главная / банк технологий / методы интенсификации добычи н... / акустические технологии

Анализ применения акустического воздействия на продуктивный пласт


Технология акустического воздействия на продуктивный пласт основана на преобразовании электрической энергии переменного тока в энергию упругих волн в интервале перфорации скважины с частотой колебаний 20 кГц. Высокая частота и малая длина ультразвуковой волны определяют её специфические особенности: возможность распространения направленными пучками и возможность генерации волн, переносящих значительную механическую энергию.
В результате воздействия волн на призабойную зону в пласте генерируются колебания, которые должны, по возможности, соответствовать частоте естественных колебаний скелета породы и насыщающих флюидов. Такие колебания вызывают несколько эффектов, отражающихся на жидкостях и остающихся в пласте газах. Они снижают когезионные и адгезионные связи, значительно уменьшают проявление капиллярных сил, слипание между породой и жидкостью, способствуют стимулированию группирования нефтяных капелек в потоки, облегчая течение углеводородов в пористой среде. Колебания, которые распространяются в продуктивном пласте в виде упругих волн, изменяют контактный угол между жидкостями и пластовой породой, уменьшая гидравлический коэффициент трения. Облегчается течение в направлении скважин, дебиты которых возрастают, и перепады давления в призабойной зоне пласта увеличиваются. Упругие волны способствуют развитию в пласте осциллирующей силы, что приводит к разным ускорениям пластовых флюидов из-за различия их плотностей. Между жидкими фазами развивается поверхностное трение в связи с разными ускорениями, что способствует выделению теплоты, которая, в свою очередь, снижает их поверхностное натяжение. Благодаря колебаниям освобождается также защемленный газ, способствующий проявлению эффекта газлифта нефти в скважине. Осциллирующая сила развивает колебательное звуковое давление, которое способствует течению нефти.
 
Ø             терригенные и карбонатные коллектора с проницаемостью 0,03—1 мкм2, пористостью     15—27%, глубиной за­легания до 2700 м;
Ø             категория скважины (добывающие, нагнетательные) значения не имеет, причём при обработке фонтанирующих и нагнетательных скважин эксплуатация скважин не прекращается;
Ø             текущее пластовое давление не должно быть ниже первоначального более чем на 50 %;
Ø             обводнённость продукции добывающих скважин не более 40- 60 %;
Ø             содержание парафиновых и смолисто-асфальтеновых соединений в нефти ограничений не имеет;
Ø             эффективная нефтенасыщенная толща пласта, содержащая вязкие и высоковязкие нефти, не должна быть менее 2 м, а содержащего мало- и средневязкие нефти – не мене 0,5м; 
Ø             при газовом факторе нефтей 100 м3/т и более пластовое давление должно превышать давление насыщения нефти растворенным газом не менее чем на 10-15 %, а при газовом факторе нефтей 50 м3/т и менее возможно равенство текущего пластового давления и давления насыщения нефти газом.
            Для акустической обработки в первую очередь рекомендуется выбирать скважины, удовлетворяющие следующим условиям:
Ø             Снижение продуктивности (приёмистости) в процессе эксплуатации более чем на 30%;
Ø             Снижение продуктивности скважины после глушения более чем на 30%:
Ø             Фильтрационная неоднородность по мощности пласта: коэффициент расчленённости более 2, изменение пористости по пропласткам боле 20%, изменение коэффициента проницаемости по пропласткам более 50%;
Ø             Отсутствие заколонных перетоков в скважине;
Ø             Наличие перемычек мощностью более 1 м, разделяющих интервал перфорации от водонасыщенного пласта.
 
Ø             обеспечивает сохранение целостности эксплуатационной колонны и цементного кольца за ней;
Ø             используется мобильная малогабаритная аппаратура;
Ø             низкие затраты со стороны нефтедобывающей компании на технологическое обеспечение работ;
Ø             процесс воздействия является технически, физиологически безопасным и экологически чистым.
Факторами, обеспечивающими увеличение продуктивности (приёмистости) скважин при взаимодействии акустического поля с фазами горных пород, являются:
Ø      увеличение проницаемости пород в связи с изменением структуры пустотного пространства (рис.1);
Ø      разрушение минеральных солеотложений;
Ø      акустическая дегазация и снижение вязкости нефти;
Ø      вовлечение в разработку низкопроницаемых  и закольматированных пропластков пород продуктивного пласта;
Ø      ультразвуковой капиллярный эффект.
 
 
 
Рис. 1. Характер изменения долевого участия эффективных пустот
различного диаметра (D) в емкости (Si/S) и проницаемости (С)
алевролита. А - до АВ, Б - после АВ
Si/S - отношение площади эффективных пустот i-ro диаметра к
общей площади исследуемой поверхности образца;
С - долевое    участие    эффективных    пустот    i-ro    диаметра    в
проницаемости
 

         Различными научно-исследовательскими организациями разработана аппаратура для акустической обработки скважин, состоящая из скважинного источника акустических колебаний и наземной геофизической станции, соединённых между собой кабелем. Наземный блок содержит генератор и орган управления частотой и интенсивностью акустического поля, создаваемым скважинным генератором. В скважинном снаряде расположены трансформатор и преобразователь электрических колебаний в акустические (магнитострикционного или пьезокерамического типа), включающую тиристорный преобразователь частоты и скважинный акусти­ческий излучатель, спускаемый на геофизическом кабеле (например, КГ 3-67-180) или НКТ в интервал перфорации  продуктивного пласта.
           Спуск и подъем излучателя в интервал перфорации осуществляется каротажным подъемником на геофизическом кабеле. Режим работы скважинного снаряда может быть непрерывный (монохроматическое излучение) и импульсный. Исследователи отмечают, что при импульсном режиме шире спектр частот, что позволяет реализовать условия резонанса в обрабатываемой среде, и амплитудное значение энергии в импульсе существенно выше, чем в непрерывном.
При акустической обработке скважины скважинный снаряд устанавливают в интервале обработки и начинают генерацию акустических колебаний в одной точке в течение 15-30 минут. Шаг между точками расположения скважинного снаряда 1-2 м. Время обработки одной скважины не превышает 8 часов. Производительность одного комплекта оборудования –100 скважин.
Схема обвязки скважины для акустической обработки представлена на рис.2.
 
 
 
1.   Лубрикатор;
2.   Самоходный каротажный подъемник
СКП-4 5 СКП-7/1;
3.   Излучатель акустический;
4.   Труба насосно-компрессорная;
5.   Колонна обсадная;
6.    Пласт нефтяной;
7. Характеристика             направленности акустических колебаний;
8.   Отверстие перфорационное;
9.    Кольцо цементная;
                                                                                                                                               10. Рабочее место оператора комплекса ИНЕФ.
Рис.2. Схема обвязки скважины для акустической обработки

 

В настоящее время на месторождениях России в промышленных масштабах акустическую обработку скважин производят следующие организации: ООО «НПП ГЕТЭК» при РГУ нефти и газа им.И.В.Губкина, российско-канадское предприятие ЗАО «Oil technology overseas» (ОТО), ЗАО «ИНЕФ», научно-внедренческое предприятие «Геоакустик» при Государственном научном центре РФ «ВНИИГеосистем» и др.
Технологические характеристики акустической аппаратуры, используемой ООО «НПП ГЕТЭК», представлены в таблице 1.
 
Таблица 1
 
Технические характеристики акустической аппаратуры
 
Показатели
Ед. измерения
Характеристики
1
Наземный генератор ТПЧ-10-20
 
 
 
- габариты
Мм
340х900х860
 
- вес
Кг
50
2
Скважинный излучатель
 
 
 
- диаметр
Мм
110 и 42
 
- длина
М
2 и 2
 
- вес
Кг
20 и 15
3
Частота излучения
КГц
20
4
Интенсивность излучения
Вт/см2
2
5
Источник питания
 
 
 
- напряжение
В
»380
 
- мощность
КВт
2
 
Устройство обслуживают два человека.
Компания «ОТО» для акустической обработки скважин использует комплекс «FORMOS», представляющий собой сочетание электронного ультразвукового генератора «FORVARD-1», к выходу которого подсоединён стандартный геофизический кабель ГК 3-67-180, оканчивающийся кабельной головкой НКБЗ-36, к которой подключается скважинный пьезокерамический излучатель «MOSKIT».
Технические характеристики комплекса представлены в таблице 2.
Технические характеристики оборудования для акустической обработки скважин компании «ИНЕФ» представлены в таблице 3.
 
 
Таблица 2
 
Технические характеристики комплекса «FORMOS»
 
Показатели
Единицы
измерения
Характеристики
1.
Потребляемая мощность
кВт
4,5
2.
Выходная мощность генератора
кВт
4,0
3.
Выходная мощность на излучателе
кВт
0,5-0,7
4.
КПД излучателя
%
70
5.
Максимальная амплитуда выходного напряжения генератора
В
700
6.
Диапазон рабочих частот
кГц
18-24
7.
Питающее напряжение трехфазной сети
В
380
8.
Длина геофизического кабеля
км
2-5
9.
Габариты генератора
мм
500х500х270
10.
Габариты излучателя
 
 
 
Длина
мм
1200
 
Диаметр
мм
44
11.
Масса излучателя
кг
10
 
Таблица 3
 
Технические характеристики оборудования компании «ИНЕФ»
 
Показатели
Единицы
измерения
Характеристики
 
 
 
1.
ИП-ИНЕФ-1-л
 
 
2.
Выходная мощность
Вт
2500
3.
Диапазон частоты выходного напряжения
Гц
4000-24000
4.
Питание
В, Гц
220,50
5.
Габариты
мм
400х410х240
6.
Масса
кг
28
7.
ИП-ИНЕФ-1и
 
 
8.
Выходная мощность
Вт
2500
9.
Диапазон частоты выходного напряжения
Гц
4000-24000
10.
Питание
В, Гц
220,50
11.
Габариты
мм
430х450х280
12.
Масса
кг
20
13.
ИП-КОНСЕНТ
 
 
14.
Выходная мощность
Вт
6000
15.
Диапазон частоты выходного напряжения
Гц
100-35000
16.
Питание
В, Гц
380,50
17.
Габариты
мм
400х400х600
18.
Масса
кг
60
19.
ИП-ИНЕФ-1-т
 
 
20.
Выходная мощность
Вт
2500
21.
Диапазон частоты выходного напряжения
Гц
4000-24000
22.
Питание
В, Гц
220,50
23.
Габариты
Мм
400х410х240
24.
Масса
Кг
20
 
 
 
25.
ИНЕФ 1-37
 
 
26.
Мощность
Вт
700
27.
Масса
Кг
6
28.
Габариты: диаметр, длина
Мм
37, 1500
29.
ИНЕФ 1-44
 
 
30.
Мощность
Вт
1000
31.
Масса
Кг
8
32.
Габариты: диаметр, длина
Мм
44, 1500
33.
ИНЕФ 1-100
 
 
34.
Мощность
Вт
2000
35.
Масса
Кг
42
36.
Габариты: диаметр, длина
Мм
100, 1500
Эффективность применения акустического воздействия зависит от ряда факторов: геологических (литология и петрофизические особенности пород), технологических (режимы разработки месторождения), гидродинамических (пластовое давление, обводненность продукции, газовый фактор).
 Анализ геотехнической документации и лабораторные опыты на кернах пород продуктивного пласта достаточно обоснованно позволяют определить частоту, интенсивность воздействия и время воздействия, что позволяет увеличить результативность обработки скважин на 30-50%.
          В ООО «НПП ГЕТЭК» Ю.Г.Пименовым были проведены лабораторные исследования по оценке фильтрационно-ёмкостных свойств коллекторов и их изменению под воздействием акустического поля. Определение пористости образцов пород производили вакуумированием образцов, а их проницаемость оценивалась по азоту (таблица 4, 5). 
 
 
Таблица 4
                                                 
Характеристика кернов пород продуктивных пластов
   
Площадь
скв.
Интервал,
м
образца
Тип породы
 
1
Талинская
5673
2718-2723
Т-121
Песчаник крупнозернистый, гравелистый
2
2841
2749-2756
Т-109
Песчаник крупнозернистый, гравелистый
3
5631
2651-2654
Т-26
Песчаник среднезернистый
4
5673
 
Т-111
Песчаник среднезернистый
5
Покамасовская
731
2840-2854
6-П-7
Песчаник мелкозернистый
6
Поточная
2144
2573-2542
35П69
Песчаник мелкозернистый
7
 
2542-2555
35П69
Песчаник мелкозернистый
8
Лянторская
3024
2077-2088
1-Л-33
Песчаник мелкозернистый
9
Зап.Ноябрьская
1122
2725
1-3Н
Песчаник мелкозернистый
10
Ем-Еговская
2390
1428-1435
ЕЕ-1-1
Алевролит слоистый крупнозернистый
11
 
1456-1463
ЕЕ-4-10
Алевролит слоистый крупнозернистый
12
Оренбургское ГКМ
51
1857-1864
2-2
Доломит тонкокристаллический
13
53
1877-1882
4-3
Известняк органогенный обломочный
14
 
 
7-2
Известняк органогенный обломочный
15
Окружная
17
1819-1830
4-х
Аргиллит, силицит
 
Таблица 5
 
Фильтрационно-ёмкостные свойства коллекторов и их изменения под воздействием акустического поля (АВ)
 
Открытая пористость n, %
Проницаемость К, mD
До АВ
После АВ
Dn, %
До АВ
После АВ
Dn, %
Талинская площадь
1
15.2
 
 
92.2
224.3
143
2
12.7
 
 
72.8
41.8
- 42.6
3
10.6
 
 
21.6
120.1
456
4
4.9
 
 
10.1
9.1
- 9.9
Покамасовсая площадь
5
4.4
 
 
0.3
11.1
3570
Поточная площадь
6
13
 
 
1.9
41.1
2000
7
5.6
 
 
0.2
7.5
4040
Лянторская площадь
8
25.4
 
 
165
60.8
- 63
Западно-Сибирская площадь
9
3.5
 
 
1.0
0.4
- 60
Ем-Еговская площадь
10
31
24
- 22.6
32.8
37.0
12.8
11
32.4
 
 
124.3
144.6
16.3
Оренбургское ГКМ
12
16.9
17.4
2.9
34.0
42.2
24
13
2.4
5.5
129
8.2
14.0
70.7
14
7.4
5.7
- 23
10.0
17.5
75
Окружная (о.Сахалин)
15
10.5
11.5
9.5
2.8
21.5
668
 
 
 Как видно из представленных данных, успешность акустического воздействия на проницаемость образцов пород в опытах составила 26,6 %. Отрицательный результат может быть объяснен неполным диспергированием кольматирующих образований и последующей частичной закупоркой порового пространства, а энергии газовой продувки образцов оказалось недостаточно для выноса кольматирующих образований. 
По мнению специалистов компании «НПП ГЕТЭК», между величиной дополнительно получаемой нефти за счет акустической обработки скважины и дебитом скважины до обработки существует следующая зависимость: при Q < 10 т/сутки DQ = 100-150 тонн; при Q =10-50 т/сутки DQ = 400-500 тонн; при Q >50 т/сутки DQ >700 тонн. Эффективность акустического воздействия на породы пласта БС-10 Фёдоровского месторождения представлена на рис. 3.
 
 
 
Рис. 3. Эффективность тестового акустического    воздействия на породы пласта БС-10 Фёдоровского месторождения (выборка из 1500 скважин), где DQ - увеличение дебита скважин: DQ = [(QАВQН) / QН] х 100%. 
 

 

Средний технологический эффект от акустических обработок 750 скважин составил 1450 тонн на одну обработку при продолжительности эффекта до 6 месяцев.
Эффективность акустических обработок скважин иллюстрируется результатами обработок скважин Федоровского месторождения [1].
Федоровское месторождение расположено в Тюменской области России в 60 км к северо-востоку от г. Сургута. Месторождение открыто в 1963 году и его нефтегазоносность связана с отложениями юры (тюменская свита) и нижнего мела (мегионская и вартовская свиты). Месторождение приурочено к группе локальных поднятий в центре Сургутского свода. Залежи выявлены в 16 пластах на глубинах от 1800 до 2875 м с коллекторами порового типа. Открытая пористость песчаников 16-27 %, проницаемость 75-290 mD. Плотность нефти 0.827- 0.890 г/ см3. Содержание серы 0.9-3%, смол и асфальтенов 6.3-11.8%.
На месторождении была произведена обработка 78 скважин, из которых 60 обработок были результативными (успешность обработок 77 %). В среднем дополнительная добыча нефти за счет обработки одной скважины составила 1370 тонн, продолжительность эффекта воздействия находилась в пределах от 1 до 6 месяцев.                                                                      Экспериментальными акустическими обработками газовых скважин установлена возможность увеличения дебита газовых скважин (таблица 6).
 
 
Таблица 6
 
Эффективность акустической обработки газовых скважин
 
Месторожде-
ние
№ скважины
Пласт
Интервал перфора-
Ции
Дебит до обработки, тыс.м3
Дебит после обработки, тыс. м3
Увеличе-
ние дебита, %
Северо-Соленинское
(Норильск-
газпром)
306
СД
2215-2180
18.2
31.4
72.5
Вынгапуров-
ское
(Сургутгаз-
пром)
197
ПК
1018-1004
39.0
53.0
35.9
 
132
ПК
1039-1024
1010-1002
106.0
176.0
66.0
 
 
В период с 1995 по 1999 годы компанией «ОТО» была произведена акустическая обработка 305 скважин на месторождениях ТПП «Когалымнефтегаз» ООО «ЛУКойл-Западная Сибирь» и суммарная величина дополнительно добытой нефти за счет обработки составила 725629 тонн (в среднем на одну скважину 2379 тонн).
В период с 1997 по 1999 годы были произведены акустические обработки 91 нагнетательной скважины на Урьевском и Ключевском месторождениях (ТПП «Лангепаснефтегаз») и 10 скважин на Покачевском месторождении (ППП «Покачевнефтегаз»).
По результатам обработок установлено, что на одну нагнетательную скважину в среднем приходится дополнительно добытой нефти 973 тонны. При этом удельные затраты Подрядчика на одну тонну дополнительн добытой нефти составили 9,7 доллара США/ т.
         Результаты эффективности акустических обработок скважин на месторождениях Канады приведены в таблице 7.
На месторождениях Западной Сибири, Татарии, Туркмении и Казахстана компания «ИНЕФ» произвела более 700 скважино-обработок.
Эффективность работ по акустической обработке скважин компания «ИНЕФ» оценивает следующим образом: средний технологический эффект от 500 до 5500 тонн нефти на 1 обработку, продолжительность эффекта изменяется от 6 до 18 месяцев. 
 
В научно-внедренческом предприятии «Геоакустик» при Государственном научном центре РФ «ВНИИГеосистем» разработана новая технология повышения нефтеотдачи залежи, основанная на использовании сейсмоакустического воздействия на обводненный нефтяной пласт. Технология заключается в возбуждении электрогидравлическим излучателем упругих колебаний в скважине против нефтяного пласта. Излучателем упругих колебаний является скважинный снаряд длиной 3,5 м и диаметром 90 мм, опускаемый на 3-х жильном каротажном кабеле и управляемый наземным пультом. Время непрерывного воздействия в «излучающей» скважине 10-15 суток.
Физической основой метода сейсмоакустического воздействия является ряд эффектов, возникающих в горной среде и насыщающем его флюиде при длительном воздействии на пласт упругими волнами:
Ø             изменение напряженно-деформированного состояния горных пород;
Ø             образование дополнительных каналов флюидопотока в коллекторе;
 
Таблица 7
 
Эффективность акустических обработок скважин на месторождениях Канады
 
№ скважины
Месторож-дение
Пласт
Интервал перфорации, м
Дебит до обработ-ки
Дебит после обработ-ки
Увеличе-
ние дебита, %
Газовые скважины
16-3-15-7W4
Suffield
Gas
MR/SWS
278-332
560-562
21000
scf/d
45000
scf/d
114
8-3-15-6W4
Suffield
Gas
MR/MH
287-347
385-418
8000
scf/d
60000
scf/d
650
6-25-15-6W4
Suffield
Gas
MR/MH
276-290
374-407
4000
scf/d
31000
scf/d
675
6-5-15-6W4
Suffield
Gas
MR
312-356
12000
scf/d
22000
scf/d
83
16-20-15-6W4
Suffield
Gas
Вступить в Ассоциацию! Члены Ассоциации
Все права защищены
© АсБур 2005-2015