RU2536889C1

RU2536889C1 - Recovery of oil or gas well permeability

Info

Publication number: RU2536889C1
Application number: RU2013130147/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Сорокин; Виктор Яковлевич Романцев; Сергей Сергеевич Судаков
Original assignee: Юрий Владимирович Сорокин; Виктор Яковлевич Романцев; Сергей Сергеевич Судаков
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2014-12-27
Also published as: RU2013130147A

Abstract

FIELD: oil-and-gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to oil and gas production, particularly, to the recovery of the well permeability and can be used for the well repair. The proposed method comprises using the laser radiation to act on the well fluid at a power to develop plasma breakdowns in the fluid. Note here that, first, the laser pulse or intermittent radiation is used to generate the said breakdown and, thereafter, the frequency of an acoustic signal originating at the said breakdown is measured. Then, further effects in the pulse mode are used at the said frequency of the laser radiation.

EFFECT: profound effects on the well walls, higher permeability of the well (oil yield).

3 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области нефте- и газодобычи, а именно к способам восстановления проницаемости скважин и может быть использовано для ремонта скважин.The invention relates to the field of oil and gas production, and in particular to methods for restoring well permeability and can be used for well repair.

При разработке новых скважин окружающая ее порода обладает высокой проницаемостью (пористостью), через трещины в породе легко просачивается продукт (нефть, газ). Со временем проницаемость скважины падает, и она подлежит ремонту.When developing new wells, the rock surrounding it has high permeability (porosity), and product (oil, gas) easily seeps through cracks in the rock. Over time, the permeability of the well decreases, and it must be repaired.

Обычно (на практике) для ремонта скважины используют взрывчатку, создающую мощное ударное акустическое воздействие. Однако данная технология обладает существенными недостатками - скважина загрязняется продуктами взрыва, при этом, поскольку нельзя точно рассчитать ударную волну, возможно повреждение или даже разрушение стенок скважины.Usually (in practice) explosives are used to repair a well, creating a powerful impact acoustic impact. However, this technology has significant drawbacks - the well is contaminated with explosion products, and since it is impossible to accurately calculate the shock wave, damage or even destruction of the walls of the well is possible.

Из уровня техники известен способ восстановления проницаемости скважины путем воздействия на скважинную жидкость при помощи электрогидроимпульсного разряда (см. патент РФ на изобретение RU 2373387, E21B 43/25, 20.11.2009 /1/). Согласно данному способу в скважинной жидкости создают импульсы давления с помощью источника электрического разряда, содержащего накопительный конденсатор и электроды, замкнутые металлической проволокой. При этом подают на электроды импульсы напряжения, обеспечивающие взрыв проволоки с возникновением плазменного пробоя и формированием импульсов давления в гидросреде.The prior art method for restoring the permeability of a well by acting on the well fluid using an electrohydropulse discharge (see RF patent for the invention RU 2373387, E21B 43/25, 20.11.2009 / 1 /). According to this method, pressure pulses are generated in the borehole fluid using an electric discharge source containing a storage capacitor and electrodes closed by a metal wire. In this case, voltage pulses are supplied to the electrodes, which ensure a wire explosion with the occurrence of a plasma breakdown and the formation of pressure pulses in the hydraulic medium.

По принципу воздействия указанный аналог имеет сходства с заявленным способом. Однако известная технология имеет невысокую эффективность, поскольку в ней не выбирается необходимая частота импульсного воздействия, зависящая от параметров скважины ее резонансных свойств и свойств скважинной жидкости.According to the principle of exposure, this analogue has similarities with the claimed method. However, the known technology has a low efficiency, because it does not select the necessary frequency of the pulse action, depending on the parameters of the well of its resonant properties and properties of the well fluid.

Из уровня техники известно использование импульсного лазерного излучения для восстановления проницаемости скважины. Согласно данному способу при воздействии лазерного излучения в скважинной жидкости возникает кавитация, создающая гидроимпульсное давление (см. патент РФ на изобретение RU 2066746, E21B 43/26, 20.09.1996 /2/ - прототип). Однако указанный способ также не обеспечивает эффективного воздействия на пласты скважины.The prior art is the use of pulsed laser radiation to restore the permeability of the well. According to this method, when exposed to laser radiation in the borehole fluid, cavitation occurs, which creates a hydro-pulse pressure (see RF patent for the invention RU 2066746, E21B 43/26, 09/20/1996 / 2 / - prototype). However, this method also does not provide an effective impact on the wellbore.

Задачей заявленного изобретения является создание эффективного и безопасного способа восстановления проницаемости скважин.The objective of the claimed invention is the creation of an effective and safe way to restore the permeability of wells.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности воздействия на стенки скважины и увеличении ее проницаемости (нефтеотдачи) за счет создания ударных волн с требуемой резонансной частотой.The technical result of the invention is to increase the effectiveness of the impact on the walls of the well and increase its permeability (oil recovery) by creating shock waves with the required resonant frequency.

Указанный технический результат изобретения достигается за счет того, что способ восстановления проницаемости нефтяных или газовых скважин, включает воздействие на скважинную жидкость лазерным излучением, указанное воздействие осуществляют с энергией, обеспечивающей возникновение в жидкости плазменных пробоев, при этом сначала осуществляют предварительное воздействие лазерным излучением в импульсном или непрерывном режиме с возникновением пробоя, после которого измеряют частоту возникающего акустического сигнала, а затем осуществляют последующие воздействия в импульсном режиме с указанной частотой следования импульсов излучения.The specified technical result of the invention is achieved due to the fact that the method of restoring the permeability of oil or gas wells involves exposure to the well fluid with laser radiation, this effect is carried out with energy, which provides the occurrence of plasma breakdowns in the fluid, while first the laser is preliminarily exposed to pulsed or continuous mode with the occurrence of breakdown, after which the frequency of the arising acoustic signal is measured, and then Subsequent impacts are generated in a pulsed mode with a specified pulse repetition rate.

Кроме того, указанный технический результат достигается в частных формах реализации изобретения за счет того, что:In addition, the specified technical result is achieved in private forms of the invention due to the fact that:

- воздействие лазерным излучением осуществляют при длине волны 1.0-1.6 мкм с частотой следования импульсов до 500 Гц и средней мощностью 30-50 кВт.- exposure to laser radiation is carried out at a wavelength of 1.0-1.6 μm with a pulse repetition rate of up to 500 Hz and an average power of 30-50 kW.

- лазерное излучение фокусируют на стенке скважины.- laser radiation is focused on the wall of the well.

В отличие от указанных аналогов (/1/ и /2/) в заявленном способе при воздействии лазерного излучения с энергией, обеспечивающей возникновение плазменного пробоя, в скважинной жидкости возникает «светогидравлический удар», обеспечивающий создание ударной волны, способной создать давление до 10⁶ атмосфер.In contrast to the specified analogues (/ 1 / and / 2 /) in the claimed method, when exposed to laser radiation with energy providing the occurrence of a plasma breakdown, a "light-hydraulic shock" occurs in the wellbore fluid, which creates a shock wave capable of creating a pressure of up to 10 ⁶ atmospheres .

Следует отметить, что, несмотря на известность применения импульного лазерного излучения (например из /1/), а также использования плазменных пробоев (см. /2/) для восстановлении проницаемости скважин, явление «светогидравлического удара» в указанной области техники использовано впервые, что определяет «новизну», а также «изобретательский уровень» заявленного способа.It should be noted that, despite the popularity of the use of pulsed laser radiation (for example, from / 1 /), as well as the use of plasma breakdowns (see / 2 /) for restoring the permeability of wells, the phenomenon of “light-hydraulic shock” was used in this technical field for the first time, which defines the "novelty", as well as the "inventive step" of the claimed method.

Явление «светогидравлического удара» может быть описано следующим уравнением:The phenomenon of "light-hydraulic shock" can be described by the following equation:

dV=α·dQ/C_V,dV = α · dQ / C _V ,

где dV - изменение объема жидкости с коэффициентом теплового расширения α и теплоемкостью C_V при поглощении энергии dQ.where dV is the change in the volume of the liquid with the coefficient of thermal expansion α and heat capacity C _V during energy absorption dQ.

Указанное соотношение можно получить, принимая во внимание, что:The specified ratio can be obtained, taking into account that:

dV=α·V₀·dT,dV = α · V ₀ · dT,

а dQ=C_V·V₀·dT,and dQ = C _V · V ₀ · dT,

где dT - изменение температуры жидкости, a V₀ - ее исходный объем.where dT is the change in the temperature of the liquid, and V ₀ is its initial volume.

В соответствии с указанной формулой, с учетом α=1,38·10^-4·K^-1, C_V=4,2·10⁶ Дж/(К·м³), при выделении в воде энергии 30,3 кДж ее объем увеличится на 1 см³.In accordance with the specified formula, taking into account α = 1.38 · 10 ^-4 · K ^-1 , C _V = 4.2 · 10 ⁶ J / (K · m ³ ), with the release of energy of 30.3 kJ in water volume will increase by 1 cm ³ .

Такое изменение объема вызывает ударную волну, используемую в заявленном способе для создания резонансного акустического воздействия на стенки скважины и окружающую ее породу.Such a change in volume causes a shock wave used in the inventive method to create a resonant acoustic effect on the walls of the well and its surrounding rock.

При этом для создания максимального эффекта необходимо подобрать резонансную частоту для импульсного воздействия лазерного излучения. Указанная частота, обеспечивающая наиболее эффективное воздействие, зависит от параметров скважины, ее резонансных свойств и свойств скважинной жидкости. Для определения данной частоты сначала осуществляют предварительное воздействие лазерным излучением до возникновения первого пробоя в жидкости, после которого изучают возникающий акустический сигнал с выявлением основной собственной частоты участка скважины, и с которой подают последующие лазерные импульсы. Указанный акустический сигнал синхронизируется с резонансной частотой окружающей среды, проходит через стенки скважины и распространяется в окружающей породе, а максимум сигнала возникает в сплошной породе, встряхивая ее и создавая трещины, которые увеличивают проницаемость скважины.In this case, to create the maximum effect, it is necessary to select the resonant frequency for the pulsed exposure to laser radiation. The indicated frequency, which provides the most effective impact, depends on the parameters of the well, its resonance properties and the properties of the well fluid. To determine this frequency, first a preliminary exposure to laser radiation is carried out before the first breakdown in the liquid occurs, after which the emerging acoustic signal is studied with the identification of the fundamental natural frequency of the well section, and from which subsequent laser pulses are supplied. The specified acoustic signal is synchronized with the resonant frequency of the environment, passes through the walls of the well and propagates in the surrounding rock, and the maximum signal occurs in the solid rock, shaking it and creating cracks that increase the permeability of the well.

На представленной фигуре показана принципиальная схема реализации способа.The presented figure shows a schematic diagram of the implementation of the method.

Около устья скважины 1 на поверхности земли располагают лазерную установку 2. Для доставки лазерного излучения в скважину применяют волоконный кабель 3 с оптической головкой (современные волоконные кабели могут иметь длину несколько километров с обеспечением высокой герметичности), который помещают в скважину 1. На конце кабеля устанавливают фокусирующую линзу 4, изготовленную из высокопрочного материала, выдерживающего ударное воздействие (например, плавленый кварц, алмазоподобная оптика и т.д.). На линзе 4 размещают волоконно-оптический датчик 5. При этом лазерную установку соединяют с модулятором 6, принимающим акустический сигнал от датчика 5.A laser unit 2 is located near the wellhead 1 on the surface of the earth. Fiber cable 3 with an optical head is used to deliver laser radiation into the well (modern fiber cables can be several kilometers long with high tightness), which is placed in the well 1. At the end of the cable, install a focusing lens 4 made of a high impact impact resistant material (e.g., fused silica, diamond-like optics, etc.). A fiber optic sensor 5 is placed on the lens 4. In this case, the laser unit is connected to a modulator 6 receiving an acoustic signal from the sensor 5.

При реализации способа производят генерацию лазерного излучения 7 от установки 2 в импульсном или в непрерывном режиме (в зависимости от свойств скважинной жидкости, т.е. ее плотности, прозрачности и т.д.) с энергией, обеспечивающей возникновение плазменного (лазерного) пробоя. Излучение фокусируется линзой 4 на стенке скважины и в результате в жидкости возникает пробой (светодетонация), инициирующий мощные ударные волны 8 с давлением до 10⁶ атм, которые распространяются в «Квантовая электроника», 39, №10 (2009) «Многофотонный пробой в воде в поле пикосекундных импульсов» Н.Ф. Бункин и др.). После предварительного воздействия (при возникновении первого пробоя) полученный акустический сигнал 10 регистрируется волоконно-оптическим датчиком 5, расположенным на линзе 4, и спектр возникших акустических колебании передается на модулятор 6, соединенный с лазерной установкой 1. При этом из указанного спектра выделяется максимальная амплитуда колебаний и определяется ее частота, которая является резонансной частотой участка скважины. Последующие воздействия лазерным излучением 7 на стенки скважины осуществляют с указанной частотой для возбуждения акустического резонанса. Резонансные акустические колебания поступают через стенки скважины 1 в окружающую породу 8 и производят вибрационное воздействие (Зайцев В.Ю., Гусев В.Э., Назаров В.Е., Кастаньеде Б. «Взаимодействие акустических волн с трещинами: упругие и неупругие механизмы нелинейности с различными временными масштабами» с.80-91, Акустический журнал, 51, 7, 2005 г., с.80-91). При этом в породе разрушаются перемычки и развиваются трещины, по которым происходит поступление продукта (нефти или газа) (см. Беспалько А.А. «Связь параметров электромагнитных сигналов с электрическими характеристиками горных пород при акустическом и квазистатическом воздействиях». Известия Томского университета т.308, 2008).When implementing the method, laser radiation 7 is generated from installation 2 in a pulsed or continuous mode (depending on the properties of the borehole fluid, i.e., its density, transparency, etc.) with energy that ensures the occurrence of plasma (laser) breakdown. The radiation is focused by lens 4 on the borehole wall and, as a result, a breakdown (light detonation) occurs in the fluid, initiating powerful shock waves 8 with a pressure of up to 10 ⁶ atm, which propagate in Quantum Electronics, 39, No. 10 (2009), Multiphoton Breakdown in Water in the field of picosecond pulses ”N.F. Bunkin et al.). After preliminary exposure (when the first breakdown occurs), the resulting acoustic signal 10 is recorded by a fiber-optic sensor 5 located on the lens 4, and the spectrum of the generated acoustic vibrations is transmitted to a modulator 6 connected to the laser unit 1. In this case, the maximum vibration amplitude is extracted and its frequency is determined, which is the resonant frequency of the well section. Subsequent effects of laser radiation 7 on the walls of the well are carried out with a specified frequency to excite acoustic resonance. Resonant acoustic vibrations enter through the walls of well 1 into the surrounding rock 8 and produce a vibration effect (Zaitsev V.Yu., Gusev V.E., Nazarov V.E., Castanyede B. “Interaction of acoustic waves with cracks: elastic and inelastic nonlinearity mechanisms with different time scales ”p.80-91, Acoustic Journal, 51, 7, 2005, p.80-91). At the same time, jumpers break down in the rock and cracks develop along which the product (oil or gas) flows (see Bespalko A. A. “Relationship of the parameters of electromagnetic signals with the electrical characteristics of rocks under acoustic and quasistatic influences.” Izvestia, Tomsk University, vol. 308, 2008).

Предварительное и последующие воздействия лазерным излучением осуществляют, предпочтительно, при длине волны 1.0-1.6 мкм с частотой следования импульсов до 500 Гц (0 Гц - в случае непрерывного предварительного воздействия) и средней мощностью 30-50 кВт.Preliminary and subsequent exposure to laser radiation is carried out, preferably, at a wavelength of 1.0-1.6 μm with a pulse repetition rate of up to 500 Hz (0 Hz in the case of continuous preliminary exposure) and an average power of 30-50 kW.

Пример реализации способа.An example implementation of the method.

Для восстановления проницаемости нефтяной скважины, согласно предлагаемому способу, осуществляли предварительное воздействие импульсным лазерным излучением с длиной волны 1 мкм с мощностью 30 кВт на скважинную жидкость (воду). После первого пробоя резонанс образовался при возникновении стоячих волн с частотой 330 Гц. Последующие воздействия осуществляли в импульсном режиме при указанной частоте следования лазерных импульсов. При возникновении импульсов лазерного излучения частотой 330 Гц с пробоем в воде на 1 м длины обеспечивалось выделение энергии 30 кДж за секунду, при этом стоячие колебания суммировали энергию импульсов и резонанс достигал энергии в 9900 кДж за секунду в среде без затухания. Звуковые колебания с указанными параметрами поступали в окружающую скважину среду и вызывали трещинообразования в породе, через которые поступал продукт.To restore the permeability of an oil well, according to the proposed method, a preliminary exposure to pulsed laser radiation with a wavelength of 1 μm with a power of 30 kW per well fluid (water) was carried out. After the first breakdown, a resonance was formed when standing waves with a frequency of 330 Hz occurred. Subsequent actions were carried out in a pulsed mode at the indicated laser pulse repetition rate. When laser pulses with a frequency of 330 Hz occurred with a breakdown in water of 1 m length, an energy release of 30 kJ per second was provided, while standing oscillations summed the energy of the pulses and the resonance reached an energy of 9900 kJ per second in a medium without attenuation. Sound vibrations with the indicated parameters entered the medium surrounding the well and caused cracking in the rock through which the product entered.

Таким образом, заявленный способ позволяет осуществлять эффективные воздействия на стенки скважины, обеспечивая восстановление ее проницаемости без существенного разрушения стенок.Thus, the claimed method allows for the effective impact on the walls of the well, ensuring the restoration of its permeability without significant destruction of the walls.

Claims

1. The method of restoring the permeability of oil or gas wells, including the impact on the well fluid with laser radiation, characterized in that the effect is carried out with energy, providing the occurrence of plasma breakdowns in the fluid, while first the laser is preliminarily exposed to the radiation in a pulsed or continuous mode with the occurrence breakdown, after which the frequency of the acoustic signal arising from the breakdown is measured, and then subsequent impacts to the impu snom mode to said repetition frequency of the radiation pulses.

2. The method according to claim 1, characterized in that the laser radiation is carried out at a wavelength of 1.0-1.6 μm with a pulse repetition rate of up to 500 Hz and an average power of 30-50 kW.

3. The method according to claim 1, characterized in that the laser radiation is focused on the wall of the well.