Виброволновые и вибросейсмические методы воздействия на пласт

В итоге в Институте машиноведения, а позднее Научном центре нелинейной волновой механики и технологии РАН были проведены исследования по совершенствованию разработанных, а также по созданию новых конструкций, которые в настоящее время проходят опытно-промышленные испытания и внедряются.

 

2. Методы воздействия с поверхности  и с устья скважин

2.1. Вибросейсмические

Еще в XIX в. некоторые предприимчивые владельцы наклонных нефтяных скважин в США выкапывали вокруг устья глубокие траншеи и укладывали в них мешки с порохом. После серии взрывов дебиты скважин значительно увеличивались. Толчком к систематическим использованиям влияния вибрационно-сейсмических процессов на нефтегазовые месторождения послужили наблюдения за землетрясениями. Обнаружилось, что во время землетрясений изменяются пластовые давления и дебиты скважин. Так, землетрясение в Южной Калифорнии в 1952 г. вызвало местами десятикратное повышение давления на устьях фонтанирующих скважин, которое держалось более двух недель. На Новогрозненском месторождении во время землетрясений 1950 и 1955 гг., интенсивность которых достигала 6…7 баллов, происходило повышение пластовых давлений и добычи нефти во время Дагестанского землетрясения в 1970 г. добыча нефти повышалась на нефтяных залежах в радиусе более 200 км от эпицентра.

Кроме того, известны случаи влияния на нефтяные залежи вибросейсмического воздействия, вызываемого работающими турбинами ГЭС и движением тяжеловесных железнодорожных составов вблизи месторождений (на дебиты, а также уровни жидкости в скважинах) [6, с. 88].

В 70-80-е гг. прошлого столетия были систематизированы многолетние  наблюдения за сейсмической активностью различных участков Земли с целью обоснования возможности направленного сейсмического воздействия с поверхности на нефтяные пласты. Этому способствовало создание в СКБ прикладной геофизики СО РАН, а в дальнейшем в ИГД СО РАН и ОАО «ЭЛСИБ» Н.П. Ряшенцевым, Б.Ф. Симоновым и др. мощных наземных вибросейсмических источников. Такие источники работают в диапазоне 5...100 Гц и могут развивать усилие до 1000 кН. Передвижные сейсмические вибраторы различного назначения производятся также ГЕОСВИП и другими предприятиями.

Рис. 3. Схема вибросейсмического воздействия  на пласт с использованием наземных виброисточников:

1 – продуктивный пласт, 2 – сейсмоприемник, 3 – виброисточники, 4 – электрическая  подстанция, 5 – система питания  и управления (СПУ), 6 – каротажная станция с подъемником

 

Методы вибросейсмического воздействия на пласт с целью повышения нефтеотдачи разработаны и испытаны в Институте физики Земли РАН, ВНИИнефти, ГНЦ РФ ВНИИгеосистем, ИГД СО РАН и других А.Г. Асан-Джалаповым, Ю.С. Ащепковым, В.Л. Барабановым, В.Н. Белоненко, О.Л. Кузнецовым, А.В. Николаевым, А.В. Николаевским, Н.П. Ряшенцевым, Э.М. Симкиным, Б.Ф. Симоновым, И.А. Чиркиным и др. Вибросейсмическое воздействие на пласт осуществляют с помощью вибросейсмических источников, размещаемых на поверхности Земли (рис. 3), а также сейсмовибраторов, устанавливаемых на устье скважин, и с использованием трубно-стержневого волновода (рис. 4).

Рис. 4. Устье скважины, оборудованное  для вибросейсмического воздействия  на пласт с использованием волновода

 

Последний представляет собой специальную компоновку из НКТ бурильных труб, нижний конец которых упирается через болванку в зацементированную ударную плиту. При использовании поверхностных источников зона прямых эффектов охватывает лишь неглубоко залегающие пласты 200...300 м, а в случае сейсмовибраторов, устанавливаемых на устье скважин, и передачи упругой энергии в пласт через волноводы прямые эффекты достигаются непосредственно в продуктивном пласте на расстояниях, сопоставимых с межскважинными. Кроме этого, за счет веса волновода в пласте создаются зоны дилатации (paзyплотнения).

Анализ результатов проведенных работ свидетельствует, что при ВСВ достигаются дегазация геологических сред, перераспределение напряженно-деформированного состояния массива пород, изменение физических свойств пластовых флюидов, увеличение дебитов скважин, снижение обводненности продукции, увеличение проницаемости ПЗП, изменение водонасыщенности и фазовых проницаемостей, а также вовлечение в разработку застойных зон. В результате опытно-промышленного применения ВСВ на старых истощенных месторождениях дополнительно добыто более 400 тыс. т нефти.

Четкого единого механизма  влияния вибросейсмического и сейсмоакустического воздействия на продуктивные пласты на сегодня нет. На основании теоретических, экспериментальных и промысловых исследований процессов, происходивших в продуктивных пластах, различными авторами предложены ряд механизмов и концепций, из которых можно условно выделить 7 групп моделей.

Внутри каждой из этих групп влияние воздействия связано со следующими факторами:

- неоднородность структуры и напряженного состояния многопластовой системы в целом;

- автоколебательные и нелинейные фильтрационные процессы в водонефтенасыщенных пластах и возможность их резонансного взаимодействия с сейсмическими волнами;

- выделение газа из пластовой жидкости;

- реологические характеристики  пластовых жидкостей; 

- капиллярные эффекты  при течении жидкостей в поровых  каналах;

-характеристики смачиваемости поверхности пор;

- гидродинамическое отмывание пор от пленок и капель нефти.

Скорость гравитационного разделения нефти и воды в пласте может увеличиваться до 500 раз.

Вибросейсмические методы применяют на нефтяных и газоконденсатных месторождениях на различных стадиях, в том числе поздней стадии разработки, на мелких залежах, удаленных от основных промысловых коммуникаций, сооружений, дорожной сети и пр., на месторождениях высоковязких и битумных нефтей с начальным градиентом сдвига, при комплексировании с сейсмоакустическими дилатационно-волновыми, электромагнитными, физико-химическими, гидродинамическими, тепловыми и другими методами.

2.2. Дилатационно-волновые

Дилатационно-волновой метод воздействия  на пласт разработан и внедрен  Ю.С. Ащепковым и М.Ю. Ащепковым.

Сущность метода заключается в создании дилатации (разуплотнения) пород вокруг скважины в интервале перфорации за счет веса колонны НКТ при ее опоре на породы в зумпфе через специальный хвостовик и в возбуждении в породах пласта упругих колебаний (от долей до нескольких герц), создаваемых в хвостовике и через него в породах столбом откачиваемой жидкости при работе штангового насоса.

Конструкция возбуждаемой скважины приведена на рис. 5.

Как видно из рис. 5, колонна НКТ снабжена опорным хвостовиком, который верхним концом с помощью муфт соединяется с приемным фильтром насоса, а нижним концом через специальную пяту упирается на забой скважины. В такой схеме колонна НКТ частично или полностью опирается на забой, создавая оптическое давление на горные породы, с образованием воронки напряжений с максимумом в точке опоры. При этом вышележащие продуктивные толщи пород дилатируют.

При работе насоса на статическую нагрузку накладывается переменная составляющая, создаваемая весом столба откачиваемой жидкости, который воздействует либо на штанги при движении плунжера вверх, либо на хвостовик, добавляясь к весу НКТ, приходе плунжера вниз. Возбуждаемая таким образом переменная составляющая имеет амплитуду, определяемую весом столба жидкости, высотой от динамического уровня до устья скважины, и вызывает в скважине колебательные процессы.

Дилатационно-волновой метод  обусловливает прямые эффекты на расстояниях 150...200 м от возбуждающей скважины. Общая зона воздействия, в которой проявляются прямые и инициированно-аномальные эффекты, достигает внушительных размеров с радиусом до 2...3 км.

Ю.С. Ащепковым и М.Ю. Ащепковым выполнен большой объем исследований, в том числе промысловых, на базе которых ими создана новая ресурсосберегающая технология повышения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти. Технология внедрена на ряде месторождений Болгарии, Республик Татарстан и Башкортостан, Волгоградской обл. и Западной Сибири.

В результате применения этой технологии средний прирост  дебита нефти составляет 25...35 % от базового уровня, а снижение обводненности 10...15 %. Наибольший эффект от дилатационно-волнового воздействия (ДВВ) достигается на участках с высокой неоднородностью по насыщенности и большим числом добывающих скважин.

Технология ДВВ может успешно сочетаться практически со всеми МУН, существующими на сегодняшний день.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, можно  сделать вывод о том что, существует целый ряд волновых методов, эффективно использующихся для воздействия на призабойнyю зону скважин и пласты.

Применение волнового воздействия для этих целей основано на уникальных способностях различных волн распространяться в пластах в слабой зависимости от их коллекторских свойств, не требуя наличия фильтрационных каналов и обеспечивая при этом множество полезных эффектов, направленных на повышение продуктивности скважин и увеличение нефтеотдачи пластов. Вследствие этого волновые методы инициируют и интенсифицируют физико-химические, гидродинамические, тепловые и другие процессы.

Кроме того, волновые воздействия  способны вызывать «провокации» аномально-напряженных зон пластов с высвобождением при этом энергии, несоизмеримо больше затраченной, и потенциально инициировать и интенсифицировать притоки углеводородов из глубинных слоев Земли по тектоническим разломам и субвертикальным инверсионным кольцевым структурам.

Все волновые методы воздействия на призабойную зону скважин обеспечивают прямые эффекты. При этом в дальних областях ПЗС возникают инициированно-аномальные эффекты, связанные с аномально-напряженным состоянием насыщенных горных пород.

В случае воздействия  на пласт прямые эффекты проявляются при использовании вибросейсмических, а также дилатационно-волновых и электромагнитных методов. Применение поверхностных сейсмоисточников обеспечивает прямое воздействие лишь на неглубоко залегающие пласты. Инициированно-аномальные эффекты возникают в дальних зонах пласта, на расстояниях, сравнимых с межскважинными и более.

Наиболее отработаны и находятся на стадии опытно-промышленных работ и внедрения волновые методы воздействия на пpизабойнyю зону скважин. С использованием таких методов эффективно обработаны десятки тысяч скважин, и в основном это воздействия упругими колебаниями.

Большинство методов  волнового воздействия на пласт  находятся на стадии разработки и промысловых испытаний, и лишь некоторые из них внедряются.

Из всех этих методов наиболее рациональны для применения на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами виброволновые, вибросейсмические, сейсмоакустические, дилатационно-волновые, а также электромагнитные. Первоочередными объектами на этих месторождениях являются низкопроницаемые, неоднородные, заглинизированные пласты, мелкие залежи, а также истощенные обводненные пласты и залежи с высоковязкими битумными нефтями, характеризующимися начальным градиентом сдвига. При этом предпочтительны комплексирование волновых методов, сочетание и применение этих комплексов на участках пластов с субвертикальным инверсионными кольцевыми структурами и другими аномально-напряженными зонами.

Представленная научная  классификация методов волнового воздействия на призабойную зону скважин и пласты с трудноизвлекаемыми запасами позволила упорядочить и систематизировать источники упругих и электроматнитныx колебаний и методы, а также обосновать повышение продуктивности скважин и увеличение нефтеотдачи пластов.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Всеволожский,  В.А. Основы гидрогеологии: Учебник. — 2-e изд., пepepaб. и доп. — М.: Изд-во МГУ, 2007. - 448 с.
2. Дыбленко, В.П. Волновые методы воздействия на нефтяные пласты с трудноизвлекаемыми запасами. Обзор и классификация. – М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2008. – 80 с.
3. Крец, В.Г. Основы нефтегазового дела: учебное пособие / В.Г. Крец, А.В. Шадрина. – Томск: Изд-во Томского политехничecкого унивepcитeта, 2010. – 182 с.
4. Кузнецов, О.Л., Симкин, Э.М., Чилингар Дж. Физические основы вибрационного и акустического воздействий на нефтегазовые пласты. – М.: Мир, 2001. – 260 с.
5. Справочник совpeмeнного изыскателя / Под общ. peд. Л.P. Маиляна. – Pостов н/Д: Феникс, 2006. – 590 с.
6. Старостин, В.И., Игнатов, П.А. Геология полезных ископаемых: учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1997. – 304 с.