Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗВЛЕЧЕНИЯ НЕФТИ НА ТРУДНОИЗВЛЕКАЕМЫХ И ИСТОЩЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

Изобретение относится к горной и нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано в нефтяных скважинах для повышения эффективности добычи нефти.

Известен способ интенсификации добычи нефти и реанимации простаивающих нефтяных скважин путем электромагнитного резонансного воздействия на продуктивный пласт [Патент RU №2379489, МПК Е21В 43/16, 2008 г.], при котором с помощью резонансно-волновых генераторов, расположенных на поверхности или погруженных в скважину, создают в продуктивном пласте электромагнитные направленные колебания одинаковой частоты, которые накладывают на собственную частоту колебаний углеводородного флюида, формируя и управляя резонансными колебаниями с помощью размещенной на поверхности аппаратуры. Изобретение направлено на увеличение дебита скважины, а также на повышение эффективности добычи нефти путем увеличения коэффициента извлечения нефти (КИН) не только в действующих скважинах, но и при реанимации простаивающих многие годы скважин.

Однако для реализации данного способа требуются достаточно большие ресурсы, так как при его реализации первоначально задают волновому потоку от добывающей скважины мощность, значительно превышающую мощность каждого из встречных волновых потоков с учетом коэффициентов затухания, а в дальнейшем мощность колебательного потока от добывающей скважины плавно уменьшают с одновременным пропорциональным плавным увеличением мощности каждого из встречных колебательных потоков. Таким образом, для реализации способа требуется наличие как минимум двух расположенных рядом скважин и высокомощного источника электрической энергии. Все это значительно повышает затраты при добыче нефти, то есть снижает эффективность процесса в целом.

Известен способ повышения эффективности добычи нефти при использовании скважинного фильтра, содержащего базовый элемент, выполненный в виде трубы с отверстиями, фильтрующую рубашку, выполненную в виде прокладочных элементов, размещенных в продольном направлении на наружной поверхности базового элемента и токопроводящей проволоки, покрытой износостойким изолирующим материалом, и намотанной с зазором на прокладочных элементах [Патент на полезную модель RU №165839, МПК Е21В 43/08, Е03В 3/18, 2016 г.]. При этом витки проволоки подключены к контактным разъемам, которые связывают токопроводящую проволоку с источником напряжения. Это позволяет при пропускании по проволоке тока определенной частоты создавать в зоне вокруг фильтрующей рубашки электромагнитное поле, которое уменьшает силы межмолекулярного взаимодействия в жидкости и приводит к интенсификации ее потока внутрь скважинного фильтра.

Недостатком устройства является его конструктивное исполнение, при котором максимальное электромагнитное воздействие создается внутри скважинного фильтра. При этом в зоне вокруг фильтрующей рубашки электромагнитное поле значительно слабее. Для создания более сильного электромагнитного воздействия, направленного вглубь нефтеносной породы, требуется значительное увеличение силы тока или напряжения, что невозможно из-за конструктивных особенностей устройства и правил техники безопасности при эксплуатации нефтяных скважин. Это снижает эффективность процесса добычи нефти.

Известна комбинированная электромагнитная и тепловая система для добычи природного газа и нефти [патент США WO №2007147050, МПК Е21В 43/00, 2006 г.], сочетающая в себе низкочастотное вращающееся электромагнитное энергетическое поле с подземным высокочастотным нагревом для достижения способности обеспечивать нефтяные и газовые месторождения тепловой энергией в широком диапазоне температур для экономичной утилизации энергии и других материалов, таких как токсичные отходы для восстановления окружающей среды. Сочетание этих двух технологий дает экономически и практически более эффективную возможность передачи тепловой энергии выборочным горным породам.

Однако эффект изобретения направлен в основном на нагрев месторождения, что требует очень больших затрат энергии. Кроме того, значительное повышение температуры в зоне нефтеносного пласта является пожароопасных фактором, ограничивающим возможность применения данного изобретения.

Известно низкочастотное импульсное электромагнитное устройство управления извлечением парафинистой нефти [Патент CN №202560167, МПК Е21В 43/16, МПК Е21В 43/30, 2013 г.], содержащее наружный корпус, трубу из мягкого железа, стальную трубу, внешнюю соединительную трубу и низкочастотный импульсный электромагнитный регулятор, наружный кожух представляет собой длинный цилиндр из нержавеющей стали, стальная труба представляет собой длинный цилиндр из никелевой стали, имеет ту же длину, что и наружный корпус, и установлена в наружном корпусе, стенки стальной трубы обмотаны электромагнитной катушкой и закреплены на трубе из мягкого железа, вышеупомянутая мягкая железная труба установлена в наружном корпусе, стенки трубы из мягкого железа обмотаны электромагнитной катушкой, две катушки соединены с низкочастотной импульсной электромагнитной установкой, один конец внешней соединительной трубы соединен со скважинной нефтеперекачивающей трубой, а другой конец соединен с трубой нефтяного месторождения для хранения нефти.

Недостатком устройства является его конструктивное исполнение, при котором максимальное электромагнитное воздействие создается внутри устройства. При этом в зоне вокруг устройства электромагнитное поле значительно слабее. Для создания более сильного электромагнитного воздействия, направленного вглубь нефтеносной породы, требуется значительное увеличение силы тока или напряжения, приведет к значительному увеличению затрат. Это снижает эффективность процесса добычи нефти.

Наиболее близким техническим решением является электрохимический способ вторичной добычи нефти путем инициирования в ней окислительно-восстановительных реакций [Патент RU №2303692, МПК Е21В 43/16, 2002 г.], заключающийся в том, что для принудительной добычи нефти из подземного пласта с первым и вторым нефтеносными районами сооружают первую скважину в первом районе пласта и вторую скважину во втором районе пласта. В первую, расположенную в первом районе пласта, скважину опускают первый электрод. Во вторую, расположенную во втором районе пласта скважину, опускают второй электрод и создают между первым и вторым электродами разность периодических напряжений. Согласно изобретению разность периодических напряжений между электродами создают путем подачи на них напряжения смещения постоянного тока и наложенной переменной составляющей переменного тока с амплитудой, обеспечивающей инициирование в нефти окислительно-восстановительных реакций для разложения содержащихся в ней длинноцепных углеводородов и полициклических соединений на соединения с низкой молекулярной массой и гидрирования нефти.

Недостатком способа является необходимость бурения двух рядом расположенных скважин, что значительно повышает затраты при добыче нефти. Кроме того, способ направлен только на инициирование окислительно-восстановительных реакций, при этом не учитываются силы межмолекулярного взаимодействия, образующие устойчивые полимолекулярные слои, приводящие к снижению коэффициента извлечения нефти. Все это снижает эффективность добычи нефти.

Задачей изобретения является интенсификация притока нефти в скважину на трудноизвлекаемых месторождениях за счет электромагнитного воздействия на нефтеносную породу в зоне вокруг скважины.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности добычи нефти.

Указанный технический результат достигается в способе повышения коэффициента извлечения нефти на трудноизвлекаемых и истощенных месторождениях, при котором сооружают скважину в районе нефтеносного пласта и обеспечивают воздействие на него током от источника тока, при этом воздействие осуществляют направленными электромагнитными излучателями путем создания переменным током электромагнитного поля различной частоты, интенсивности и периодичности, при этом электромагнитные излучатели установлены вдоль горизонтальных участков скважины на таком расстоянии, при котором не происходит наложение зон воздействия соседних излучателей, период электромагнитного воздействия принимают равным периоду активного действия - максимального стока, и осуществляют упомянутое воздействие направленно на нефтеносную породу вокруг скважины последовательно от ближайшего к эксплуатационной колонне электромагнитного излучателя к периферийному с задержкой, равной времени регенерации, так что время включения следующего электромагнитного излучателя определяется из условия t'₀=2t₀+Δt-t₁, где t'₀ - время включения следующего электромагнитного излучателя, t₀ - время включения предыдущего электромагнитного излучателя, Δt - продолжительность включения электромагнитных излучателей, рассчитанная таким образом, что ее достаточно для разрушения полимолекулярных слоев с учетом времени регенерации, t₁ - время начала увеличения интенсивности притока нефти в зоне предыдущего электромагнитного излучателя.

Сущностью изобретения является направленное последовательное воздействие переменного электромагнитного поля разной частоты и продолжительности на нефтеносную горную породу, при котором разрушаются полимолекулярные слои, образованные молекулами нефти за счет сил межмолекулярного взаимодействия - сил Ван-дер-Ваальса. Интенсивность воздействия линейно возрастает при увеличении срока эксплуатации скважины, снижении проницаемости нефтеносного пласта и эмпирически зависит от его вида и глубины залегания. Изменение направления поля вызывает изменение положения диполей (молекул), в результате меняется ориентационное взаимодействие между диполями (молекулами), исключаются «зоны застоя» при перемещении частиц жидкости в поровом пространстве горной породы. Это приводит к повышению коэффициента извлечения нефти.

Изобретение поясняется вариантом его реализации, схема которого представлена на фиг. 1. На фиг. 2 представлен пример циклограммы включения двух последовательно расположенных электромагнитных излучателей и график изменения интенсивности притока нефти в зависимости от этого.

С поверхности земли 1 к нефтеносному пласту 2 пробурена нефтедобывающая скважина 3, состоящая из эксплуатационной колонны 4 и одного или нескольких горизонтальных участков 5, которые удерживаются с помощью самонабухающих пакеров 6. На определенном расстоянии между пакерами 6 горизонтального участка 5 установлены направленные электромагнитные излучатели 7, связанные кабелем 8 с источником переменного напряжения 9 (например, генератором), подключенным к блоку управления 10. Причем электромагнитные излучатели 7 расположены в зоне активного воздействия на нефтеносный пласт на таком расстоянии друг от друга, что зоны действия электромагнитного поля от соседних излучателей не накладываются.

На стенках мелких пор в нефтеносном пласте адсорбированные молекулы нефти образуют полимолекулярные слои толщиной 40-50 линейных размеров полярных молекул нефти, которые обеспечивают «захлопывание» пор и препятствуют свободному движению нефтяного флюида. Тем самым снижается эффективное сечение каналов, по которым нефтеносный флюид попадает в нефтяную скважину. На участках в узких порах полярные адсорбированные молекулы обладают упругой формой и создают противодавление, соизмеримое с весом земной породы на данной глубине залегания. Это создает затруднение для течения жидкого флюида. Для разрушения этих полярных «мостиков» достаточно приложить электромагнитное воздействие низкой частоты, обеспечивающее дезориентацию данных «мостиков» и образование каналов, по которым может передвигаться флюид под действием сил диффузии и теплового движения молекул. Период сегрегации «мостиков» поляризованных молекул зависит от свойств нефтеносного пласта, его температуры и от напряженности и частоты электромагнитных колебаний, создаваемых генератором низкой частоты.

С заданной периодичностью, определяемой блоком управления 10, в зависимости от свойств нефтеносного пласта и глубины его залегания электромагнитные излучатели 7 поочередно последовательно, начиная с излучателя, расположенного наиболее близко к эксплуатационной колонне 4, подключаются к источнику переменного напряжения 9. При этом в зоне вокруг излучателя (отмечена штриховкой) в нефтеносной горной породе создается электромагнитное поле различной частоты (частота и интенсивность, а также периодичность воздействия определяется блоком управления на основе данных о физико-химических свойствах нефти в нефтеносном пласте и свойств горной породы, а также глубины ее залегания). Наиболее приемлемая частота лежит в диапазоне от 2 Гц до 2 кГц. Причем электромагнитные излучатели включаются последовательно, а продолжительность их включения Δt на данном горизонтальном участке рассчитана таким образом, что ее достаточно для разрушения полимолекулярных слоев, образованных из молекул с учетом времени регенерации. Период электромагнитного воздействия равен периоду активного действия (максимального стока), и каждый следующий излучатель включается с задержкой, равной времени регенерации.

Пример циклограммы последовательного включения электромагнитных излучателей и соответствующий график изменения интенсивности притока нефти (фиг. 2) показывает, что, если при одинаковой продолжительности включения Δt всех излучателей, расположенных в одинаковых условиях (один режим работы) и моменте включения предыдущего электромагнитного излучателя t₀, следующий электромагнитный излучатель включается в момент времени:

t'₀=t₂+t₀-t₁=2t₀+Δt-t₁,

где t₀ - время включения предыдущего электромагнитного излучателя, t₁ - время начала увеличения интенсивности притока нефти в зоне предыдущего излучателя (может меняться относительно t₀ в зависимости от параметров месторождения и глубины его залегания), t₂ - время выключения предыдущего электромагнитного излучателя, Δt - продолжительность включения.

Момент срабатывания последующего излучателя t'₀ подбирается таким образом, чтобы эффект снижения интенсивности притока нефти в зоне предыдущего излучателя компенсировался увеличением интенсивности притока нефти в зоне последующего излучателя.

Для горизонтальных или вертикальных участков, расположенных на разной глубине, интенсивность воздействия линейно возрастает при увеличении срока эксплуатации скважины, снижении проницаемости нефтеносного пласта и эмпирически зависит от его вида и глубины залегания. Также может различаться периодичность и продолжительность электромагнитного воздействия. Это позволяет оказывать различное воздействие на различные участки. Изменение направления поля вызывает изменение ориентационного взаимодействия между диполями (молекулами), разрушаются межмолекулярные связи при перемещении частиц жидкости в поровом пространстве горной породы. Это приводит к увеличению интенсивности притока нефти к скважине, а значит повышению коэффициента извлечения нефти.

Таким образом, способ повышения коэффициента извлечения нефти, заключающийся в создании направленного воздействия на нефтеносную горную породу с помощью электромагнитных излучателей, установленных внутри нефтедобывающей скважины, позволяет повысить коэффициент извлечения нефти. При этом отсутствует необходимость бурить дополнительную скважину в непосредственной близости от существующей. Так как электромагнитное воздействие осуществляется не постоянно, а с определенной периодичностью и одновременно задействованы не все электромагнитные излучатели, то затраты электроэнергии минимальны. Все это приводит к значительному повышению эффективности добычи нефти.