способ воздействия на призабойную зону пласта и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ воздействия на призабойную зону пласта, включающий спуск в скважину на трубах генератора импульсов и возбуждение колебательных процессов путем нагнетания рабочего агента под давлением, отличающийся тем, что осуществляют регулирование величины радиуса воздействия на призабойную зону пласта путем изменения давления и скорости нагнетания рабочего агента, доводя последнюю до значений 50-60 м/с, а генератор импульсов перемещают сверху вниз или снизу вверх вдоль интервала перфорации обсадной колонны со скоростью 0,0016-0,0058 м/с.

2. Устройство для воздействия на призабойную зону пласта, содержащее спускаемый на трубах полый корпус с осевым и боковыми каналами и генератор импульсов, отличающееся тем, что генератор импульсов выполнен в виде расположенных в полом корпусе последовательно по ходу движения рабочего агента соосно с корпусом обтекателя, конфузором и вихревой кольцевой камерой, причем полый корпус на наружной поверхности выполнен с расширяющимся от оси корпуса к периферии кольцевым каналом со ступенчатой поверхностью, образованной кольцевыми выточками и имеющей в сечении параболу, расположенную с продольной осью корпуса в одной плоскости, боковые каналы корпуса выполнены тангенциальными и гидравлически сообщают вихревую кольцевую камеру с расширяющимся кольцевым каналом, а корпус на внутренней поверхности имеет винтовые каналы для сообщения полости труб с конфузором.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что винтовые каналы выполнены многозаходными.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что многозаходные винтовые каналы имеют три захода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам и устройствам для обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) гидродинамическими импульсами рабочего агента управляемого волнового процесса кавитационного происхождения.

Известен способ воздействия на ПЗП, включающий спуск на трубах гидродинамического пульсара давления на скважину против перфорированной части фильтра. Нагнетание рабочей жидкости под давлением в пульсар давления. Создание сложновращательного движения рабочей жидкости в осевом канале, создание отрицательного и положительного гидродинамического импульса давления рабочей жидкости. Излучение гидродинамических импульсов давления в призабойную зону пласта [1] Однако способ не обеспечивает создания гидродинамических импульсов по мощности и частоте воздействия, обеспечивающих очистку отверстий перфорации, размыва разнопрочных и разноподатливых пробок и структур, увеличению дебита добывающих скважин, увеличению приемистости нагнетательных скважин.

Известен способ воздействия на призабойную зону пласта, в котором обустраивают скважину устьевой арматурой, соединяют устьевую арматуру с генератором упругих колебаний, нагнетают в скважину рабочий агент, возбуждают в нем упругие колебания, генерируют колебательные процессы [2] Однако способ не обеспечивает эффективную очистку, декальматацию и промывку отверстий пор и трещин фильтра скважины, диспергирования и разрушения разнопрочных и разноподатливых пробок и структур в флюидопроводящих каналах. Не обеспечивается восстановление начальной проницаемости продуктивных пластов после капитального ремонта скважин. Слабо восстанавливается коэффициент продуктивности скважин после их ремонта. Способ слабо влияет на освоение вводимых из бурения скважин и на вызов притока из долгопростаивающих, бездействующих скважин.

Известно устройство, содержащее полый корпус с каналами на боковой поверхности и генератор импульсов, В 43/00 [3] Устройство не позволяет получить значительный эффект от воздействия на ПЗП особенно в сильно загрязненных, долгопростаивающих и бездействующих скважинах. Оказывает и слабое воздействие на повышение фазовой проницаемости для нефти в ПЗП и удаление воды и гидратных слоев с поверхности пород продуктивных пластов.

Целью изобретения является повышение продуктивности нефтяных и газовых скважин, вводимых в эксплуатацию после бурения, повышение приемистости нагнетательных скважин, вводимых после бурения и капремонта; восстановление и повышение коэффициента продуктивности и начальной проницаемости нефтяных и газовых скважин после их ремонта; повышение фазовой проницаемости для нефти и удаление воды и гидратных слоев с поверхности пород ПЗП продуктивных пластов; увеличение диспергирования закупоривающих частиц, пробок и их удаление из каналов, пор и трещин продуктивного пласта; повышение эффективности воздействия на низкопроницаемые пропластки ПЗП.

Достигается это тем, что способ воздействия на ПЗП, включающий спуск в скважину на трубах устройства генерирования колебаний, обвязку колонны НКТ и насосным агрегатом и емкостью, генерирование колебательных процессов путем нагнетания рабочего агента под давлением в устройство генерирования колебаний усовершенствован тем, что величину радиуса воздействия на призабойную зону пласта регулируют давлением и скоростью нагнетания рабочего агента, доводя последнюю до критических значений 50-60 м/с, а устройство генерирования колебаний перемещают сверху вниз или снизу вверх на забое скважины в интервале перфорации обсадной колонны со скоростью 0,0016-0,0058 м/с.

Достигается это тем, что устройство генерирования колебаний, содержащее полый корпус с осевым и боковыми каналами, и генератор импульсов, отличающийся тем, что генератор импульсов выполнен в виде установленного соосно в полом корпусе обтекателя, винтовых каналов, конфузора и вихревой кольцевой камеры, выполненных на внутренней поверхности полого корпуса и расположенных последовательно по ходу движения рабочего агента и расширяющегося кольцевого канала, выполненного на наружной поверхности полого корпуса со ступенчатой поверхностью, образованной кольцевыми выточками, вершины которых размещены на поверхности вращения, образованной вращением параболы вокруг продольной оси полого корпуса, причем парабола и продольная ось полого корпуса лежат в одной плоскости, боковые каналы выполнены тангенциальными и сообщают вихревую кольцевую камеру с расширяющимся кольцевым каналом, а винтовые каналы гидравлически связаны с осевым входным каналом.

Новым является и то, что винтовые каналы устройства выполнены многозаходными, например, трехзаходными.

Рабочий агент нагнетают под расчетным давлением и скоростью в устройство кавитации, где агент получает закрутку и повышение скорости до 8-10 м/с. Далее закручивают и повышают скорость рабочего агента до 15-20 м/с в вихрекольцевой камере в горизонтальной плоскости. Раскрученный до критической скорости рабочий агент в вихрекольцевой камере под действием центробежных сил непрерывно и под напором проталкивают в тангенциальные критические отверстия, оси которых являются касательными к поверхности расширяющего канала.

При входе рабочего агента в первую кольцевую ступень расширяющегося канала мгновенно начинается локальный разрыв сплошности потока рабочего агента с образованием плоскостей и каверн, заполненных паром и газом. Поскольку поток направлен по касательной в ступенчатом канале, то он движется по кривой в ступенчатом канале, и чем больше время прохождения потока через зону пониженного давления в кольцевом канале, тем более укрупняются каверны и плоскости в потоке и увеличивается их количество.

При входе потока во вторую ступень расширяющегося канала, скорость потока повторно мгновенно увеличивается, что приводит к резкому увеличению полостей и каверн в потоке по объему и количеству. Это благоприятствует и движение потока по касательной в кольцевой ступени.

Нарастание скорости потока многократно повторяется на последующих ступенях, что в свою очередь резко ритмично увеличивает полости и каверны по объему и количеству в потоке.

Многократное мгновенное повышение скорости потока рабочего агента с кавернами и полостями создается на каждой последующей ступени расширяющегося канала кольцевого бесконечного сечения, что приводит к мгновенному многократному увеличению количества полостей и каверн, заполненных паром и газом, и их разрыв, т. е. кавитация идет интенсивно и лавинообразно, приобретает колебательный характер с резонансными явлениями.

Течение потока рабочего агента в ступенчатом расширяющемся канале происходит за счет увеличения расходов агента, отрыва потока от стенок ступеней с образованием каверн и полостей, что приводит к возникновению колебательного процесса, вызванного и спровоцированного многократными мгновенными расширениями потока, что в свою очередь приводит к второй стадии явления кавитации выносу полостей и каверн в потоке за фокус кавитатора в каналы, поры и трещины продуктивного пласта. Исследование процесса позволяет определить радиус обработки ПЗП, который достигает более десятков метров и зависит от давления нагнетания и скорости потока рабочего агента.

Образовавшиеся полости и каверны парогазовой смеси переносятся потоком агента в область высокого давления, в каналы, поры и трещины пласта, в которых происходит мгновенная конденсация газа и пара и пузырьки схлопываются, создавая весьма значительные давления.

Схлопывание пузырьков и каверн сопровождается звуковыми волнами и сильными гидравлическими ударами, а частота их возникновения порождает вибрацию.

Поскольку процесс происходит многократно, мгновенно и через заданные периоды времени, то и сопровождающие их звуковые волны, гидравлические удары, их частота приводит к гармоническим вибрациям и резонансу, что создает высокую разрушающую силу.

Это позволило создать эффективный способ и устройство воздействия на ПЗП, повышать продуктивность нефтяных и газовых скважин, приемистость нагнетательных скважин, восстанавливать и повышать коэффициент продуктивности и начальную проницаемость скважин после их капремонта. Способ и устройство позволяют повысить фазовую проницаемость для нефти и удалять воду и гидратные слои с поверхности пород ПЗП.

Способ и устройство позволяет повысить значительно диспергирование пробок, частиц и удалять их из каналов, пор и трещин пласта создавать устойчивые мелкодисперсные эмульсии и суспензии в ПЗП, что позволяет продавливать в низкопроницаемые зоны пласта составы кислотной обработки повышенной вязкости при низких давлениях их продавки в пласт.

На фиг. 1 показан общий вид устройства, разрез; на фиг. 2 сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема наземной обвязки оборудования.

Способ осуществляется следующим образом. Спускают на трубах в скважину устройство кавитации и устанавливают против перфорированной части фильтра. Устанавливают фонтанную арматуру. Обвязывают устье скважины с насосным агрегатом и емкостью. Нагнетают рабочий агент под давлением со скоростью в устройство кавитации. Закручивают поток рабочего агента в направляющих каналах и вихрекольцевой камере. Повышают скорость потока рабочего агента до критических величин. Увеличивают мгновенную критическую скорость потока рабочего агента. Наращивают многократно критическую скорость потока рабочего агента. Генерируют колебательные процессы и резонансные явления увеличения скорости потока, увеличения вибраций, увеличения гидравлических ударов, повышения давлений и выносят эти явления на расстояния радиусом 15-25 м от источника-кавитатора в каналы, поры и трещины продуктивного пласта. Радиус воздействия на пласт регулируют давлением и скоростью потока рабочей жидкости. Воздействуют на ПЗП сверху вниз со скоростью перемещения устройство кавитации 0,1-0,35 м/мин. Воздействуют на ПЗП снизу вверх со скоростью перемещения устройства кавитации 0,1-0,35 м/мин.

Устройство кавитации (фиг. 1) имеет переводник 1 для соединения с насосно-компрессорными трубами (НКТ) и резьбу 3 для соединения с корпусом 4, в котором имеется осевой канал 5. В канале 5 соосно в корпусе 4 закреплен обтекатель 6 с прямым конусом 7 и обратным усеченным конусом 8. Осевой канал 5 переходит в кольцевой канал 9, ниже которого имеет винтовые многозаходные, например, трехзаходные каналы 10 треугольного сечения. Винтовые каналы 10 переходят в конический конфузор 11, выполненный между конусной поверхностью 12 корпуса 5 и обратным усеченным конусом 8 обтекателя 6. Конфузор 11 переходит в кольцевую вихревую камеру 13 с критической площадью сечения камеры, т.е. сечения, при котором поток рабочего агента движется с критической скоростью, при которой образуются каверны и поры, заполненные газом и паром в потоке рабочего агента.

В горизонтальной плоскости, проходящей через ось симметрии вихревой камеры 13 в корпусе 5, выполнены тангенциальные критические отверстия 14, гидравлически соединяющие кольцевую вихревую камеру 13 с расширяющимся каналом 15, выполненным бесконечным в виде кольца. Внутренняя поверхность канала 15 выполнена ступенчатой в виде кольцевых выточек 16, вершины 17 которых образуют поверхность вращения, образуемую вращением параболы вокруг продольной оси Б-Б устройства, лежащей в плоскости параболы, но не пересекающей параболу. Гидравлическая связь расширяющегося канала 15 с критическими тангенциальными отверстиями 14 выполнена по окружности горла расширяющегося канала 15.

Обтекатель 6 жестко закреплен в корпусе, например, гайкой 18. На устье скважины 19 устанавливают фонтанную арматуру 20 и обвязывают насосный агрегат 21 через фильтр 22 с трубным пространством НКТ скважины 19. С другой стороны насосный агрегат 21 обвязывают с емкостью 24, которая обвязана с затрубным пространством 25 скважины 19. Затрубное пространство оснащают манометром 26.

П р и м е р. Воздействию ПЗП подвергают эксплуатационную скважину глубиной 3500 м, имеющую дебит 46 т/сут жидкости при обводненности добываемой продукции 50%

Объект обработки представлен трещиноватыми известняками, эффективная толщина которых составляет 34 м. Пластовая температура составляет 128^оС, пластовое давление 34,0 МПа. Средняя проницаемость пласта составляет около 90 мд. Гидродинамическими исследованиями установлено наличие вокруг скважины зоны ухудшения проницаемости (около 65 мд), простирающейся в глубь пласта на 6-10 м. Для интенсификации притока нефти при одновременном снижении обводненности добываемой продукции предложено предлагаемым способом и устройством воздействовать на ПЗП. В скважину 19 на НКТ опустили устройство кавитации и установили его у нижних отверстий перфорации. Установили фонтанную арматуру 20 и обвязали устье скважины с насосным агрегатом 21 типа ЦА320 и емкостью 15 м³, как показано на фиг. 3. В качестве рабочего агента используют нефть.

Восстанавливают циркуляцию рабочего агента на малой производительности, а затем выходят на режим воздействия: производительность Q=8-12 л/с при давлении нагнетания 12,5 МПа.

По необходимости регулируют режим воздействия на ПЗП путем регулирования расхода рабочего агента и давления нагнетания. Нагнетание рабочего агента осуществляют не менее 1,5-2 объема скважины или в течение 25 мин.

Рабочий агент из НКТ попадает в осевой канал 5 и конусом 7 обтекателя 6 направляется в кольцевой канал 9 и винтовые трехзаходные треугольные каналы 10, в которых агент приобретает вращательное движение с увеличением скорости потока в 1,2-1,5 раз. Закрученный поток агента поступает в конфузор 11, в котором поток увеличивает плавно скорость в 1,2-1,5 раза, сохраняя вращательное движение. Из конфузора 11 поток агента попадает в критическую вихрекольцевую камеру 13, где агент докручивается и стабилизирует скорость и движение в горизонтальной плоскости с увеличением скорости в 2,5-4 раза. Раскрученный стабилизированный поток под действием центробежных сил и давления непрерывно проталкивает рабочий агент в критические тангенциальные отверстия 14 и далее в расширяющийся канал 15. В первой ступени 16 начинается процесс мгновенного увеличения скорости потока и локального разрыва сплошности потока рабочего агента с образованием полостей и каверн, заполненных паром и газом.

Поскольку поток направлен по касательной в ступенчатом бесконечном кольцевом канале 15, то он движется по кривой, и чем больше время прохождения потока через зону пониженного давления первой ступени 16, тем более укрупняются каверны о полости и увеличивается их количество.

При поступлении потока рабочего агента во вторую ступень 16 расширяющегося канала 15 вторично повторяется процесс мгновенного локального разрыва сплошности потока с образованием новых полостей и каверн, заполненных паром и газом, укрупнением имеющихся каверн и полостей и увеличением их числа и скорости потока, чему содействует движение потока по касательной в кольцевой ступени 16 расширяющегося канала 15. Так процесс повторяется многократно на третьей, четвертой и т.д. ступени 16 расширяющегося канала 15, что приводит к многократному мгновенному нарастанию критической скорости потока, увеличению количества полостей и каверн и их размеров, т.е. кавитация идет интенсивно и лавинообразно.

Движение потока рабочего агента в ступенчатом расширяющемся канале 15 происходит с нарастанием скорости агента в 6-12 раз, увеличением расхода, отрыва потока от стенок и ступеней 16 с образованием каверн и пустот, что приводит к возникновению колебательного процесса, вызванного и спровоцированного многократными и мгновенными расширениями потока агента через равные периоды времени, что генерирует колебательные процессы и резонансные явления увеличения скорости потока, увеличения вибраций, увеличения гидравлических ударов, повышения давлений и выносит полости и каверны за пределы кавитатора в каналы и поры продуктивного пласта.

При воздействии радиус обработки ПЗП составил 17-19 м, что подтвердили гидродинамические исследования. Образовавшиеся каверны и полости парогазовой смеси переносятся в область высокого давления каналов, пор и трещин, в которых происходит мгновенная конденсация пара и газа и пузырьки и каверны схлопываются, создавая гидравлические удары, повышая давление. Схлопывание пузырьков и каверн сопровождается звуковыми волнами, гидравлическими ударами, а частота их возникновения порождает вибрацию. Поскольку процессы происходят многократно, мгновенно и через равные периоды времени, то и сопровождающие из звуковые волны, гидравлические удары, их частота приводит к гармоничным явлениям, резонансу с большой разрушающей силой.

В процессе воздействия кавитатор поднимали и спускали со скоростью 0,2-0,3 м/мин в интервале перфорации.

После воздействия запустили скважину в работу. С течением времени дебит скважины увеличился и через 5 ч давление на устье увеличилось на 7,0 МПа, что свидетельствовало об увеличении проницаемости ПЗП. Дебит скважины возрос до 78 т/сут. а обводненность продукции снизилась до 20%

Термогидродинамические исследования показали, что проницаемость ПЗП в радиусе 17-19 м увеличилась до 120 мд и эффективная толщина возросла на 12 м и составила 46 м.