействие на среду с залежью углеводородов с помощью создаваемых указанными источниками продольных и поперечных волн, при этом управляют последовательностью создания продольных и поперечных волн или создают их одновременно, а также управляют направлением продольных волн путем включения соответствующих источников вибрационных сейсмических колебаний и полярностью поперечных волн (Патент РФ №2235863, 7 МПК Е21В 43/16, G01V 1/40, Е21В 28/00, опубл. 10.09.2004, бюл. №25).
Недостатком данного способа является то, что волновое воздействие осуществляется без учета геометрических и гидродинамических характеристик объектов разработки только лишь с помощью линейных волновых фронтов, которые впоследствии могут инициировать лишь линейные объекты - углеводородные пласты, а волновое воздействие на объекты более сложной конфигурации, как, например, изометрические залежи, останцы, тупиковые зоны, «языки» обводненности или углеводородного насыщения, при таком способе недостаточно эффективно вследствие разновременности (несинхронности) воздействия плоских линейных волн на нелинейные, более сложной формы объекты, конфигурация которых известна. Кроме этого, в прототипе не учтены другие возможные способы волновых воздействий на залежи, а вибросейсмическое воздействие с использованием управления поляризацией волн ограничивает область его применения, является более материалоемким и трудозатратным, так как в одном цикле воздействия (волновом импульсе) в пласт доставляется меньшее количество энергии, чем, например, при сейсмоакустическом либо другом волновом воздействии.
Задачей изобретения является интенсификация добычи углеводородов путем волнового воздействия на углеводородную залежь осложненной конфигурации для увеличения конечной отдачи пластов вследствие изменения реологических свойств флюида, улучшения скин-фактора и фильтрационных свойств коллектора.
Поставленная задача решается способом волнового воздействия на залежь углеводородов, по которому на поверхности в вертикальных, и/или наклонных, и/или горизонтальных, и/или разветвленных скважинах размещают источники волновых колебаний, создают с помощью источников волновых колебаний одновременно продольные и поперечные волны, с помощью которых осуществляют волновое воздействие на среду с залежью углеводородов, отличающимся тем, что осуществляют волновое воздействие на среду с залежью углеводородов интерференционными волновыми полями с фронтами заданной конфигурации, образуемыми путем возбуждения продольных и поперечных волн в точках залежи углеводородов с временными задержками, пропорциональными расстоянию от точки возбуждения волн до каждой заданной точки залежи.
Техническим результатом, получаемым при этом, является увеличение энергии импульсного воздействия в заданную область массива углеводородной залежи и повышение степени равномерности распределения энергии волн по всему массиву углеводородной залежи заданной конфигурации.
На фиг.1 приведена функциональная схема реализации заявляемого способа, на которой изображен разрез с видом на залежь углеводородов 1 известной формы. В скважинах 2, 3, 4 на уровне продуктивного пласта размещены соответственно источники волнового воздействия 5, 6, 7. Схема управления работой источников содержит блок питания 8, блок выработки управляющих сигналов 9, блок уставок и синхронизации 10, блоки запуска 11, 12, 13, соответствующие источникам волнового воздействия 5, 6, 7.
На фиг.2, 3, 4 представлены схемы взаимодействия волновых фронтов и лучей прямых волн, создаваемых соответственно в скважинах 2, 3, 4 в случае линейной неоднородности залежи (фиг.2), изометрической неоднородности (фиг.3) и останца (фиг.4).
Осуществление заявляемого способа основано на следующих горно-геологических и физико-технических предпосылках.
Известно, что отбор углеводородов из продуктивных пластов вследствие неоднородности фильтрационно-емкостных свойств коллектора и в силу различных причин технико-эксплуатационного характера осуществляется неравномерно по площади, в связи с чем образуются зоны прорыва пластовой воды, языки обводненности, блокированные зоны, останцы, целики линейной и изометрической формы, в которых сосредоточены углеводороды, относящиеся к разряду трудноизвлекаемых. Вовлечение их в разработку возможно лишь путем бурения в останцах или других локальных зонах, поскольку существующие способы повышения нефтеотдачи связаны с проведением работ по воздействию на пласт в целом. В связи с этим возникает необходимость в избирательном направленном волновом воздействии на локальные участки пласта известной и заданной конфигурации с трудноизвлекаемыми запасами для улучшения фильтрационного качества коллектора и реологических свойств флюида.
Для осуществления заявляемого способа необходима синхронизация процесса суммирования волн от разных источников волнового воздействия, поскольку при одновременном воздействии в каждую точку пространства волны, возбуждаемые в соседних скважинах, из-за разницы расстояний от скважин до объекта воздействия приходят с относительным запаздыванием. Вследствие этого суммирование волн не будет синфазным, что приведет к относительному ослаблению колебаний. Эффективность волнового воздействия в этом случае снижается, так как его энергия рассредоточена по всему объему неоднородности.
Общими двумя требованиями к осуществлению способа являются:
- совпадение фронта волны и границы простирания неоднородности, что достигается возбуждением волн с заданной конфигурацией фронта;
- время прихода волн от разноудаленных источников волнового воздействия, расположенных в скважинах, должно быть равным, что достигается возбуждением волн с соответствующими временными задержками.
Заявляемый способ волнового воздействия на локальную линейную неоднородность пласта осуществляется следующим образом.
Для определения времени задержек для возбуждаемых в скважинах 2, 3, 4 источников волновых колебаний 5, 6, 7 выбирают линию приведения (ЛП), проходящую, как правило, через наиболее удаленную от объекта воздействия (базовую) скважину 2. Линия приведения, форма которой определяет направление фронта интерференционных полей волн, в общем случае должна быть конгруэнтна границе неоднородности, совпадать с направлением ее простирания. От момента возбуждения сигнала в базовой скважине 2 с помощью блока питания 8 блока выработки управляющих сигналов 9 отсчитываются временные задержки в блоке уставок и синхронизации 10 для обычных скважин 3, 4. Величины временных задержек в данном случае находят из выражения:
tk
k
n
δ=ΔX/V,
t
где δ - задержка времени возбуждения сигнала в k-й скважине;
k
ΔX - расстояние от k-й скважины до линии приведения;
n
V - скорость распространения упругой волны от известного источника волнового воздействия.
В результате синхронизации единичных фронтов Ф1 создается интерференционное волновое поле с суммарным (плоским Ф2) фронтом волн, соответствующим линейной конфигурации залежи, вследствие линейного сложения импульсов от одиночных скважинных источников волнового воздействия. При падении такой суммарной волны максимальной амплитуды и стабильной формы на целик линейной формы происходит усиление процессов направленной фильтрации, диффузии, возникновения пограничных течений в фильтрационных каналах и микроперепадов давления по простиранию целика, что способствует возникновению оптимальных условий для его страгивания.
2
3
4
В случае если неоднородность имеет форму, близкую к изометрической (фиг.3), а также в случае необходимости проведения волнового воздействия с целью страгивания целика расчет конфигурации фронтов интерференционных волн осуществляется с учетом конфигурации границ области неоднородности, с тем, чтобы фронт этой волны соответствовал конфигурации границы. Формирование криволинейного фронта осуществляется в данном случае путем возбуждения упругих импульсов с временными задержками, обеспечивающими суммирование на границах изометрической неоднородности, а величины ΔX, ΔХ, ΔХ являются расстоянием от источников волнового воздействия до границы области неоднородности.
1
2
3
При необходимости фокусированного волнового воздействия на центральные части блокированных зон или в центр целика (фиг.4) возбуждение упругих импульсов осуществляется с временными задержками, обеспечивающими их одновременный приход в заданную точку пласта. Для этого уравнивают времена прихода волн от разных источников волнового воздействия для их оптимального суммирования. Временные задержки в этом случае определяют как разность между временами распространения волн по лучам R, R, R от источников до центра области неоднородности по следующим формулам:
t1
б
n
1
n
t2
б
n
2
n
t3
б
n
3
n
δ=R/V-R/V; δ=R/V-R/V; δ=R/V-R/V,
б
где R - расстояние от наиболее удаленной (базовой) скважины.
Данная операция означает приведение различных волновых воздействий всех источников на поверхность сферы, радиус которой соответствует расстоянию от точки необходимого воздействия до ближайшей к ней скважины. В этом случае возбуждение волн на поверхности всей сферы осуществляется как бы одновременно, например, источник волнового воздействия в скважине 3 возбуждается в тот момент, когда волна от источника волнового воздействия в скважине 2 достигнет сферы приведения. Изменение времени задержки в данном случае происходит по сферическому закону.
В результате осуществления способа во всех случаях реализуется синхронизированное многоточечное волновое воздействие, приводящее к статическому эффекту суммирования энергии упругих импульсов волн, определяемому по формуле:
n
k=1
k
k
Σ  Е(t)=n×η(t),
n
k=1
k
где Σ  E(t) - суммарная энергия волнового воздействия;
k
η - энергия единичных импульсов;
n - число источников волнового воздействия.
Таким образом, импульс волнового воздействия на заданную область продуктивного пласта усиливается в n раз, что имеет принципиальное значение при активизации неподвижных и малоподвижных запасов углеводородов.
Использование предлагаемого способа позволит значительно повысить отдачу продуктивных пластов углеводородов в осложненных условиях разработки месторождений.