Метод плазменно-импульсного воздействия на пласт

 

Теоретические основы метода

Ток высокого напряжения - 3000-5000 В-от батареи накопительных конденсаторов подается на электроды, которые замыкаются калиброванным проводником, что приводит к его взрыву и образованию плазмы в замкнутом пространстве.

Во время взрыва происходит освобождение энергии, переходящей в состояние сильно нагретого газа с очень высоким давлением, который, в свою очередь, с большой силой воздействует на окружающую среду, вызывая ее движение.

При электрическом разряде в жидкости через калиброванный металлический проводник образуется плазменный канал. Сам проводник превращается в газ (пар), в котором происходит повышение давления, плотности и температуры среды, то есть образуется взрывная волна.

Резкий скачкообразный переход вещества из исходного состояния в состояние с очень высоким давлением и температурой представляет собой ударную волну, которая распространяется со сверхзвуковой скоростью.

Передний фронт ударной волны, имеющий избыточное давление, передает состояние движения от одного слоя к другому. В результате область, охваченная воздействием, быстро расширяется.

При взрыве в жидкой среде максимальное давление достигается в момент сжатия среды в ударной волне.

При распространении взрывной волны в твердых упругих средах ударный фронт сравнительно быстро исчезает, и взрывная волна превращается в ряд последовательных колебаний, распространяющихся со скоростью упругих волн.

Источник колебаний по техническим параметрам полностью соответствует характеристикам, присущим нелинейным системам - энергоемкий, выделяет значительное количество энергии с высокой температурой (25000-28000 ⁰С) за короткий промежуток времени (50-53 мкс), формирует ударную волну с избыточным давлением, многократно превышающим пластовое.

За счет технологических ограничений ударная волна распространяется направленно через перфорационные отверстия по профилю каналов.

Создаются вынужденные периодические колебания в окружающей среде (продуктивная залежь) со значительной амплитудой.

Плазменно-импульсное воздействие инициируется в естественных (реальных) геологических условиях без добавок химических реагентов при любой обводненности скважины, и способствует возникновению параметрического резонанса в целом в системе, при этом возмущенная среда не оказывает на источник колебаний никакого обратного воздействия.

Таким образом, генератор ПИВ является идеальным широкополосным (1-12000 Гц) нелинейным возбудителем.

Вызываемые в продуктивном пласте резонансные колебания позволяют очистить существующие и сформировать новые фильтрационные каналы на удалении более 1500 метров от очага воздействия.

Кроме масштабного воздействия создание плазмы позволяет решать и локальные задачи по очистке призабойной зоны скважин. Мгновенное расширение плазмы создает ударную волну и последующее охлаждение, а сжатие плазмы вызывает обратный приток в скважину через перфорационные отверстия, что на начальном этапе обработки скважины способствует выносу кольматирующих веществ в ствол скважины.

Основные преимущества плазменно-импульсного воздействия на пласт над другими методами увеличения нефтеотдачи

Наиболее распространенные методы воздействия на продуктивные пласты с целью интенсификации режима работы нефтегазовых скважин и месторождений и повышения извлекаемых запасов углеводородов приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4. Методы воздействия на продуктивные пласты

Метод	Реагент или способ воздействия
Закачка реагентов	Вода, газ, легкие фракции нефти
Тепловые	Горячая вода, пар, внутрипластовое горение, горючеокислительные смеси
Физико-химические	ПАВ, соляная кислота, щелочные растворы и другие химические реагенты
Волновые	Электромагнитные, вибрационные, сейсмоакустические, импульсные
Механические	Гидроразрыв пласта, разбуривание горизонтальными и горизонтально разветвлёнными скважинами
Микробиологические	Активация пластовой микрофлоры

 

Перечисленные методы воздействия на пласты дают определенный положительный эффект, хотя их эффективность в различных геолого-технических условиях различна и каждому из них присущи определенные ограничения и недостатки. Так, закачка больших объемов воды приводит к выпадению неорганических солей, парафинов в самих пластах и прискважинной зоне. Применение кислотной обработки, использование поверхностно-активных веществ (ПАВ), особенно органических добавок или углеводородов или их продуктов, экологически небезопасно и приводит к разрушению нефтепромыслового оборудования. Применение тепловых методов и особенно внутрипластового горения сопровождается усиленным разрушением продуктивных коллекторов и выносом песка, ростом агрессивности добываемой продукции за счет продуктов горения, образованием в пласте стойких водонефтяных эмульсий и т.п. Технология ГРП требует значительных затрат времени и средств, сложного компрессорного оборудования и при воздействии в зонах вблизи водонефтяного контакта (ВНК), в частично промытых зонах нередко в результате гидроразрыва пласта вместо нефти получают воду.

Особенностью предлагаемой технологии скважинного упругого воздействия является воздействие не только на призабойную зону, но и на пласт в целом, благодаря глубокому проникновению сейсмоакустической волны в пласт.

При этом в пласте происходят следующие процессы:

- разогрев прискважинной зоны;

-   ускорение (до 1000 раз) гравитационной агрегации нефти и газа;

    увеличение относительный фазовых проницаемостей для нефти в большей степени, чем для воды;

    увеличение (в десятки раз) скорости и полноты капиллярного вытеснения нефти водой;

    возникновение сейсмоакустической эмиссии в породах коллектора, сопровождающейся образованием микротрещин;

изменение напряженного состояния горных пород коллектора и связанное с этим изменение структуры порового пространства.

Обработка скважин методом плазменно-импульсного электрогидравлического занимает всего 8-10 ч. Данная технология позволяет не только повысить в несколько раз или восстановить дебит добычных эксплуатационных скважин, но и за счет снижения поверхностного натяжения на границе фаз «нефть-вода» снизить водосодержание в продукции скважины, увеличить нефтеотдачу пласта.

Методика проведения работ

Обработка эксплуатационных скважин производится аппаратурой «Приток-1», спускаемой в скважину на стандартном трехжильном кабеле с помощью геофизической лебедки каротажного подъемника. По геофизическому кабелю осуществляется питание скважинной аппаратуры электрическим током, заряжающего накопительные конденсаторы, управление работой глубинного блока (заряд-разряд) и контроль режима работы аппаратуры и параметров импульсного воздействия. Время обработки и количество импульсов воздействия на пласт определяется мощностью и параметрами продуктивного интервала.

Ожидаемые результаты

Главным источником энергии пласта является энергия потока движущегося скважинного флюида усиленная вибрационными колебаниями, ускоряющие процесс капиллярной пропитки и способствующим образованию пузырьков газа, увеличивающих подвижность флюида.

Плазменно-импульсное воздействие способствует образованию микротрещин и изменению пористости и проницаемости горных пород. Согласно уравнению притока для вертикальной скважины можно представить:

 

 (4.2)

 

 - коэффициент проницаемости пласта;

 - вязкость нефти;

R_П - радиус питания скважины, равный половине расстояния между скважинами;

z_c - радиус скважины;

Н_эф - толщина нефтенасыщенного пласта;

 и  - пластовое и забойное давления соответственно.

Из формулы (4.2) видно, что ПИ - технология воздействуя на призабойную зону пласта, очищает её от кольматантов, улучшает связь скважины с пластом.

Воздействие несколько повышает пористость и проницаемость коллектора за счёт этого увеличивается эффективная мощность пласта H_эфф, а резонансное возбуждение пласта, проникающее на глубину 200 - 1500 м способствует продвижению пластового флюида к скважине за счёт увеличивающейся проницаемости пласта к_пр и уменьшения вязкости флюида , его подвижности.

Это дало возможность рекомендовать ПИТ для решения задач ускоренного освоения и ввода вновь пробуренных скважин в эксплуатацию, повышения дебита эксплуатационных, добычных и увеличению приемистости нагнетательных скважин, а также при разработке месторождений тяжёлых и высоковязких нефтей, месторождений с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов.

Обработка скважин нефтяных месторождений проводилась аппаратурой «Приток - 1» в различных районах России (Западная и Восточная Сибирь, Урало-Поволжье) и за рубежом (Казахстан, КНР) представленных терригенными и карбонатными коллекторами (Рис. 4.20. и Рис. 4.21.)

Таблица 4.5. Результаты скважинных испытаний аппаратуры «Приток-1» по обработке продуктивных пластов

Месторождение	Номер скважины (номер куста)	Назначение скважины (породы)	Интервал обработки, м	Режим работы скважины, м³/сутки (флюид)		Прирост, %
				до возд-я	после возд-я
Самотлорское	3513, (1186)	Нагнетательная (песчаники)	1854-1903,5	400 (вода)	480 (вода)	20
	3514 (1186)	Эксплуатационная (песч.)	1768-1796; 1796,5-1798; 1803-1807	2% (нефть), 98% (вода)	5% (нефть), 95% (вода)	150
	8170 (898)	Эксплуатационная (песч.)	869,5-1876; 1882,5-1885; 1891-1895	8,4 (нефть)	30 (нефть)	260
Туймазинское (АПК «Башнефть»)	2627	Нагнетательня (песч.)	1719,2-1729,2	260 (вода)	320 (вода)	23
	2031	Нагнетательная (песч.)	1743-1754,8	360 (вода)	890 (вода)	147
	3288	Эксплуатационная (извест.)	1126-1131	2,8 (нефть)	4,7 (вода)	67
Бавлинское, (ОАО «Татнефть»)	2574	Эксплуатационная (песч.)	1910,5-1912,5	2,24 (нефть)	2-4 (нефть, вода 5%)	200
Сабанчинское, (ОАО Татнефть»)	1470	Эксплуатационная (песч.)	1210-1212	4 (флюид)	10-11 (нефть 4,8%)	150
	2125	Эксплуатационная (песч.)	1271-1275	3 (вода 40%)	10 (вода 55%)	230

 

Опыт применения аппаратуры «Приток-1М» показывает, что даже в скважинах месторождений с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов с коллекторами с пористостью 7-8% и проницаемостью 0,02-0,1 мк м² можно получить многомесячный эффект повышения дебита скважин и снижения содержания воды в добывающем флюиде.