Способ интенсификации добычи углеводородов

Изобретение относится к области добычи углеводородов, предпочтительно нефти, и может быть использовано при бурении скважин, предпочтительно промысловых, на суше и на акватории, а также при извлечении нефти из пласта. Обеспечивает сокращение времени ввода в эксплуатацию скважины при одновременном повышении эффективности разработки залежи углеводородов. Сущность изобретения: по способу осуществляют бурение скважины с регистрацией в процессе бурения энергетического или амплитудно-частотного спектра фона Земли. Область залежи обрабатывают упругими резонирующими колебаниями, обусловленными движением бурового раствора и вращением породоразрушающего инструмента. В качестве последнего принимают винтовой забойный двигатель или редукторный турбобур со скоростью вращения не свыше 100 об/мин. При этом частоты колебаний и продолжительность обработки ими залежи подбирают таким образом, чтобы получить резонансный эффект с резким снижением давления в зоне создания резонанса. 11 з. п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области добычи углеводородов, предпочтительно нефти, и может быть использовано при бурении скважин, предпочтительно промысловых, на суше и на акватории, а также при извлечении нефти из пласта.

В дальнейшем при описании предложенного способа будут использованы следующие термины и понятия:

- резонирующая частота любой открытой или полуоткрытой гидроакустической системы - характеристика указанной системы, определяемая ее физико-реологическими параметрами и создающая условия для резонансных эффектов при взаимодействии со спектром частот генератора колебаний - внешнего источника резонансных частот;

- проницаемость нефтяной фазы в околоскважинной области, включая зону кольматации, - функция переменной пористости пласта и физикореологических процессов, реализуемых в структурах различных горных пород.

Известен способ бурения скважин (RU, патент 2002024, Е 21 В 7/00, 1993). Согласно известному способу приводят во вращение породоразрушающий инструмент при одновременной подаче на забой скважины промывочной жидкости (бурового раствора), циркулирующей в замкнутой гидравлической системе, в которой на забое генерируют колебания от внешнего источника, причем вращение породоразрушающего инструмента производят с постоянной частотой, пропорциональной нагрузке на нем и расходу промывочной жидкости, при этом на забое создают вынужденные колебания, фаза которых совпадает с фазой собственных колебаний гидравлической системы.

Поскольку используемая система имеет несколько независимо работающих генераторов колебаний, то получение явления выраженного резонанса достаточно проблематично, что приводит к уменьшению заявленного положительного результата - повышения скорости бурения.

Известен также способ бурения скважин (PCT/RU 92/00070), согласно которому вращают породоразрушающий инструмент, создающий в призабойной зоне вынужденные колебания, одновременно подают на забой скважины промывочную жидкость (буровой раствор), циркулирующую в замкнутой гидравлической системе, причем в процессе бурения регулируют частоты колебания давления в замкнутой гидравлической системе промывочной жидкости и поддерживают в призабойной зоне в резонансе частоту вынужденных колебаний с одной из частот колебаний давления жидкости гидравлической системы.

Хотя достижение явления резонанса несколько упрощается, все же в результате реализации способа положительный результат достигается не в полном объеме.

Техническая задача, решаемая посредством предложенного изобретения, состоит в сокращении времени ввода в эксплуатацию скважины при одновременном повышении эффективности разработки залежи углеводородов.

Технический результат, получаемый в результате реализации предложенного способа, состоит в уменьшении себестоимости добытого углеводорода (нефти или газа) за счет сокращения времени ввода скважины в эксплуатацию и повышения дебита скважины.

Для получения указанного технического результата предложено использовать способ интенсификации добычи углеводородов, включающий обработку в процессе бурения области залежи резонирующими колебаниями бурового раствора и породоразрушающего инструмента (с использованием в качестве привода породоразрушающего инструмента винтового забойного двигателя или редукторного турбобура), обусловленными движением бурового раствора и вращением породоразрушающего инструмента, причем указанное вращение породообразующего инструмента осуществляют при скорости не свыше 100 об/мин.

Обычно регулирование колебаний осуществляют изменением скорости прокачиваемого бурового раствора и/или изменением расхода прокачиваемого бурового раствора, или изменением характеристик прокачиваемого бурового раствора (вязкость, плотность, напряжения сдвига, градиента скоростей и т.д.), или изменением осевой нагрузки на буровой инструмент. Указанную обработку могут осуществлять как в области эксплуатационной скважины при ее бурении, так и в области технологической скважины в процессе использования эксплуатационной скважины. В случае обработки в области технологической скважины в нее вместо бурового раствора могут закачивать растворы органических соединений. При этом желательно использовать органические соединения, не ухудшающие экологическую обстановку в области разработки залежи. Предпочтительно наличие резонирующих колебаний совместно с вынужденными колебаниями определяют с использованием анализа суммарного амплитудно-частотного спектра колебаний, а наличие резонансных эффектов определяют по изменению скорости бурения или по изменению величины дебита скважины и нефтеотдачи пласта.

Предпочтительно использовать анализ спектров, поскольку это позволяет оперативно реагировать на изменения условий бурения или эксплуатации скважины. Известность значительного количества датчиков колебаний, предназначенных для работы с различными областями частот, позволяет быстро и оперативно зарегистрировать энергетический спектр колебаний в земной коре, а наличие соответствующего программного обеспечения позволяет быстро преобразовать полученный энергетический спектр колебаний в амплитудно-частотный спектр. При необходимости возможно использование дополнительных генераторов колебаний, максимально приближенных к забою скважины.

Экспериментально установлено, что эффект от обработки резонирующими колебаниями проявляется после периодических (от часов до несколько суток) воздействий и может действовать в течение от одного до нескольких месяцев в зависимости от геологических особенностей залежи и энергетических характеристик резонансного эффекта. Это обусловлено тем, что при бурении эксплуатационных и технологических скважин с применением воздействия резонирующими колебаниями происходит активация разбуриваемых пород и залежи углеводородов (в частности, продуктивных пластов), сопровождаемая качественными изменениями состояния залежи, проявляемыми как в процессе, так и после окончания бурения. Это позволяет использовать бурение скважин (эксплуатационных и технологических) для изменения состояния разбуриваемых пород и залежи углеводородов. При этом происходит изменение скорости фильтрации углеводорода, поскольку при воздействии резонансных колебаний происходит разрушение структуры вязкопластичных и вязкоупругих жидкостей, что приводит к приобретению ими характеристик квазиньютоновых жидкостей, а зоне создания резонанса - резкого снижения давления. Одновременно происходит разрушение структуры поверхностного слоя пор и каверн, содержащих углеводороды. Все вышеизложенное в совокупности приводит к повышению скорости движения углеводородов в направлении скважины и повышает эффективность добычи углеводородов.

В базовом варианте способ реализуют следующим образом.

В области продуктивной залежи на участке, выбранном для добычи углеводорода, бурят технологические и эксплуатационные скважины, расположенные в ячейках сетки разбуривания данной залежи. В процессе бурения скважин регистрируют энергетический или амплитудно-частотный спектры сейсмического фона земли и одновременно генерируют упругие колебания, подбирая вышеуказанными приемами частоты генерируемых колебаний таким образом, чтобы получить резонирующие колебания в призабойной области с получением резонансного эффекта. В том случае, когда не удается с использованием вышеуказанных приемов добиться появления резонирующего эффекта, используют дополнительный генератор колебаний, максимально приближенный к призабойной зоне. Кроме регистрации спектров, наличие резонансного эффекта проверяют по увеличению скорости бурения скважины или увеличению дебита эксплуатационной скважины. В процессе бурения при появлении резонансных явлений происходит вышеуказанная активация продуктивной залежи за счет возникновения резонансного эффекта.

Необходимую продолжительность обработки резонансными колебаниями определяют либо опытным путем по опыту работы на залежи с аналогичными геологическими условиями и с аналогичными свойствами углеводорода, либо расчетным путем с учетом характеристик пласта, характеристик генераторов упругих колебаний, а также характеристик пластовой жидкости.

По мере уменьшения дебита эксплуатационной скважины проводят обработку колебаниями, генерируемыми в зоне технологических скважин. Указанная обработка может быть непрерывной или периодической.

В дальнейшем изобретение будет рассмотрено на следующем примере реализации.

На истощенном Самарском месторождении предложенным способом было проведено испытание данной технологии при использовании в зоне кольматации условий, близких к резонансным эффектам с возбуждаемой резонирующей частотой 30-60 Гц при обработке указанной зоны колебаниями в растворе генератором с вынужденными колебаниями с частотами от 40 до 80 Гц и породоразрушающего инструмента от 30 до 80 Гц. При этом было получено повышение нефтеотдачи залежи до 72%, а вязкость нефти в зоне забоя была близка к вязкости квазиньютоновской жидкости.

Использование предложенного способа позволяет повысить примерно в 3 раза скорость бурения скважин и примерно на 70% повысить нефтеотдачу залежи.

1. Способ интенсификации добычи углеводородов, включающий бурение скважины с регистрацией в процессе бурения энергетического или амплитудно-частотного спектра фона Земли и обработкой области залежи упругими резонирующими колебаниями, обусловленными движением бурового раствора и вращением породоразрушающего инструмента в виде винтового забойного двигателя или редукторного турбобура со скоростью вращения не свыше 100 об/мин, при этом частоты колебаний и продолжительность обработки ими залежи подбирают таким образом, чтобы получить резонансный эффект с резким снижением давления в зоне создания резонанса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование колебаний осуществляют изменением скорости прокачиваемого бурового раствора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование колебаний осуществляют изменением расхода прокачиваемого бурового раствора.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование колебаний осуществляют изменением характеристик прокачиваемого бурового раствора.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование колебаний осуществляют изменением осевой нагрузки на буровой инструмент.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что обработку осуществляют в области эксплуатационной скважины.

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что обработку осуществляют в области технологической скважины.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в технологические скважины закачивают растворы органических соединений.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что наличие резонирующих колебаний определяют с использованием анализа суммарного энергетического спектра колебаний в земной коре.

10. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что наличие резонирующих колебаний совместно с вынужденными колебаниями определяют с использованием анализа суммарного амплитудно-частотного спектра колебаний.

11. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что наличие резонансных эффектов определяют по изменению скорости бурения.

12. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что наличие резонансных эффектов определяют по изменению величины дебита скважины и нефтеотдачи пласта.