Устройство волнового воздействия на залежь полезных ископаемых

Авторы патента:

E21B47/00 - Исследование буровых скважин (регулирование давления или потока бурового раствора E21B 21/08; геофизический каротаж G01V)

E21B43/16 - способы усиленной добычи для получения углеводородов (формирование трещин или разрывов E21B 43/26; добыча шлама E21B 43/29; восстановление загрязненной почвы на месте B09C)

Владельцы патента RU 2582359:

Сарапулов Юрий Александрович (RU)

Изобретение относится к области разработки залежей полезных ископаемых, а именно к их интенсификации волновым воздействием. Задача изобретения - интенсификация добычи полезного ископаемого. Устройство содержит не менее одной нагнетательной и не менее одной добывающей скважины, заполненных технологической жидкостью для формирования непрерывной жидкой среды между выходом каждой нагнетательной скважины и входом не менее чем одной добывающей скважины. Источник волнового воздействия в каждой добывающей скважине выполнен в виде погружного насоса с блоком управления его мощностью, вход которого связан с выходом блока управления источниками волнового воздействия. Источник волнового воздействия в нагнетательной скважине выполнен в виде регулятора расхода жидкости, размещенного на входе нагнетательной скважины совместно с расходомером. Выход расходомера связан со входом блока управления источниками воздействия. Вход регулятора расхода жидкости соединен с выходом блока управления источниками волнового воздействия. Выход не менее одной добывающей скважины связан через вновь введенный измерительный блок, включающий датчики количества и/или качества добываемых полезных ископаемых, со входом блока управления источниками волнового воздействия, образуя канал обратной связи управления волновым воздействием. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области разработки залежей полезных ископаемых, извлекаемых в жидкой фазе, а именно к устройствам волнового воздействия на продуктивные пласты для интенсификации добычи и увеличения конечной отдачи участков залежей с трудно извлекаемыми или блокированными запасами полезных ископаемых. К полезным ископаемым, извлекаемым в жидкой фазе, относятся, в частности, углеводороды, а также растворы солей металлов, добываемых методом выщелачивания.

Известны системы волнового воздействия на пласт, включающие источники воздействия, размещенные в специально созданных для этого скважинах. Например, в скважине на уровне продуктивного пласта размещается виброакустический скважинный излучатель (патент РФ 2267601, приоритет 28.12.2006), который последовательно осуществляет высокочастотное и низкочастотное виброакустическое воздействие на призабойную зону пласта в процессе добычи нефти.

Другое известное устройство для стимуляции работы нефтегазовых скважин включает геофизический кабель для спуска устройства и состоит из приборной головки, пускового механизма, депрессионного снаряда в виде двух и более приемных клапанных фильтров, соединенных между собой депрессионными камерами с атмосферным давлением, и манометрического блока (патент РФ 235277, приоритет 08.05.2007).

В еще одном известном устройстве источник воздействия состоит из корпуса с открытым торцом, последовательно расположенных внутри него слоев смеси, включающей твердое горючее и твердый окислитель с насыпной плотностью заряжания, образующих заряд, и капсюля-воспламенителя, расположенного у открытого торца корпуса. При этом слои смеси имеют различную пористость и возможность реализации ими конвективного горения с различной скоростью. Применение устройства (после поджига зарядов) обеспечивает возможность последовательного конвективного горения слоев зарядов с созданием последовательно чередующихся импульсов сжатия (патент РФ 2344282, приоритет 31.05.2006).

Также используют источник воздействия переменным давлением, размещаемый в скважине на уровне продуктивного пласта, состоящий из плунжера, соединенного с камерой, полость которой сообщается с продуктивным пластом. При перемещении плунжера из одного положении в другое в камере создаются периодические депрессии и репрессии (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М.: Недра, 1990, с. 106-109).

Основным недостатком таких устройств является раздельная реализация источника воздействия и добывающего оборудования, что проявляется в необходимости бурения специальных скважин для размещения источника воздействия, или прекращения эксплуатации добывающей скважины и временного размещения в ней источника воздействия.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату к заявляемому устройству является устройство, используемое для реализации способа волнового воздействия по патенту «Способ волнового воздействия на залежь углеводородов» (патент РФ №2361070, приоритет 27.11.2007). Устройство включает скважины для размещения источников волнового воздействия, сами источники и систему управления ими. Основным недостатком данного устройства является относительно невысокая интенсивность добычи полезных ископаемых вследствие его следующих конструктивных и функциональных особенностей:

- неспособность системы управления волновым воздействием поддерживать параметры воздействия на оптимальном уровне, обеспечивающем максимально возможную интенсивность добычи, и при необходимости корректировать их;

- необходимость бурения специальных скважин для размещения источников волнового воздействия, что увеличивает совокупные затраты времени на добычу заданного количества полезных ископаемых и, соответственно, снижает общую интенсивность добычи.

В прототипе система управления источниками воздействия на залежь объединяет только сами источники воздействия. Она позволяет варьировать воздействие на залежь в любых требуемых пределах, но не способна определить результативность этого воздействия, поскольку никак не связана с добывающими скважинами. Такой тип управления называется «программным» или «простым разомкнутым». Соответственно, система управления прототипа не в состоянии выявить диапазон параметров воздействия, дающий максимальную отдачу полезных ископаемых из залежи, и, тем более, поддерживать его в автоматическом режиме. Поэтому в прототипе управление воздействием является недостаточно совершенным - подгонку параметров воздействия необходимо осуществлять вручную по данным о добыче полезных ископаемых, накапливаемых в течение значительного времени, иногда до суток и даже недель, что снижает общую производительность добычи полезных ископаемых ввиду продолжительной его работы в неоптимальных режимах.

Задачей предлагаемой изобретения является интенсификация добычи полезных ископаемых с применением волнового воздействия за счет использования для размещения источников воздействия уже имеющихся скважин, предназначенных как для добычи полезных ископаемых, так и для нагнетания в залежь технологической жидкости, а также использования в качестве источников волнового воздействия добывающего и нагнетательного оборудования этих скважин, и совершенствования системы управления воздействием путем введения канала обратной связи, соединяющего выход добывающих скважин с системой управления волновым воздействием.

Поставленная задача решается тем, что устройство волнового воздействия на залежь полезных ископаемых, включающее скважины для размещения источников волнового воздействия на залежь и источники волнового воздействия с блоком управления ими, для размещения источников волнового воздействия содержит не менее одной нагнетательной и не менее одной добывающей скважины, заполненных технологической жидкостью, формирующей непрерывную жидкую среду между выходом каждой нагнетательной скважины и входом не менее чем одной добывающей скважины, при этом источник волнового воздействия в каждой добывающей скважине выполнен в виде погружного насоса с блоком управления его мощностью, вход которого связан с выходом блока управления источниками волнового воздействия, а источник волнового воздействия в нагнетательной скважине выполнен в виде регулятора расхода жидкости, размещенного на входе нагнетательной скважины совместно с расходомером, при этом выход расходомера связан со входом блока управления источниками воздействия, вход регулятора расхода жидкости соединен с выходом блока управления источниками волнового воздействия, а выход не менее одной добывающей скважины связан через вновь введенный измерительный блок со входом блока управления источниками волнового воздействия, образуя канал обратной связи управления волновым воздействием.

В состав измерительного блока в канале обратной связи управления волновым воздействием включены датчики количества и/или качества добываемых полезных ископаемых. Кроме того, в скважинах размещены датчики давления, выход которых связан со входом блока управления источниками волнового воздействия.

Схема предлагаемого устройства с видом на залежь (1) полезных ископаемых в жидкой фазе приведена на чертеже. Количество добывающих скважин (3) устройства может быть любым, минимально равным одной, что и показано на чертеже. Аналогично количество нагнетательных скважин (4) может быть любым, минимально равным одной, что и показано на чертеже. В целом, устройство включает добывающие (3) и нагнетательные (4) скважины, проходящие через балластную породу (2) и соединяющие залежь полезных ископаемых (1) с поверхностью. На входе (11) нагнетательной скважины (4) размещены регулятор расхода (6) технологической жидкости и расходомер (8). Вход регулятора расхода (6) технологической жидкости связан с выходом блока управления (9) источниками воздействия потоком управляющих сигналов. Выход расходомера (8) связан со входом блока управления (9) источниками волнового воздействия. В добывающей скважине (3) размещен погружной насос (5), связанный потоком технологической жидкости с выходом (12) добывающей скважины (3). Погружной насос (5) связан с блоком управления своей мощностью (7). Вход блока (7) управления мощностью погружного насоса (5) связан с выходом блока (9) управления источниками волнового воздействия. Выход нагнетательной скважины (4), находящийся в зоне залежи полезных ископаемых (1), связан со входом погружного насоса (5), находящегося в добывающей скважине (3) в зоне залежи полезных ископаемых (1), сплошной жидкой средой, образованной технологической жидкостью (14), протекающей через залежь полезных ископаемых (1). Выход (12) добывающей скважины (3) оснащен измерительным блоком (10), который связан каналом обратной связи (13) со входом блока управления источниками волнового воздействия (9). Канал обратной связи (13) замыкает контур управления волновым воздействием, включающим блок управления источниками воздействия (9), регулятор расхода (6), блок управления мощностью (7) насоса (5), а также измерительный блок (10) на выходе (12) добывающей скважины (3).

В измерительном блоке (10) на выходе (12) добывающей скважины (3) могут быть размещены датчики количества и/или качества добываемых полезных ископаемых, которые оказываются включенными в канал обратной связи (13). Основным показателем качества является содержание полезных ископаемых (например, выраженное в процентах) в жидкости на выходе добывающей скважины, дополнительными показателями качества могут быть температура жидкости, ее вязкость, содержание других веществ и т.д.

В скважинах также могут быть размещены датчики давления (15) и (16), выход которых связан со входом блока управления (9) источниками волнового воздействия.

Устройство работает следующим образом. На вход (11) нагнетательной скважины (4) под давлением подается технологическая жидкость (14) и поступает в залежь (1) полезных ископаемых. Расход этой жидкости определяется положением регулятора расхода (6) и контролируется расходомером (8). Данные о текущем расходе технологической жидкости в нагнетательной скважине (4) поступают на вход блока (9) управления источниками воздействия. Поток (14) технологической жидкости выдавливает из залежи и/или растворяет полезные ископаемые. Далее технологическая жидкость с полезными ископаемыми в жидкой фазе откачиваются погружным насосом (5) добывающей скважины (3) и поступают на ее выход (12), связанный через измерительный блок (10) каналом обратной связи (13) со входом блока (9) управления источниками волнового воздействия. Работа погружного насоса (5) регулируется блоком управления мощностью (7). Блок (7) и регулятор (6) управляются блоком (9) управления источниками волнового воздействия, который по каналу обратной связи (13) получает от измерительного блока (10) на выходе (12) добывающей скважины (3) данные о количестве и/или качестве добываемых полезных ископаемых. Канал обратной связи (13) замыкает контур управления волновым воздействием, обеспечивая данными о добыче полезных ископаемых блок (9), который на основании поступивших данных управляет источниками воздействия в нагнетательной и добывающей скважинах.

Данные о качестве и количестве добываемых полезных ископаемых на выходе (12) добывающей скважины (3) являются результатом измерений. Размещение измерительного блока (10) датчиков качества и количества добываемых полезных ископаемых на выходе (12) добывающей скважины (3) и включение их в канал обратной связи (13) позволяет осуществлять автоматическое управление волновым воздействием, обеспечивающим поддержание максимально эффективного режима извлечения полезных ископаемых.

Размещение датчиков давления (15) и (16) в добывающей и нагнетательной скважинах дает блоку управления (9) оперативную информацию о текущих значениях рабочего давления, достигнутых путем управления мощностью погружного насоса (5) и регулятора расхода жидкости (6).

Волновое воздействие на залежь полезных ископаемых осуществляется путем постепенного изменения давления в скважинах относительно давления в залежи: в нагнетательной - повышенного, в добывающей - пониженного. Изменение давления обеспечивается регулированием мощности погружного насоса (5) в добывающей скважине и положения регулятора расхода (6) в добывающей скважине, обеспечивающего изменение удельного расхода технологической жидкости от минимальной до максимальной. Блок (9) управления источниками воздействия синхронизирует изменения давления в скважинах (3) и (4) таким образом, чтобы обеспечить движение волны переменного давления технологической жидкости, находящейся в капиллярах породы, образующей залежь полезных ископаемых, между нагнетательной и добывающей скважинами. Контроль добычи полезных ископаемых по данным от измерительного блока (10) на выходе (12) добывающей скважины, поступающим в блок управления (9) по каналу обратной связи (13), позволяет подобрать оптимальные параметры волнового воздействия (зависящие от свойств горных пород между нагнетательными и добывающими скважинами, неоднородностью залежи и реологическими характеристиками технологической жидкости и жидкой фазы полезных ископаемых и др. факторов) и поддерживать их, обеспечивая наибольшую производительность добычи в целом.

Использование в устройстве нескольких нагнетательных и нескольких добывающих скважин в пределах одной залежи полезных ископаемых позволяет создавать поля переменного давления различной конфигурации и энергии воздействия, что повышает интенсивность и степень извлечения полезных ископаемых на участках с трудно извлекаемыми или блокированными запасами.

Таким образом, техническим результатом от использования предложенного устройства волнового воздействия на залежь полезных ископаемых является интенсификация добычи и повышение степени извлечения полезных ископаемых: управление с обратной связью обеспечивает работу устройства в режиме максимальной отдачи пласта, а отсутствие необходимости бурить дополнительные скважины сокращает совокупные затраты времени на добычу заданного количества полезных ископаемых.

1. Устройство волнового воздействия на залежь полезных ископаемых, включающее скважины для размещения источников волнового воздействия на залежь, источники волнового воздействия с блоком управления ими, отличающееся тем, что оно содержит не менее одной нагнетательной и не менее одной добывающей скважины, заполненных технологической жидкостью для формирования непрерывной жидкой среды между выходом каждой нагнетательной скважины и входом не менее чем одной добывающей скважины, при этом источник волнового воздействия в каждой добывающей скважине выполнен в виде погружного насоса с блоком управления его мощностью, вход которого связан с выходом блока управления источниками волнового воздействия, а источник волнового воздействия в нагнетательной скважине выполнен в виде регулятора расхода жидкости, размещенного на входе нагнетательной скважины совместно с расходомером, при этом выход расходомера связан со входом блока управления источниками воздействия, вход регулятора расхода жидкости соединен с выходом блока управления источниками волнового воздействия, а выход не менее одной добывающей скважины связан через вновь введенный измерительный блок, включающий датчики количества и/или качества добываемых полезных ископаемых, со входом блока управления источниками волнового воздействия, образуя канал обратной связи управления волновым воздействием.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что хотя бы в одной скважине размещен датчик давления, выход которого связан со входом блока управления источниками волнового воздействия.

Изобретение относится к средствам акустического каротажа в скважине. Техническим результатом является повышение качества получаемых в процессе каротажа акустических данных за счет компенсации вращения прибора акустического каротажа во время проведения измерений в скважине.

Устройство для заталкивания кабеля в скважину // 2580669

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для заталкивания кабеля в скважину. Устройство содержит установленный в корпусе герметизатор кабеля, гидравлический привод и гидродвигатель.

Способ определения изменений параметров пористой среды под действием загрязнителя // 2580177

Использование: для неразрушающего анализа образцов пористых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что производят начальное насыщение образца пористой среды электропроводящей жидкостью, или совместно электропроводящей жидкостью и неэлектропроводящим флюидом, или только неэлектропроводящим флюидом, затем осуществляют первое измерение удельного электрического сопротивления в различных местах вдоль длины образца пористой среды и проводят фильтрационный эксперимент по прокачке раствора загрязнителя через образец пористой среды, в процессе или после проведения фильтрационного эксперимента осуществляют второе измерение удельного электрического сопротивления в тех же местах образца, в которых осуществляли первое измерение, на основе измерений рассчитывают профиль насыщенности породы фильтратом и профиль отношения измененной пористости к начальной пористости.

Способ селективного исследования отдельных пластов метаноугольных скважин // 2578143

Изобретение относится к области добычи метана из угольных пластов и может найти применение при исследовании отдельных пластов, вскрывших угольное многопластовое месторождение.

Устройство включения скважинной телесистемы с автономным источником питания // 2578142

Изобретение относится к контрольно-измерительным телесистемам режимов бурения скважин, имеющим определенный временной ресурс эксплуатации. Техническим результатом является продление срока службы автономного источника питания путем уменьшения энергозатрат.

Способ изоляции притока вод в необсаженном горизонтальном участке ствола добывающей скважины // 2578095

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и найдет применение при изоляции водопритоков в горизонтальном или наклонном участках стволов добывающих скважин.

Устройство для крепления и защиты погружных блоков системы телеметрии // 2578017

Изобретение относится к газодобывающей промышленности и может быть использовано для защиты погружных телеметрических систем. Технический результат заключается в повышении надежности защиты погружных блоков системы телеметрии, сокращении затрат на спуско-подъемные операции при выходе из строя погружного блока системы телеметрии.

Способ индикаторного исследования скважин и межскважинного пространства // 2577865

Изобретение относится к газовой и нефтяной промышленности, в частности к способам исследования скважин и межскважинного пространства при разработке нефтяных и газовых месторождений.

Система и способ для моделирования пласта-коллектора с помощью запрашиваемых данных // 2577256

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для моделирования пласта-коллектора. Описывается способ моделирования месторождения.

Контрольное устройство и система для ствола скважины с системой самоочистки и способ закладки взрывчатых веществ в стволах скважин // 2577052

Изобретение относится к закладке взрывчатого вещества в стволы взрывных скважин и/или соответствующим устройствам или инструментам осуществления контроля правильности заполнения взрывчатым веществом в стволах скважин.

Способ разрушения асфальтосмолистых и парафиновых отложений в скважинах, оборудованных штанговыми глубинными насосами, и скважина для добычи нефти // 2581592

Группа изобретений относится к области добычи нефти с использованием добывающих скважин, оборудованных штанговыми глубинными насосами. Технический результат - повышение эффективности работы добывающей скважины.

Способ разработки низкопроницаемой нефтяной залежи // 2579095

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при разработке низкопроницаемой нефтяной залежи. Технический результат - увеличение эффективности гидроразрыва пласта и увеличение нефтеотдачи нефтяной залежи.

Способ и устройство для генерирования волн давления в затрубном пространстве скважины // 2576736

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для очистки от твердых отложений стенок обсадных труб и отверстий перфорации, декольматации призабойной зоны пласта и увеличения подвижности пластовых флюидов.

Способ и устройство для нефтедобычи при низком пластовом давлении // 2574889

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для скважин с низким пластовым давлением, а именно для очистки от твердых отложений стенок обсадных труб и отверстий перфорации, декольматации призабойной зоны пласта и увеличения подвижности пластовых флюидов за счет генерации колебаний давления в подпакерной области при извлечении нефти струйным насосом.

Способ очистки нефтезагрязненного грунта // 2574745

Изобретение относится к области очистки грунтов от нефтепродуктов. При осуществлении способа очистки нефтезагрязненного грунта сооружают сетку нагнетательных скважин.

Устройство для разработки и импульсной обработки продуктивного пласта скважины // 2574633

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для разработки и обработки продуктивного пласта скважины. Устройство для разработки и импульсной обработки продуктивного пласта скважины включает заглушенный в нижней торцевой части цилиндрический корпус с боковыми отверстиями и установленный в нем с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с клапаном, хвостовик, дополнительный клапан и пакер, штанги, соединенные с плунжером и выполненные с возможностью регулирования длины.

Способ шахтно-скважинной добычи сланцевой нефти и технологический комплекс оборудования для его осуществления // 2574434

Группа изобретений относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть использована для добычи трудноизвлекаемой, преимущественно сланцевой, нефти. Технический результат - упрощение операций по гидроразрыву пласта и обеспечение возможностей их совмещения во времени с процессом добычи нефти и проведением мероприятий по увеличению нефтеотдачи пласта в рамках одной дренирующей системы.

Способ и устройство с кольцом для генерирования волн давления на забое скважины // 2572250

Группа изобретений относится к нефтедобывающей промышленности и предназначена для очистки от твердых отложений стенок обсадных труб и отверстий перфорации, декольматации призабойной зоны пласта и увеличения подвижности пластовых флюидов.

Способ обработки продуктивного карбонатного пласта // 2570159

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и, в частности, к интенсификации добычи нефти из продуктивных карбонатных пластов с открытым горизонтальным стволом.

Способ увеличения нефтеотдачи залежи, вскрытой горизонтальной скважиной // 2570157

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение для увеличения нефтеотдачи залежи, вскрытой горизонтальной скважиной. Технический результат - повышение качества изоляции обводнившихся интервалов.

Способ повышения нефтеотдачи пластов генерированием волн по природным волноводам // 2582688

Изобретение относится к области разработки залежей жидких углеводородов, а именно к способам волнового воздействия на продуктивные пласты для интенсификации добычи и увеличения продуктивности участков залежей с трудноизвлекаемыми или блокированными запасами жидких углеводородов. Технический результат - повышение продуктивности пластов с залежью жидких углеводородов. Способ заключается в том, что предварительно измеряют геометрические и физико-механические характеристики пласта, на основе которых по модели Френкеля-Био рассчитывают значения декрементов затухания колебаний поперечной и продольных волн в зависимости от значений частот волнового воздействия. Осуществляют волновое воздействие на пласт путем генерирования волн с частотой, соответствующей минимальному декременту затухания. Процесс волнового воздействия на пласт продолжают для обеспечения суперпозиции продольных и поперечных волн в полосе частот между минимальными значениями декрементов затухания продольной и поперечной волн. Этим обеспечивают очистку пор скелета пластов. Последовательно меняют значение частоты волнового воздействия и измеряют при этом продуктивность пласта. Определяют оптимальную частоту, при который продуктивность пласта имеет максимальное значение, и ведут процесс волнового воздействия на пласт, генерируя волны оптимальной частоты. 2 табл., 2 ил.