Способ реанимации сухих нефтяных и газовых скважин

 

Использование: в области нефте- и газодобычи для повышения нефтеотдачи пласта с использованием упругого миграционного геоэффекта и кавитации. Сущность изобретения: в качестве виброисточника используют внешнюю поверхность обсадной трубы, на которую наносят слой редкоземельного элемента. Вставляют в него электроды, подключают к источнику возбуждающего напряжения и возбуждают в пласте мощные вибрационные колебания в выбранном диапазоне в совокупности с нагнетанием в пласт разупрочняющих растворов нагретых до 180^oС. Затем производят в пласте импульсный гидроразрыв и инициируют в нем кавитирующие явления, способствующие как повышению проницаемости пласта, так и увеличению нефтеотдачи. В качестве рабочей жидкости используют нагретый раствор гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом и 3-5%-ным поверхностно-активным веществом. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Заявляемое изобретение относится к области нефте- и газодобычи и может быть использовано для реанимации сухих нефтяных и газовых скважин с использованием упругого миграционного геоэффекта и кавитации.

Известен способ реанимации сухих нефтяных и газовых скважин путем забуривания дополнительных стволов [1] Известный способ трудоемок, нетехнологичен, не использует для повышения проницаемости передовой технологии для повышения нефтеотдачи пласта.

Наиболее близким по своей технической сущности является способ реанимации сухих нефтяных и газовых скважин, включающий бурение скважины, спуск в нее обсадной колонны, размещение виброисточников вибровоздействия на глубине залегания пласта, определение направления главных напряжений в породном массиве с последующим созданием трещин, ориентированных в направлении действия минимального главного напряжения путем нагнетания в скважину рабочей жидкости в пульсирующем режиме в совокупности с вибровоздействием [2] Известный способ также трудоемок, нетехнологичен, из-за трудности размещения пневмоисточников на значительных глубинах в связи с уменьшением диаметра скважины и подвески источников на тросе в нем не используется упругий миграционный геоэффект и не учитываются структурные особенности пласта, способ не позволяет работать в выбранном диапазоне частот резонансном режиме пласта.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу перед спуском обсадной колонны на нее наносят слой вещества, состоящего из редкоземельного элемента с добавкой 5-10% вяжущего и встроенными электродами, подключают электроды к источнику напряжения для генерации упругих колебаний, регистрируют упругие колебания сейсмической аппаратурой, уточняют местонахождение месторождения, устанавливают в интервале воздействия пакеры с интервалом от 2 до 30 м, перфорируют обсадную трубу между пакерами и осуществляют поэтапное вибровоздействие вначале в диапазоне частот переходного режима, а затем с частотой, равной частоте горного массива, измеряют напряженно-деформированное состояние пород в массиве и определяют амплитуду давления в знакопеременной упругой волне, после чего осуществляют вибровоздействия с амплитудой давления, равной 0,5 величины разрушающих напряжений в течение времени, при котором деформации сжатия переходят в деформации растяжения, затем воздействуют на частоте, равной частоте нагнетания рабочей жидкости в скважину, до достижения гидроразрыва, при этом в качестве рабочей жидкости используют раствор гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом и 3-5%-ным поверхностно-активным веществом ПАВ.

Вибровоздействие при переходном режиме осуществляют в диапазоне частот 600-1500 Гц, а в качестве рабочей жидкости используют раствор, нагретый до 180^oС.

Вибровоздействие в переходном режиме осуществляют в диапазоне 1-2 кГц лучом лазера, подаваемым с поверхности скважины по световоду, а в качестве рабочей жидкости используют раствор, нагретый до 60-80^oС, и при этом в породном массиве инициируют кавитирующие явления.

Перед проведением гидроразрыва в основание скважины подают цементный раствор, а вибровоздействие осуществляют посекционно в процессе продавки цементного раствора в заколонное пространство и с началом процесса в основание скважины, причем вибровоздействие осуществляют в течение времени, при котором прочность цементного камня достигнет половины прочности от их нормативной величины.

В рабочую жидкость добавляют 0,6% каустической соды и 1,2-1,8% расклинивающих агентов с размерами частиц 0,03-0,6 мм и их плотностью 3,2-6,3 г/см³.

После гидроразрыва в образовавшиеся трещины и пустоты техногенного характера нагнетают скрепляющие растворы.

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 толща горных пород, 2 пласт, 3 скважина, 4 обсадная труба, 5 слой редкоземельного элемента, нанесенного на поверхность обсадной трубы, 6 заколонное пространство, заполненное редкоземельным веществом с добавкой 5-10% вяжущего, 7 источник импульсного напряжения, 8 лазер накачки, 9 световод, 10 - пакер, 11 жидкость между пакерами, 12 отверстия^ выполненные в обсадной трубе.

Способ осуществляют следующим образом: перед спуском обсадной колонны на внешнюю поверхность обсадной трубы наносят слой редкоземельного элемента типа RFe₂; SмFe₂, TbFe₂; ДуFe₂; HoFe₂; ЕгFe₂; ТмFe₂^ обладающих гигантской магнитострикцией при подаче на них импульсного возбуждающего напряжения от 380 до 600 В, причем до 50% электромагнитной энергии переходит в энергию упругих колебаний в широком диапазоне частот от 60 до 6000 Гц при толщине редкоземельного элемента 2-5 см с добавкой вяжущего 5-10% в качестве которого используют тонкозернистый цемент. Слой редкоземельного элемента наносят на обсадную трубу 4 секцияvb по 4-6 м с шагом 12-15 м, подают посредством электродов на слой возбуждающее напряжение 7 и, изменяя частоту и величину возбуждающего напряжения, управляют параметрами упругих волн, генерируемых в пласт 2 и вмещающих породы 1, затем в заколонное пространство 6 нагнетают скрепляющие растворы, которые продавливают, начиная с основания (забоя) скважины в совокупности с вибровоздействиями, причем вибровоздействия осуществляют с амплитудой давления в знакопеременной волне не более 0,5 величины разрушающих напряжений для пород, слагающих стенки скважины 3, в течение времени, при котором прочность цементного камня достигнет половины их прочности от их нормативной величины.

После этого возбуждают упругие колебания в переходном режиме 60-1500 Гц, регистрируют упругие колебания сейсмической аппаратурой, обрабатывают и анализируют полученную сейсмическую информацию, уточняют местонахождение месторождения нефти или газа, ограничивают пространство скважины 3 по глубине пласта пакерами 10, заполняют пространство с температурой от 60 до 80^oС, обсадную трубу 12 между пакерами перфорируют и посредством световода от лазера накачки 8 закачивают в пласт упругую энергию в режиме накопления и возбуждают в горном массиве и пласте мощные вибрационные колебания, предварительно приведя горный массив 1 в колебательное состояние на частотах от 60 до 1000 Гц в совокупности с нагнетанием в него разупрочняющих растворов, в качестве которых используют ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом, нагретых до 180^oC, и при достижении в массиве оптимальной проницаемости, которая наступает при смене деформаций сжатия деформациями растяжения. Для приведения пласта в колебательное состояние вибровоздействия производят поэтапно: вначале возбуждают в пласте колебания в широком диапазоне частот от 60 до 1500 Гц, используя в качестве виброисточников части обсадных труб с нанесенным на них слоем редкоземельного элемента при подаче на него импульсного возбуждающего напряжения; затем переходят на частоты 1-20 кГц, возбуждая их в пласте лазером накачки, и инициируют в пласте кавитирующие явления в совокупности с нагнетанием в пласт разупрочняющих растворов с добавкой в них расклинивающих агентов в количестве 1,2-1,8% с размерами 0,03-0,6 мм и плотностью 3,2-6,3 г/см³, причем расклинивающие агенты, попадая в поры и трещины пласта, не дают закрыться и служат, к тому же, концентраторами новых трещин на пути распространения мощных вибрационных колебаний, что, в свою очередь, повышает проницаемость пород и делает поры и трещины сообщающимися, что повышает нефтеотдачу пласта от 10 до 40% по сравнению с первоначальной. Для управления состоянием и свойствами пласта инициируют на пути распространения мощных вибрационных колебаний кавитирующие взрывы, то есть в зоне разрежения упругой волны возникают гидроразрывы мельчайшие пузырьки, заполненные паром или газом, или их смесью, схлопывающиеся в зоне сжатия упругой волны, вследствие чего резко увеличивается проницаемость пласта.

Для повышения дебита нефти или газа наряду с вибровоздействиями в нагнетаемую в пласт рабочую жидкость добавляют в зависимости от свойств добываемой нефти следующие добавки: сильные щелочи; воду с температурой окружающей пласт среды, содержащей водорастворимые карбонаты и фосфаты; жидкие флюиды с температурой окружающей их геологической среды и добавками щелочных агентов, таких как щелочи металлов, и растворимые агенты - хинолин и другие, чтобы эмульгировать вязкую нефть; при вязкой нефти, включающей битумы, нагнетают в пласт горячие водные растворы с содержанием 0,6% каустической соды; нагнетают пар, содержащий карбонаты щелочных металлов и изолирующие агенты, такие как сульфаты, щелочные металлы, сульфиты, полифосфаты, полиамин, полиацетаты и другие;
закачка горячей воды с щелочами;
пар, содержащий достаточно щелочных агентов, чтобы повысить pН обрабатываемого флюида до 7,5 и щелочные агенты аммиак или соединения щелочных металлов;
разбавленный водный раствор щелочей и пара совместно.

Таким образом, реанимация сухой скважины с использованием вибровоздействий в широком диапазоне частот в совокупности с нагнетанием в пласт и смещающие породы разупрочняющих веществ снижает прочность пород на разрыв от 20 до 60% после чего проведение импульсного гидроразрыва для соединения скважины с пластом позволяет получить ориентированные трещины в направлении действия минимального главного напряжения в пласте, в которую нагнетают наряду с рабочей жидкостью расклинивающие агенты, которые не дают трещинам гидроразрыва закрыться и служат новыми концентраторами трещин.

Для охраны окружающей геологической среды и снижения негативных динамических проявлений оседания почвы, техногенных землетрясений, в отработанные части пласта нагнетают скрепляющие растворы наряду с вибровоздействиями, что увеличивают диффузионную способность растворов и увеличивают прочность сцепления их с горным массивом на 20-40% что проверено методом гидроразрыва до и после вибровоздействия.

Сущность способа заключается в том, что под воздействием вибрационных колебаний на пути распространения упругих колебаний возникают волны сжатия и растяжения, которые воздействуют на флюиды жидкости и газовые компоненты, содержащиеся в порах и трещинах пласта и вмещающих пород как тектонический насос, и способствуют их миграции распространению в десятки и сотни раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны, вследствие чего на пути распространения упругой волны имеют место:
а) перераспределение поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов;
б) частичная дегазация локального участка пласта и кавитирующие явления, имеющие место на пути распространения упругой волны при условии, что
направление распространения упругой волны совпадает с направлением простирания пор и трещин в массиве;
длина волны соизмерима с размерами этих пор и трещин;
частота зондирующих импульсов близка к частоте собственных колебаний флюидов, содержащихся в порах и трещинах;
на пути распространения упругой волны имеются градиенты давлений и температур;
наличие твердых включений во флюидосодержащих растворах, которые служат зародышами кавитации;
перепады градиентов давления на пути распространения волны из-за несимметричности расположения пор и трещин в пространстве.

Все перечисленные факторы значительно увеличивают гидро- и аэродинамические связи пород пласта и значительно облегчают задачу получения - образования ориентированных трещин при гидроразрыве пласта.

Преимущества способа заключаются в:
возможности работать в выбранном диапазоне частот с последующей закачкой упругой энергии в пласт для управления состоянием и свойствами пласта;
повышении проницаемости пород пласта;
увеличении площади гидроразрыва и снижении энергоемкости процесса за счет работы в резонансном режиме;
повышении нефтеотдачи пласта от 10 до 40% по сравнению с первоначальной.

Использование заявляемого изобретения позволит значительно снизить риск при бурении на нефть и газ сухих скважин и повысить их нефтеотдачу по сравнению с имеющимися способами.

Ожидаемый экономический эффект составляет в год 600-900 тыс. долл./год.

Формула изобретения

1. Способ реанимации сухих нефтяных и газовых скважин, включающий бурение скважины, спуск в нее обсадной колонны, размещение источников вибровоздействия на глубине залегания пласта, определения направления главных напряжений в породном массиве с последующим созданием трещин, ориентированных в направлении действия минимального главного напряжения путем нагнетания в скважину рабочей жидкости в пульсирующем режиме в совокупности с вибровоздействием, отличающийся тем, что перед спуском обсадной колонны на нее наносят слой вещества, состоящего из редкоземельного элемента с добавкой 5 10% вяжущего и встроенными электродами, подключают электроды к источнику напряжения для генерации упругих колебаний, регистрируют упругие колебания сейсмической аппаратурой, уточняют местонахождение месторождения, устанавливают в интервале воздействия пакеры с интервалом 2 30 м, перфорируют обсадную трубу между пакерами и осуществляют поэтапное вибровоздействие вначале в диапазоне частот переходного режима, а затем с частотой, равной частоте горного массива, измеряют напряженно-деформированное состояние пород в массиве и определяют амплитуду давления в знакопеременной волне, после чего осуществляют вибровоздействие с амплитудой давления, равной 0,5 от величины разрушающих напряжений в течение времени, при котором деформации сжатия переходят в деформацию растяжения, затем воздействуют на частоте, равной частоте нагнетания рабочей жидкости в скважину до достижения гидроразрыва, при этом в качестве рабочей жидкости используют нагретый раствор гидроокиси натрия или гидроокиси натрия с метанолом и 3 5% поверхностно-активным веществом ПАВ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибровоздействие при переходном режиме осуществляют в диапазоне частот 600 1500 кГц, а в качестве рабочей жидкости используют раствор, нагретый до 180^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибровоздействие в переходном режиме осуществляют в диапазоне 1 2 кГц лучом лазера, подаваемого с поверхности скважины по световоду, а в качестве рабочей жидкости используют раствор, нагретый до 60 80^oС, и при этом в породном массиве инициируют кавитирующие явления.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед проведением гидроразрыва в основание скважины подают цементный раствор, а вибровоздействие осуществляют посекционно в процессе продавки цементного раствора в заколонное пространство и с началом процесса в основании скважины, причем вибровоздействие осуществляют в течение времени, при котором прочность цементного камня достигнет половины прочности от их нормативной величины.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в рабочую жидкость добавляют 0,6% каустической соды и 1,2 1,8% расклинивающих агентов с размерами частиц 0,03 0,6 мм и плотностью 3,2 6,3 г/см³.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после гидроразрыва в образовавшиеся трещины и пустоты техногенного характера нагнетают скрепляющие растворы.

РИСУНКИ

Рисунок 1