СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ ГЕНЕРИРОВАНИЕМ ВОЛН ПО ПРИРОДНЫМ ВОЛНОВОДАМ
METHOD FOR INCREASING RESERVOIR RECOVERY GENERATION WAVES ON NATURAL WAVEGUIDES

Изобретение относится к области разработки залежей жидких углеводородов, а именно к способам волнового воздействия на продуктивные пласты для интенсификации добычи и увеличения продуктивности участков залежей с трудноизвлекаемыми или блокированными запасами жидких углеводородов генерированием волн по природным волноводам.
Волны в неорганической среде убывают при распространении вследствие диссипации, а также вследствие расхождения во все стороны. Без расхождения волн происходит их распространение в ограниченных областях, например в трубах. Волноводное распространение возможно и в слоях, не ограниченных со всех сторон какими-либо стенками, например - плоский слой какой-либо среды, заключенный между двумя полупространствами, заполненными другой средой, скорость звука в которой больше, чем в слое. Волны, бегущие в таком слое, испытывают полное отражение на границах слоя и не могут из него выйти. Такого рода области называют обычно волноводами. Волноводы встречаются и в природных условиях, например, подводный волновод образуется слоем воды в океане, ограниченным сверху свободной поверхностью и снизу дном моря, скорость звука в котором больше скорости звука в воде.
Залежи жидких углеводородов, также могут рассматриваться как природные волноводы. При распространении по ним волн, не выходящих за пределы залежи, за счет дополнительного объемного влияния волн различных типов на скелет вмещающих пород следует ожидать значительное повышение продуктивности месторождения. Чтобы оценить реальность такого предположения, была рассмотрена задача, расчетная схема которой представлена на фиг. 1.
(см. Ганиев Р.Ф. Волновые машины и технологии (введение в волновую технологию) - М; Научно-издательский центр «Регулярная и хаотичная динамика», 2008, с. 124-125).
Рассматривался природный волновод - круговой слой конечной толщины Н насыщенной жидкостью пористой среды, в центре которого располагается источник волн частотой ω. Результаты расчетов представлены на фиг. 2. Как видно, в зависимости от частоты поглощение энергии  пластом изменяется, причем для каждой толщины слоя существует частота, на которой поглощение энергии максимально. Эта частота зависит от характеристик пористой среды и насыщающей ее жидкости. Таким образом, зная реальные характеристики горных пород, типичные для данного месторождения, а также толщины нефтенасыщенных слоев, можно расчетным путем определить необходимые частоты волнового воздействия и декременты их затухания в соответствии с моделью Френкеля-Био.
Декремент затухания является количественной характеристикой быстроты затухания колебаний и равен логарифму отношений двух последующих максимальных отклонений колеблющейся величины в одну и ту же сторону, то есть это величина, обратная числу колебаний, по истечении которых амплитуда убывает в е раз, где е≈2,72 - основание натурального логарифма. Согласно модели Френкеля-Био, общепринятой в современной геофизике, затухание волн в заполняющих природные волноводы пористых насыщенных жидкостью средах, какими являются залежи жидких углеводородов, объясняется с одной стороны, механизмом трения флюидов, заполняющих поры скелета о его твердые стенки, а с другой - геометрией волновода.
Согласно этой модели при волновом воздействии на пористое заполненное жидкостью тело возникают три волны: две продольные и одна поперечная, которые описываются уравнениями:
1,2
1,2
1.2
1,2
1,2
где ω (Гц) - частота волнового воздействия. i - мнимое число, Δ - оператор Лапласа, ϕ, Ψ, a, b, c, d, g, f - коэффициенты.
(Френкель Я.И. К теории сейсмических и сейсмоэлектрических явлений во влажной почве // Изв. АН СССР Сер. Геогр. и геоф. - 1944. - Т. 8. - №4. - С. 133-150. Biot М.А. Theory of propagation of elastic waves in a fluid-saturated porous solid // J. Acoust. Sos. Amer. - 1956. V. 28. - N 1-2. - P. 168-191.)
1
2
3
Декременты затухания d - первой продольной волны, d - второй продольной волны и d - поперечной волны, находятся в результате решения уравнений (1), (2) и (3) и выражаются через коэффициенты уравнений, являющиеся функциями от экспериментально найденных параметров пласта:
f
Н, h, G, ξ, η, γ, v, s, где:
H - средняя высота пласта, м;
h - расстояние между трещинами в стенках пласта, м;
G - модуль сдвига пористого скелета пласта, Па;
ξ - объемная вязкость пористого скелета пласта, Па;
η - сдвиговая вязкость пористого скелета пласта, Па;
γ - цементированность скелета пласта;
f
2
v - кинематическая вязкость жидкой фазы пласта, м/с;
s - пористость структурного скелета пласта, %.
Расчет значений декрементов затухания в диапазоне частот, соответствующих инфразвуковым и звуковым волнам, ведут на ЭВМ в соответствии с установленной программой и осуществляют процесс волнового воздействия на пласт при частоте, соответствующей минимальному значению декремента затухания.
Таким образом, способ повышения нефтеотдачи пластов генерированием волн по природным волноводам формулируется в виде последовательности операций, включающих предварительное измерение геометрических, геофизических и физико-механические характеристик пласта, на основе которых по модели Френкеля-Био рассчитывают значения декрементов затухания колебаний поперечной и продольных волн в зависимости от значений частот волнового воздействия и осуществляют волновое воздействие на пласт путем генерирования волн с частотой, соответствующей минимальному декременту затухания.
(См. Ганиев О.Р., Ганиев Р.Ф., Украинский Л.Е. Резонансная макро- и микромеханика нефтяного пласта (Интенсификация добычи нефти и повышения нефтеотдачи. Наука и практика). М., Ижевск: Изд-во «Институт компьютерных исследований», 2014, с. 157-170.)
Применение этого метода на практике для определения оптимальных частот воздействия на пласт как на природный волновод позволило коренным образом изменить представление о физических методах повышения нефтеотдачи продуктивных пластов.
Однако в свете требований нефтегазодобывающей промышленности к росту продуктивности пластов с залежью жидких углеводородов этот метод имеет значительные перспективы для совершенствования.
Техническим результатом изобретения является повышение нефтеотдачи продуктивных пластов с залежью жидких углеводородов.
Этот результат достигается способом повышения нефтеотдачи пластов генерированием волн по природным волноводам, заключающимся в том, что, предварительно измеряют геометрические, геофизические и физико-механические характеристики пласта, на основе которых по модели Френкеля-Био рассчитывают значения декрементов затухания колебаний поперечной и продольных волн в зависимости от значений частот волнового воздействия и осуществляют волновое воздействие на пласт путем генерирования волн с частотой, соответствующей минимальному декременту затухания, после чего процесс волнового воздействия на пласт продолжают для обеспечения суперпозиции продольных и поперечных волн в полосе частот между минимальными значениями декрементов затухания продольной и поперечной волны, чем обеспечивают очистку пор скелета пластов, последовательно меняя значение частоты волнового воздействия и измеряя при этом продуктивность пласта, определяют оптимальную частоту, при который продуктивность пласта имеет максимальное значение, и ведут процесс волнового воздействия на пласт, генерируя волны оптимальной частоты.
Изобретение иллюстрируют примером выполнения.
Предварительно измеряют геометрические и физико-механические характеристики пласта. Методами геофизической разведки определяют геометрические характеристики объекта. В лабораторных условиях исследуют керн, взятый из пласта, и определяют значения модуля сдвига пористого скелета, его цементируемость, пористость, объемную и сдвиговую вязкости. Кроме того, определяют значение кинематической вязкости жидкой фазы, содержащейся в порах пласта. Исследуемый пласт имеет следующие физико-механические показатели:
5
6
2
f
Н=6 м; h=1 м; G=5,5 Па; ξ=η=10Па; γ=0,3; ν=10 м/c; s=0,9%.
С помощью установленной в ЭВМ программы рассчитывают значения декрементов затухания колебаний поперечной и продольных волн в зависимости от значений частот волнового воздействия в диапазоне по модели Френкеля-Био. Результаты вычислений значения декрементов затухания колебаний поперечной и первой и второй продольных волн в зависимости от значений частот волнового воздействия от 30 до 3600 Гц представлены в таблице 1. Значения декрементов затухания округлены до 0,1.
1
кр.1
3
кр.3
-1
-1
Как показали расчеты, минимальное значение декремента затухания первой продольной волны d=0,1 м проявляется при частоте волнового воздействия на пласт (ω=2400 Гц, а минимальное значение декремента затухания поперечной волны d=0,2 м - при частоте ω=600 Гц. Это значит, что амплитуда первой продольной волны уменьшится в е раз приблизительно через 12 м от источника колебаний, а поперечной волны - через 7 м. То есть на указанных критических частотах волны имеют самое длительное затухание.
кр.2
2
-1
Что касается второй продольной волны, то ее затухание оказывается существенно выше. Декремент затухания этой волны при частоте ω=30 Гц достигает значений d=100 м. То есть амплитуда второй продольной волны затухает в е раз на расстоянии, не превышающем 1 см. Поэтому влиянием второй продольной волны на процесс волновой интенсификации продуктивности пласта можно пренебречь.
кр.3
кр.1
кр.1
кр.3
кр.3
Далее ведут процесс воздействия на пласт, при частотах волнового воздействия, лежащих в интервале между ω и ω, значения которых определяются формулой: ω=k(ω-ω)+ω, где 0<k<1.
опт
Одновременно измеряют продуктивность Q пласта и определяют, при какой частоте ω=ω продуктивность достигает максимального значения.
опт
Как видно из таблицы 2, при волновой обработке пласта его продуктивность Q достигает значения 350 т/сут при частоте ω=1860 Гц, что более чем в 1,5 раза превышает показатель отдачи пласта по известному способу (225 т/сут)
Найденное значение частоты является оптимальным для залежи с данными геофизическими и физико-механическими параметрами.
В дальнейшем осуществляют волновое воздействие на среду с залежью углеводородов с помощью генерируемых волн с частотой, соответствующей максимальной отдаче пласта.
Таким образом, наиболее эффективная интенсификация добычи жидких углеводородов путем волнового воздействия на пласт с указанными геометрическими и физико-механическими параметрами достигается при волновом воздействии с частотой, находящейся в промежутке между значениями вычисленных критических частот. Поры скелета в данной залежи расположены таким образом, что могут лучше очищаться пространственными волнами, в которых нормаль к фронту совершает пространственные колебания, что определяется суперпозицией продольной и поперечной волны.
Использование предлагаемого способа позволяет значительно повысить отдачу продуктивных пластов углеводородов в усложненных условиях разработки месторождений.