RU2059801C1

RU2059801C1 - Способ термошахтного извлечения высоковязкой нефти из пласта

Info

Publication number: RU2059801C1
Application number: RU92009165A
Authority: RU
Inventors: А.В. Бакулин; В.Н. Бакулин
Original assignee: Бакулин Андрей Викторович
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1996-05-10

Abstract

Изобретение относится к области науки о Земле, в частности к добыче нефти или газа, и может быть использовано для дополнительного извлечения нефти или газа с использованием упругого миграционного геоэффекта и кавитации во флюидосодержащих породах на глубинах 15 км и более. В способе размещают виброисточники в вертикальных и наклонных нагнетательных скважинах, возбуждают упругие колебания в вибранном диапазоне частот в совокупности с нагнетанием в породы пласта разупрочняющих растворов и производят вибровоздействия в широком диапазоне в течение времени, при котором прочность пород пласта на разрыв снизится на 10 - 40%. После этого переходят на частоту колебаний, равную частоте собственных колебаний пласта в совокупности с нагнетанием в пласт теплоносителя, и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором достигают положительного эффекта, а именно нефтеотдача повышается на 10 - 40% по сравнения с первоначальной. Это позволяет по сравнению с классическим термошахтным способом снизить температуру теплоносителя на 30 - 40% и повысить извлечение высоковязкой нефти на 10 - 60% по сравнению с другими известными способами. 11 з. п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к различным областям науки о Земле, в частности нефте- и газодобыче, и может быть использовано для повышения нефтеотдачи пласта в процессе отработки их подземным способом с использованием упругого миграционного геоэффекта и энергии кавитирующих взрывов во флюидосодержащих горных породах при высоких РТ-параметрах.

Известен способ извлечения нефти из скважин, при котором в скважины нагнетают под давлением ПАВ с полимерами, специально разработанными для высоких температур с концентрацией солей 100-200 г/л [1]
Известный способ трудоемок, нетехнологичен, длителен по времени воздействия на пласт, не использует структурные и физико-механические и химические особенности пласта, не позволяет управлять состоянием и свойствами пласта по мере его отработки.

Известен также способ термошахтного извлечения высоковязкой нефти из пласта, при котором осуществляют двухгоризонтную разработку с нагнетанием с надпластового горизонта через вертикальные и наклонные скважины, оборудованные обсадными трубами, в продуктивный пласт теплоносителя, сбором нефти в горной выработке и подачей ее насосами на поверхность через добывающие скважины, пробуренные из расположенной в пласте добывающей галереи [2]
Известный способ также трудоемок, нетехнологичен, длителен по времени, не позволяет повысить проницаемость пласта и раскрыть поры и трещины в процессе воздействия на пласт и сделать их сообщающимися и не позволяет инициировать во флюидосодержащих породах пласта при вибрационном воздействии на пласт в выбранном диапазоне частот кавитирующих взрывов, позволяющих как снизить прочность пород на разрыв, так и увеличить проницаемость пласта с целью повышения его нефтеотдачи.

Достигается это тем, что на наружную поверхность обсадных труб наносят слой редкоземельного элемента, к которому посредством электродов подводят напряжение, возбуждая в пласте упругие колебания, причем вибровоздействия производят поэтапно: вначале воздействуют с частотой от 60 до 1500 Гц одновременно с нагнетанием в пласт разупрочняющих растворов в течение времени, при котором деформации сжатия пласта сменят деформации растяжения, затем осуществляют вибровоздействия с частотой, равной частоте собственных колебаний пласта при одновременном нагнетании в пласт теплоносителя при температуре не более 80^оС.

Слой редкоземельного элемента наносят на наружную поверхность обсадных труб секциями с шагом 3-5 м, а вибровоздействия производят последовательно, начиная с секции, расположенной у забоя скважины и до устья, а затем наоборот.

В пласт нагнетают разупрочняющий раствор, содержащий ПАВ 3-5% под давлением 2-3 атм. Нагнетаемые в пласт растворы в качестве добавки содержат 1,2-1,6% от общего объема нагнетаемого раствора расклинивающие агенты с плотностью 2,2-4,8 г/см³ и размерами частиц от 0,03 до 0,6 мм. Регистрируют импульсы давления, возбуждаемые виброисточниками в пласте, определяют их параметры, которыми управляют в процессе извлечения нефти из пласта.

В качестве разупрочняющих растворов нагнетают гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом.

В пласте возбуждают мощные ультразвуковые колебания и на пути распространения упругих колебаний инициируют кавитирующие взрывы, причем, энергию кавитирующих его пузырька, возникающего в зоне разрежения упругой волны и схлопывающего в зоне сжатия упругой волны определяют из выражения: Е=П Р³ Р_o 4/3, где П=3,14, Р_о геостатическое давление в порах и трещинах пласта в отсутствие упругой волны, кг/см²; Р размер кавитирующего пузырька, мм.

Возбуждают в пласте ультразвуковые колебания в диапазоне 1-20 кГц и снижают вязкость нефти в пласте от 10 до 80%
Нагнетание в пласт разупрочняющих растворов осуществляют в течение времени, при котором прочность пород на разрыв снизится на 10-40% по сравнению с первоначальной.

На фиг.1 приведена схема реализации способа.

Она имеет: 1 продуктивный пласт, 2 скважина, армированная обсадной трубой 3; 4 слой редкоземельного элемента, обладающего гигантской магнитострикцией, 5 источник возбуждающего напряжения, 6, 7 электроды, 8 блок согласования, 9 микропроцессор, 10 вакуумный насос; на фиг.2 пороги кавитации на разных частотах; на фиг.3 экспериментальные результаты, показывающие поведение кавитирующего пузырька в зависимости от его радиуса при Ро постоянном давлении на частоте 10 кГц: где 1 Р_о=10⁵ Па, 2 Р_о=5х х10⁵ Па, 3 Р_о=10⁶ Па.

Способ осуществляют следующим образом. В продуктивном пласте 1 бурят нагнетательные скважины 2, армируют их обсадными трубами 3 с перфорацией, на внешнюю поверхность обсадной трубы 3 наносят слой редкоземельного элемента 4, обладающего гигантской магнитострикцией и подводят к слою 4 посредством электродов 6, 7 возбуждающее напряжение от источника 5. Подавая напряжение от источника 5 на слой 4, возбуждают в нем электромагнитные колебания, до 50% энергии которых переходят в упругие колебания, причем, изменяя частоту и величину возбуждающего напряжения, управляют параметрами упругих колебаний. Виброисточником является часть обсадной трубы 3, на которую нанесен слой 4, причем слои на внешнюю поверхность трубы 3 наносят посекционно с шагом 3-5 м и вибровоздействия на продуктивный пласт осуществляют поэтапно: вначале возбуждают колебания в широком диапазоне частот 60-1500 Гц для того, чтобы привести пласт в возбужденное состояние и охватить все неоднородности, слагающие пласт, то есть выбор диапазона частот обусловлен структурными особенностями пласта 1. Размеры неоднородностей, слагающих пласт, находятся в пределах от 2 до 50 м и исходя из условий волнового подобия и знания скорости Р-волн в пласте равной 3000 м/с определяют диапазон частот, в котором необходимо осуществлять вибровоздействия при приведении пласта в возбужденное состояние: частота3000 м/с:50 м=60 Гц, частота=3000 м/с:2 м=1500 Гц. Следовательно, работая в выбранном частотном диапазоне 60-1500 Гц в совокупности с нагнетанием в пласт разупрочняющих растворов, в качестве которых используют гидроокись натрия, ПАВ или гидроокись натрия с метанолом, приводят пласт в возбужденное состояние и снижают прочность пород пласта на разрыв от 10 до 40% при значительном увеличении проницаемости пласта за счет того, что ПАВ "съедают" перегородки между порами и трещинами пласта и делают их сообщающимися, что приводит к изменению напряженно-деформированного состояния пласта и смене деформаций сжатия пород деформациями растяжения, что имеет место при оптимальной проницаемости пласта, после чего переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний пласта в совокупности с нагнетанием в пласт теплоносителя-пара или горячей воды при температуре до 80^оС. Для повышения нефтеотдачи пласта возбуждают колебания виброисточниками, которыми служат отдельные части обсадной трубы 3 с нанесенными на их внешнюю поверхность слоя редкоземельного элемента 4, что и позволяет "закачать" в пласт упругую энергию, интенсивность которой соизмерима с прочностью пород пласта на разрыв и тем самым повысить гидро- и аэродинамические связи пласта. Для повышения проницаемости пласта в рабочие растворы, нагнетаемые в пласт, добавляют 1,2-1,6% от их общего объема расклинивающих агентов с плотностью 2,2-4,8 г/см³, что обусловлено весом вышележащих пород и тектоническими полями напряжений, меняющимися по простиранию пласта, и разменами частиц 0,03-0,6 мм, что в свою очередь обусловлено размерами микротрещин, существующих в пласте. Расклинивающие агенты, попадая в поры и трещины пласта с растворами, не дают им закрыться и служат новыми концентраторами трещин, что способствует повышению проницаемости пласта и увеличению коэффициента нефтеотдачи. Во время работы виброисточников определяют их спектры, импульсы давления и управляют их параметрами, сопоставляя их значения с эталонными, полученными в лабораторных условиях и посредством блока согласования 8, соединенного последовательно с микропроцессором 9, в котором заложена программа работы группы виброисточников во времени, с использованием которой осуществляют корректировку работы группы виброисточников в процессе извлечения нефти из пласта.

В том случае, если проницаемость пласта низка, и прочность пород значительна, в пласте возбуждают ультразвуковые колебания и на пути распространения упругой волны инициируют кавитирующие взрывы, создавая для этого соответствующие условия, причем ультразвук способствует снижению вязкости нефти в пласте от 10 до 80% что также способствует увеличению миграции флюидов в порах и трещинах пласта. В качестве расклинивающих агентов используют расширяющиеся вещества с коэффициентом объемного расширения 25-150.

Для эффективной отработки пласта до во время и после вибровоздействия регистрируют в нем упругие колебания, анализируют и обрабатывают полученную геоакустическую информацию, строят в изолиниях карты распределения скорости продольных и сдвиговых волн и их коэффициентов поглощения и по ним судят о свойствах, модуле упругости, сдвиге, пористости в отдельных частях пласта, то есть производят диагностику пласта, и с учетом этой информации определяют места принудительного воздействия на пласт, так и места консервации отработанной части пласта скрепляющими растворами, чтобы не вызвать оседания почвы и техногенных землетрясений.

Сущность способа заключается в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок флюиды, содержащиеся в порах и трещинах пласта мигрируют (распространяются) во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны, вследствие чего изменяется паровое давление и прочность пород пласта, окружающих эти поры их трещины. Эти изменения в свою очередь вызывают: перераспределение поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов; частичную дегазацию пласта; проявление кавитирующих взрывов на пути распространения упругой волны, причем гидроразрывы мельчайшие пузырьки, заполненные паром, газом или их смесью, возникают в зоне разрежения упругой волны и схлопываются в зоне сжатия упругой волны, порождая пульсирующие потоки флюидов, разрушающие на своем пути породы пласта и способствующие снижению порочности пород на разрыв от 10 до 40% и увеличению проницаемости пласта на несколько порядков и повышению нефтеотдачи от 10 до 40%
Явление миграции флюидов в порах и трещинах пласта авторы назвали упругим миграционным геоэффектом и выявили, что он имеет место в любых диапазонах частот: Гц, кГц, мГц.

Преимущества способа состоят в следующем:
возможность работать в выбранном диапазоне частот на любой глубине, так как виброисточником служит часть обсадной трубы;
возможность закачать в пласт упругую энергию, соизмеримую с прочностью пород пласта на разрыв и тем самым управлять состоянием и свойствами пласта в процессе его эксплуатации, нагнетая в него ПАВ и другие разоупрочняющие вещества;
повысить проницаемость пласта и его гидро- и аэродинамические связи за счет использования энергии кавитирующих взрывов и тем самым повысить нефтеотдачу пласта до 40% по сравнению с первоначальной.

Использование предлагаемого изобретения позволяет значительно снизить энергоемкость способа и увеличить нефтеотдачу пласта до 40% по сравнению с обычными классическими технологиями.

Claims

1. СПОСОБ ТЕРМОШАХТНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ ИЗ ПЛАСТА, при котором осуществляют двухгоризонтную разработку с нагнетанием с надпластового горизонта через вертикальные и наклонные нагнетательные скважины, оборудованные обсадными трубами, в продуктивный пласт теплоносителя, сбором нефти в горной выработке и подачей ее насосами на поверхность через добывающие скважины, пробуренные из расположенной в пласте добывающей галереи, отличающийся тем, что на наружную поверхность обсадных труб наносят слой редкоземельного элемента, к которому посредством электродов подводят напряжение, возбуждая в пласте упругие колебания, причем вибровоздействия производят поэтапно: вначале воздействуют с частотой 60 1500 Гц одновременно с нагнетанием в пласт разупрочняющих растворов в течение времени, при котором деформации сжатия пласта сменят деформации растяжения, затем осуществляют вибровоздействия с частотой, равной частоте собственных колебаний пласта, при одновременном нагнетании в пласт теплоносителя при температуре не более 80^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой редкоземельного элемента наносят на наружную поверхность обсадных труб секциями с шагом 3 5 м, а вибровоздействия производят последовательно, начиная с секции, расположенной у забоя скважины, и до устья, а затем наоборот.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пласт нагнетают разупрочняющий раствор, содержащий 3 5% ПАВ под давлением 2 3 атм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в нагнетаемые в пласт разупрочняющие растворы в качестве добавки содержит 1,2 1,6% от общего объема нагнетаемого раствора расклинивающие агенты плотностью 2,2 4,8 г/см³ и размерами частиц 0,03 0,6 мм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют импульсы давления, возбуждаемые виброисточниками в пласте, определяют их параметры, которыми управляют в процессе извлечения нефти из пласта.

6. Способ по пп.1, 3 и 4, отличающийся тем, что в качестве разупрочняющих растворов нагнетают гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в пласте возбуждают мощные ультразвуковые колебания и на пути распространения упругих колебаний инициируют кавитирующие взрывы, причем энергию кавитирующего пузырька, возникающего в зоне разрежения упругой волны и схлопывающегося в зоне сжатия упругой волны, определяют из выражения
E=πP³•4/3•P_o,
где P_о геостатическое давление в порах и трещинах пласта в отсутствии упругой волны, кг/см²;
P размер кавитирующего пузырька, мм.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что возбуждают в пласте ультразвуковые колебания в диапазоне 1 20 кГц и снижают вязкость нефти в пласте от 10 до 80%
9. Способ по пп.1 и 3 6, отличающийся тем, что нагнетание в пласт разупрочняющих растворов осуществляют в течение времени, при котором прочность пород на разрыв снизится на 10 40% по сравнению с первоначальной.

10. Способ по пп.1 и 4, отличающийся тем, что в качестве расклинивающих агентов используют вещества, обладающие коэффициентом объемного расширения 25 150.

11. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что параметрами упругих колебаний управляют путем изменения величины возбуждающего напряжения и частоты.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в отработанные части пласта нагнетают скрепляющие растворы, заполняют ими пустоты, поры и трещины пласта по мере отработки месторождения.