Способ повышения нефтеотдачи пласта с высоковязкой нефтью

Изобретение относится к области промысловой геофизики и может быть использовано для интенсификации добычи тяжелой высоковязкой нефти. Заявлен способ повышения нефтеотдачи пласта с высоковязкой нефтью, при котором погружают в скважину снаряд, содержащий спиральную линию, с помощью которой возбуждают в обсадной трубе скважины переменный азимутальный электрический ток с частотой ~10 кГц, осуществляя локальный нагрев участка обсадной трубы и коллектора скважины для уменьшения коэффициента вязкости нефти в области пласта, прилегающего к обсадной трубе. При этом для увеличения проницаемости нефтяного коллектора одновременно с нагревом обсадной трубы скважины возбуждают акустическую волну давления для воздействия на пласт, перемещая скважинный снаряд в вертикальном направлении вверх и вниз дискретным образом через определенные пространственно-временные интервалы, определяемые соответствующими математическими выражениями, полученными авторами, и контролируя при этом процесс увеличения дебита скважины. Техническим результатом реализации способа является увеличение нефтеотдачи скважин с высоковязкими нефтями без привлечения методов внешнего термического и химического воздействий или гидроразрыва пласта, которые являются дорогостоящими и несущими значительные экологические риски. 2 ил.

 

Изобретение относится к области промысловой геофизики и может быть использовано для интенсификации добычи тяжелой высоковязкой нефти.

В настоящее время углеводороды являются основными топливно-энергетическими источниками как в России, так и за рубежом. Их запасы ограничены и не являются восполнимыми. При этом более 50% отечественных запасов нефти на данный момент формируется за счет месторождений с коллекторами, структура которых затрудняет извлечение флюида. К ним, в частности, относятся месторождения с тяжелой нефтью. Она характеризуется, в отличие от обычной нефти, большой вязкостью и плотностью, содержит в своем составе кластеры, состоящие из атомов серы и различных металлов. Поэтому коллектор с тяжелой нефтью обладает низкой проницаемостью и для ее извлечения следует применять специальные методы. К ним можно отнести воздействие на пласт химическими реагентами, термическое воздействие, например, нагретым паром, гидроразрыв пласта при сильном увеличении статического давления в скважине и методы воздействия интенсивными акустическими волнами [1]. Указанные технологии обладают рядом недостатков. Они, в частности, характеризуются большой длительностью временного цикла технологических мероприятий, высокой стоимостью работ, трудностями с обеспечением необходимых условий экологической безопасности, большими энергетическими затратами и т.д.

Этих недостатков лишен метод индукционного нагрева обсадной трубы скважины (ОТС) в области перфорации [2]. Тепловая энергия нагретой области трубы может передаваться в пласт, содержащий высоковязкую нефть, понижая ее коэффициент вязкости.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является метод электродинамического индукционного нагрева ОТС, описанный в работе [2]. Здесь для нагрева ОТС подобным способом используется переменное электромагнитное поле, создаваемое соленоидом в виде однозаходной спиральной линии, по которой пропускается переменный электрический ток с частотой , возбуждаемый с помощью генератора переменного напряжения. Это техническое решение может быть взято за прототип.

Согласно прототипу погружают в скважину снаряд, содержащий спиральную линию, подают на нее переменное электрическое напряжение с частотой , возбуждают в ОТС переменный азимутальный электрический ток, осуществляют локальный нагрев участка обсадной трубы и уменьшают коэффициент вязкости нефти в области пласта, прилегающего к обсадной трубе.

Реализуемая в прототипе методика не позволяет в необходимой степени увеличивать проницаемость пласта с уже нагретой нефтью, которая зависит не только от коэффициента вязкости, но и от других факторов, например квазицементации пор, также ограничивающих дебит скважин. Поэтому представляется целесообразным в комплексе с термическим воздействием использовать методы повышения дебита, реализуемые в скважинах с обычной нефтью.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение проницаемости коллектора с тяжелой нефтью и дебита скважины.

Этот результат достигается тем, что в известном способе [2], включающем погружение в скважину снаряда, содержащего спиральную линию, подачу на нее переменного электрического напряжения с частотой , возбуждение в ОТС переменного азимутального электрического тока, локальный нагрев участка ОТС и коллектора скважины для уменьшения коэффициента вязкости нефти в области пласта, прилегающего к обсадной трубе, погружение осуществляют на уровень нижнего участка перфорации ОТС, одновременно с нагревом ОТС возбуждают акустическую волну давления, воздействуют ей на пласт, а затем через время Т(α, b), где α - пространственный коэффициент затухания акустической волны в пласте, b - радиус обсадной трубы, перемещают прибор вверх на расстояние, определяемое как корень уравнения

в котором

- радиус, ограничивающий зону эффективного воздействия ультразвукового излучения на пласт, γ(х, y) - неполная γ-функция, при этом время T(α, b) выбирается из условия

где ρ, с и k - соответственно плотность, удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности нагреваемой среды, а Т_А - время, которое может выбираться в пределах 1.5⋅(10³÷10⁴) с, затем через время Т(α, b) снова перемещают прибор вверх на расстояние s(α, b) и продолжают описанный процесс термического и акустического воздействия на пласт, эти действия повторяют до достижения границы перфорированного участка трубы, осуществляя контроль дебита скважины, затем повторяют описанный процесс в обратном направлении и останавливают процесс воздействия по прекращении увеличения дебита скважины.

Неравенство (3) вытекает из известных в термодинамике оценок установления квазистационарного температурного режима в заданной области пространства (см., например, [4]). В данном случае рассматривается пространственная область, на которую распространяется эффективное акустическое воздействие, ограниченная продольным и радиальным линейными размерами s(α, b) и a(α, b).

Оценку параметра a(α, b) получаем, полагая вероятность эффективного влияния ультразвуковой волны на проницаемость коллектора в заданной точке пространства пропорциональной акустическому давлению, которое является мерой акустического воздействия и уменьшается с расстоянием r от оси скважины (радиус в цилиндрической системе координат) по следующему закону [5]:

Нормируя эту функцию на 1, приходим, в рамках изложенных представлений, к плотности вероятности, определяющей эффективность воздействия акустической волны на пласт в заданной точке с радиальной координатой r:

.

Выражение (2) для a(α, b) получается в результате операции усреднения:

.

Уравнение (3) обеспечивает равномерность облучения коллектора ультразвуком по глубине погружения скважинного снаряда.

В рассматриваемом случае максимально возможная степень равномерности акустического воздействия по глубине погружения скважинного снаряда будет достигаться при выполнении соотношения:

Из этого выражения с учетом (4) следует уравнение (3).

Воздействие на пласт в рассматриваемой методике определяется двумя факторами: термическим и акустическим. Поэтому для обеспечения успешности процесса повышения дебита следует выбирать максимальное значение из времени достижения квазистационарного температурного режима и времени Т_А, необходимого для повышения дебита скважины в случае, когда коэффициент вязкости нефти становится соизмеримым с аналогичным коэффициентом обычных нефтей.

Этот временной параметр соответствует необходимому времени акустического воздействия для повышения дебита скважин с обычной нефтью. Он может лежать в достаточно широких пределах, зависящих от геологических и технологических условий. Указанный выше диапазон его значений установлен сотрудниками ИГРТ МАН ВШ из анализа опыта работы на различных действующих нефтяных скважинах Западной Сибири и Татарстана с обычной нефтью.

Рассмотрим возможный пример реализации способа для конкретной скважины, характеризуемой параметрами α=0.9 м^-1, b=0.127 м, с нефтью, коэффициент динамической вязкости которой согласно данным [6] экспоненциально зависит от температуры:

η(t)=2.5⋅10³ exp(-t/100) [мПа⋅с].

Учитывая эту зависимость, в результате компьютерных расчетов получены семейства зависимостей η(Р, r). Здесь Р – мощность, выделяемая в нагреваемых участках обсадной трубы. Характерное семейство таких зависимостей для отмеченного выше объекта представлено на фиг. 1. Из анализа полученных зависимостей следует, что при мощностях Р в несколько кВт, выделяемых в нагреваемых участках обсадной трубы, на расстояниях ~1 м вязкость тяжелых нефтей может опускаться до значений, характерных для обычных нефтей.

Один из возможных вариантов схемы устройства для реализации предложенного способа представлен на фиг.2. Схема имеет следующие позиции: 1 - источник постоянного напряжения с блоком управления, 2 - грузонесущий кабель, 3 - преобразователь постоянного напряжения в переменное с частотой ~10 кГц, 4 - спираль, 5 - ферритовый сердечник для локализации магнитного поля в нагреваемой области трубы, 6 - отражатель акустической волны для преобразования продольной акустической волны в радиальную, 7 - соленоид, 8 - сердечник из магнитострикционного материала.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличивать нефтеотдачу скважин с высоковязкими нефтями, не прибегая к способам внешнего термического и химического воздействий, а также к методам гидроразрыва пласта, которые являются дорогостоящими и несущими экологические риски.

Источники информации

1. Ибрагимов Л.Х., Мищенко И.Т., Челоянц Д.К. Интенсификация добычи нефти, М.: Наука, 2000, 414 с.

2. Диденко А.Н., Зверев Б.В., Коляскин А.Д., Пономаренко А.Г. Патент РФ на изобретение №2157883, 2000.

3. Диденко А.Н., Коляскин А.Д., Пономаренко А.Г. Тр. Российского национального симпозиума по энергетике, т. 1, Казань, 2001, с. 205-208.

4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика, М.: Наука, 1988, с. 283.

5. Атаманов В.В., Жуйков Ю.Ф., Зилонов М.О., Попова А.В. Экологическая безопасность и акустическое воздействие. Материалы Международной научно-практической конференции "Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности" под редакцией проф. В.Н. Пряхина, в. 3, М., 2002, с. 218-222.

6. Хисамов Р.С, Хузин P.P., Андреев В.Е., Дубинский Г.С., Мияссаров А.Ш. Перспективы увеличения эффективности разработки залежи высоковязкой нефти с применением энергосберегающих технологий. Нефтяное хозяйство, №4, 2015, с. 54-55.

Способ повышения нефтеотдачи пласта с высоковязкой нефтью, при котором погружают в скважину снаряд, содержащий спиральную линию, подают на нее переменное электрическое напряжение с частотой , возбуждают в обсадной трубе скважины переменный азимутальный электрический ток, осуществляют локальный нагрев участка обсадной трубы и коллектора скважины для уменьшения коэффициента вязкости нефти в области пласта, прилегающего к обсадной трубе, отличающийся тем, что погружение снаряда осуществляют на уровень нижнего участка перфорации обсадной трубы скважины, одновременно с нагревом обсадной трубы скважины возбуждают акустическую волну давления, воздействуют ей на пласт, а затем через время Т(α,b), где α - пространственный коэффициент затухания акустической волны в пласте, b - радиус обсадной трубы, перемещают снаряд вверх на расстояние s(α,b), определяемое как корень уравнения

в котором

- радиус, ограничивающий зону эффективного воздействия ультразвукового излучения на пласт, γ(х,y) - неполная γ-функция, при этом время Т(α,b) выбирается из условия

где ρ, с и k - соответственно плотность, удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности нагреваемой среды, а Т_А - время, которое может выбираться в пределах 1.5⋅(10³÷10⁴) с, затем через время Т(α,b) снова перемещают прибор вверх на расстояние s(α,b) и продолжают описанный процесс термического и акустического воздействия на пласт, эти действия повторяют до достижения границы перфорированного участка трубы, контролируют увеличение дебита скважины, а затем повторяют описанный процесс в обратном направлении, процесс воздействия останавливают по прекращении увеличения дебита скважины.