Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ДОБЫЧИ УГЛЕВОДОРОДОВ

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи углеводородов, в частности нефти или газоконденсата, в скважинах - повышения коэффициента их извлечения из продуктивного пласта за счет обработки призабойной зоны этого пласта, вскрытого скважинами, участвующими в разработке пласта.

Известен способ интенсификации добычи углеводородов, предусматривающий использование в скважине колонны насосно-компрессорных труб, устройства с цилиндром, выполненным с радиальными окнами, поршнем в цилиндре и излучателем на цилиндре. С помощью устройства генерируют импульсы давления за счет использования энергии столба жидкости, заполняющей скважину (см. патент РФ №2490422, 20.08.2013).

Недостатком известного способа являются его ограниченные возможности по интенсификации добычи нефти, обусловленные недостаточной энергетикой воздействия на продуктивный пласт.

Известен способ интенсификации добычи углеводородов, в соответствии с которым осуществляют последовательную газо-импульсную обработку продуктивного пласта в зоне его перфорации путем воздействия импульсами давления с заданной энергией и длительностью колебания ударной волны до их полного затухания, а затем генерируют импульсы давления с меньшей энергией, но при определенной частоте колебаний (см. патент РФ 2105874, 27.02.1998).

Недостатком известного способа является недостаточная степень повышения продуктивности скважин при добыче углеводородов, обусловленная отсутствием комплексного воздействия на призабойную зону продуктивного пласта - слагающие его породы и насыщающие его флюиды, в том числе привнесенные в процессе разработки, недостаточная степень увеличения проницаемости пласта, воздействия на зону кольматации.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента продуктивности и достижение начальной проницаемости призабойной зоны пласта в скважинах за счет раскрытия сети трещин в продуктивном пласте с преобладанием вертикальных трещин, повышения массообмена в зоне фильтрации и надежности очистки зоны фильтрации от продуктов техногенной кольматации.

Необходимый технический результат достигается тем, что способ интенсификации добычи углеводородов включает герметизацию устья скважины, временную консервацию скважины путем помещения в ней жидкости, блокирующей приток флюида из продуктивного пласта, создание в скважине избыточного давления на начальной фазе, превышающего гидростатическое давление столба жидкости, действующего на продуктивный пласт, на заданную величину, дальнейшее повышение давления в скважине с созданием серии импульсов повышения давления в режиме резонансных колебаний с заданной частотой, последующую замену блокирующей жидкости в скважине на рабочую жидкость с одновременным созданием в скважине серии импульсов повышения давления, продавку рабочей жидкости в продуктивный пласт с поддержанием режима импульсного воздействия на продуктивный пласт на другой частоте, отличной от ранее заданной, до дальнейшего повышения давления в продуктивном пласте на конечной фазе до установленной величины, после чего осуществляют резкое снижение давления сериями импульсов с обеспечением разрыва сплошности гидравлической среды в зоне продуктивного пласта, при этом интервалы времени между импульсами в операциях с повышением давления принимают отличными от интервалов времени между импульсами в операциях с понижением давления.

Кроме того:

давление на начальной фазе создают с превышением гидростатического давления столба жидкости, действующего на продуктивный пласт, на 30-40%;

серии импульсов повышения давления в режиме резонансных колебаний осуществляют с частотой 0,2-1 Гц;

давление на конечной фазе создают с превышением гидростатического давления столба жидкости, действующего на продуктивный пласт, на 50-70%;

давление в скважине создают с использованием инертного газа;

инертный газ закачивают в верхнюю часть скважины;

избыточное давление создают с помощью пневматического генератора импульсов давления;

в качестве рабочего тела пневматического генератора импульсов давления используют инертный газ;

в качестве инертного газа используют азот или гелий.

Сущность изобретения заключается в том, что скважину приготавливают к полномасштабному воздействию на продуктивный пласт. Для этого ее переводят в режим консервации с закачкой в нее блокирующей жидкости. В качестве блокирующей жидкости используют, например, растворы хлористого кальция или магния с добавками, например, гидрофобизирующими или гидрофилизирующими поры продуктивного пласта в зависимости от условий. Затем на начальной фазе в скважине плавно (статически) повышают давление сверх гидростатического с одновременной оценкой отклика продуктивного пласта на это давление. При необходимости меняют динамику повышения давления. Доводят это давление до установленной величины, например, на 30-40%, превышающей гидростатическое давление. В результате, в зоне продуктивного пласта создают объемное напряженное состояние породы. Затем осуществляют дальнейшее повышение давления в скважине, но за счет создания серии импульсов давления - резкого повышения давления. Импульсное воздействие на объемно напряженную зону продуктивного пласта обеспечивает инициирование густой сети естественных трещин продуктивного пласта. Использование при этом колебаний, резонансных с продуктивным пластом, обеспечивает инициирование вертикальных трещин продуктивного пласта в этой сети, причем с их преобладанием, что особенно важно для продуктивных пластов, расчлененных пропластками с разными фильтрационными свойствами. При этом режим резонансных импульсных колебаний осуществляют с заданной частотой, обеспечивающей объемную активацию пор и трещин продуктивного пласта. Продолжение импульсного воздействия при замене блокирующей жидкости в скважине на рабочую жидкость обеспечивает возможность разрушения структуры блокирующей жидкости и подготовки ее для удаления из продуктивного пласта, неизбежно в него поступившей при консервации скважины. Важным при этом является дальнейшее повышение давления в продуктивном пласте на конечной фазе в среде рабочей жидкости до установленной величины, что представляет собой своеобразную накачку продуктивного пласта потенциальной энергией до установленной величины, например, на 50-70%, превышающей гидростатическое давление, и при другой частоте колебаний. При этом давлении ранее инициированные трещины раскрываются в более полной мере и готовы к обработки рабочей жидкостью. В качестве рабочей жидкости используют растворы кислот, например соляной или плавиковой, или растворителей, например спиртов или сероуглерода. Переход на другую частоту колебаний обеспечивает нарушение режима ранее заданного состояния системы, ставшего условно стационарным с привычными каналами фильтрации. Другой частотой меняют привычные каналы фильтрации и подключают зоны затрудненного дренирования, т.е. переводят систему в более масштабное состояние массообмена в зоне фильтрации. Далее на устье скважины осуществляют резкое снижение давления в скважине сериями. Ранее созданный запас потенциальной энергии заданной величины и резкое ее высвобождение обеспечивают разрыв сплошности гидравлической среды в стволе скважины и зоне продуктивного пласта. В результате разрыва сплошности гидравлической среды образуются полости с пониженным давлением. В эти полости поступают кольматанты призабойной зоны продуктивного пласта, продукты распада блокирующей жидкости и асфальтосмолопарафиновых отложений.

Интервалы времени между импульсами в операциях с повышением давления и в операциях со снижением давления принимают отличными друг от друга для дальнейшего углубления нестационарности системы и возбуждения новых каналов фильтрации с дополнительными источниками массообмена. При этом обеспечивают возможность постоянной подстройки системы колебаний в оптимальный и, в том числе, резонансный режим в течение всего процесса реализации способа. При частом следовании импульсов они накладываются друг на друга, препятствуя, например, резонированию системы или компенсируя друг друга. При редком следовании импульсов волны быстро затухают, не производя необходимого воздействия на продуктивный пласт. Возбуждение именно резонансных колебаний столба жидкости в скважине при нестационарном - постоянно меняющемся состоянии системы, обеспечивает эффективность обработки прискважинной зоны продуктивного пласта.

При импульсном воздействии происходит сжатие столба жидкости с последующей разгрузкой. Для сжатия столба жидкости может быть использован инертный газ. Его можно закачать в верхнюю часть предварительно загерметизированной скважины как в режиме плавного повышения давления, так и в импульсном режиме. Газ с его повышенными текучими свойствами обеспечивает возможность резкого - импульсного снижения давления в скважине, например, через задвижку на устье скважины с шаровым затвором. Для импульсного воздействия может быть использован пневматический генератор импульсов давления. С его применением расход рабочего газа на одно воздействие обычно составляет от 10 дм³ до 50 дм³ при начальном давлении 10,0-15,0 МПа. Генератор устанавливают на устье скважины, обеспечивают гидравлическое сообщение с обсадной колонной труб, межтрубным пространством или насосно-компрессорными трубами (НКТ), заполненными необходимой жидкостью. Генератор использует энергию сжатого газа для резкой нагрузки давлением гидростатического столба жидкости в верхней его части. Жидкость в НКТ используют как волновод и как колебательную систему, что в совокупности обеспечивает в нижней части гидростатического столба жидкости колебания давления вокруг гидростатического. Фронт первых двух импульсов повышения и понижения давления - собственно колебательный процесс как отклик на импульс изменения давления, имеет ударный характер. Последующие колебания имеют относительно плавный характер, а их частоту (f₀) определяют по выражению:

f₀=C/4H_o, Гц,

где H_o - длина столба жидкости в НКТ;

C - скорость звука в скважинной жидкости.

На рис. 1 приведена диаграмма распространения импульсов давления при воздействии пневматическим генератором давления в скважине с колонной НКТ, цементным мостом на глубине 1270 м и вскрытым кумулятивной перфорацией продуктивным пластом. Разгрузка устья от избыточного давления произведена в момент максимального сжатия жидкости в скважине, который в данном случае соответствует времени пробега волны давления от устья до забоя и обратно. При начальном давлении сжатого газа 10 МПа максимальное давление на устье составило 4 МПа, а в призабойной зоне на уровне продуктивного пласта - 6,1 МПа, что обусловлено сложением падающей и отраженной волн давления от произведенного импульса давления. Максимальная амплитуда импульса снижения давления в призабойной зоне составила 4,2 МПа. Число достаточно интенсивных колебаний давления достигает 8-10, после чего их амплитуда составляет 30% от первоначальной.

Амплитуда импульсов снижения давления в призабойной зоне определяется уровнем давления P_k в момент максимального сжатия жидкости в скважине. При условии, что с помощью генератора обеспечивают P_k=(0,5-0,7)P_г, где P_г - гидростатическое давление на забое. Уровень снижения давления достигает гидростатического давления, а при дальнейшем повышении P_k в призабойной зоне происходит разрыв сплошности гидравлической среды скважины.

При P_k=(0,5-0,7)P_г разрывы сплошности гидравлической среды наблюдают до третьего колебания столба жидкости в скважине. В период действия снижения давления, превышающего гидростатическое давление на забое, начинается хаотическое образование и схлопывание полостей разыва сплошности гидравлической среды.

Основным фактором разрушения пород призабойной зоны пласта является ударное воздействие, передаваемое через столб скважинной жидкости при нагрузке-разгрузке устья скважины, и разрыв сплошности гидравлической среды в нижней части - зоне продуктивного пласта в периоды падения в ней давления ниже гидростатического.

Для достижения последнего эффекта упомянутый выше генератор должен иметь соответствующий запас сжатого газа, который обеспечивает поддержание избыточного давления на устье до величины P_k=(0,5-0,7)P_г.

Резкое снижение давления в скважине может быть обеспечено также с применением генератора отрицательного давления, который помещают в нижней части НКТ в зоне продуктивного пласта.

Пример реализации способа

На начальном этапе цикла обработки извлекают скважинное оборудование и спускают НКТ до забоя, например, с импульсным генератором отрицательного давления на конце. Скважину до устья заполняют блокирующей жидкостью, например раствором хлористого кальция и вязкоупругим составом - ВУС в нижней ее части. Таким образом, путем помещения в ствол скважины жидкости, которая блокирует приток флюида из продуктивного пласта, осуществляют временную консервацию скважины. Создают в скважине избыточное давление на начальной фазе, превышающее гидростатическое давление столба жидкости, действующее на продуктивный пласт, на 30%, чем переводят систему в объемное напряженное состояние. Затем обеспечивают дальнейшее повышение давления в скважине с созданием серии импульсов повышения давления в режиме резонансных колебаний. Для этого осуществляют раскачку системы на разных частотах и, возможно, амплитудах с контролем отклика на резонирование. Находят необходимый режим с заданной частотой колебаний, например 0,5 Гц. Осуществляют замену блокирующей жидкости в скважине на рабочую жидкость с одновременным созданием в скважине серии импульсов повышения давления. Осуществляют продавку рабочей жидкости в продуктивный пласт с поддержанием режима импульсного воздействия на продуктивный пласт, но на другой частоте, например на частоте 1 Гц, до дальнейшего повышения давления в продуктивном пласте на конечной фазе до величины, превышающей гидростатическое давление на 70%. После этого осуществляют резкое снижение давления сериями импульсов с использованием генератора отрицательного давления с обеспечением разрыва сплошности гидравлической среды в зоне продуктивного пласта, условия для чего предварительно созданы запасом потенциальной энергии в продуктивном пласте - избыточным давлением на конечной фазе и резкой сменой события - резким стравливанием газа на устье скважины. При этом интервалы времени между импульсами в операциях с повышением давления принимают, например, 3 мин, а интервалы времени между импульсами в операциях с понижением давления, принимают, например, 5 мин, чем одно нестационарное состояние системы заменяют другим нестационарным состоянием системы, что, в целом, увеличивает массообмен внутри колебательной системы, запущенной импульсами давления с тем или иным знаком. В случае использования пневматического генератора его устанавливают на устье скважины, соединяют его и затрубное пространство скважины со сливной емкостью. После каждого импульса воздействия, возбуждаемого в призабойной зоне продуктивного пласта, возникает отклик в виде 10-20 постепенно затухающих колебаний давления. Не все они являются активными. Для восстановления гидродинамической связи скважины с пластом после ее снижения в процессе эксплуатации обычно достаточно серии импульсов давления в виде 4-6 воздействий.

В результате комплекса вышеописанных приемов обеспечивают повышение коэффициента продуктивности и достижение начальной проницаемости призабойной зоны пласта в скважинах за счет раскрытия сети трещин в продуктивном пласте с преобладанием вертикальных трещин, повышения массообмена в зоне фильтрации и надежности очистки зоны фильтрации от продуктов техногенной кольматации, намытой в процессе эксплуатации скважины. При этом зависимые пункты формулы влияют на заявленный технический результат путем оптимизации отмеченных в описании явлений.

Применение предложенного способа импульсно-волнового воздействия возможно как для добывающих, так и нагнетательных скважин. В последних за счет импульсно-волнового воздействия обеспечивают повышение приемистости.