СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТА
METHOD FOR INCREASING RESERVOIR RECOVERY

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения дебита скважин и интенсификации добычи нефти.
Среди методов воздействия на пласт и призабойную зону нефтяных скважин с целью повышения их производительности широкое распространение получили методы акустического воздействия, обеспечивающие улучшение притока нефти из продуктивного пласта в зону выработки.
Известные способы разделяются по частотному диапазону акустического воздействия. Способы низкочастотного воздействия на продуктивный пласт обеспечивают повышение пластового давления и вовлечение в работу застойных зон пласта, однако такое воздействие эффективно, только если частоты воздействия близки к резонансным частотам, определяемым геофизическими характеристиками пласта (например, патент США №6899175, 31.05.2005).
Способы ультразвукового акустического воздействия на продуктивную зону скважины в технологическом диапазоне частот 10-25 кГц приводят к изменению физико-химических характеристик пласта, например к снижению вязкости нефти (патент США №5109922, 05.05.1992), что способствует очистке порового пространства, однако область их воздействия ограничена ближней зоной скважины.
Известен способ повышения нефтеотдачи посредством акустического воздействия на пласт в расширенном технологическом высокочастотном диапазоне частот технологического диапазона и в низкочастотном диапазоне, что обеспечивает возбуждение как ближних, так и удаленных от скважины продуктивных слоев (патент РФ 2162519, 27.01.2001).
Наиболее близким к заявленному является способ повышения нефтеотдачи, предусматривающий погружение в скважину виброакустического скважинного излучателя и последовательное осуществление высокочастотного и низкочастотного виброакустического воздействия на призабойную зону пласта в процессе добычи нефти (патент РФ 2267601). Данный способ обеспечивает повышение нефтеотдачи за счет увеличения притока нефти.
Однако при этом остается нерешенной проблема прямого воздействия на локальную скорость потока жидкости в поровом пространстве нефтяного пласта.
Предлагаемый способ, помимо эффектов, описанных выше, обеспечивает эффективное воздействие непосредственно на параметры течения жидкости в поровом пространстве пласта. Многочастотное воздействие с определенным набором частот и амплитуд сигналов ведет к стохастизации поля течения жидкости. Последнее, в свою очередь, приводит к увеличению средней скорости потока пластовой жидкости и, следовательно, к увеличению дебита, что может быть представлено как уменьшение эффективной вязкости.
В соответствии с предлагаемым способом повышения нефтеотдачи пласта в скважину, подлежащую акустической обработке, опускают виброакустический скважинный излучатель до уровня продуктивного пласта и осуществляют воздействие на пласт многочастотным сигналом, содержащим по меньшей мере две монохроматические составляющие, частоты и амплитуды которых удовлетворяют условию
1
2
1
2
3
где Р и Р - амплитуды монохроматических сигналов, Па, ω и ω - частоты монохроматических сигналов, Гц, с - скорость звука в пластовом флюиде, м/с, ρ - плотность пластового флюида, г/см.
Возможно также осуществление воздействия многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром частот (шумовое воздействие). Воздействие можно осуществлять до начала добычи нефти (для очистки порового пространства в ближней зоне), в процессе добычи (для увеличения дебита жидкости) и при остановке скважины (для сохранения уровня проницаемости).
Физический механизм, лежащий в основе предлагаемого способа, заключается в применении флуктуационно-диссипационных соотношений для пластовых жидкостей. Акустическое воздействие многочастотным сигналом, содержащим по меньшей мере две монохроматические составляющие, частоты и амплитуды которых удовлетворяют вышеприведенному условию (так же, как и воздействие многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром частот), приводит к уменьшению гидравлического сопротивления потоку жидкостей в пористой среде пласта и, следовательно, к увеличению дебита пластовых жидкостей. И широкополосное, и многочастотное воздействие с параметрами сигнала, удовлетворяющими вышеуказанному условию, приводят к стохастизации поля скорости пластового флюида. Это обеспечивает прямое воздействие возбуждающего сигнала на среднюю скорость потока пластовой жидкости в поровом пространстве пласта.
Указанное соотношение (1) получено на основе решения задачи о перекрытии резонансов нелинейных колебаний (см., например, Г.М.Заславский, Р.З.Сагдеев. Введение в нелинейную физику: от маятника до турбулентности и хаоса. М.: Наука, 1988). При многочастотном воздействии на механическую систему, свойства которой нелинейны по отношению к данному виду воздействия, возможно появление эффекта перекрытия резонансов.
1
1
2
2
n
n
1
1
2
2
n
n
2
Если отклик системы на возмущающую силу линеен (например, деформация абсолютно упругового стержня пропорциональна сжимающей его силе), то при многочастотном воздействии спектр колебаний, возбуждаемый в системе, совпадает со спектром возбуждающей силы. То есть, если на «линейную» систему воздействуют сигналом, содержащим набор синусоидальных колебаний с разными частотами Asin(ωt)+Asin(ωt)+…+Asin(ωt), то спектр колебаний системы будет состоять из линейного набора дельта-функций Bδ(ω-ω)+Bδ(ω-ω)+…+Bδ(ω-ω). Уравнение собственных колебаний такой системы может быть представлено в виде х''+ωх=0, где х характеризует отклонение от положения равновесия, а х'' - вторая производная по времени.
2
Если же система реагирует на отклонения от положения равновесия, вызванные возмущающей силой, нелинейным образом (уравнение собственных колебаний системы нелинейно по х, например х''+ωsin(kx)=0), то спектр колебаний системы, возбуждаемой сигналом, содержащим набор синусоидальных колебаний, будет представлять собой набор колоколообразных функций частоты. В случае возникновения перекрытия по меньшей мере двух таких «колоколов», возникает стохастизация движения системы, т.е. движение системы приобретает случайный характер с определенной плотностью вероятности нахождения в том или ином состоянии.
Из анализа условия перекрытия «колоколов» для случая течения в пористой среде (то есть перекрытия резонансов) и получено соотношение (1).
5
Предпочтительно, верхняя граница диапазона частот при акустическом воздействии на пласт многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром не должна превышать 10 Гц. При превышении этой границы в нефтенасыщенном пласте возможно появление слабых ударных волн, что может привести к неучтенным эффектам. Кроме того, такие возмущения быстро затухают и могут не дойти от источника до поровой среды.
Предлагаемый способ повышения нефтеотдачи пласта может быть реализован следующим образом.
Два генератора монохроматического сигнала, параллельно подключенные к усилителю так, чтобы настройки их амплитуд и частот удовлетворяли формуле (1), или источник широкополосного сигнала, в качестве которого может быть использован, например, генератор шумовых сигналов с широким диапазоном частот (100 Гц-200 МГц), подключаются через усилитель к виброакустическому излучателю, способному функционировать в скважинных условиях. Излучатель помещают в скважине на уровне продуктивного пласта. Этот уровень определяется по результатам предварительных геофизических обследований скважины.
Оценка относительного прироста дебита может быть произведена по формуле
α - сжимаемость [1/Па], W - мощность источника [Вт], η - вязкость [Па·c], Δω - частотный диапазон [Гц], m - пористость, L - толщина пласта [м].
-10
-8
-3
-2
-3
-1
3
4
Так, для пласта толщиной в 1 м, сжимаемости 10-10 1/Па, вязкости 10-10 Па·с, пористости 10-10 и при мощности источника в 1 кВт путем воздействия в диапазоне частот 10-10 Гц прирост дебита может составить от 1 до 20%.