Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТА

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для повышения дебита скважин и интенсификации добычи нефти.

Среди методов воздействия на пласт и призабойную зону нефтяных скважин с целью повышения их производительности широкое распространение получили методы акустического воздействия, обеспечивающие улучшение притока нефти из продуктивного пласта в зону выработки.

Известные способы разделяются по частотному диапазону акустического воздействия. Способы низкочастотного воздействия на продуктивный пласт обеспечивают повышение пластового давления и вовлечение в работу застойных зон пласта, однако такое воздействие эффективно, только если частоты воздействия близки к резонансным частотам, определяемым геофизическими характеристиками пласта (например, патент США №6899175, 31.05.2005).

Способы ультразвукового акустического воздействия на продуктивную зону скважины в технологическом диапазоне частот 10-25 кГц приводят к изменению физико-химических характеристик пласта, например к снижению вязкости нефти (патент США №5109922, 05.05.1992), что способствует очистке порового пространства, однако область их воздействия ограничена ближней зоной скважины.

Известен способ повышения нефтеотдачи посредством акустического воздействия на пласт в расширенном технологическом высокочастотном диапазоне частот технологического диапазона и в низкочастотном диапазоне, что обеспечивает возбуждение как ближних, так и удаленных от скважины продуктивных слоев (патент РФ 2162519, 27.01.2001).

Наиболее близким к заявленному является способ повышения нефтеотдачи, предусматривающий погружение в скважину виброакустического скважинного излучателя и последовательное осуществление высокочастотного и низкочастотного виброакустического воздействия на призабойную зону пласта в процессе добычи нефти (патент РФ 2267601). Данный способ обеспечивает повышение нефтеотдачи за счет увеличения притока нефти.

Однако при этом остается нерешенной проблема прямого воздействия на локальную скорость потока жидкости в поровом пространстве нефтяного пласта.

Предлагаемый способ, помимо эффектов, описанных выше, обеспечивает эффективное воздействие непосредственно на параметры течения жидкости в поровом пространстве пласта. Многочастотное воздействие с определенным набором частот и амплитуд сигналов ведет к стохастизации поля течения жидкости. Последнее, в свою очередь, приводит к увеличению средней скорости потока пластовой жидкости и, следовательно, к увеличению дебита, что может быть представлено как уменьшение эффективной вязкости.

В соответствии с предлагаемым способом повышения нефтеотдачи пласта в скважину, подлежащую акустической обработке, опускают виброакустический скважинный излучатель до уровня продуктивного пласта и осуществляют воздействие на пласт многочастотным сигналом, содержащим по меньшей мере две монохроматические составляющие, частоты и амплитуды которых удовлетворяют условию

где Р₁ и Р₂ - амплитуды монохроматических сигналов, Па, ω₁ и ω₂ - частоты монохроматических сигналов, Гц, с - скорость звука в пластовом флюиде, м/с, ρ - плотность пластового флюида, г/см³.

Возможно также осуществление воздействия многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром частот (шумовое воздействие). Воздействие можно осуществлять до начала добычи нефти (для очистки порового пространства в ближней зоне), в процессе добычи (для увеличения дебита жидкости) и при остановке скважины (для сохранения уровня проницаемости).

Физический механизм, лежащий в основе предлагаемого способа, заключается в применении флуктуационно-диссипационных соотношений для пластовых жидкостей. Акустическое воздействие многочастотным сигналом, содержащим по меньшей мере две монохроматические составляющие, частоты и амплитуды которых удовлетворяют вышеприведенному условию (так же, как и воздействие многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром частот), приводит к уменьшению гидравлического сопротивления потоку жидкостей в пористой среде пласта и, следовательно, к увеличению дебита пластовых жидкостей. И широкополосное, и многочастотное воздействие с параметрами сигнала, удовлетворяющими вышеуказанному условию, приводят к стохастизации поля скорости пластового флюида. Это обеспечивает прямое воздействие возбуждающего сигнала на среднюю скорость потока пластовой жидкости в поровом пространстве пласта.

Указанное соотношение (1) получено на основе решения задачи о перекрытии резонансов нелинейных колебаний (см., например, Г.М.Заславский, Р.З.Сагдеев. Введение в нелинейную физику: от маятника до турбулентности и хаоса. М.: Наука, 1988). При многочастотном воздействии на механическую систему, свойства которой нелинейны по отношению к данному виду воздействия, возможно появление эффекта перекрытия резонансов.

Если отклик системы на возмущающую силу линеен (например, деформация абсолютно упругового стержня пропорциональна сжимающей его силе), то при многочастотном воздействии спектр колебаний, возбуждаемый в системе, совпадает со спектром возбуждающей силы. То есть, если на «линейную» систему воздействуют сигналом, содержащим набор синусоидальных колебаний с разными частотами A₁sin(ω₁t)+A₂sin(ω₂t)+…+A_nsin(ω_nt), то спектр колебаний системы будет состоять из линейного набора дельта-функций B₁δ(ω-ω₁)+B₂δ(ω-ω₂)+…+B_nδ(ω-ω_n). Уравнение собственных колебаний такой системы может быть представлено в виде х''+ω²х=0, где х характеризует отклонение от положения равновесия, а х'' - вторая производная по времени.

Если же система реагирует на отклонения от положения равновесия, вызванные возмущающей силой, нелинейным образом (уравнение собственных колебаний системы нелинейно по х, например х''+ω²sin(kx)=0), то спектр колебаний системы, возбуждаемой сигналом, содержащим набор синусоидальных колебаний, будет представлять собой набор колоколообразных функций частоты. В случае возникновения перекрытия по меньшей мере двух таких «колоколов», возникает стохастизация движения системы, т.е. движение системы приобретает случайный характер с определенной плотностью вероятности нахождения в том или ином состоянии.

Из анализа условия перекрытия «колоколов» для случая течения в пористой среде (то есть перекрытия резонансов) и получено соотношение (1).

Предпочтительно, верхняя граница диапазона частот при акустическом воздействии на пласт многочастотным широкополосным сигналом со сплошным спектром не должна превышать 10⁵ Гц. При превышении этой границы в нефтенасыщенном пласте возможно появление слабых ударных волн, что может привести к неучтенным эффектам. Кроме того, такие возмущения быстро затухают и могут не дойти от источника до поровой среды.

Предлагаемый способ повышения нефтеотдачи пласта может быть реализован следующим образом.

Два генератора монохроматического сигнала, параллельно подключенные к усилителю так, чтобы настройки их амплитуд и частот удовлетворяли формуле (1), или источник широкополосного сигнала, в качестве которого может быть использован, например, генератор шумовых сигналов с широким диапазоном частот (100 Гц-200 МГц), подключаются через усилитель к виброакустическому излучателю, способному функционировать в скважинных условиях. Излучатель помещают в скважине на уровне продуктивного пласта. Этот уровень определяется по результатам предварительных геофизических обследований скважины.

Оценка относительного прироста дебита может быть произведена по формуле

α - сжимаемость [1/Па], W - мощность источника [Вт], η - вязкость [Па·c], Δω - частотный диапазон [Гц], m - пористость, L - толщина пласта [м].

Так, для пласта толщиной в 1 м, сжимаемости 10^-10-10^-8 1/Па, вязкости 10^-3-10^-2 Па·с, пористости 10^-3-10^-1 и при мощности источника в 1 кВт путем воздействия в диапазоне частот 10³-10⁴ Гц прирост дебита может составить от 1 до 20%.