Способ интенсификации добычи углеводородов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи углеводородов из скважин. Обеспечивает увеличение и локализацию импульсного энерговыделения в основную область продуктового пласта за счет формирования параметров импульсов электростимуляции и изменения электрофизических свойств породы. Сущность изобретения заключается в размещении в профильтрованных зонах, по меньшей мере, двух расположенных на продуктивном пласте скважин соответствующих электродов и подаче на них импульсного тока электростимуляции скважины. Во время подачи импульсного тока электростимуляции скважины на внешней поверхности обсадной колонны, по меньшей мере, одной из скважин создают изолирующий слой путем криогенного воздействия на данную скважину и промораживают основную область продуктивного пласта, прилегающую к внешней поверхности ее обсадной колонны, устройство содержит размещенные в прифильтрованных зонах, по меньшей мере, двух расположенных на продуктивном пласте скважин соответствующие электроды и систему формирования импульсов электростимуляции скважины. Имеется источник хладагента, соединенный на выходе через канал подачи углеводородов со входом блока инжекции хладагента. Он связан через инжектор с затрубным пространством, по меньшей мере, одной скважины, и блоком управления инжекцией хладагента, соединенным выходом с управляющим входом блока инжекции хладагента. При этом выходы системы формирования импульсов электростимуляции скважины соединены с выводами электродов, а ее управляющий выход - со входом блока управления инжекцией хладоагента. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Группа изобретений относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована для интенсификации добычи углеводородов из скважин.

Известны способ интенсификации добычи нефти и устройство, которое его реализует (см. патент РФ №2199659, кл. Е 21 В 43/25, 2003 г.). В известных способе и устройстве осуществляют воздействие электрогидроимпульсной ударной волной на продуктивный пласт скважины. Для этого генерируют электрогидравлическую ударную волну в жидкости призабойной зоны скважины импульсными разрядами с помощью конденсаторного разрядного устройства с искровым разрядником, введенными в скважину через обсадную трубу. При этом возбуждение ударной волны осуществляют с внешней стороны обсадной трубы, для этого электроразрядное устройство выводят за пределы обсадной трубы через выполненное в ней отверстие. Генерированную в жидкости ударную волну направляют в нефтеносный грунт для отделения нефти от грунта.

Недостатками известных способа и устройства являются высокие энергетические затраты при интенсификации добычи углеводородов, а также невысокая проницаемость продуктивного пласта призабойной зоны скважины и невысокая сообщаемость поровых каналов среды со стволом скважины.

Также известен способ интенсификации добычи углеводородов, заключающийся в размещении в призабойных зонах, по меньшей мере, двух расположенных на продуктивном пласте скважин соответствующих электродов и подаче на них импульсного тока электростимуляции скважины (см. патент РФ №2089727, кл. Е 21 В 43/28, 1997). Известно и устройство для интенсификации добычи углеводородов, содержащее размещенные в прифильтрованных зонах, по меньшей мере, двух расположенных на продуктивном пласте скважин соответствующие электроды и систему формирования импульсов электростимуляции скважины (см. патент РФ №2089727, кл. Е 21 В 43/28, 1997). В известных способе и устройстве выделяют призабойную часть скважины. Воздействуют на нее импульсным электрическим током. При этом предварительно устанавливают характер обратимости изменения проницаемости горной породы и критическую плотность электрического тока по формуле. В зависимости от требований изменения проницаемости, касающихся увеличения или уменьшения ее, и обратимости устанавливают плотность тока, длительность импульса и скважность импульса. Недостатками данных способа и устройства также являются высокие энергетические затраты при добыче углеводородов, а также невысокая эффективность.

Между тем, последние описываемые способ и устройство являются наиболее близкими аналогами предлагаемой группы изобретений.

Задачами предлагаемого изобретения являются снижение энергетических затрат при интенсификации добычи углеводородов и повышение проницаемости продуктивного пласта призабойной зоны скважины и улучшение сообщаемости поровых каналов среды со стволом скважины, при этом технический результат состоит в увеличении и локализации импульсного энерговыделения в основную область продуктивного пласта за счет формирования параметров электростимуляции и изменения импульсов электрофизических свойств породы при передаче энергии в продуктивный пласт.

Данный технический результат в части способа достигается за счет того, что в способе интенсификации добычи углеводородов, заключающемся в размещении в призабойных (прифильтрованных) зонах, по меньшей мере, двух расположенных на продуктивном пласте скважин соответствующих электродов и подаче на них импульсного тока электростимуляции скважины, согласно изобретению во время подачи импульсного тока электростимуляции скважины на внешней поверхности обсадной колонны, по меньшей мере, одной из скважин создают высокоомный изолирующий слой путем криогенного воздействия на данную скважину закачиванием в затрубное пространство скважины хладагента и промораживают основную область продуктивного пласта, прилегающую к внешней поверхности ее обсадной колонны, и, кроме того, за счет того, что создание изолирующего слоя путем криогенного воздействия сопровождают измерением сопротивления между, по меньшей мере, одной из скважин и, по меньшей мере, одним из электродов, а по полученным результатам измерений изменяют параметры криогенного воздействия на, по меньшей мере, одну из скважин, и за счет того, что полученные измеренные значения сопротивления между, по меньшей мере, одной из скважин и, по меньшей мере, одним электродом сравнивают с его пороговым значением, полученным на основе каротажных данных для, по меньшей мере, одной из скважин, а по полученным результатам сравнения контролируют параметры изолирующего слоя, по меньшей мере, одной из скважин в процессе его создания.

Данный технический результат в части устройства достигается за счет того, что устройство для интенсификации добычи углеводородов, содержащее размещенные в призабойных зонах, по меньшей мере, двух расположенных на продуктивном пласте скважин соответствующие электроды и систему формирования импульсов электростимуляции скважины, согласно изобретению снабжено источником хладагента, соединенным на выходе с входом блока инжекции хладагента, связанного через инжектор с затрубным пространством, по меньшей мере, одной скважины, и блоком управления инжекцией хладагента, соединенным выходом с управляющим входом блока инжекции хладагента, при этом выходы системы формирования импульсов электростимуляции скважины соединены с выводами электродов, а ее управляющий выход - со входом блока управления инжекцией хладагента. Кроме того, система формирования импульсов электростимуляции скважины может иметь последовательно включенные генератор переменного тока, регулируемый преобразователь переменного тока в постоянный, зарядный блок и блок накопления электрической энергии, подключенный выходом к первому входу формирователя импульсов электростимуляции скважины, а также модуль управления зарядным током, соединенный выходами со вторыми входами генератора переменного тока и зарядного блока, и, кроме того, последовательно включенные узел контроля амплитуды и формы импульсов электростимуляции скважины и блок формирования электрических параметров импульсов электростимуляции скважины, выход которого подключен ко второму входу формирователя импульсов электростимуляции, соединенного выходом со входом узла контроля амплитуды и формы импульсов электростимуляции скважины, выходы которого являются выходами системы формирования импульсов электростимуляции скважины, при этом управляющий выход узла контроля амплитуды и формы импульсов электростимуляции является управляющим выходом системы формирования импульсов электростимуляции скважины. Кроме того, каждый электрод может быть выполнен в виде металлического фильтра обсадной колонны скважины, изолированного от наземного оборудования скважины. Кроме того, источник хладагента может быть выполнен в виде турбодетандера, вход которого связан с одной из скважин, а именно, с ее затрубным пространством.

Сущность данной группы изобретений поясняется чертежом, где показано устройство для интенсификации добычи углеводородов, реализующее способ аналогичного назначениям названия.

На чертеже обозначены система формирования импульсов электростимуляции скважины, в которой имеются последовательно включенные генератор 1 переменного тока, регулируемый преобразователь 2 переменного тока в постоянный, зарядный блок 3, блок 4 накопления электрической энергии, блок 5 формирования импульсов электростимуляции скважины, узел 6 контроля амплитуды и формы импульсов электростимуляции скважины. Блок 7 формирования электрических параметров импульсов электростимуляции скважины соединен своим входом с узлом 6, а выходом - с блоком 5. Модуль 8 управления зарядным током соединен с зарядным блоком 3. Устройство содержит электроды 9 расположенные в скважинах, пробуренных на продуктивном пласте, а также источник 10 хладагента, в качестве которого можно использовать турбодетандер. Источник 10 хладагента соединен на выходе со входом блока 11 инжекции хладагента, связанного через инжектор 12 с затрубным пространством (не показано), по меньшей мере, одной скважины. Устройство содержит блок 13 управления инжекцией хладагента, который соединен выходом с управляющим входом блока 11 инжекции хладагента, а входом - с узлом 6 контроля.

Принцип реализации предлагаемых способа и устройства заключается в том, что осуществляется воздействие на призабойную зону, по меньшей мере, одной скважины из электроимпульсного источника-генератора тока (напряжения) с амплитудой, необходимой для обеспечения фронта вступления импульса в призабойную зону на уровне 10^-3 сек. С целью локализации энергии импульса во времени наряду с увеличением крутизны фронта импульса на уровне 1000V/10^-4 сек укорачивается длительность импульса для реализации условий квазибарического нагрева и охлаждения жидкости в мелкомасштабных капиллярах и в узких местах поровых каналов породы за счет концентрации тока в узких капиллярах и выделения энергии пропорционально соотношению радиусов капилляров E₁/Е₂˜(V₁/V₂)⁴ для силы тока с плотностью j₁/j₂=(V₁/V₂)² для r₁ и r₂. Выделение энергии максимально для узких капилляров, лимитирующих проницаемость среды для углеводородных флюидов. Локализация энерговыделения в узких капиллярах ведет к их физическому разрушению и, следовательно, приводит к перестройке порового пространства для мелкомасштабной капиллярной сети и необратимым образом увеличивает эффективную проницаемость среды для флюидов.

В процессе сеанса интенсификации возникают термопластические напряжения как результат различных термических и электрических процессов. Это приводит к процессам отслаивания пограничных слоев породы в мелкомасштабных капиллярах и выносу их в каналы с более широким сечением.

Импульсное воздействие приводит к разрушению стационарных двойных слоев на границе фильтрата и породы, фазового раздела жидкостей с различными диэлектрическими проницаемостями и, как следствие, уменьшает влияние процессов электрокинетического торможения.

Ряд факторов уменьшает силу поверхностного натяжения на границе раздела фаз жидкостей с соответствующим изменением скорости фильтрации углеводородов через капиллярную систему, обеспечивая перестройку структуры фильтрационных потоков жидкости с увеличением выхода и углеводородов, и, соответственно, с изменением соотношения углеводороды-вода в сторону углеводородов.

Реализация способа интенсификации добычи углеводородов основана на следующем.

С целью снижения потерь в пластах, насыщенных пресной грунтовой водой и в интервалах водоносных горизонтов при передаче электрической энергии к продуктивному пласту при использовании металлической обсадной колонны, как передающей линии, используется методика создания высокоомного изолирующего слоя на внешней поверхности обсадной колонны. Изолирующий слой на месте контакта внешней поверхности обсадной колонны с породой или водоносными пластами создается путем криогенного воздействия и подачи хладагента (жидкого азота) в затрубное пространство скважины. Промораживание внешней поверхности обсадной колонны обеспечивает образование изолирующего слоя на границе контакта как с верхним грунтовым и водоносным горизонтами, так и в интервалах водоносных пластов, обладающих низким сопротивлением за счет минерализации. Подача хладагента в затрубное пространство скважины приводит к последовательному «выключению» проводящих горизонтов вплоть до основной области пласта, однако сопровождается значительным расходом азота на создание изолирующего слоя и поддержание необходимых термодинамических параметров. Вместе с тем, при понижении температуры в стволе скважины может стимулироваться парафинизация и, соответственно, могут ухудшаться основные эксплуатационные параметры скважины. Быстрое поступление хладагента может вызвать значительные термонапряжения в верхней части обсадной колонны и, соответственно, вероятность размножения дефектов или микротрещин, что может вызвать вывод скважины из эксплуатации. Это обуславливает необходимость оптимизировать процесс подачи хладагента в затрубное пространство скважины, обеспечивая при этом изоляцию базовых водоносных горизонтов. Пороговый уровень сопротивления или амплитуды импульсов электростимуляции выбирается на основе анализа каротажных данных по параметру «кажущегося» сопротивления. Контроль и управление криогенной обработкой скважины выполняются на основе непрерывного измерения сопротивления «скважина-электрод» или измерением текущей амплитуды импульсов электростимуляции. При этом изменение сопротивления в сторону увеличения по мере поступления хладагента позволяет контролировать изоляцию основных каналов утечки энергии электровоздействия. Для восстановления термодинамического состояния скважины и нормального режима добычи после сеанса воздействия производится впрыскивание пара из парогенератора, продолжающееся до восстановления температурного режима, соответствующего началу сеанса.

При работе устройства необходимо снижать утечки электроэнергии методом создания высокоомного изолирующего слоя на внешней поверхности проводящей обсадной колонны. При этом хладагент из источника 10 хладагента, который может быть выполнен в виде турбодетандера, поступает в блок 11 инжекции хладагента, управляемого посредством блока 13 управления на основе поступления информации о текущей амплитуде импульса электростимуляции. Из блока 11 инжекции хладагент через инжектор 12 поступает в затрубное (заколонное) пространство, по меньшей мере, одной металлической обсадной колонны и, опускаясь, охлаждает ее. При этом обеспечивается перевод в твердую фазу контактирующей воды на внешней границе обсадной колонны. В блоке 11 инжекции хладагента создается давление, превышающее давление газа в заколонном (затрубном) пространстве с целью обеспечения условия для проведения инжекции. Блок 13 управления сделан на основе компаратора и сравнивает в реальном времени амплитуды импульса электростимуляции на выходе узла 6 системы деформирования импульсов электростимуляции скважины. При этом можно учитывать аналогичные значения сопротивления между устьями скважин и сравнивать их с пороговыми значениями, полученными при проведении каротажных работ («кажущееся» сопротивление). При падении амплитуды или сопротивления вырабатывается команда впрыска через инжектор 12 на подачу дополнительных объемов хладагента, соответствующих определенным пороговым условиям. Поддержание условий при автоматическом регулировании выполняется в динамическом режиме в течение сеанса интенсификации добычи углеводородов для обеспечения условий эффективного воздействия на продуктивный пласт.

Система формирования импульсов электростимуляции скважины функционирует следующим образом.

Электрическая энергия в блок 4 накопления электрической энергии поступает в виде соответствующего мощного сигнала из генератора 1 переменного тока, соединенного силовыми кабелями с регулируемым преобразователем 2, а от него - на вход зарядного блока 3, управляемого модулем 8. Другой выход модуля 8 регулирует режим работы генератора 1. Регулируемый зарядный ток поступает в блок 4 и при достижении номинального уровня амплитуды напряжения и, соответственно, накапливаемой энергии через блок 5 формирования импульсов электростимуляции скважины. Блок 5 управления блоком 7 формирования оптимальных электрических параметров импульсов электростимуляции скважины, который позволяет обеспечивать необходимую частоту, а также подачу одиночных импульсов сброса накопленной энергии на электроды 9 устройства осуществляется через узел 6. Число электродов должно быть как минимум два. В качестве электродов можно использовать металлические фильтры обсадных колонн или металлические обсадные колонны, изолированные от наземного нефтяного и газового оборудования. Скважины при этом можно рассматривать как добывающие или нагнетательные скважины, т.к. эффект раскольматации достигается для призабойных зон двух соседних скважин.

Сигнал с выхода узла 6 поступает на один из выходов блока 7, позволяя оптимизировать рабочие параметры импульсов, которые позволяют оптимизировать параметры интенсификации добычи углеводородов в зависимости от степени и этапа проработки зоны кольматации в процессе сеанса интенсификации.

Данная система формирования импульсов электростимуляции скважины обеспечивает интенсификацию добычи углеводородов за счет воздействия на призабойную зону, по меньшей мере, одной технологической скважины из электроимпульсного источника-генератора напряжения с амплитудой, необходимой для обеспечения фронта вступления импульса в призабойной зоне на уровне 10^-3 сек. С целью локализации энергии импульса во времени наряду с увеличением крутизны фронта импульса на соответствующем уровне укорачивается длительность импульса в соответствии с соотношением для реализации условий квазибарического нагрева и охлаждения жидкости в мелкомасштабных капиллярах и в узких местах поровых каналов породы за счет концентрации тока в узких капиллярах и выделения энергии пропорционально соотношению радиусов капилляров.

Использование данной группы изобретений позволяет увеличить и локализовать импульсное энерговыделение в основную область продуктивного пласта за счет формирования параметров импульсов электростимуляции и изменения электрофизических свойств породы.

1. Способ интенсификации добычи углеводородов, заключающийся в размещении в призабойных зонах, по меньшей мере, двух расположенных на продуктивном пласте скважин соответствующих электродов и подаче на них импульсного тока электростимуляции скважины, отличающийся тем, что во время подачи импульсного тока электростимуляции скважины на внешней поверхности обсадной колонны, по меньшей мере, одной из скважин создают высокоомный изолирующий слой путем криогенного воздействия на данную скважину закачиванием в ее затрубное пространство хладагента и промораживания области продуктивного пласта, прилегающей к внешней поверхности ее обсадной колонны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что создание изолирующего слоя путем криогенного воздействия сопровождают измерением сопротивления между, по меньшей мере, одной из скважин и, по меньшей мере, одним электродом, а по полученным результатам измерений изменяют параметры криогенного воздействия на, по меньшей мере, одну из скважин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученные измеренные значения сопротивления между, по меньшей мере, одной из скважин и, по меньшей мере, одним электродом сравнивают с его пороговым значением, полученным на основе каротажных данных для, по меньшей мере, одной из скважин, а по полученным результатам сравнения контролируют параметры изолирующего слоя, по меньшей мере, одной из скважин в процессе его создания.

4. Устройство для интенсификации добычи углеводородов, содержащее размещенные в призабойных зонах, по меньшей мере, двух расположенных на продуктивном пласте скважин соответствующие электроды и систему формирования импульсов электростимуляции скважины, отличающееся тем, что оно снабжено источником хладагента, соединенным на выходе со входом блока инжекции хладагента, связанного через инжектор с затрубным пространством, по меньшей мере, одной скважины, и блоком управления инжекцией хладагента, соединенным выходом с управляющим входом блока инжекции хладагента, при этом выходы системы формирования импульсов электростимуляции скважины соединены с выводами электродов, а ее управляющий выход - со входом блока управления инжекцией хладагента.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что система формирования импульсов электростимуляции скважины включает последовательно включенные генератор переменного тока, регулируемый преобразователь переменного тока в постоянный, зарядный блок и блок накопления электрической энергии, подключенный выходом к первому входу формирователя импульсов электростимуляции скважины, а также модуль управления зарядным током, соединенный выходами со вторыми входами генератора переменного тока и зарядного блока, и, кроме того, последовательно включенные узел контроля амплитуды и формы импульсов электростимуляции скважины и блок формирования электрических параметров импульсов электростимуляции скважины, выход которого подключен ко второму входу формирователя импульсов электростимуляции, соединенного выходом со входом узла контроля амплитуды и формы импульсов электростимуляции скважины, выходы которого являются выходами системы формирования импульсов электростимуляции скважины, при этом управляющий выход узла контроля амплитуды и формы импульсов электростимуляции является управляющим выходом системы формирования импульсов электростимуляции скважины.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каждый электрод выполнен в виде металлического фильтра обсадной колонны скважины, изолированного от наземного оборудования скважины.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что источник хладагента выполнен в виде турбодетандера, вход которого связан с выходом одной из скважин.