Способ возбуждения пласта

 

<19> )Щ <11> (51) ЕИ В4 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарньпм знакам (21) 4923445/03 (22) 01.04.91 (46) 30.1 2.93 Бюл. Йа 47-48 (71) Конструкторское бюро Производственного объединения "Саратовнефтегаз" (72) Калинин В.Ф„Матвеенко Л.M. (73) Конструкторское бюро Производственного объединения "Саратовнефтегаз" (54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕКИЯ ПЛАСТА (57) Использование: стимулирование притока пластовых флюидов к добывающим скважинам при наличии зоны пониженной проницаемости пласта вокруг скважины Изобретение позволяет повысить эффективность стимулирования пластов Сущность изобретения: во вскрывшую пласт скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ).

Затем закачивают в один из каналов пачку газа и продавливают ее жидкостью до башмака НКТ. Затем циклически продавливают пачку газа с периодическим возвратом ее из одного канала в другой

Предварительно определяют радиус зоны пониженной проницаемости пласта и средневзвешенный размер зерен породы в этой зоне. Высоту газовой пачки выбирают из условия возбуждения на внешней границе зоны пониженной проницаемости пласта колебаний амплитудой больше средневзвешенного размера зерен породы в этой зоне. Циклическое продавливание газа осуществляют с различной в каждом цикле скоростью, причем об окончании каждого цикла судят по падению давления нагнетания продавочной жидкости на величину суммарного давления силы всплытия газовой пачки в обоих каналах

20051б7

30

50

Изобретение относится к горной промышленности, точнее v, способам стимулирования притока флюидов из геологических пластов к добывающим скважинам при наличии зоны пониженной проницаемости пласта вокруг скважины, Известен способ стимулирования плагта, включающий спуск вдобывающуюскважину генератора гидродинамических колебаний, воздействие на пласт гидродинамическими колебаниями с постоянной амплитудой, извлечение из скважины генератора колебаний и пуск скважины в эксплуатацию (см.кн.: Сургучев M.Ë. и др.

Гидродинамическое, акустическое, тепло- 1 вое циклическое воздействие на нефтяные пласты. М.; Недра, 1975).

Недостатком способа является низкая степень охвата пласта вокруг скважины ввиду ограниченной амплитуды возбуждаемых колебаний давления, обусловленной несжимаемостью рабочей жидкости. Кроме того, режимные параметры способа не исключают воэможности уплотнения породы пласта с понижением ее проницаемости под действием колебательного воздействия.

Известен способ стимулирования пласта, включающий спуск во вскрышную пласт скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и отбор пластовой жидкости с возбуждением колебаний давления путем периодического перекрытия патока отбираемой жидкости (авт.св. СССР N. 1030538, кл.

Е 21 В 43/25, 1981).

Однако этот способ неприменим при от- 3 сутствии притока пластового флюида. Кроме того, возбуждаемые колебания давления имеют неизменную амплитуду, что приводит к приспособляемости породы к воздействию колебаний давления, препятствует реализации затрачиваемой энергии дпя повышения пропускной способности эоны пласта с пониженной проницаемостью, а режимные параметры способа не исключают воэможности колебательного уплотне- 4 ния породы с. уменьшением пропускной способности пласта, Известен также способ стимулирования пласта, включающий спуск во вскрышную пласт скважины насосно-компрессорных труб (НКТ) с образованием центрального и кольцевого каналов циркуляции жидкости в скважине, закачку в один из каналов газа и продавочной жидкости с доведением газовой пачки до башмака НКТ и продавливанием ее иэ одного канала в другой (см.кн.;

Б.П.Минеев и др. Практическое руководство по испытанию скважин. M.: Недра, 1981. с. 118-120), После продавливания газовой пачки из одного канала в другой, например из кольцевого пространства в полость НКТ, происходит всплытие газовой пачки в центральном канале (полости НКТ) с понижением давления на забой скважины, стимулирующим приток пластовой жидкости из пласта к скважине. Однако однократного понижения давления с помощью одной газовой пачки часто оказывается недостаточно для вызова притока, поэтому известный способ предусматривает нагнетание многих пачек газа с продавливанием их в одном направлении, т,е. из одной полости в другую. Этб сильно усложняет ведение процесса и делает его трудноуправляемым ввиду движения в скважине большого количества упругих пачек сильносжимаемого газа, например воздуха. Возрастают и затраты на компримирование воздуха, а также на гидравлические сопротивления, обусловленные противодействующей нисходящему потоку силой всплытия пачек газа. Кроме того, режимные параметры способа не предусматривают охвата всей зоны пониженной проницаемости пласта стимулирующим воздействием и не исключает приспособляемости породы пласта к переменным нагрузкам. Все это обуславливает низкую эффективность известного способа.

Целью изобретения является повышение эффективности стимулирования пласта, указанная цель достигается тем, что при известном способе стимулирования пласта, включающем спуск во вскрывшую пласт скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) с образованием центрального и кольцевого каналов циркуляции жидкости в скважине, закачку в один из каналов газа и продавочной жидкости с доведением газовой пачки до башмака НКТ и продавливанием ее из одного канала в другой, определяют размеры зоны пониженной проницаемости пласта вокруг скважины, процесс продавливания газа осуществляют циклически с периодическим возвратом пачки газа из одного канала в другой, высоту газовой пачки выбирают из условия возбуждения на внешней границе зоны пониженной проницаемости пласта колебаний с амплитудой больше средневзвешенного размера зерен породы в этой зоне, а циклическое продавпивание газа с периодическим возвратом пачки газа иэ одного канала в другой осуществляют с различной в каждом цикле скоростью, причем об окончании каждого цикла продавпивания газовой пачки судят по падению давления нагнетания продавочной жидкости на величину суммар2005167

10

35 ного давления силы всплытия -азовой пачки в обоих каналах.

В основе способа лежат следу ощие физические принципы.

Осуществление процесса продавливания пачки газа циклически с периодическим возвратом пачки газа из одного канала в другой позволяет с использованием только одной пачки газа возбуждать в скважине гидродинамические колебания давления значительной амплитуды за счет периодического перераспределения давления силы всплытия газовой пачки между колонной

НКТ и затрубным пространством. При нахождении газовой пачки у башмака НКТ, в канале, из которого газовая пачка вытесняется, действует давление силы всплытия газовой пачки, направленной против давления силы продавливания газовой пачки, создаваемой нисходяшим потоком продэвочной жидкости, После передавливания газовой пачки в соседний канал исчезает противодавление нисходящему потоку продавочной жидкости и добавляется движущий перепад давления к восходящему потоку в соседнем канале, куда продавлена пачка. В результате происходит существенное изменение давления, а после изменения на обратное направление потока продавочной жидкости и обратного передавливания газовой пачки происходит новое значительное изменение давления и т.д.

Поэтому и об окончании каждого цикла продавливания газовой пачки судят по падению давления нагнетания продавочной жидкости на величину суммарного давления силы всплытия газовой пачки в обоих каналах. При этом амплитуда изменения давления зависит от высоты газовой пачки, когда ее нижняя граница совпадает с нижним кон- 4 цом (башмаком) колонны НКТ, так как высота (или объем) газовой пачки определяет величину силы всплытия газовой пачки в продавочной жидкости по закону Архимеда.

Известно, что колебания давления, воз- 4 буждаемые в скважине, сильно затухают в пласте с увеличением расстояния от скважины. В то же время размах этих колебаний . должен обеспечить охват эффективным воз.действием пласта в области радиуса зоны 5 пониженной проницаемости для повышения пропускной способности этой зоны. Условием эффективного разрыхления породы с повышением ее проницаемости является превышение амплитуды возбужденных в 5 породе колебаний нэд средневзвешенным размером зерен породы (см.кн,: А.В.Коломоец. Предупреждение и ликвидация прихватов в разведочном бурении. М.: Недра, 1985, с,96). Поэтому в заявляемом способе предусмотрено, что высоту газовой пачки выбирают из условия возбуждения на вчешней границе эоны пониженной проницаемости пласта колебаний с амплитудой больше средневзвешенного размера зерен породы в этой зоне, Известно, что колебательное воздействие с неизменными параметрами может и не приводит к разрыхлению материала, так как при таком воэдейстэии наблюдается приспособляемость материала (см. кн,: Гохфельд Д.А. Несущая способность конструкций в условиях тепл асме н. M.:

Машйностроение, 1970; статья Э.М.Сулейманова, Л.M.Màòâååíêo. Приспособляемасть приствольной зоны скважины к гидротермодинамическому режиму. Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1978, М

8, с.20 — 23). В связи с этим в предложенном способе предусмотрено осуществлять с раэгл чной в каждом цикле скоростью процесс циклического продэвливания с периодическим возвратом газовой пачки из одного канала в другой, так как скорость продавливания определяет уровень гидродинамическо о давления в скважине. Поэтому ее изменение, от цикла к циклу обеспечивает разницу в амплитудах колебания давления в каждом цикле, чем исключается воэможность приспособляемости породы к колебательному воздействию, а в совокупности с указанным условием разрыхления породы в конечном итоге дсстигается повышение пропускной способности зоны пониженной проницаемости пласта вокруг скважины.

Таким образом обеспечивается повышение эффективности стимулирования продуктивного пласта.

Анализ патентной документации и научно-технической литературы показал, что отличительные признаки заявляемого способа отличают его не только от прототипа, но и не содержатся в других известных. решениях аналогичного назначения, а их новая совокупность обеспечивает получение положительного эффекта. Следовательно, заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями, На чертеже показана схема осуществления способа, где обозначено: продуктивный пласт 1, буровая скважина 2, скважинный фильтр 3, колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) 4, газовая пачка 5, продавочная жидкость б.

В скважину 2, вскрывшую продуктивны— и пласт 1 с зоной пониженной проницаемости вокруг скважины и оборудованную скважинным фильтром 3, спускают колонну НКТ

4 с размещением башмака (конца) колонны у сквэжинного фильтра 3. При этом в сква2005167

50

55 жине образуются два канала; центральный — полость колонны НКТ 4 и кольцевой— полость между колонной НКТ 4 и стенкой с кважины 2 (эатрубное пространство), Закачива от в один из каналов, например, эатрубное пространство, газ (воздух или азот, или инертные газы) и продавливают газовую пачку 5 к башмаку НКТ с помощью продаоочной жидкости 6 при открытой на устье скважины полости колонны НКТ, К моменту доведения газовой пачки к башмаку НКТ(а) на газовую пачкудействует движущая сила перепада давления, создавземая закачкой жидкости в затрубное пространство, Сила всплытия газовой пачки в нисходяи:,ем потоке жидкости создает противодавление, Продолжение нагнетания родавочной жидкости приводит к переводу газовой пачки из затрубного пространства в полость Н КТ(б), При этом исчезает противодавление силы всплытия газовой пачки в

=-атрубном пространстве, которая теперь совпадает с направлением восходящего потока жидкости в полости НКТ. В результате такого перераспределения давления силы всплытия газовой пачки процесс передавливания газовой пачки из одного канала в другой сопровождается значительным уменьшением давления на пласт, что легко фиксируется устьевыми манометрами, В этот момент переключают направление закачки продавочной жидкости на устье скважины с затрубного пространства в полость

Н КТ (в). Теперь вновь давление силы всплытия газовой пачки 5 противодействует нисходящему потоку продавочной жидкости в колонне НКТ, давление прОдавки возрастает на величину давления силы всплытия газовой пачки. После передавливания газовой пачки из НКТ в эатрубное пространство (r) давление силы всплытия газовой пачки вновь перераспределяется с существенным понижением давления на пласт и т.д, В результате продуктивный пласт 1 подвергаетс я ци клическому гидровол новому воздействию, амплитуда которого определяется высотой (объемом) газовой пачки, Предварительно определяется радиус зоны пониженной проницаемости пласта I вокруг скважины 2 и средневзвешенный размер зерен породы в этой зоне (с использованием результатов бурения, испытания и освоения скважины, гидродинамических исследований пласта, анализа кернового материала). Определяют также высоту газовой. пачки B зависимости от глубины ее llo ложения в скважине и высоты над ней столба продавочной жидкости, силу всплытия газовой пачки в зависимости от ее высо1ь; и отношение силы всплытия к площади

10 t5

20 сечения канала, т.е. давление силы всплытия, Сумма давлений силы всплытия в обоих каналах дает амплитуду понижения давления на пласт после передавливания газовой пачки иэ одного канала в другой канал скважины.

Высоту газовой пачки, т.е. величину амплитуды колебаний давления в скважине,. выбирают из условия охвата колебаниями давления всей зоны пониженной проницаемости пласта вокруг скважины при превышении амплитуды возбужденных колебаний в породе на внешней границы этой эоны над ее средневзвешенным размером зерен с учетом затухания интенсивности колебаний по мере удаления от скважины вглубь пласта, Для исключения приспособляемости породы пласта к гидроволновому воздействию меняют темп нагнетания продавочной жидкости от цикла к циклу, изменяя тем самым от цикла к циклу абсолютную величину амплитуды и частоту гидроволнового воздействия.

Процесс осуществляют до получения приемлемого притока пластового флюида к скважине.

Пример. Продуктивный пласт толщиной 50 м вскрыт буровой скважиной в интервале 5177 — 5227 м. По данным гидродинамического исследования пласта

его пропускная способность в радиусе вокруг скважины меньше, чем в остальной части пласта, и требует применения способа стимулирования, в качестве которого используют заявляемый способ. Скважина обсажена колонной внутренним диаметром

118,7 мм, наружным диаметром t39,7 мм, В скважину спущена колонна НКТ длиной

5175 м, внутренним диаметром 59 мм, наружным диаметром 73 мм, Пачку газа (воздуха) в скважине создают при помощи передвижной компрессорной установки

УПК-8-80, продавливание воздушной пачки к башмаку колонны НКТ осуществляют по затрубному пространству водой, закачиваемой насосным агрегатом 4АН-700. Скорость движения нисходящего потока воды должна быть не менее 1,2 м/с для обеспечения транспортирования воздушной пачки вниз беэ проскальзывания относительно потока . воды(см;кн.; П.Г.Романков и др. Гидромеханические процессы химической технологии.

Л,: Химия, 1974, рис.5-36 на, с.236). С учетом площади сечения затрубного пространства соответствующий расход жидкости составляет 8,3 л/с на 2-й скорости насосного агрегата 4АН-700 при плунжере диамегром 100 мм.

2005167 (6)

Нфи

А> д(1) Г rc (9)

1, r

F=Ма (2) а =Aв2 (3) F = ЛPS, (4) Для изменения гидродинамического давления с целью исключения приспособляемости породы скорость закачки вначале увеличивают от цикла к циклу. а затем уменьшают в следующей последовательности: 1,2; 1,3; 1.4; 1.5; 1,4; 1,3; 1,2 м/с, всего

7 циклов, При необходимости продолжения воздействия иэ данной последовательности производят случайную выборку. Тогда максимальный расход воды (при скорости жидкости 1,5 м/с) составит 10,4 л/м, для получения которого работают на 3-й скорости насосного агрегата. Соответствующие скорости жидкости в колонне НКТ выше в

2,2, т.е. во столько раэ, во сколько раз площадь сечения затрубного пространства больше площади внутреннего сечения НКТ, Во столько раз больше и высота газовой пачки, передавленной из затрубного пространства в полость НКТ, в трубах, чем в эатрубном пространстве. Плотность воды

1000 кг/м, средняя плотность пород геолоз гического разреза 2500 кг/м, средняя температура у башмака НКТ 125 С, средняя температура в скважине 72ОС.

Для определения необходимой высоты воздушной пачки записывает в общем виде условие превышения амплитуды возбужденных колебаний (А) породы на внешней границе этой зоны над ее средневзвешенн ым размером зерен (д ) При возбуждении в пласте колебаний вышележащий массив пород массой (M) испытывает малые вертикальные смещения под действием силы (F), вызывающей колебательные ускорения массива (а) Известно, что ускорение колебательного движения (а) связано с амплитудой колебаний (А) и частотой (и ) следующим образом:

Силу F можно представить в виде произведения где Л P — амплитуда давления в пласте, S— поверхность пласта по простиранию, воспринимающая давление Л P.

Масса вышележащих пород

M = Hp >S, (5) где Н вЂ” глубина массива до кровли пласта, р и — средняя плотность пород массива.

Представляя (5) в (2) и приравнивая (4), находим

Представляя (6) в (1), находим, что амплитуда колебаний давления на внешней гра-. нице зоны пониженной проницаемости должна удовлетворять условию

15 h HP,® () Интенсивность колебаний, возбуждаемых в скважине (lc), сильно уменьшается с увеличением расстояний (r) от скважины вглубь пласта согласно соотношению — — — ехр(— а(г — г, )), (8)

1r « rc с где rc — радиус скважины; а — коэффициент затухания(см.кн,: Вахитов Г.Г. и др. Использование физических полей для извлечения нефти из пластов. M., Недра, 1985. с.112).

Величина коэффициента а для малых

30 частот колебаний, что имеет место в рассматриваемой технологии, практически равна нулю (см,кн,: Уайт Дж.Э, Возбуждение и распространение сейсмических волн, М.:

Недра, 1986, с,137), Поэтому вместо выра35 жения (8) можно записать

40 Учитывая, что интенсивность определяется амплитудой колебаний давления, вместо выражения (9) можно написать

45 — — — (10) ЛР i/rc

Рс

Из выражения (10) находим

ЛР ЛР 1/гс

Из выражений (7) и (11) определяем

ЛF с > НРпи) д — (12) гс

Таким образом, амплитуда колебаний давления в скважине должна удовлетворять условию (12). В предложенном способе амплитуда колебаний давления складывается из суммы давления силы всплытия воздуш12

2005167

„гтоо

0,06

Таким образом, высота газовой пачки у . башмака НКТ должна быть больше 1,4 м.

Вместе с тем, она должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить возможность контроля за циклическим продавливанием по манометрам на устье скважины. Принимая достаточным Pc == 1 МПа, из соо ношения (13) находим, что для этого нужно, чтобы высота hT = 214 м. Принимаем йг = 200 м.

Учитывая,.что Р = 52 МПа, Р = 8 МПа, Т =

=273 + 125 = 398 К, То = 273 + 15 = 288 К, 2о = 1, Z--1,6; из уравнения (17) находим (16) 55 ной пачки в зэтрубном пространстве и полосги HKT.

+2,2hr{Рп -Рг}g =

=-32 h г {pж — pr)g (13) где h "- высота пачки воздуха у башмака НКТ в зэгрубном пространстве; 2,2йг — высота пэ têà воздуха в полости НКТ (см.исходные данные); р г — средняя плотность пачки воздуха у башмака НКТ; g 9,8 м/с, Период одного цикла колебания давления определяется продолжительностью

1ремени прямого и обратного передавливания газовой пачки

-,-, hг „2,2hr 2h< (14) Ч 22Ч . V / -- ".корость продавливэния газовой

i,8 l :и иa aaTpyGHoro пространства а полость

l pó5; 2.,2" .— скорость обратного передавливания (см,исходные данные), Частота обратна периоду колебаний

Подставляя (13) и (15) в (12), определяем потребну;о высоту воздушной пачки в положении у башмака НКТ в затрубном пространстве

Для перехода от высоты пачки воздуха на глубине Н к исходной высоте пачки воздуха (и,) в затрубном пространстве у устья скважины, воспользуемся уравнением Кпапей рона-Менделеева:

ZP0Т

h h 0 Р Т, (17) где Р,, Р и То, Т вЂ” давление и температура у устья скважины и у башмака НКТ; 2 u Zo— коэффициенты сверхсжимэемости воздуха при соответствующих температурах и давлениях, Подставляя в выражение (16) исходные данные, находим:

, з > 5177 х 2500 х 10 х 2,25 (18) г

1х 82 х 288 59о р -60o (19)

l,6 х 8 х 398

Таким образом, исходная высота газовой пачки на устье скважины должна быть не менее 600 м (при Pc = 8 МПа, давлении нагнетания компрессора УПК-8-80 и температуре у устья скважины To = 288 K), Учитывая, что производительность УПК-8-80 составляет 8 м /мин, а объем пачки воздуха

3 высотой 600 м в затрубном пространстве составляет 4.14 м, получаем, что при накачке пачки воздуха в затрубное пространство газокомпрессор должен работать не менее

30 с.

Циклические передавливания воздушной пачки с возвратом ее из одного канала в другой продолжают до получения потенциального притока пластовых флюидов.

Таким образом, достигается эффективное гидроволновое стимулирование пласта с использованием только одной газовой пачки. Для оценки ожидаемого экономического эффекта от использования заявляемого способа в качестве базы сравнения принимаем способ по прототипу. Тогда экономический эффект будет достигаться эа

Счет следующих статей экономии: экономии за счет повышения дебита скважины в результате охвата всей зоны пониженной проницаемости пласта стимулирующим воздействием; экономии за счет уменьшения затрат на компримирование воздуха; зкономии за счет сокращения продолжительности процесса стимулирования пласта. (56) Авторское свидетельство СССР

М t030538, кл. Е 21 В 43/25, 1981, Б.П.Минеев и др. Практическое руководство по испытанию скважин, M.: Недра, 1981, с.118-120.

2005167

Формула изобретения

Составитель В.Калинич

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Король

РеДактор А.Бер

Заказ 3425

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатен га

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПЛАСТА, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) и закачку в один иэ каналов газа и продавочной жидкости с доведением газовой пачки до башмака НКТ и продавливанием ее иэ одного канала в другой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, перед закачкой газа в скважину предварительно определяют размеры зоны пониженной проницаемости пласта вокруг скважины, а процесс продавливания газовой пачки осуществляют циклически с периодическим возвратом ее из одного канала в другой, при этом высоту-газовой пачки выбирают из условия возбуждения

5 на внешней границе зоны пониженной проницаемости пласта колебаний с амплитудой больше средневзвешенного размера зерен породы в этой зоне, à продавливание газовой пачки из одного канала в дру1п гой осуществляют с различной в каждбм цикле скоростью, причем об окончании каждого цикла продавливания газовой пачки судят по падению давления нагнетания продавочной жидкости на величину сум15 марного давления силы всплытия газовой пачки в обоих каналах.