Задачи и результаты промысловых испытаний скважинных гидроимпульсных сейсмоисточников

УДК 622. 235

С.В. Сердюков, Н.В. Дегтярева, Ю.С. Захаров, А.В. Савченко,

В.И. Хуторной, Е.Н. Чередников

Институт горного дела СО РАН, Новосибирск

ЗАДАЧИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫСЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ СКВАЖИННЫХ ГИДРОИМПУЛЬСНЫХ СЕЙСМОИСТОЧНИКОВ

S.V. Serdykov, N.V. Degtyareva, Y.S. Zaharov, A.V. Savchenko,

V.I. Hutornoy, E.N. Cherednikov

Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Science, Novosibirsk, Russia THE GOALS AND RESULTS OF BOREHOLED HYDROSHOCK SEISMIC TESTS

The conditions and purposes of the tested boreholed hydropulsed equipment are established for its seismic influence upon the oil layers, the basic results of the work are introduced.

Выполненные за 2002-2007 годы в лаборатории волновых технологий добычи нефти ИГД СО РАН исследования и разработки технологий и технических средств скважинных волновых воздействий не нефтепродуктивные пласты сопровождались комплексом экспериментальных работ, характеризуемых следующими отправными показателями:

- Все экспериментальные работы выполнялись непосредственно в промышленных условиях нефтепромыслов на действующих добывающих скважинах.

- Испытаниям подверглись образцы технических средств, разработанных совместно ИГД СО РАН и ОАО «Ижнефтемаш» по принятым в нефтяной отрасли нормативам и требованиям, изготовленные в ОАО «Ижнефтемаш» в условиях крупносерийного производства и должным образом аттестованные.

- Работы по монтажу, наладке и эксплуатации оборудования проводились строго в соответствии с действующими нормативными документами специалистами нефтедобывающих организаций с участием разработчиков.

- Производственно-техническое оборудование, измерительно-вычисли-тельная аппаратура, методики и инструктивные материалы по монтажу и наладке оборудования, применяемые при исследованиях, соответствовали принятым в отрасли при эксплуатации штанговых насосов с приводом от станков-качалок.

- Конечная оценка результатов воздействий проводилась по критерию дополнительно добытой нефти, рассчитанной исходя из принятой в отрасли методики.

Целями экспериментальных работ являлись:

1. Проверка принципиальных положений, подтверждающих эффективность скважинных волновых воздействий.

2. Доводка опытных образцов оборудования по параметрам воздействий до оптимальных.

3. Выявление особенностей работы скважинных импульсных технических средств, исследование динамики воздействий и разработка мер по устранению негативных влияний.

4. Отработка различных технологических схем волновых воздействий в различных условиях конкретных нефтепромыслов и отдельных скважин.

5. Вывод оборудования на эксплуатацию в промышленных масштабах (по объёму добычи, стоимости и долговечности).

6. Разработка и согласование технических условий, методик и других нормативных документов для непосредственного использования на промыслах при волновых скважинных воздействиях на нефтяные пласты.

7. Определение направлений

дальнейшего совершенствования

технологии и технических средств скважинных волновых воздействий.

УВВП-44

УНУ-44/57

ЇІ

Базовыми элементами испытаний являлись головные образцы установок УВВП-44 и УНУ-44/57 (рис. 1).

Устройство для волнового воздействия на пласт УВВП-44 изготовлено на базе глубинного штангового насоса с цилиндром диаметром 44 мм и имеет в своём составе цилиндр 1, состоящий из двух частей и плунжер 2 с нагнетательным клапаном 3 на нижнем конце. Верхний конец плунжера через клетку соединён со штоком 5. Части цилиндра соединены инжекторной камерой 4 с продольными прорезями в единую конструкцию. Верхний конец цилиндра оснащён муфтой 6 для подсоединения НКТ, а на нижний -навёрнут гидроцилиндр 7. Внутри цилиндра свободно перемещается поршень

8, который изолирует подплунжерное пространство насосного цилиндра от пространства внутри хвостовика.

Гидроцилиндр через полый переводник соединяется с компоновкой хвостовика, спускаемого в скважину до упора в забой.

Воздействие на пласт осуществляется следующим образом. При ходе плунжера вверх в подплунжерном объёме создаётся разрежение и поршень в гидроцилиндре перемещается вверх. Когда

6

10

14

Рис. 1. Головные образцы установок УВВП-44 и УНУ-44/57

4

1

2

3

балансир станка-качалки достигает верхней точки, нижний конец плунжера выходит из нижней части цилиндра, открывая доступ скважинной жидкости через прорези инжекторной камеры в подплунжерный объём. Жидкость, достигая поршня гидроцилиндра, мгновенно останавливается. Возникает гидроудар и поршень под действием высокого давления перемещается вниз воздействуя на столб жидкости внутри хвостовика. Импульс давления, возникший внутри хвостовика, через прорези в фильтре хвостовика воздействует на пласт.

При ходе плунжера вниз, нагнетательный клапан открывается, и жидкость из подплунжерного пространства и клетку плунжера перетекает обратно в скважину.

Ударно-насосное устройство УНУ-44/57 является дальнейшей разработкой устройства УВВП-44, совмещающей в себе создание импульсной депрессии на призабойную зону и одновременного отбора пластовой жидкости и поднятия её на дневную поверхность.

Устройство дополнительно имеет второй цилиндр 9 большего диаметра и соответствующий ему плунжер 10 с нагнетательным клапаном 11. Оба плунжера соединены полым переходником штока 12, а два цилиндра -муфтой 13. Благодаря полому переходнику штока 12, жидкость, которая оказывается внутри плунжера 2, при ходе балансира станка-качалки вниз перетекает в плунжер большего диаметра и далее внутрь НКТ. При ходе плунжера вниз объём жидкости внутри малого цилиндра сжимается, нагнетательный клапан 3 открывается и, благодаря полому переходнику штока 12, жидкость перетекает в плунжер большого цилиндра, открывая и нагнетательный клапан 11. Последующим ходом плунжера вверх жидкость поднимается на поверхность.

Для защиты от механических повреждений устройство заключено в кожух, который через глухой переводник 14 соединяется с цилиндром устройства и хвостовиком, опирающимся на забой скважины.

Устройства УВВП-44 и УНУ-44/57 применялись при работах на различных нефтяных месторождениях Волго-Уральского бассейна на базе использования стандартных станков-качалок с тяговым усилием 80-100 кН, ходом штока 2 500-3 000 мм, числом ходов в минуту - до 7, диаметрах плунжерных пар штанговых насосов 38, 44 и 57 мм при использовании насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 73 мм и насосных штанг

ШН диаметром 19, 22 и 25 мм. Глубина установки насоса и пульсатора не превышала 1500 м.

В процессе работы в конструкции устройств и технологических схем импульсно-депрессионного воздействия вносились корректировки для повышения эффективности работы.

Разработаны различные технологические схемы и методики монтажа гидроударных систем в нефтедобывающих скважинах (рис. 2), отличающиеся назначением и степенью сложности. Проведены промышленные испытания гидроударной установки УВВП-44 в двух скважинах Тамьяновской площади АНК «Башнефть» с использованием монтажных схем А, В.

Преимущество схемы В состоит в разделении зон формирования импульсов низкого и высокого давления, в повышении эффективности передачи импульса высокого давления на забой скважины. В результате испытаний импульсно-депрессионного воздействия по схеме В на участке Бобриковской залежи Тамьяновской площади (устройство УВВП-44 установлено в скв. 2442), разрабатываемом 26-ю добывающими скважинами, дополнительно получено 3 500 т нефти.

Рис. 2. Основные монтажные схемы импульсно-депрессионного воздействия

на основе гидроударных генераторов:

1 - гидроударный генератор; 2 - камера-излучатель гидравлической волны;

3 - гидравлические волны; 4 - интервал перфорации пласта; 5 - волновод, 6 - пакер;

7 - отверстия в волноводе; 8 - упругие волны в твердотельных элементах конструкции;

9 - плита-излучатель сейсмических волн; 10 - кожух; 11 - якорь-излучатель

Результаты испытаний более простой схемы А значительно хуже -около 280 т дополнительной добычи нефти по участку, эксплуатируемому шестью добывающими скважинами, что подтверждает более высокую эффективность схемы В.

Проведены исследования нагрузки привода (динамометрия штанг), которые выявили возникновение в момент разгерметизации камеры гидроударного устройства паразитного колебательного процесса в колонне штанг, вызывающего ударное воздействие (отдачу) на станок-качалку, что присуще и другим известным системам гидроимпульсного воздействия на пласт, таким, например, как оборудование ICC компании Applied Seismic Research (США).

Для устранения негативного влияния отдачи на привод, а также расширения области применения, был разработан ряд технологических и конструктивных мер, оформленных в форме заявок на изобретение, которые

позволили создать и с ноября 2004 г. начать промышленные испытания усовершенствованного комплекса УНУ-44/57 в скважине Менеузовской площади АНК «Башнефть» по схеме С. (см. рис. 2), реализующей комбинацию импульсного гидравлического и сейсмического воздействия на нефтепродуктивный пласт.

Достигнутая долговечность скважинного оборудования превышает 1 млн. циклов.

Развитие этого способа воздействия, а также создание нового гидроударного генератора, не дающего отдачи на привод, привели к разработке метода и технического комплекса депрессионно-сейсмического воздействия, для реализации которого разработаны перспективные схемы D и Е (см. рис. 2), предназначенные для решения задач интенсификации добычи малодебитных низкообводненных скважин, эксплуатируемых штанговыми насосными установками, и увеличения добычи нефти по группе скважин за счет сейсмического воздействия на протяженную площадь продуктивного, в том числе высокообводненного пласта.

Основные результаты исследований

1. Доказана реальность создания на базе широкораспространённого оборудования для добычи нефти погружными штанговыми насосами гидроимпульсных скважинных генераторов сейсмических колебаний с усилием воздействия на забой до 150 кН, энергией удара до 30 кДж и частотным диапазоном от долей до десятков герц.

2. Скважинное гидроимпульсное сейсмическое воздействие, охватывая протяжённую (радиусом до 3-4 км) зону пласта, по своей эффективности не уступает тяжёлым наземным источникам вибросейсмического воздействия при более чем порядковом сокращении уровня затрат.

3. На поздних стадиях разработки сейсмическое воздействие увеличивает добычу нефти в 1,3-1,8 раза, в основном, за счёт снижения обводнённости продукции скважин.

4. Предложенные технологические схемы воздействия и компоновки оборудования позволяют применять скважинные технологии в разнообразных реальных условиях нефтепромыслов.

5. Дополнительное оборудование для гидроимпульсного воздействия на нефтяные пласты по своей долговечности, надёжности, требованиям обслуживания соответствует базовому оборудования для добычи нефти погружными штнговыми насосами.

6. Изготовлена и запущена в эксплуатацию на нефтепромыслах Предуралья установочная партия скважинного сейсмического оборудования.

7. По материалам выполненных работ получено 6 патентов РФ.

© С.В. Сердюков, Н.В. Дегтярева, Ю.С. Захаров, А.В. Савченко, В.И. Хуторной, Е.Н. Чередников, 2008