Способ повышения нефтеотдачи и устройство для его осуществления
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для повышения дебита малопродуктивных скважин и разработки нефтяных залежей с высоковязкой нефтью. Техническим результатом является защита цементного камня за обсадными трубами и улучшение передающих свойств волновода из обсадных труб. Генерируют ультразвуковое излучение, а затем направляют его с наземной части скважины по обсадным трубам скважины как по волноводу к приемной части скважины. Обсадные трубы покрывают несколькими слоями звукоизолирующих материалов с разной скоростью звука в них либо используют обсадные трубы, имеющие продольные или винтовые каналы, расположенные ближе к внешней поверхности и заполненные воздухом или иным материалом со скоростью распространения звука в нем менее 3000 м/с, либо используют обсадные трубы, покрытые звукоизолирующим слоем на основе сотовых или ячеистых структур, заполненных воздухом или иным материалом. Устройство состоит из вышеупомянутых обсадных труб, генератора электрических колебаний для запитывания электромеханического преобразователя электрических колебаний, соединенного с обсадной трубой. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, может быть использовано для повышения нефтеотдачи, дебита малопродуктивных скважин и для реабилитации скважин, считающихся неперспективными, а также для разработки нефтяных залежей с высоковязкой нефтью.
Известны способы акустической обработки, основанные на возбуждении акустических колебаний в продуктивной зоне пласта скважинными излучателями, эффективность действия которых достигается размещением излучателя вблизи зоны обработки [1-4].
Способы электрогидравлического, ударного, взрывного и гидродинамического воздействия инициируют, главным образом, низкочастотные акустические колебания [5], которые могут воздействовать на продуктивный пласт, обеспечивая повышение пластового давления и вовлечение в работу застойных зон пласта. Наибольшая эффективность акустического воздействия достигается, если частоты воздействия близки к доминантным частотам, определяемым геофизическими характеристиками пласта и лежащими в низкочастотной области [6].
Перечисленные выше способы акустического воздействия осуществляются с помощью взрывных, гидродинамических и иных излучателей импульсного типа.
Прототипами изобретения являются следующие способы и устройства. Известен способ повышения нефтеотдачи, при котором излучение направляют с наземной части скважины по обсадным трубам скважины как по волноводу к приемной части скважины (см., например, RU 2282020 С2, 10.01.2006, 10 с.).
В то же время известно устройство для повышения нефтеотдачи, состоящее из генератора электрических колебаний для запитывания электромеханического преобразователя, при этом электромеханический преобразователь соединен с волноводом (см., например, RU 2216129 С2, 10.11.2003, 7 с.).
Известен способ повышения нефтеотдачи, при котором в скважине генерируют ультразвуковое излучение (см. RU 2163665 С1, 27.02.2001, 5 с.).
При этом известные решения обеспечивают повышение нефтеотдачи за счет увеличения проницаемости пласта и притока нефти.
Недостатками прототипов способа является опасность разрушения цементного камня за обсадными трубами и раскрепление резьбовых муфт, соединяющих обсадные трубы. При раскреплении муфт эффективность обсадных труб как волновода резко падает.
Известно выполнение обсадной трубы с наружным покрытием из одного или нескольких слоев звукоизолирующего материала (см. RU 2005138825 А, 20.06.2007, 37 с.).
В предлагаемом способе повышения нефтеотдачи излучение осуществляют ультразвуком, а обсадные трубы покрыты одним или несколькими слоями звукоизолирующего материала либо несколькими слоями материалов с разной скоростью звука в них, либо используют обсадные трубы, имеющие продольные или винтовые каналы, расположенные ближе к внешней поверхности и заполненные воздухом или иным материалом со скоростью распространения звука в нем менее 3000 м/с, либо используют обсадные трубы, покрытые звукоизолирующим слоем на основе сотовых или ячеистых структур, заполненных воздухом или иным материалом.
В предложенном устройстве электромеханический преобразователь соединен с обсадной трубой, покрытой одним или несколькими слоями звукоизолирующих материалов, либо несколькими слоями звукоизолирующих материалов с разной скоростью звука в них, либо использованы обсадные трубы, имеющие продольные или винтовые каналы, расположенные ближе к внешней поверхности и заполненные воздухом или иным материалом со скоростью распространения звука в нем менее 3000 м/с, либо обсадная труба покрыта слоем звукоизолирующего материала на основе сотовых или ячеистых структур, заполненных воздухом или иным материалом.
Техническим результатом предлагаемых изобретений является защита цементного камня за обсадными трубами и улучшение передающих свойств волновода из обсадных труб.
Сущность способа заключается в следующем. Известно, что ультразвук можно эффективно преобразовать в тепло и практически без потерь он распространяется в идеальных металлических волноводах. Однако реальные обсадные трубы представляют собой достаточно сложную с точки зрения распространения ультразвука систему. На нее влияет характер горных пород, через которые проходит скважина и свойства цемента, который используется при цементировании обсадной колонны. Более того, сверхмощный ультразвук, проходящий по волноводу, может отражаться шероховатой поверхностью труб во внешнюю среду, что нежелательно, так как это может привести к разрушению цементного камня и разрушению скважины. Чтобы исключить это влияние, используются различные методы звукоизоляции труб.
Отражение ультразвука (УЗ) на границе раздела сред зависит от соотношения волнового сопротивления сред.
Волновое сопротивление является характеристикой среды, определяющей условие отражения и преломления волн на границе сред. Волновое сопротивление среды равно произведению плотности среды - p и скорости распространения УЗ-волны - С.
Z=pC
Коэффициентом проникновения звуковой волны называют величину, равную отношению интенсивности преломленной волны I2 к интенсивности падающей волны
I1.
Рэлей показал, что:
β=(4c1p1/c2p2)/{c1p1/c2p2+1}2
Из этой формулы видно, что если c1p1=c2p2, то коэффициент проникновения максимален и равен 1. В этом случае УЗ-волны проходят во вторую среду без отражения.
Если c1p1<<c2p2, то c1p1/c2p2<<1 и коэффициент проникновения β рассчитывается по формуле: β=(4с1р1/с2р2). В этом случае проникновение будет незначительное, а отражение УЗ-волны максимальное.
УЗ-волны обладают высокой отражательной способность на границе сталь-воздух, сталь-пористая керамика, сталь-воск, а также на границе многослойных структур типа сталь-пористая керамика-сталь-полиэтилен-сталь и аналогичных. Главное условие эффективности звукоизолирующих покрытий - низкая скорость распространения звука в покрывающих материалах, а также комбинированное использование нескольких слоев разных материалов с разными скоростями звука в них.
Скорость звука в твердых материалах
| № пп | Материал | Скорость звука, м/с |
| 1 | углеродистая сталь | 5890 |
| 2 | алюминий | 6320 |
| 3 | цинк (катаный) | 4170 |
| 4 | стекло (пирекс) | 5610 |
| 5 | нейлон | 2400 |
| 6 | полиэтилен (низкого давления) | 1940 |
| 7 | поливинилхлорид | 2400 |
| 8 | акрил | 2730 |
| 9 | асбоцемент | 2200 |
| 10 | эпоксидная смола | 2000 |
| 11 | каучук | 1900 |
| 12 | воск | 390 |
| 13 | парафин | 1300 |
| 14 | полистирол | 2600 |
| 15 | пробка | 500 |
| 16 | хлопчатобумажная нить | 1260 |
| 17 | осадочные горные породы | 2500-4000 |
Эффективность звукоизолирующих покрытий в основном определяется явлением отражения ультразвука. Использование одного или нескольких слоев звукоизолирующих материалов, в которых скорость звука меньше 3000 м/с, позволяет существенно снизить потери ультразвука в обсадных трубах и защитить цементный камень от разрушения.
При передаче мощного ультразвука по обсадным трубам существует опасность раскрепления резьбовых муфт, соединяющих обсадные трубы, под действием сверхмощного ультразвука. Чтобы исключить это влияние и облегчить прохождение ультразвука по обсадным трубам, все соединения обсадных труб должны быть выполнены сварными.
Основные отличия заявляемых изобретений заключаются в следующем.
Предложен способ повышения нефтеотдачи, при котором генерируют излучение, а затем направляют его с наземной части скважины по обсадным трубам скважины как по волноводу к приемной части скважин. Способ имеет следующие отличия:
1. В качестве излучения генерируют ультразвук.
2. Обсадные трубы покрыты несколькими слоями звукоизолирующих материалов с разной скоростью звука в них, либо используют обсадные трубы, имеющие продольные или винтовые каналы, расположенные ближе к внешней поверхности и заполненные воздухом или иным материалом со скоростью распространения звука в нем менее 3000 м/с, либо используют обсадные трубы, покрытые звукоизолирующим слоем на основе сотовых или ячеистых структур, заполненных воздухом или иным материалом.
Применение звукоизолирующих и звукозащитных покрытий в технике широко известно. Однако применение звукозащитных покрытий на буровых и обсадных трубах в уровне техники не обнаружено. Из уровня буровой техники известно использование различных других покрытий в обсадных и насосно-компрессорных трубах. Однако это в основном антикоррозионные покрытия, как, например, по патенту РФ 2284368, заявке на изобретение РФ №2005138755 или теплоизолирующие покрытия по патентам РФ №2281383 и 2286423.
Применение звукоизолирующих материалов в скважинах известно только по патенту США 20040125696 «Method and installation for monitoring microseismic events» («Способ и установка для мониторинга микросейсмических событий»), по которому звукоизолирующий материал размещается внутри трубы скважины и обеспечивает звукоизоляцию сейсмических датчиков размещенных там же. Поэтому все предлагаемые отличия по способу являются новыми и существенными.
Предложено устройство для повышения нефтеотдачи, состоящее из генератора электрических колебаний для запитывания электромеханического преобразователя электрических колебаний, Устройство имеет следующие отличия:
1. Электромеханический преобразователь соединен с обсадной трубой, покрытой несколькими слоями звукоизолирующих материалов с разной скоростью звука в них.
2. Использованы обсадные трубы, имеющие продольные или винтовые каналы, расположенные ближе к внешней поверхности и заполненные воздухом или иным материалом со скоростью распространения звука в нем менее 3000 м/с.
3. Обсадная труба покрыта слоем звукоизолирующего материала на основе сотовых или ячеистых структур, заполненных воздухом или иным материалом.
Применительно к устройству повышения нефтеотдачи все перечисленные признаки являются новыми.
Предлагаемые изобретения поясняются фигурами 1-4, на которых показано устройство и варианты конструкций обсадных труб.
На фиг.1-4 изображено устройство для повышения нефтеотдачи, где показаны следующие элементы:
1 - пласт пористого нефтяного коллектора, нефтесодержащая порода;
2 - призабойная зона;
3 - мощное ультразвуковое излучение;
4 - надземная часть скважины (устье), надземная часть обсадной трубы;
5 - обсадные трубы - стальной трубчатый волновод;
6 - скважина;
7 - приемная часть скважины (исток);
8 - перфорация обсадной трубы;
9 - торцевая часть скважины;
10 - слой звукоизолирующего материала либо несколько слоев материалов с разной скоростью звука в них;
11 - концентраторы в виде кольцевых выступов или вырезов;
12 - генератор электрических колебаний или генератор ультразвуковой частоты, работающий в диапазоне 0,5·104-1·105 Гц;
13 - электромеханический преобразователь;
14 - внутренний слой звукоизолирующего или звукоотражающего материала либо несколько слоев материалов с разной скоростью звука в них;
15 - внешний слой звукоизолирующего или звукоотражающего материала либо несколько слоев материалов с разной скоростью звука в них;
16 - продольные или винтовые каналы обсадной трубы;
17 - обсадная труба - волновод;
18 - звукоизолирующий материал;
19 - внешняя защитная труба или защитный слой;
20 - канал трубы для прохода нефтесодержащей жидкости из скважины;
22 - сальник штока глубинного насоса-качалки;
23 - шток глубинного насоса-качалки;
24 - труба для отвода нефтесодержащей жидкости из скважины;
26 - зона нагрева и излучения ультразвука.
На фиг.1 показано устройство для повышения нефтеотдачи, использующее обсадные трубы 5, покрытые слоем звукоизолирующего материала 10.
Трубы лифтовой (насосно-компрессорной) колонны, по которым подогретая нефтесодержащая жидкость поступает на поверхность, на фиг.1 не показаны.
На фиг.2 показана обсадная труба 17, покрытая внешним слоем звукоизолирующего материала 15.
На фиг.3 показана обсадная труба 17, покрытая внутренним 14 и внешним 15 слоями звукоизолирующего материала.
На фиг.4 показана обсадная труба 17 с продольными или винтовыми каналами 16, заполненными звукоизолирующим материалом 18. Каналы 16 со звукоизолирующим материалом 18 покрыты внешней защитной трубой 19.
Заявленный способ повышения нефтеотдачи и устройство для его осуществления работают следующим образом. С помощью генератора электрических колебаний 12 возбуждают электромеханический преобразователь 13, который генерирует мощное ультразвуковое излучение 3. Это излучение с наземной части скважины 4 направляют по обсадным трубам 5 скважины 6 как по стальному трубчатому волноводу к приемной части скважины 7, где оно рассеивается перфорацией обсадной трубы 8 и торцевой частью скважины 9, частично превращаясь в тепло, а частично излучаясь на концентраторах 11 в призабойную зону 2 скважины 6 в зонах нагрева и излучения ультразвука 26.
Поверхность обсадных труб 5 на всем протяжении покрыта слоем звукоизолирующего материала 10 либо несколькими слоями материалов с разной скоростью звука в них. В зоне перфорации 8 звукоизолирующее покрытие отсутствует. Звукоизолирующее покрытие препятствует излучению ультразвука при его прохождении по обсадной трубе, повышая тем самым экономичность и эффективность устройства в целом.
Назначение звукоизолирующих слоев и каналов с звукоизолирующим материалом - снизить излучение ультразвука во внешнюю среду при прохождении по обсадной трубе как волноводу и защитить тем самым цементный камень от разрушения.
Предлагаемые изобретения позволяют сократить потери мощности ультразвука, защитить цементный камень и решить задачу осуществления экономичного и высокоэффективного комбинированного термоультразвукового воздействия на породу пористого нефтяного коллектора, концентрируя ультразвуковую энергию преимущественно в зоне перфорации обсадной колоны. Это воздействие можно осуществлять непрерывно и повседневно без остановки добычи и без демонтажа скважины.
Литература
1. Печков А.А., Шубин А.В. Результаты работ по повышению продуктивности скважин методом акустического воздействия. Геоинформатика, 1998, N3, 16-23.
2. Кудинов В.И., Сучков Б.М. Методы повышения производительности скважин. Самара: Самарское книжное издательство, 1996, 414 с.
3. Кузнецов О.Л., Ефимова С.А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. - М: Недра, 1983, 193 с.
4. Горбачев Ю.И. Физико-химические основы ультразвуковой очистки нефтяных скважин. - Геоинформатика, 1998, N3, 7-12.
5. Свалов A.M. О механизме волнового воздействия на продуктивные пласты. - Нефтяное хозяйство, 1996, N7, 27-29.
6. Патент России №20466936.
1. Способ повышения нефтеотдачи, при котором генерируют излучение, а затем направляют его с наземной части скважины по обсадным трубам скважины как по волноводу к приемной части скважины, отличающийся тем, что генерируют ультразвук, а обсадные трубы покрывают несколькими слоями звукоизолирующих материалов с разной скоростью звука в них либо используют обсадные трубы, имеющие продольные или винтовые каналы, расположенные ближе к внешней поверхности и заполненные воздухом или иным материалом со скоростью распространения звука в нем менее 3000 м/с, либо используют обсадные трубы, покрытые звукоизолирующим слоем на основе сотовых или ячеистых структур, заполненных воздухом или иным материалом.
2. Устройство для повышения нефтеотдачи, состоящее из генератора электрических колебаний для запитывания электромеханического преобразователя электрических колебаний, отличающееся тем, что электромеханический преобразователь соединен с обсадной трубой, покрытой несколькими слоями звукоизолирующих материалов с разной скоростью звука в них, либо использованы обсадные трубы, имеющие продольные или винтовые каналы, расположенные ближе к внешней поверхности и заполненные воздухом или иным материалом со скоростью распространения звука в нем менее 3000 м/с, либо обсадная труба покрыта слоем звукоизолирующего материала на основе сотовых или ячеистых структур, заполненных воздухом или иным материалом.
