Скважинная система волнового воздействия на продуктивный пласт

УДК 622.235 А.В. Савченко

ИГД СО РАН, Новосибирск

СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ

В процессе разработки нефтяного месторождения удаётся извлечь лишь часть нефти, большая её часть (до 40-60%) остаётся в пласте. В связи с этим для повышения охвата залежи разработкой используют массированный гидроразрыв пластов и форсированный отбор жидкости. Также активно применяются химические методы увеличения нефтеотдачи, которые имеют высокую стоимость и технологические ограничения по применению. Следовательно, становятся, востребованы методы повышения нефтеотдачи, которые могут работать совместно с общепризнанными и дополнять их область применения там, где стандартные методы не могут быть использованы. Особое развитие получили волновые технологии, которые относятся к физическим методам повышения нефтеотдачи. Имеется масса примеров применения вибрационного воздействия с поверхности земли [1] и в скважине [2, 3, 4, 5]. Потери энергии в пласте от наземного источника составляют до 70% за счёт высокого затухания колебаний в массиве горных пород. Когда источник расположен в скважине на глубине залегания продуктивного слоя, воздействие является более интенсивным. В этом случае сейсмоакустическая энергия вводится непосредственно в продуктивный слой. Поскольку затухание сейсмических волн в горной породе растёт с увеличением частоты, то низкочастотный излучатель оказывает воздействие на нефтяной пласт на большие расстояния, чем высокочастотный источник той же мощности. Низкая частота генерируемых колебаний и сравнительно небольшое их затухание в продуктивном пласте, способствуют охвату воздействием протяжённого участка нефтяной залежи. Область воздействия также увеличивается за счёт использования волноводных свойств пласта. Дополнительным преимуществом скважинных методов является возможность эксплуатации оборудования без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Рассмотрим скважинные системы, где используется штатный штанговый привод со станком-качалкой.

Среди скважинных волновых технологий наиболее распространёнными являются три схемы:

1. Технологии, использующие перепад давления за счёт сжатия жидкости в погружной камере. Воздействие этими системами осуществляется на жидкую фазу пласта. Примерами таких систем могут служить установки фирм «Нефтеотдача», «Геоволна» Россия [4] и «Applied Seismic Research» США [5]. В этих системах рабочая жидкость сжимается в специальной камере или в насосно-компрессорных трубах. Последующее её впрыскивание в эксплуатационную колонну образует ударную

гидравлическую волну, которая достигает интервала перфорации и формирует сейсмические волны в продуктивном пласте.

2. Технологии, использующие перепад давления за счёт образования пустого объёма и последующего его открытия. Для реализации этого метода применяются скважинные штанговые насосы, созданные в нефтегазодобывающем управлении “Альметьевнефть” АО “Татнефть”, которые обладают расширенными функциями, осуществляющими имплозионное воздействие на пласт [6, 7, 8 , 9].

3. Технологии, использующие переменное давление, прилагаемое к забою скважины через механический волновод. Воздействие на твёрдую матрицу пласта используется в технологии ООО НПФ «Недра-ЭСТЕРН» [2, 3]. Её действие заключается в разуплотнении пород в продуктивном пласте путём разгрузки части веса подъёмной колонны.

Институтом горного дела СО РАН разработано и испытано гидроударное устройство для волнового воздействия на пласт [10]. Принцип генерации упругой волны в данной технологии заключается в создании пустого объёма в камере, при разгерметизации которой происходит заполнение внутреннего объема жидкостью под давлением. Образующийся при этом удар передаётся столбу жидкости в скважине или на забой через механический волновод, в зависимости от компоновки устройства. Этот процесс имеет два основных направления: гидроудар при торможении жидкости заполняющёй камеру и собственно “имплозия” создаваемая за счёт резкого снижения давления в затрубном пространстве или призабойной зоне. Волновая технология добычи нефти с гидроударным способом генерации сейсмического поля предназначена как для интенсификации притока нефти из малопродуктивных скважин, так и для воздействия на окружающие скважины мощными сейсмическими импульсами с низкой частотой следования. Эти импульсы, распространяясь на большие расстояния в продуктивном пласте, обладающем волноводными свойствами, влияют на физико-химические и геомеханические процессы в пласте, способствуя повышению фазовой проницаемости коллектора по нефти, увеличению охвата залежи действием вытесняющего агента и усилению позитивного влияния гидродинамических методов (циклическое заводнение и изменение направления фильтрационных потоков) на процесс разработки месторождения.

Устройство представляет собой плунжер с нагнетательным клапаном, установленный в цилиндр, нижний торец которого заглушен, а в верхней части расположена инжекторная камера, представляющая собой расширение цилиндра с перфорированными стенками. Цилиндр прикреплен к колоне НКТ (рис. 1а) и в зависимости от компоновки может опираться на волновод (рис.1б). При движении плунжера вверх в нижней части цилиндра создается пустой объем, заполненный парами жидкости с низким давлением. При выходе нижнего конца плунжера в инжекторную камеру в пустой объем устремляется жидкость из затрубного пространства скважины, формируя

скоростную струю, при остановке которой возникает мощный гидравлический удар.

Установка может применяться для решения двух основных задач:

- Интенсификация добычи

малодебитных низкообводненных

скважин, эксплуатируемых штанговыми насосными установками, в когда гидроразрыв пласта

тех случаях, неприменим

или нерентабелен;

- Увеличение группе скважин за воздействия на продуктивного,

добычи нефти по счет сейсмического протяженную площадь в т.ч.

Высокообводненного пласта.

Промышленные испытания данной установки проведены на Тамьяновской площади Мончаровского месторождения.

Получены положительные результаты.

Дополнительно добыто около 14 тыс. тонн нефти.

Известны примеры волновых

технологий с использованием

механических волноводов, передающих генерируемые колебания матрице

продуктивного пласта, оказывающие

комбинированное воздействие на залежь, т.е. обработку призабойной зоны и воздействие на пласт в целом, например скважинный вибратор фирмы “Геоволна” ’ [11] и сейсмический источник АО “БашНИПИнефть” на базе станка канатно-ударного бурения УГБ-ЗУК [12, 13]. Поскольку наиболее эффективным является воздействие на твёрдую фазу пласта, целесообразным является применение в данном устройстве волновода (рис.1б), который также используется, как упор на забой, что уменьшает износ оборудования, и позволяет охватить обработкой скважины глубиной более 1,5 км.

Для усиления эффекта имплозионной обработки призабойной зоны предусматривается применение компоновки с образованием пониженной зоны давления в интервале перфорации, по сравнению с затрубным пространством. Этот эффект достигается применением пакерной системы и использованием гидроканала для отбора жидкости из под пакера (рис. 1 в).

Исследования динамики работы привода показали, что в момент нанесения гидроудара, колонна штанг и станок-качалка испытывают повышенные динамические нагрузки, следствием которых является разрушение штанг и выход из строя привода генератора. В известных способах для снижения указанных выше динамических воздействий

приходится не полностью использовать технические возможности привода по допускаемому тяговому усилию, что выражается в невысокой мощности создаваемых упругих колебаний, ограниченной конструктивной прочностью устройств для их реализации. Возникает техническая задача, которая заключается в повышении мощности волнового воздействия на продуктивный пласт за счёт исключения ударно-динамических нагрузок на оборудование для его осуществления.

Идеальная и реальная динамограммы работы установки приведены на рис.

2а,б.

а б

> с о й

^ О 500 1000 1500 2000 24008.

в

Рис. 2. Динамограммы работы гидроударной установки:

а - идеальная динамограмма; б - реальная динамограмма; в, г - идеальная и реальная динамограмма соответственно с учётом устройства гашения отдачи. Р - нагрузка на

штанги, S - перемещение штанг

г

На динамограммах рис. 2а,в участок 1-2 показывает удлинение штанг при движении вверх , 2-3 - движение штанг с постоянной нагрузкой, 3-4 -гидроудар, проявляется в виде мгновенного падения нагрузки. На динамограмме рис. 2а участок 4-6 показывает биение нагрузки вследствие колебания штанг. На динамограмме рис. 2в участок 4-6 - компенсация резкого снятия нагрузки за счёт системы гашения.

Дальнейшие развитие устройства совмещающего в себе создание импульсной депрессии на призабойную зону и сейсмического воздействия на пласт направленно на устранение ударных нагрузок. Для этого установка дополнительно снабжается устройством компенсации отдачи на привод, в котором используется перепад давления и последующее его выравнивание при помощи дроссельного эффекта. При создании устройства учтена

возможность одновременного отбора пластовой жидкости. Это позволяет не выводить скважину из эксплуатации на время проведения работ, что существенно расширяет область применения данной технологии.

Идеальная и реальная динамограммы работы установки с учётом устройства гашения отдачи, полученные на месторождении во время испытания установки, приведены на рис. 2в,г. Несовпадения идеальной и реально снятой динамограмм объясняется погрешностями в точности настройки оборудования и утечками в плунжерной паре. По динамограммам видно более плавное снижение нагрузки и отсутствие колебательного процесса в момент нанесения гидроудара.

Для устранения чрезмерных ударно-динамических нагрузок, обусловлены действием отражённой волны, возникающей после создания импульса давления жидкости в подплунжерной полости и передаваемой на плунжер, необходимо изменить циклограмму нагрузки на привод за цикл воздействия.

Предлагаемая разработка позволит повысить мощность волнового воздействия на продуктивный пласт за счёт исключения ударно -динамических нагрузок на оборудование для его осуществления.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Симонов Б.Ф., Чередников Е.Н., Сердюков СЗ. и др. Технология вибросейсмического воздействия на нефтяные пласты с земной поверхности (BCB) для повышения нефтеотдачи пластов // Нефтяное хозяйство. - 1998. - № 4.

2. Патент 2136851 РФ. Aщепков Ю.С., Березин T.B., Aщепков М.Ю. Способ эксплуатации скважины - Опубл. в БИ, 1999, №27, ч. 3.

3. Aщепков М.Ю., Aщепков Ю.С., Березин T.B. Новая ресурсосберегающая технология повышения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти // М: ОAО «BНИИОЭНГ», 2001.

4. Патент 95104938 РФ. Bагин B.^ Способ волнового воздействия на залежь и устройство для его осуществления - Опубл. в БИ, 1997, № 2.

5. Kostrov, S. and P. Roberts. In Situ Seismic Shockwaves // Oil & Gas Journal. - 2001. - Sept. 3, pp. 47- 52.

6. Патент 2138620 РФ. Тахтудинов Ш.Ф., Кадыров A.X., Залятов М.М., Зиякаев З.Н., Саблин ИЗ. Скважинный штанговый насос - Опубл. в БИ, 1999, № 27, ч. 2.

7. Патент 2138621 РФ. Тахтудинов Ш.Ф., Кадыров A.X., Залятов М.М., Зиякаев З.Н., Саблин ИЗ. Скважинный штанговый насос - Опубл. в БИ, 1999, № 27, ч. 2.

8. Патент 2158362 РФ. Ибрагимов Н.Г., Курмашов A.A., Раянов М.М. Устройство для добычи нефти и обработки призабойной зоны скважин - Опубл. в БИ, 2000, № 30.

9. Патент 2162932 РФ. Ибрагимов Н.Г., Фадеев B.r., Курмашов A.A., Раянов М.М. Устройство для добычм нефти и обработки призабойной зоны скважины - Опубл. в БИ, 2001, № 4, ч. 2.

10. Сердюков СЗ., Чередников Е.Н. Гидромеханический пульсатор давления для скважинного волнового воздействия на продуктивные нефтяные пласты. // Динамика и прочность машин 2 -я международная конференция. Том 1. Новосибирск 2003. ИГД СО РAН.

11. Симкин Э.М. Bибросейсмический метод увеличения продуктивности обводнённых нефтяных и газовых пластов // Нефтегазовые технологии. 1998. - № 2.

12. AC 1710709 CCCP. Вагин В.П., Симкин Э.М., Сургучев М.Л. Способ волнового воздействия на залежь и устройство для его осуществления - Опубл. в БИ, 1992, № 5.

13. Назмиев И.М., Андрейцев С.В., Горюнов А.В. Низкочастотное ударно-волновое воздействие - эффективный метод повышения нефтеотдачи пластов // Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. 1997. - № 12.

© А.В. Савченко, 2006