RU2065035C1

RU2065035C1 - Method for lowering strength of sandstone in oil producing strata

Info

Publication number: RU2065035C1
Application number: RU93014966A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Бакулин; А.Н. Кушнер; В.Л. Брохман; Г.И. Вахмин; А.В. Бакулин; А.Г. Протосеня
Original assignee: Бакулин Виктор Николаевич
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1996-08-10

Abstract

FIELD: oil production. SUBSTANCE: productive stratum is drilled. Directions of main stresses in rock are determined followed by crack initiation. Oscillation sources are placed in the wells. Vibration actions are generated in productive stratum the form of elastic oscillations first by making rock vibrating within 50 - 1500 Hz range, then within range equal to eigenfrequency during the time needed for changing compression stress for tensile stress. Concurrently solutions resulting in strength weakening are pumped in the well. Exciting voltage is supplied to them and elastic oscillations are controlled by changing exciting voltage and its frequency. EFFECT: control over state and properties of rock. 3 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области нефте- и газодобыче и может быть использовано для управления состоянием и свойствами грунтов и горных пород в массиве в горном деле, подземном строительстве, геоэкологии и других областях наук о Земле. The claimed invention relates to the field of oil and gas production and can be used to control the condition and properties of soils and rocks in the array in mining, underground construction, geoecology and other fields of earth sciences.

Известен способ снижения прочности углей, включающий химическое воздействие на пласт с целью стимулирования выделения метана, причем в качестве реагентов используют гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретых до +175^oC //Химический метод увеличения проницаемости угольного пласта "In sity" 1988, 12, N 1-2, с.1-14 авторы: Sadler L.X. Clang C.//.A known method of reducing the strength of coal, including a chemical effect on the formation in order to stimulate the release of methane, moreover, sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol heated to +175 ^o C are used as reagents // Chemical method of increasing the permeability of the coal seam "In sity" 1988, 12, N 1-2, p.1-14 authors: Sadler LX Clang C.//.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, негативно влияет на экологию окружающей среды, так как попадание химически вредных веществ в почву и воду отрицательно сказывается на флоре и фауне данного региона. The known method is time-consuming, low-tech, negatively affects the ecology of the environment, since the ingress of chemically harmful substances into the soil and water adversely affects the flora and fauna of this region.

Известен также способ снижения прочности песчаников нефтешахтных пластов, включающий бурение в продуктивный пласт скважин, и их обустройство определение направления главных напряжений в породном массиве с последующим созданием трещин, размещение в скважинах источников колебаний, осуществление вибровоздействия на пласт сначала путем приведения массива горных пород в колебательное состояние с диапазоном частот 60-1500 Гц в течение времени, необходимого для смены деформаций сжатия деформациями растяжения и одновременное нагнетание в скважину разупрочняющих растворов //а.с. N 1745903, кл. Е 21 В 43/26, опубл.1922//. There is also known a method of reducing the strength of sandstones in oil shafts, including drilling into wells, and arranging them to determine the direction of the main stresses in the rock mass followed by the creation of cracks, placing vibration sources in the wells, and vibroexposing the formation first by bringing the rock mass into vibrational state with a frequency range of 60-1500 Hz for the time required to change compression deformations by tensile deformations and simultaneous injection into Azhinov softening //a.s solutions. N 1745903, CL E 21 B 43/26, publ. 1922 //.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, так как используемые невзрывные пневматические виброисточники громоздки, их трудно разместить в скважине, их к.п.д. передачи энергии упругих колебаний в массив весьма низок, управление диапазоном возбуждаемых частот практически невозможно. The known method is time-consuming, low-tech, since the non-explosive pneumatic vibration sources used are bulky, they are difficult to place in the well, their efficiency the energy transfer of elastic vibrations to the array is very low, control of the range of excited frequencies is almost impossible.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу на внешнюю поверхность обсадной трубы наносят слой редкоземельных элементов, подводят к ним посредством электродов возбуждающее напряжение и осуществляют управление параметрами упругих колебаний изменением величины возбуждающего напряжения и его частоты. This goal is achieved by the fact that according to the method, a layer of rare-earth elements is applied to the outer surface of the casing, an exciting voltage is applied to them by means of electrodes, and elastic vibration parameters are controlled by changing the magnitude of the exciting voltage and its frequency.

В качестве разупрочняющих растворов используют ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретых до 60^oС.As softening solutions use surfactants, sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol, heated to 60 ^o C.

В процессе разупрочнения песчаников нефтешахтных пластов производят регистрацию сейсмоакустических сигналов до, во время и после вибровоздействия и осуществляют контроль за состоянием и свойствами горных пород в массиве. In the process of softening sandstones of oil mine formations, seismic acoustic signals are recorded before, during and after vibration exposure and control the state and properties of rocks in the massif.

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 горный массив, 2 - скважина, 3 обсадная труба с перфорацией 4, 5 слой редкоземельного вещества, нанесенный на внешнюю поверхность обсадной трубы 3, 6 источник возбуждающего напряжения, 7 блок согласования, 8 микропроцессор, 9 блок памяти, 10 пультовый терминал, 11 цифропечатающее устройство, 12, 13 - электроды, 14 гидроимпульсатор для нагнетания технологических растворов. The drawing shows a diagram of the implementation of the method, where 1 rock mass, 2 well, 3 casing with perforation 4, 5 layer of rare-earth material deposited on the outer surface of the casing 3, 6 exciting voltage source, 7 matching unit, 8 microprocessor, 9 block memory, 10 remote terminal, 11 digital printing device, 12, 13 - electrodes, 14 hydraulic impulse for pumping technological solutions.

Способ осуществляют следующим образом: в массиве 1, вмещающем продуктивный нефтешахтный пласт, бурят скважину 2, обустраивают ее обсадной трубой 3 с перфорацией 4 и наносят на внешнюю часть трубы 3 слой редкоземельного вещества 5 типа интерметаллических соединений, обладающих гигантской магнитострикцией. Подают на слой 5 возбуждающее напряжение от источника 6 посредством электродов 12, 13 и возбуждают в локальном участке нефтешахтного продуктивного пласта сложенного песчаниками с пористостью до 40% упругие колебания в диапазоне от 60 до 1500 Гц и приводят локальный участок пласта в возбужденное состояние, после чего переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний пласта собственных колебаний пласта 14 разупрочняющих растворов ПАВ, или гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом, нагретых до 60^oС, и вибровоздействия производят в течение времени при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения, что происходит при снижении прочности песчаников на 10-40% по сравнению с первоначальной их величиной и способствует более полному извлечению нефти из пласта. Параметрами упругих колебаний управляют изменяя величину возбуждающего напряжения и его частоту, подаваемых посредством электродов 12, 13 на слой редкоземельного вещества 5, причем, параметры вибровоздействия в процессе нагнетания разупрочняющих растворов поддерживают с амплитудой на уровне 0,5 от величины разрушающих напряжений на разрыв песчаников, слагающих нефтешахтный пласт, с использованием блока согласования 7 и микроЭВМ, в которую входят микропроцессор 8 блок памяти 9, пультовый терминал 10, цифропечатающее устройство 11, то есть с использованием наперед заданной программы, осуществляющей корректировку параметров импульсов давления генерируемых виброисточниками, причем виброисточником служит часть обсадной трубы с нанесенным на ее внешнюю часть слоем редкоземельного вещества 5 в качестве которого обычно используют интерметаллические соединения типа РFe₂, работающих при комнатной температуре.The method is as follows: in an array 1 containing a productive oil mine formation, drill a well 2, equip it with a casing 3 with perforation 4 and apply a layer of rare-earth substance 5 of the type of intermetallic compounds having giant magnetostriction to the outer part of the pipe 3. An exciting voltage is applied to layer 5 from source 6 by means of electrodes 12, 13 and excite in the local section of the oil mine productive formation composed of sandstones with porosity up to 40% elastic vibrations in the range from 60 to 1500 Hz and bring the local section of the formation to an excited state, after which they pass the frequency of vibration equal to the frequency of the natural oscillations of the formation of natural vibrations of the formation of 14 softening solutions of surfactants, or sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol, heated to 60 ^o C, and vibrocar The actions are performed during the time at which the compression deformations replace the tensile deformations, which occurs when the strength of sandstones is reduced by 10-40% compared to their initial value and contributes to a more complete extraction of oil from the reservoir. The parameters of elastic vibrations are controlled by changing the magnitude of the exciting voltage and its frequency supplied by electrodes 12, 13 to the layer of rare-earth substance 5, and the vibration parameters during the injection of softening solutions are supported with an amplitude of 0.5 of the value of the breaking stresses on the sandstone fracture, which compose oil mine formation, using the matching unit 7 and a microcomputer, which includes a microprocessor 8, a memory unit 9, a console terminal 10, a digital printing device 11, i.e., with and using a predetermined program that corrects the parameters of the pressure pulses generated by the vibration sources, and the vibration source is part of the casing pipe with a layer of rare-earth substance 5 deposited on its outer part, which typically use intermetallic compounds of the PFe ₂ type operating at room temperature.

Для увеличения гидро- и аэродинамических связей пласта вибровоздействия производят с частотой равной частоте нагнетания раствора в скважину и добавляют в разупрочняющий раствор газовые компоненты под давлением в 3-5 атмосфер, причем газовые компоненты обладают большей диффундирующей и проникающей способностью, чем молекулы жидкости. Для снижения прочности песчаника в пласте в разупрочняющий нагнетаемый в пласт раствор добавляют расклинивающие агенты с размерами частиц 0,03-0,9 мм, что соответствует естественной трещиноватости пород в пласте, и плотностью 2,6-4,8 г/см³. Расклинивающие агенты попадают в поры и трещины пород и не дают им заерыться и служат новыми концентраторами пор и трещин и увеличивают проницаемость пласта. В процессе разупрочнения песчаников в нефтешахтном пласте нагнетанием в них разупрочняющих растворов в совокупности с вибровоздействиями до, во время и после вибровоздействия осуществляют контроль за состоянием и свойствами пород в пласте по изменению скорости распространения продольных или поперечных волн судят о достигнутом эффекте эффекте разупрочнения песчаников в локальном участке нефтешахтного пласта.To increase the hydro- and aerodynamic bonds of the formation, the vibrations are produced with a frequency equal to the frequency of injection of the solution into the well and gas components are added to the softening solution under a pressure of 3-5 atmospheres, and the gas components have greater diffusing and penetrating ability than liquid molecules. To reduce the strength of sandstone in the formation, proppants with particle sizes of 0.03-0.9 mm, which corresponds to the natural fracturing of the rocks in the formation, and a density of 2.6-4.8 g / cm ³ are added to the softening injection-injected solution. Proppants enter the pores and fissures of the rocks and prevent them from bothering and serve as new concentrators of pores and cracks and increase the permeability of the formation. In the process of softening sandstones in an oil mine formation by injection of softening solutions in them, together with vibration effects before, during and after vibration exposure, the state and properties of rocks in the formation are monitored by changing the propagation velocity of longitudinal or transverse waves and the effect of sandstone softening in the local area is achieved oil mine formation.

Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных колебаний в локальном участке нефтешахтного пласта, сложенного песчаниками с пористостью до 40% возникают волны сжатия и растяжения, способствующие распространению миграции флюидов, содержащихся в порах и трещинах песчаника, вследствие чего на пути распространеия упругих волн имеет место перераспределение поля упругих напряжений частичная дегазация песчаников - истечение газовых компонент их пор и трещин под воздействием вибраций. The essence of the method lies in the fact that under the influence of powerful vibrational vibrations in the local area of the oil reservoir, composed of sandstones with porosities of up to 40%, compression and extension waves arise that promote the propagation of the migration of fluids contained in the pores and cracks of the sandstone, as a result of which elastic waves propagate along the path there is a redistribution of the field of elastic stresses partial degassing of sandstones - the outflow of gas components of their pores and cracks under the influence of vibrations.

Миграция флюидов в порах и трещинах пласта сопровождается изменением парового давления и, как правило, изменением прочностных свойств песчаников нефтешахтного пласта, причем вибровоздействия, осуществляемые в широком диапазоне частот способствуют тому, что сжимающие и растягивающие нагрузки способствуют перемещению-миграции флюидов во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны, что в свою очередь сопровождается "внедрением" расклинивающих агентов, ПАВ и других разупрочняющих растворов в поры и трещины песчаника и снижают его прочность от 10 до 40% по сравнению с первоначальной. Migration of fluids in the pores and fractures of the formation is accompanied by a change in vapor pressure and, as a rule, a change in the strength properties of sandstones of the oil mine formation, and vibration effects carried out over a wide frequency range contribute to the fact that compressive and tensile loads contribute to the movement and migration of fluids many times faster than in the absence of an elastic wave, which in turn is accompanied by “penetration” of proppants, surfactants, and other softening solutions into the pores and cracks of sandstone and reduce its accuracy from 10 to 40% compared to the original.

Таким образом, нагнетание в песчаники нефтешахтного пласта разупрочняющих растворов в совокупности с вибровоздействиями, способствует снижению прочности пород на разрыв до 40% по сравнению с первоначальной их величиной и увеличивает гидро- и аэродинамические связи пласта, что приводит к повышению нефтеотдачи пласта от 10 до 40% по сравнению с имеющимися классическими технологиями. Thus, injection of softening solutions into sandstones of the oil mine formation together with vibration stimulation reduces the tensile strength of rocks up to 40% compared to their initial value and increases the hydro- and aerodynamic bonds of the formation, which leads to an increase in oil recovery from 10 to 40% in comparison with existing classic technologies.

Использование заявляемого изобретения позволит повысить эффективность процесса извлечения высоковязкой нефти из пласта за счет снижения прочности песчаников с пористостью до 40% нефтешахтного пласта и снизить энергоемкость процесса. The use of the claimed invention will improve the efficiency of the process of extracting highly viscous oil from the reservoir by reducing the strength of sandstones with porosity up to 40% of the oil reservoir and reduce the energy intensity of the process.

Преимущества способа состоят в следующем:
1) возможность возбуждать в пласте широкий спектр вибрационных нагрузок в диапазоне от 60 до 1500 Гц;
2) возможность управлять состоянием и свойствами пород пласта за счет нагнетания разупрочняющих веществ в совокупности с вибровоздействиями в резонансном режиме;
3) возможность закачивать в пласт упругую энергию непосредственно в массиве;
4) снизить энергоемкость процесса и повысить производительность;
5) снизить температуру теплоносителя на 30-50%
6) повысить нефтеотдачу пласта до 40% за счет снижения прочности песчаников с пористостью до 40% непосредственно в месте их залегания.The advantages of the method are as follows:
1) the ability to excite in the reservoir a wide range of vibration loads in the range from 60 to 1500 Hz;
2) the ability to control the state and properties of the formation rocks due to injection of softening substances in combination with vibration effects in the resonant mode;
3) the ability to pump elastic energy into the formation directly in the array;
4) reduce the energy intensity of the process and increase productivity;
5) reduce the temperature of the coolant by 30-50%
6) to increase oil recovery up to 40% by reducing the strength of sandstones with porosity up to 40% directly in the place of their occurrence.

Claims

1. A method of reducing the strength of sandstones in oil mine formations, including drilling and arranging wells in the producing formation, determining the direction of action of the main stresses in the rock mass followed by the creation of cracks, placing vibration sources in the wells, performing vibration in the form of elastic vibrations on the reservoir first by bringing rock mass in an oscillatory state with a frequency range of 60 to 1500 Hz, then with a frequency equal to the frequency of natural vibrations, over time, necessary To change compression deformation, tensile deformations and simultaneous injection of softening solutions into the well, characterized in that, when the well is equipped, a layer of rare-earth elements is applied to the outer surface of the casing, the excitation voltage from the source of the exciting voltage is applied to it by electrodes, and elastic vibration parameters are controlled by changing the magnitude of the exciting voltage and its frequency.

2. The method according to claim 1, characterized in that as softening solutions use surfactants, sodium hydroxide or sodium hydroxide with methanol, heated to 60 ^o C.

3. The method according to claim 1, characterized in that in the process of softening the sandstones of the oil mine formation, seismic acoustic signals are recorded before, during and after vibration exposure and the state and properties of rocks in the array are monitored.