Способ стимулирования водоотдачи водоносных горизонтов через эксплуатационные скважины

Изобретение относится к области водоснабжения. Обеспечивает повышение эффективности способа. Сущность изобретения: по способу для восстановления производительности артезианских скважин на воду или аналогичных технологических скважин путем электровоздействия на водоносный горизонт через эти эксплуатационные скважины проводят сбор данных, относящихся к закольматированности, пескованию и заиленности скважин, статическому уровню воды, породе водоносного горизонта и удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважин в водоносном горизонте. Для воздействия отбирают скважину, удовлетворяющую следующей совокупности данных: наличие закольматированности в призабойной зоне скважины, статического уровня воды выше кровли водоносного горизонта, запескованности или заиленности не выше подошвы водоносного горизонта. На этапе воздействия осуществляют мониторинг амплитуды импульсного тока и его производной по времени. Режим электрообработки устанавливают с определенной длительностью импульсов и определенным напряжением. При этом длительность импульсов устанавливают в зависимости от породы водоносного горизонта, а напряжение - в зависимости от удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважины в водоносном горизонте. Воздействие прекращают при достижении производной амплитуды импульсного тока по времени нулевого значения. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области водоснабжения, а точнее касается способам восстановления производительности артезианских скважин на воду или аналогичных технологических скважин путем электровоздействия на водоносный горизонт через эти эксплуатационные скважины.

Известен способ изменения проницаемости горной массы при подземном выщелачивании, заключающийся в том, что для необратимого увеличения производительности скважин путем повышения проницаемости их призабойной зоны производится электрообработка скважин импульсным электрическим током с превышением пороговой плотности тока (RU 2089727 С1, кл. 6 Е21В 43/28, 1990 г.).

Этот способ ограничен только превышением порогового уровня плотности тока, не ставит и не решает проблем: оптимальных режимов, повышения его успешности, а именно отбора адекватных скважин для электрообработки, применяемые формулы не достаточно точны вследствие их неконкретности, в первую очередь из-за большого разброса значений входящих в них параметров, в частности коэффициент «k», входящий в формулу критической (пороговой) плотности тока, дан в интервале от 0,001 до 0,5.

Известен способ повышения продуктивности нефтяных скважин, заключающийся в том, что для повышения производительности водяных скважин осуществляют электровоздействие на прифильтровую зону скважины разнополярными пачками однополярных импульсов тока с паузами между пачками при предварительном определении мощности импульса Р (RU 2211919 С2, кл. 7 Е21В 43/25, 2001 г.)

Однако этот известный способ не ставит и не решает задачи повышения успешности и эффективности электровоздействия, приводимые расчетные формулы не обладают необходимой адекватностью и точностью. Например, в формуле для расчета мощности ряд коэффициентов определен некорректно, к примеру температура газовыделения из пластовой жидкости - ?! Известно, что газ и пар выделяются из жидкостей при любых температурах и даже из твердых тел. Расчет P₁ ориентирован на теплопередачу в пласте (С_р - теплопроводность пласта). В действительности процесс ориентирован на нагрев кольматанта или жидкости только в наиболее узких местах (т.е. малое выделение тепла) поровых каналов, вызывающих только в них резкое выделение газа и пара, приводящее к прекращению выделения тепла в данном узком месте поры породы пласта или к разрушению кольматанта в узких местах пор призабойной зоны скважины. Температура пласта (в том числе в призабойной зоне скважины) и пластовой жидкости при этом, в целом, при приводимых параметрах практически не меняется, что подтверждается и в лабораторных экспериментах и путем расчетов, и в промышленных испытаниях. Вследствие этого в расчетной формуле для P₁ разность температур равна нулю и формула теряет смысл. Но P₁ - сомножитель в формуле для расчета мощности импульса Р. Следовательно, мощность импульса равна нулю, что создает проблему с реализацией данного известного способа.

Известен способ повышения проницаемости призабойной зоны нефтеносного пласта (RU 2208146 С1, кл. 7 Е21В 43/23, 2002 г.). Имеется в виду призабойная зона нефтяной или артезианской (водяной) скважины. В данном способе для повышения проницаемости призабойной зоны скважины производится ее электрообработка импульсным электрическим током.

Однако этот способ ограничен определением некоторых параметров: длительности импульсов тока (возможно средней, исходя из средних значений справочных параметров, входящих в формулу для этой длительности), минимальной (только!) допустимой плотности тока, максимальным (только!) временем проведения электрообработки. Остается неопределенным использование этих параметров. Способ не ставит и не решает проблем: оптимальных режимов, повышения успешности путем отбора адекватных для электрообработки скважин.

Известен способ повышения производительности водяной скважины путем воздействия на прифильтровую зону скважины разнополярными импульсами тока (патент РФ №2135744).

Наиболее близким решением является способ повышения производительности эксплуатационных артезианских и гидрологических скважин (патент РФ №2120031), который включает воздействие на прифильтровую зону по меньшей мере одной водяной скважины разнополярных электрических импульсов. Импульсы пропускают без пауз между положительными и отрицательными импульсами. Величину длительности импульсов последовательно меняют от минимального до максимального значения с постоянным шагом. Импульсы подают источником напряжения, а выходной ток измеряют и регулируют.

Однако эффективность (и успешность) известного технического решения электрического воздействия не высока, так как электрическое воздействие может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на проницаемость водяного пласта в прифильтровой зоне. Успешность (и эффективность) от прилагаемого воздействия зависит от адекватности (определяется адекватностью) прилагаемого электрического воздействия составу и характеру пород, состоянию скважин.

В основу изобретения положена задача создать способ водозабора (водоотбора) из водоносных горизонтов через эксплуатационные скважины, который позволял бы восстанавливать производительность эксплуатационных артезианских скважин на воду или аналогичных технологических скважин за счет адекватности прилагаемого электрического воздействия составу и характеру пород, состоянию скважин.

Техническим результатом является повышение эффективности (успешности) электровоздействия.

Поставленная задача решается тем, что способ стимулирования водоотдачи водоносного горизонта через эксплуатационные скважины (увеличения водозабора через скважины) путем электрообработки водоносного горизонта воздействием разнонаправленных электрических импульсов на прифильтровую зону скважины содержит дополнительный этап сбора данных, относящихся к закольматированности, пескованию и заиленности скважин, статическому уровню воды, породе водоносного горизонта и удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважин в водоносном горизонте, а для воздействия отбирают скважину, удовлетворяющую следующей совокупности данных: наличие закольматированности в призабойной зоне скважины, статического уровня воды выше кровли водоносного горизонта, запескованности или заиленности не выше подошвы водоносного горизонта, на этапе воздействия осуществляют мониторинг амплитуды импульсного тока и его производной по времени, устанавливают режим длительностью импульсов и напряжением, при этом длительность импульсов устанавливают в зависимости от породы водоносного горизонта, а напряжение - в зависимости от удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважины в водоносном горизонте, и прекращают воздействие при достижении производной амплитуды импульсного тока по времени нулевого значения.

Длительность импульсов устанавливают в диапазоне 1-20 мс в зависимости от размеров пор в прилегающей к скважине части призабойной зоны, причем для мелкозернистых и мелкотрещиноватых пород устанавливают минимальные длительности.

Напряжение устанавливают в диапазоне 100-400 В в зависимости от удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважины в водоносном продуктивном горизонте, причем для небольших удельных сопротивлений для породы водоносного горизонта устанавливают минимальные напряжения.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно проводят обоснованный отбор эксплуатационных скважин для электрообработки водоносного горизонта. На этом этапе осуществляют сбора данных, относящихся к закольматированности, пескованию и заиленности скважин, статическому уровню воды, породе водоносного горизонта и удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважин в водоносном горизонте.

Для воздействия отбирают эксплуатационную скважину, удовлетворяющую следующей совокупности данных: наличие закольматированности в призабойной зоне скважины, статического уровня воды выше кровли водоносного горизонта, запескованности или заиленности не выше подошвы водоносного горизонта.

Наличие закольматированности в призабойной зоне может быть определено, например, по снижению удельного дебита скважин «q» (q=Q/(H-h), здесь: Q - дебит скважины, Н - статический уровень, h - динамический уровень).

Наличие закольматированности в призабойной зоне может быть определено, например, по изменению проницаемости пород в призабойной зоне путем взятия керна пород перед электрообработкой и сравнением его проницаемости с первичной.

Строго математически установлено, что увеличение проницаемости породы в призабойной зоне электрообрабатываемой скважины даже до 10 раз в радиусе до 10 м (что трудно достижимо практически) дает незначительное увеличение дебита скважины (Рыбаков А.Д., Селяков В.И., «О возможности увеличения производительности скважины электрообработкой», Деп. ВИНИТИ №2095-90.30.08.90.№7 (165) М., 1990). Иными словами, проводить электрообработку следует только на значительно закольматированных скважинах.

Экспериментально также установлено, что увеличивать проницаемость водоносного горизонта даже в 10 раз в призабойной зоне радиусом даже до 10 метров незакольматированной скважины не имеет практического смысла.

Снижение статического уровня воды ниже кровли водоносного горизонта лишает скважину эксплуатационных свойств.

Запескованность или заиленность выше подошвы водоносного горизонта резко увеличивает гидравлическое сопротивление скважины и она резко снижает дебит.

На отобранной скважине устанавливают аппаратуру для осуществления электрического воздействия - генератор разнонаправленных электрических импульсов, и электронную аппаратуру для мониторинга амплитуды импульсного тока и его производной.

Электрическое воздействие прикладывают через устье отобранной скважины или отобранной и дополнительной скважины, например неэксплуатационной.

Режим электрообработки определяется длительностью импульсов и напряжением.

Длительность импульсов устанавливают в зависимости от породы водоносного горизонта, а напряжение - в зависимости от удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважины в водоносном горизонте.

Длительность импульсов может варьироваться в диапазоне 1-20 мс, а напряжение - в диапазоне 100-400 В.

Выбор длительности импульсов зависит от размеров пор в прилегающей к скважине части призабойной зоны.

Для мелкозернистых и мелкотрещиноватых пород, например для мелкозернистых песчаников, устанавливают минимальные длительности (определено экспериментально), например, порядка 1-5 мс.

Выбор напряжения зависит от удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважины в водоносном продуктивном горизонте.

Для небольших удельных сопротивлений для породы водоносного горизонта, например для крупнозернистых песчаников, устанавливают минимальные напряжения (определено экспериментально), например, порядка 100-150 В.

В процессе электрообработки осуществляют мониторинг, при котором наблюдают рост амплитуды импульсного тока и одновременно спад ее производной по времени dIa/dt, где Ia - амплитуда импульсного тока, t - время.

Электрообработку прекращают при достижении производной нулевого значения.

dIa/dt=0 соответствует максимальной амплитуде импульсного тока и соответственно максимальной фильтрации через призабойную зону, т.е. ее восстановлению ее проницаемости до начальной (проектной).

Предварительный отбор скважин для электровоздействия без включения в него скважин без кольматации, со значительным пескованием и без сильного «запредельного» спада статического уровня, а также адекватные параметры режима воздействия: длительность импульсов, напряжение и оптимальное время окончания электровоздействия приводят к существенному повышению успешности и эффективности электрообработок скважин на воду.

Ниже приведены примеры промышленных испытаний способа согласно изобретению.

Пример 1. Способ был экспериментально применен в скважине №3, глубиной 145 метров, принадлежащей Братцевскому ППО, Луневской птицефабрики. Скважина №3 была отобрана для электрообработки по снижению удельного дебита в 3 раза при статическом уровне выше водоносного горизонта и минимальном песковании, при котором песок в скважине находился значительно ниже подошвы водоносного горизонта. Параметры скважины №3 при пуске в эксплуатацию: дебит = 29 куб.м/час, статический уровень 67 м, удельный дебит = 1,38 куб.м/час·м. Параметры скважины №3 перед электрообработкой: дебит = 25 куб.м/час, статический уровень 67 м, удельный дебит = 0,47 куб.м/час·м. Параметры скважины №3 после электрообработки: дебит = 36 куб.м/час, статический уровень 67 м, удельный дебит = 1,57 куб.м/час·м.

Параметры воздействия: амплитуда импульсного напряжения в начале воздействия U=150 В, в начале воздействия Ia=150 А, в конце воздействия Ia max=170 А, длительность импульса: 10 мс, скважность: 2. Воздействие закончено при dIa/dt=0.

Пример 2. Способ был экспериментально применен в скважине №1, глубиной 64,5 метра, принадлежащей ПТО ГХ г.Домодедово. Скважина №1 была отобрана для электрообработки по снижению удельного дебита почти в 5 раз при статическом уровне выше водоносного горизонта и минимальном песковании, при котором песок в скважине находился значительно ниже подошвы водоносного горизонта. Параметры скважины №1 при пуске в эксплуатацию: дебит = 55,4 куб.м/час, статический уровень 20,6 м, удельный дебит = 14 куб.м/час·м. Параметры скважины №1 перед электрообработкой: дебит = 15 куб.м/час, статический уровень 25,5 м, удельный дебит = 3 куб.м/час·м. Параметры скважины №1 после электрообработки: дебит = 40 куб.м/час, статический уровень 25,5 м, удельный дебит = 16 куб.м/час·м.

Параметры воздействия: амплитуда импульсного напряжения в начале воздействия U=120 В, в начале воздействия Ia=110 А, в конце воздействия Ia max=130 А, длительность импульса: 15 мс, скважность 2,5. Воздействие закончено при dIa/dt=0.

Пример №3. Способ был применен в скважине №1, глубиной 170 метров, принадлежащей МАП г.Одинцово. Скважина №1 была отобрана для электрообработки по снижению удельного дебита почти в 4 раз при статическом уровне выше водоносного горизонта и минимальном песковании, при котором песок в скважине находился значительно ниже подошвы водоносного горизонта. Параметры скважины №1 при пуске в эксплуатацию: дебит = 72 куб.м/час, статический уровень 42,5 м, удельный дебит = 18 куб.м/час·м. Параметры скважины №1 перед электрообработкой: дебит = 50 куб.м/час, статический уровень 90 м, удельный дебит = 4,17 куб.м/час·м. Параметры скважины №1 после электрообработки: дебит = 36 куб.м/час, статический уровень 90 м, удельный дебит = 18 куб.м/час·м.

Параметры воздействия: амплитуда импульсного напряжения в начале воздействия U=140 В, в начале воздействия Ia=170 А, в конце воздействия Ia max=190 А, длительность импульса: 15 мс, скважность 2,5. Воздействие закончено при dIa/dt=0.

Полученные данные промышленных испытаний подтверждают значительное повышение успешности и эффективности способа, а именно по успешности достигая 100%, по эффективности приближаясь к полному восстановлению производительности скважины (восстановлению удельного дебита), нередко превосходя значение данного параметра скважины при ее запуске в эксплуатацию. Последнее возможно при неполной очистке призабойной зоны от бентонита перед пуском скважины в эксплуатацию.

Предварительные испытания подтверждают необходимость широкого промышленного применения способа повышения производительности скважин на воду.

1. Способ стимулирования водоотдачи водоносного горизонта через эксплуатационные скважины путем электрообработки водоносного горизонта воздействием разнонаправленных электрических импульсов на прифильтровую зону скважины, отличающийся тем, что содержит дополнительный этап сбора данных, относящихся к закольматрованности, пескованию и заиленности скважин, статическому уровню воды, породе водоносного горизонта и удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважин в водоносном горизонте, а для воздействия отбирают скважину, удовлетворяющую следующей совокупности данных: наличие закольматированности в призабойной зоне скважины, статического уровня воды выше кровли водоносного горизонта, запескованности или заиленности не выше подошвы водоносного горизонта, на этапе воздействия осуществляют мониторинг амплитуды импульсного тока и его производной по времени, устанавливают режим электрообработки длительностью импульсов и напряжением, при этом длительность импульсов устанавливают в зависимости от породы водоносного горизонта, а напряжение - в зависимости от удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважины в водоносном горизонте, и прекращают воздействие при достижении производной амплитуды импульсного тока по времени нулевого значения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность импульсов устанавливают в диапазоне 1-20 мс в зависимости от размеров пор в прилегающей к скважине части призабойной зоны, причем для мелкозернистых и мелкотрещиноватых пород устанавливают минимальные длительности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что напряжение устанавливают в диапазоне 100-400 В в зависимости от удельного электрического сопротивления породы призабойной зоны скважины в водоносном продуктивном горизонте, причем для небольших удельных сопротивлений для породы водоносного горизонта устанавливают минимальные напряжения.