Способ снижения прочности песчаников нефтешахтных пластов

 

Использование: в области нефте-газодобычи для управления состоянием и свойствами грунтов и горных пород в массиве, в горном деле, подземном строительстве. Сущность изобретения: производят бурение в продуктивный пласт скважин и их обустройство. Определяют направления действия главных напряжений в породном массиве с последующим созданием трещин. Размещают в скважинах источники колебаний. Осуществляют вибровоздействия в виде упругих колебаний на продуктивный пласт сначала путем приведения массива горных пород в колебательное состояние с диапазоном частот 60-1500 Гц, затем с частотой равной частоте собственных колебаний в течение времени, необходимого для смены деформаций сжатия деформациями растяжения. Одновременно нагнетают в скважину разупрочняющие растворы на внешнюю поверхность обсадной трубы при об устройстве скважины наносят слой редкоземельных элементов. Подводят к ним посредством электродов возбуждающее напряжение и осуществляют управление параметрами упругих колебаний изменением величины возбуждающего напряжения и его частоты. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Заявляемое изобретение относится к области нефте- и газодобыче и может быть использовано для управления состоянием и свойствами грунтов и горных пород в массиве в горном деле, подземном строительстве, геоэкологии и других областях наук о Земле.

Известен способ снижения прочности углей, включающий химическое воздействие на пласт с целью стимулирования выделения метана, причем в качестве реагентов используют гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретых до +175^oC //Химический метод увеличения проницаемости угольного пласта "In sity" 1988, 12, N 1-2, с.1-14 авторы: Sadler L.X. Clang C.//.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, негативно влияет на экологию окружающей среды, так как попадание химически вредных веществ в почву и воду отрицательно сказывается на флоре и фауне данного региона.

Известен также способ снижения прочности песчаников нефтешахтных пластов, включающий бурение в продуктивный пласт скважин, и их обустройство определение направления главных напряжений в породном массиве с последующим созданием трещин, размещение в скважинах источников колебаний, осуществление вибровоздействия на пласт сначала путем приведения массива горных пород в колебательное состояние с диапазоном частот 60-1500 Гц в течение времени, необходимого для смены деформаций сжатия деформациями растяжения и одновременное нагнетание в скважину разупрочняющих растворов //а.с. N 1745903, кл. Е 21 В 43/26, опубл.1922//.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, так как используемые невзрывные пневматические виброисточники громоздки, их трудно разместить в скважине, их к.п.д. передачи энергии упругих колебаний в массив весьма низок, управление диапазоном возбуждаемых частот практически невозможно.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу на внешнюю поверхность обсадной трубы наносят слой редкоземельных элементов, подводят к ним посредством электродов возбуждающее напряжение и осуществляют управление параметрами упругих колебаний изменением величины возбуждающего напряжения и его частоты.

В качестве разупрочняющих растворов используют ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретых до 60^oС.

В процессе разупрочнения песчаников нефтешахтных пластов производят регистрацию сейсмоакустических сигналов до, во время и после вибровоздействия и осуществляют контроль за состоянием и свойствами горных пород в массиве.

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 горный массив, 2 - скважина, 3 обсадная труба с перфорацией 4, 5 слой редкоземельного вещества, нанесенный на внешнюю поверхность обсадной трубы 3, 6 источник возбуждающего напряжения, 7 блок согласования, 8 микропроцессор, 9 блок памяти, 10 пультовый терминал, 11 цифропечатающее устройство, 12, 13 - электроды, 14 гидроимпульсатор для нагнетания технологических растворов.

Способ осуществляют следующим образом: в массиве 1, вмещающем продуктивный нефтешахтный пласт, бурят скважину 2, обустраивают ее обсадной трубой 3 с перфорацией 4 и наносят на внешнюю часть трубы 3 слой редкоземельного вещества 5 типа интерметаллических соединений, обладающих гигантской магнитострикцией. Подают на слой 5 возбуждающее напряжение от источника 6 посредством электродов 12, 13 и возбуждают в локальном участке нефтешахтного продуктивного пласта сложенного песчаниками с пористостью до 40% упругие колебания в диапазоне от 60 до 1500 Гц и приводят локальный участок пласта в возбужденное состояние, после чего переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний пласта собственных колебаний пласта 14 разупрочняющих растворов ПАВ, или гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом, нагретых до 60^oС, и вибровоздействия производят в течение времени при котором деформации сжатия сменят деформации растяжения, что происходит при снижении прочности песчаников на 10-40% по сравнению с первоначальной их величиной и способствует более полному извлечению нефти из пласта. Параметрами упругих колебаний управляют изменяя величину возбуждающего напряжения и его частоту, подаваемых посредством электродов 12, 13 на слой редкоземельного вещества 5, причем, параметры вибровоздействия в процессе нагнетания разупрочняющих растворов поддерживают с амплитудой на уровне 0,5 от величины разрушающих напряжений на разрыв песчаников, слагающих нефтешахтный пласт, с использованием блока согласования 7 и микроЭВМ, в которую входят микропроцессор 8 блок памяти 9, пультовый терминал 10, цифропечатающее устройство 11, то есть с использованием наперед заданной программы, осуществляющей корректировку параметров импульсов давления генерируемых виброисточниками, причем виброисточником служит часть обсадной трубы с нанесенным на ее внешнюю часть слоем редкоземельного вещества 5 в качестве которого обычно используют интерметаллические соединения типа РFe₂, работающих при комнатной температуре.

Для увеличения гидро- и аэродинамических связей пласта вибровоздействия производят с частотой равной частоте нагнетания раствора в скважину и добавляют в разупрочняющий раствор газовые компоненты под давлением в 3-5 атмосфер, причем газовые компоненты обладают большей диффундирующей и проникающей способностью, чем молекулы жидкости. Для снижения прочности песчаника в пласте в разупрочняющий нагнетаемый в пласт раствор добавляют расклинивающие агенты с размерами частиц 0,03-0,9 мм, что соответствует естественной трещиноватости пород в пласте, и плотностью 2,6-4,8 г/см³. Расклинивающие агенты попадают в поры и трещины пород и не дают им заерыться и служат новыми концентраторами пор и трещин и увеличивают проницаемость пласта. В процессе разупрочнения песчаников в нефтешахтном пласте нагнетанием в них разупрочняющих растворов в совокупности с вибровоздействиями до, во время и после вибровоздействия осуществляют контроль за состоянием и свойствами пород в пласте по изменению скорости распространения продольных или поперечных волн судят о достигнутом эффекте эффекте разупрочнения песчаников в локальном участке нефтешахтного пласта.

Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных колебаний в локальном участке нефтешахтного пласта, сложенного песчаниками с пористостью до 40% возникают волны сжатия и растяжения, способствующие распространению миграции флюидов, содержащихся в порах и трещинах песчаника, вследствие чего на пути распространеия упругих волн имеет место перераспределение поля упругих напряжений частичная дегазация песчаников - истечение газовых компонент их пор и трещин под воздействием вибраций.

Миграция флюидов в порах и трещинах пласта сопровождается изменением парового давления и, как правило, изменением прочностных свойств песчаников нефтешахтного пласта, причем вибровоздействия, осуществляемые в широком диапазоне частот способствуют тому, что сжимающие и растягивающие нагрузки способствуют перемещению-миграции флюидов во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны, что в свою очередь сопровождается "внедрением" расклинивающих агентов, ПАВ и других разупрочняющих растворов в поры и трещины песчаника и снижают его прочность от 10 до 40% по сравнению с первоначальной.

Таким образом, нагнетание в песчаники нефтешахтного пласта разупрочняющих растворов в совокупности с вибровоздействиями, способствует снижению прочности пород на разрыв до 40% по сравнению с первоначальной их величиной и увеличивает гидро- и аэродинамические связи пласта, что приводит к повышению нефтеотдачи пласта от 10 до 40% по сравнению с имеющимися классическими технологиями.

Использование заявляемого изобретения позволит повысить эффективность процесса извлечения высоковязкой нефти из пласта за счет снижения прочности песчаников с пористостью до 40% нефтешахтного пласта и снизить энергоемкость процесса.

Преимущества способа состоят в следующем: 1) возможность возбуждать в пласте широкий спектр вибрационных нагрузок в диапазоне от 60 до 1500 Гц; 2) возможность управлять состоянием и свойствами пород пласта за счет нагнетания разупрочняющих веществ в совокупности с вибровоздействиями в резонансном режиме; 3) возможность закачивать в пласт упругую энергию непосредственно в массиве; 4) снизить энергоемкость процесса и повысить производительность; 5) снизить температуру теплоносителя на 30-50% 6) повысить нефтеотдачу пласта до 40% за счет снижения прочности песчаников с пористостью до 40% непосредственно в месте их залегания.

Формула изобретения

1. Способ снижения прочности песчаников нефтешахтных пластов, включающий бурение в продуктивный пласт скважин и их обустройство, определение направления действия главных напряжений в породном массиве с последующим созданием трещин, размещение в скважинах источников колебаний, осуществление вибровоздействия в виде упругих колебаний на продуктивный пласт сначала путем приведения массива горных пород в колебательное состояние с диапазоном частот 60 1500 Гц, затем с частотой, равной частоте собственных колебаний, в течение времени, необходимого для смены деформации сжатия деформациями растяжения и одновременное нагнетание в скважину разупрочняющих растворов, отличающийся тем, что при обустройстве скважины на внешнюю поверхность обсадной трубы наносят слой редкоземельных элементов, подводят к нему посредством электродов возбуждающее напряжение от источника возбуждающего напряжения и осуществляют управление параметрами упругих колебаний изменением величины возбуждающего напряжения и его частоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве разупрочняющих растворов используют ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретые до 60^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе разупрочнения песчаников нефтешахтного пласта производят регистрацию сейсмоакустических сигналов до, во время и после вибровоздействия и осуществляют контроль за состоянием и свойствами горных пород в массиве.

РИСУНКИ

Рисунок 1