Способ очистки призабойной зоны пласта и установка для его осуществления

Изобретение относится к добывающей промышленности, а именно к методам очистки призабойной зоны скважины. Техническим результатом является повышение качества обработки призабойной зоны пласта, сокращение продолжительности процесса и упрощение операций контроля и регулирования. Способ включает заполнение скважины рабочей жидкостью и неоднократное воздействие на нее чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления, которое ведут до достижения определенного технологического параметра. Предварительно проводят анализ геофизических и/или гидродинамических данных по скважине и с учетом его результатов осуществляют выравнивание профиля притока пласта, которое выполняют с использованием преимущественно ультразвуковых колебаний. Скважину рабочей жидкостью заполняют при атмосферном давлении и с обеспечением над ее зеркалом небольшого по высоте воздушного пространства. Избыточное давление создают сжатым газом, преимущественно воздухом, который подают в указанное воздушное пространство. Продолжительность этапа создания избыточного давления устанавливают менее 0,1 периода резонансной частоты колебаний столба рабочей жидкости, заполняющей скважину. В качестве технологического параметра, определяющего продолжительность процесса воздействия чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления, используют количество жидкости, поступающей из скважины. Процесс воздействия чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления ведут до тех пор, пока объем жидкости, поступившей из скважины, составит не менее 0,01 кубического метра на один погонный метр мощности пласта, которую, как один из основополагающих параметров, определяют при анализе выше указанных данных. Установка включает устьевую арматуру, средство создания избыточного давления, источник электропитания промышленной частоты и грузонесущий электрический кабель. Установка дополнительно снабжена электрически соединенными между собой ультразвуковым генератором и ультразвуковой колебательной системой. Средство создания избыточного давления выполнено в виде емкости со сжатым газом. Ультразвуковой генератор расположен на поверхности земли и подключен к источнику электропитания промышленной частоты и к одному из концов грузонесущего электрического кабеля. Ультразвуковая колебательная система электрически соединена и механически взаимосвязана с другим концом грузонесущего электрического кабеля и образована жестко соединенными между собой источником ультразвуковых колебаний и волноводно-излучающим звеном. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к добывающей промышленности, а именно к методам очистки призабойной зоны скважины, которые базируются на создании периодического депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и скважиной, приводящего к интенсивному передвижению флюида из призабойной зоны пласта в скважину и на дневную поверхность и обеспечивающего, в конечном счете, увеличение гидропроводности системы пласт - скважина.

Известен способ очистки призабойной зоны пласта, при осуществлении которого депрессионный перепад давления в призабойной зоне создают посредством спуска в обсадную колонну скважины герметичной колонны насосно-компрессорных труб и последующего сообщения ее полости с атмосферой [1].

Основным недостатком данного способа является его низкая эффективность, обусловленная наличием большого количества спуско-подъемных операций.

Кроме этого известен способ очистки призабойной зоны пласта, при осуществлении которого депрессионный перепад давления между призабойной зоной пласта и полостью насосно-компрессорных труб создают путем закачки рабочей жидкости в затрубное пространство скважины с обеспечением избыточного давления, которое проводят при закрытии прерывателем полости насосно-компрессорных труб, и последующего стравливания избыточного давления, выполняемого при закрытии на устье полости затрубного пространства и резком открытии прерывателем полости насосно-компрессорных труб. При этом периодические импульсы давления создают в виде затухающей стоячей волны, перемещающейся по полости насосно-компрессорных труб на каждом этапе стравливания давления путем резкого перекрытия полости насосно-компрессорных труб прерывателем в период наиболее интенсивного подъема флюида из скважины, затухающие колебания контролируют по устьевому датчику давления, установленному в полости насосно-компрессорных труб, и прерывают в начальный период депрессионного подъема давления, на уровне призабойной зоны, путем открытия прерывателем полости насосно-компрессорных труб. Причем этапы стравливания, формирования импульсов давления и прерывания последних повторяют до снижения сформированного перепада давления, циклы формирования перепада давления, этапы стравливания с формированием импульсов давления проводят до тех пор, пока текущее время формирования перепада давления, контроль за которым производят на каждом цикле и которое возрастает на первых циклах при одной и той же производительности закачки рабочей жидкости, не сравняется с временем предыдущего цикла [2].

Этот способ реализуется на установке, устьевая арматура которой, оснащенная средством создания избыточного давления, источником электропитания и грузонесущим электрическим кабелем, содержит задвижки затрубного пространства и насосно-компрессорных труб, выкидную линию из насосно-компрессорных труб, установленных в скважине от интервала перфорации до устьевой задвижки и после нее, прерыватель, монтируемый в выкидной линии, привод прерывателя, кран, установленный на затрубной задвижке, наземную сборную емкость. При этом в данной установке внескважинная часть выкидной линии подсоединена к сборной емкости, прерыватель установлен в выкидной линии между скважиной и сборной емкостью, на задвижках устьевой арматуры смонтированы датчики давления в полостях затрубного пространства и насосно-компрессорных труб, а в сборной емкости выполнено отверстие для связи с атмосферой [2].

Данные способ, предусматривающий неоднократное создание перепада давления в призабойной зоне пласта, и установка, посредством которой этот способ реализуется, являются наиболее близкими к предлагаемым и приняты в качестве прототипов.

В сравнении с выше представленным способом и оборудованием, позволяющим его реализовать, они характеризуются меньшим количеством спуско-подъемных операций и позволяют контролировать и регулировать процесс очистки, но при этом имеют значительное количество недостатков.

Во-первых, очистку призабойной зоны пласта проводят без анализа геофизических и гидродинамических данных по обрабатываемой скважине, т.е. осуществляют процесс очистки без выравнивания профиля притока пласта, которое позволило бы в значительной степени сократить продолжительность процесса и увеличить его эффективность.

Во-вторых, полное заполнение скважины рабочей жидкостью и ее непосредственное использование для создания избыточного давления не представляются достаточно экономичными и, усложняя технологию процесса очистки, требуют наличия сложного и материалоемкого оборудования.

В-третьих, контроль за процессом очистки (15-45 циклов закачки рабочей жидкости, на каждом из которых 6-30 раз возбуждают стоячую затухающую волну) является очень сложным, поскольку такое же количество раз (минимум 90) необходимо определить наибольшую скорость излива и начало возврата волны к устью скважины и при этом нужно отслеживать величину давления, а также фиксировать продолжительность закачки рабочей жидкости на каждом цикле его закачки и сравнивать ее с предшествующей.

В-четвертых, при осуществлении данного способа в качестве рабочей жидкости используется техническая вода (обработка нагнетательных скважин) или обезвоженная нефть (обработка добывающих скважин), которые могут содержать традиционно применяемые химические реагенты (поверхностно-активные вещества и растворители). Использование таких реагентов повышает производительность процесса, но не в достаточной степени положительно влияет на качество очистки призабойной зоны пласта.

Вследствие выше перечисленных недостатков данные способ и установка могут быть охарактеризованы как не обеспечивающие требуемой эффективности очистки призабойной зоны пласта.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества обработки призабойной зоны пласта, сокращении продолжительности процесса и в упрощении операций контроля и регулирования.

Указанный технический результат в способе очистки призабойной зоны пласта, включающем заполнение скважины рабочей жидкостью и неоднократное воздействие на нее чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления, которое ведут до достижения определенного технологического параметра, ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ за счет того, что предварительно проводят анализ геофизических и/или гидродинамических данных по скважине и, с учетом его результатов, осуществляют выравнивание профиля притока пласта, которое выполняют с использованием, преимущественно ультразвуковых колебаний, причем скважину рабочей жидкостью заполняют при атмосферном давлении и с обеспечением над ее зеркалом не большого по высоте воздушного пространства, а избыточное давление создают сжатым газом, преимущественно воздухом, который подают в указанное воздушное пространство, при этом продолжительность этапа создания избыточного давления устанавливают не менее 0,1 периода резонансной частоты колебаний столба рабочей жидкости, заполняющей скважину, в качестве технологического параметра, определяющего продолжительность процесса воздействия чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления, используют количество жидкости, поступающей из скважины, а процесс воздействия чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления ведут до тех пор, пока объем жидкости, поступившей из скважины, составит не менее 0,01 кубического метра на один погонный метр мощности пласта, которую, как один из основополагающих параметров, определяют при анализе выше указанных данных.

Этому же способствует и то, что:

- при обработке добывающих скважин в рабочую жидкость преимущественно вводят нанокатализатор, содержащий оксид, по меньшей мере одного, металла из переходной группы;

- нанокатализатор вводят из расчета 20-100 грамм на тонну рабочей жидкости;

- заполнение скважины рабочей жидкостью ведут до тех пор, пока расстояние от ее зеркала до дневной поверхности по своей величине будет не менее восьми и не более шестнадцати внутренних диаметров обсадной колонны скважины;

- начальная величина создаваемого избыточного давления составляет не менее 40 атмосфер;

- выравнивание профиля притока пласта ведут до тех пор, пока разница в притоках отдельных пропластков составит не более 25%;

- для выравнивания профиля притока пласта используют ультразвуковые колебания с постоянными и/или изменяющимися акустическими параметрами;

- в процессе выравнивания профиля притока пласта и/или после его завершения осуществляют дополнительное измерение, например геофизических и/или гидродинамических параметров скважины и проводят их анализ.

Указанный технический результат в установке для очистки призабойной зоны пласта, включающей устьевую арматуру, средство создания избыточного давления, источник электропитания промышленной частоты и грузонесущей электрический кабель, ДОСТИГАЕТСЯ за счет того, что она дополнительно снабжена электрически соединенными между собой ультразвуковым генератором и ультразвуковой колебательной системой, а средство создания избыточного давления выполнено в виде емкости со сжатым газом, при этом ультразвуковой генератор расположен на поверхности земли и подключен к источнику электропитания промышленной частоты и к одному из концов грузонесущего электрического кабеля, а ультразвуковая колебательная система электрически соединена и механически взаимосвязана с другим концом грузонесущего электрического кабеля и образована жестко соединенными между собой источником ультразвуковых колебаний и волноводно-излучающим звеном

Этому же способствует и то, что:

- мощность ультразвукового генератора составляет не менее 1 кВт;

- нижний предел частотного диапазона ультразвуковой колебательной системы составляет не менее 16 кГц;

- источник ультразвуковых колебаний образован, по меньшей мере, двумя, преимущественно однотипными и соосно расположенными, ультразвуковыми преобразователями стержневого типа;

- ультразвуковой преобразователь выполнен из материала, обладающего эффектом магнитострикции;

- волноводно-излучающее звено выполнено преимущественно из титана или из сплава на его основе;

- волноводно-излучающее звено выполнено в виде цилиндра с продольной полостью;

- волноводно-излучающее звено установлено соосно с ультразвуковыми преобразователями и расположено между ними;

- емкость для создания избыточного давления образована, по меньшей мере, одним баллоном со сжатым газом.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 - представлена блок-схема установки на стадии полной готовности к осуществлению процесса очистки;

на фиг.2 - показан профиль притока пласта, построенный по результатам анализа геофизических и гидродинамических данных по обрабатываемой скважине;

на фиг.3 - представлена блок-схема установки на стадии ультразвуковой обработки нефтенесущего пласта;

на фиг.4 - показан профиль притока пласта после ультразвуковой обработки;

на фиг.5 - представлена блок-схема установки на стадии завершения заливки рабочей жидкости в скважину и создания избыточного давления;

на фиг.6 - представлена блок-схема установки на стадии излива жидкости из скважины.

На чертежах позициями обозначены:

1 - дневная поверхность;

2 - нефтенесущий пласт;

3 - зумф скважины;

4 - обсадная колонна;

5 - перфорационное отверстие в обсадной колонне;

6 - уровень флюида;

7 - крышка обсадной колонны;

8 - колонна насосно-компрессорных труб;

9 - воронка;

10 - задвижка;

11 - выкидная линия;

12 - быстродействующий электромеханический клапан;

13 - наземная сборная емкость, сообщенная с атмосферой;

14 - трубопровод линии создания избыточного давления;

15 - датчик;

16 - быстродействующий электромеханический клапан;

17 - газовые баллоны со сжатым воздухом;

18 - предохранительный клапан;

19 - источник электропитания промышленной частоты;

20 - ультразвуковой генератор;

21 - грузонесущий электрический кабель;

22 - лебедка с грузонесущим электрическим кабелем;

23 - верхний ролик;

24 - магнитострикционный преобразователь стержневого типа;

25 - волноводно-излучающее звено;

26 - патрубок для заливки рабочей жидкости;

27 - уровень рабочей жидкости после ее заливки в скважину;

28 - скважинный прибор (источник ультразвуковых колебаний);

29 - нижний ролик;

30 - патрубок.

Ниже приводится пример осуществления предлагаемого способа на нефтедобывающей скважине, не исключающий других вариантов его выполнения в объеме формулы изобретения.

После выполнения подготовительных работ, во время которых скважина оснащается необходимым (см. фиг.1) ультразвуковым оборудованием и устьевой арматурой, проводят анализ геофизических и гидродинамических данных по обрабатываемой скважине и, в случае необходимости, выполняют стандартную операцию свабирования. Для проведения анализа могут быть использованы предшествующие данные или же данные, полученные после завершения подготовительных работ. В результате анализа определяется, по крайней мере, мощность пласта и может быть построен график (см. фиг.2), посредством которого выявляются зоны (пропластки) для наиболее интенсивного ультразвукового воздействия (зоны: А, Б и В) и устанавливаются акустические параметры ультразвуковой обработки.

Затем в скважину (см. фиг.3) через задвижку 10, расположенную на насосно-компрессорных трубах 8, на грузонесущем электрическом кабеле 21, пропущенном с лебедки 22 через нижний 29 и верхний 23 ролики, опускают источник ультразвуковых колебаний 28 и располагают его волноводно-излучающее звено 25 ниже уровня флюида 6 в требуемой зоне нефтеносного пласта 2, например в зоне А. После этого ультразвуковой генератор 20 подсоединяют к источнику электропитания 19 промышленной частоты и, включая его, подают на ультразвуковой генератор электрический ток промышленной частоты (50 Гц). Ультразвуковой генератор преобразует его в ультразвуковую частоту и по кабелю 21 передает его в источник ультразвуковых колебаний 28, в котором он поступает на обмотки возбуждения (на чертежах не показаны) ультразвуковых преобразователей 24. Под действием магнитного поля, создаваемого обмотками возбуждения, ультразвуковые преобразователи 24 начинают совершать продольные колебания с ультразвуковой частотой, которые и передаются волноводно-излучающему звену 25, представляющему собой цилиндрический стержень с продольной полостью, который изготовлен из титана. Продольные колебания преобразователей 24, поступающие в волноводно-излучающее звено 25, преобразуются им в радиальные колебания его боковой поверхности (на фиг.3 показано стрелками), которые распространяются через жидкость, заполняющую скважину, и разрушают адсорбционные связи кольматанта, загрязняющего пласт, который за счет депрессии выносится в скважину и тем самым выравнивается профиль притока.

По истечении соответствующего времени ультразвукового воздействия в зоне А отключают ультразвуковой генератор 20, перемещают источник ультразвуковых колебаний 28 в зону Б, снова включают ультразвуковой генератор и проводят ее ультразвуковую обработку. После завершения обработки зоны Б источник ультразвуковых колебаний 28 перемещают в зону В и производят ее обработку. После ультразвуковой обработки зоны В (см. фиг.4) профиль притока выравнивается и разница в притоках отдельных пропластков составляет не более 25%.

Следует отметить, что ультразвуковой обработке можно подвергнуть и другие зоны нефтенесущего пласта, а также и то, что при осуществлении предлагаемого способа для обеспечения его минимальной продолжительности мощность ультразвукового генератора должна составлять не менее 1 кВт, а нижний предел частотного диапазона ультразвуковой колебательной системы должен быть не ниже 16 кГц.

После завершения полного цикла ультразвуковой обработки призабойной зоны нефтенесущего пласта (см. фиг.5) источник ультразвуковых колебаний 28 извлекают из скважины.

Затем при закрытых баллонах 17 и клапанах 12, 16 и 18 и при открытых задвижках 10 скважину через патрубок 26 заполняют рабочей жидкостью. При этом заполнение скважины ведут до тех пор, пока расстояние от зеркала 27 рабочей жидкости до крышки 7 обсадной колонны по своей величине не будет равно 16-8 внутренним диаметрам обсадной колонны 4 скважины, что эквивалентно 1-2 метрам. После этого закрывают задвижки 10 и открывают баллоны 17, которые заполнены сжатым воздухом и сообщаются между собой.

Затем открывают быстродействующий электрический клапан 16 (время открытия и закрытия клапана менее 1 секунды) и тем самым над зеркалом 27 рабочей жидкости (см. фиг.6) создают избыточное давление, величина которого изначально должна быть не менее 40 атмосфер. Клапан 16 в открытом состоянии (этап создания избыточного давления) выдерживают в течение времени, не превышающем 0,1 половины периода резонансной частоты колебаний столба рабочей жидкости. По истечении этого времени, достаточного для создания избыточного давления в 40 атмосфер, которое контролируется датчиком 15, закрывают клапан 16.

Под воздействием избыточного давления уровень зеркала 27 рабочей жидкости опускается вниз по скважине. По достижению им его нижней точки (минимального давления над зеркалом) открывают быстродействующий электрический клапан 12 (время открытия и закрытия клапана менее 1 секунды) и тем самым в пространстве над зеркалом 27 сбрасывают минимальное избыточное давление. Клапан 12 в открытом состоянии (этап стравливания избыточного давления) выдерживают до тех пор, пока давление воздуха в скважине не сравняется с атмосферным и не произойдет излив жидкости из скважины.

На этапе создания избыточного давления уровень зеркала 27 опускается вниз по скважине, а на этапе стравливания избыточного давления жидкость, заполняющая скважину по всей ее высоте (см. фиг.6), устремляется вверх (изливается в наземную сборную емкость 13) и увлекает за собой ту жидкость (пластовый флюид), которая находится в порах нефтенесущего пласта, чем и обеспечивается его дальнейшая очистка, следующая в своей очередности за ультразвуковой.

После окончания излива данной порции жидкости из скважины клапан 12 закрывают и открывают клапан 16, вновь создавая избыточное давление над зеркалом 27 синхронно с периодом резонансной частоты.

В целом же процесс воздействия чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления ведут до тех пор, пока объем жидкости, поступившей из скважины в сборную емкость 13, будет равен расчетному (определяется при анализе данных по скважине) и составит не менее 0,01 кубического метра на один погонный метр мощности пласта.

При осуществлении предлагаемого способа в качестве рабочей жидкости можно использовать, например, техническую воду при обработке нагнетательных скважин, а для добывающих скважин - обезвоженную нефть. Для обеспечения более высокой производительности процесса рабочая жидкость может содержать традиционно применяемые химические реагенты (поверхностно-активные вещества и растворители). Для повышения же качества очистки призабойной зоны пласта, что является наиболее эффективным при обработке добывающих скважин, в рабочую жидкость целесообразно ввести и нанокатализатор, например, на основе железа и/или молибдена и/или других переходных металлов, который берут из расчета 20-100 грамм на тонну рабочей жидкости. В качестве такого нанокатализатора можно использовать оксид железа или оксид молибдена, или же композицию из оксида молибдена, оксида кобальта, оксида никеля и оксида железа, взятых в соотношении 1:1:1:3 или в соотношении 1,5:1,5:2:1.

Сопоставительный анализ известных и предлагаемых технических решений показывает значительные преимущества последних, т.к. они существенно увеличивают продуктивную мощность пласта (работает весь пласт, а не отдельные его участки) и характеризуются простотой контроля технологических параметров.

Источники информации

1. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М.: Недра, 1990 г, с.46-47.

2. Патент РФ на изобретение №2159326, МПК Е21В 43/25, 2000 г.

1. Способ очистки призабойной зоны пласта, включающий заполнение скважины рабочей жидкостью и неоднократное воздействие на нее чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления, которое ведут до достижения определенного технологического параметра, отличающийся тем, что предварительно проводят анализ геофизических и/или гидродинамических данных по скважине и с учетом его результатов осуществляют выравнивание профиля притока пласта, которое выполняют с использованием преимущественно ультразвуковых колебаний, причем скважину рабочей жидкостью заполняют при атмосферном давлении и с обеспечением над ее зеркалом небольшого по высоте воздушного пространства, а избыточное давление создают сжатым газом, преимущественно воздухом, который подают в указанное воздушное пространство, при этом продолжительность этапа создания избыточного давления устанавливают менее 0,1 периода резонансной частоты колебаний столба рабочей жидкости, заполняющей скважину, в качестве технологического параметра, определяющего продолжительность процесса воздействия чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления, используют количество жидкости, поступающей из скважины, а процесс воздействия чередующимися этапами создания и стравливания избыточного давления ведут до тех пор, пока объем жидкости, поступившей из скважины, составит не менее 0,01 м³ на один погонный метр мощности пласта, которую как один из основополагающих параметров определяют при анализе выше указанных данных.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке добывающих скважин в рабочую жидкость преимущественно вводят нанокатализатор, содержащий оксид, по меньшей мере, одного металла из переходной группы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что нанокатализатор вводят из расчета 0,1-100 г на тонну рабочей жидкости.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполнение скважины рабочей жидкостью ведут до тех пор, пока расстояние от ее зеркала до дневной поверхности по своей величине будет не менее восьми и не более шестнадцати внутренних диаметров обсадной колонны скважины.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальная величина создаваемого избыточного давления составляет не менее 40 атм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что выравнивание профиля притока пласта ведут до тех пор, пока разница в притоках отдельных пропластков составит не более 25%.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выравнивания профиля притока пласта используют ультразвуковые колебания с постоянными и/или изменяющимися акустическими параметрами.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе выравнивания профиля притока пласта и/или после его завершения осуществляют дополнительное измерение, например, геофизических и/или гидродинамических параметров скважины и проводят их анализ.

9. Установка для очистки призабойной зоны пласта, включающая устьевую арматуру, средство создания избыточного давления, источник электропитания промышленной частоты и грузонесущий электрический кабель, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена электрически соединенными между собой ультразвуковым генератором и ультразвуковой колебательной системой, а средство создания избыточного давления выполнено в виде емкости со сжатым газом, при этом ультразвуковой генератор расположен на поверхности земли и подключен к источнику электропитания промышленной частоты и к одному из концов грузонесущего электрического кабеля, а ультразвуковая колебательная система электрически соединена и механически взаимосвязана с другим концом грузонесущего электрического кабеля и образована жестко соединенными между собой источником ультразвуковых колебаний и волноводно-излучающим звеном.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что мощность ультразвукового генератора составляет не менее 1 кВт.

11. Установка по п.9, отличающаяся тем, что нижний предел частотного диапазона ультразвуковой колебательной системы составляет не менее 16 кГц.

12. Установка по п.9, отличающаяся тем, что источник ультразвуковых колебаний образован, по меньшей мере, двумя преимущественно однотипными и соосно расположенными ультразвуковыми преобразователями стержневого типа.

13. Установка по п.12, отличающаяся тем, что ультразвуковой преобразователь выполнен из материала, обладающего эффектом магнитострикции.

14. Установка по п.9, отличающаяся тем, что волноводно-излучающее звено выполнено преимущественно из титана или из сплава на его основе.

15. Установка по п.9, отличающаяся тем, что волноводно-излучающее звено выполнено в виде цилиндра с продольной полостью.

16. Установка по п.9, отличающаяся тем, что волноводно-излучающее звено установлено соосно с ультразвуковыми преобразователями и расположено между ними.

17. Установка по п.9, отличающаяся тем, что емкость для создания избыточного давления образована, по меньшей мере, одним баллоном со сжатым газом.