способ импульсного и ионно-плазменного воздействия на нефтяной пласт

Формула изобретения

Способ ионно-плазменного воздействия на нефтяной пласт на уровне перфорации скважины, включающий процесс пропускания постоянного электрического тока напряжением 150-300 В и плотностью 0,1-10 А/см² между электродом-анодом и электродом-катодом через закачиваемую в скважину минерализованную воду для обеспечения режима химических и ионно-плазменных процессов, отличающийся тем, что используют электрод-анод и электрод-катод, выполненные в виде разрядной камеры ионно-плазменного генератора для обеспечения через каждые 25-30 мин режима химических и ионно-плазменных процессов, переключения на импульсное воздействие электрическими разрядами в виде следующих друг за другом 3-5 импульсных разрядов с длительностью каждого импульсного разряда до 100 мкс, энергией больше 100 Дж и скважностью не более 5, формируемыми в разрядной камере ионно-плазменного генератора для получения репрессионно-депрессионного режима воздействия, при этом процесс пропускания постоянного электрического тока ведут при его напряжении 90-600 В, используют минерализованную воду плотностью не менее 1,12 г/см³, а после завершения импульсного воздействия открывают затрубное пространство и за счет прокачки минерализованной воды из забойной зоны скважины удаляют продукты разложения и расплавления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи нефти, для добычи остаточной и трудноизвлекаемой нефти, а также при разработке залежей с высоковязкими нефтями.

Изобретение направлено на повышение нефтеотдачи скважин за счет разложения пластовых вод, остаточной нефти, нефтебитумов, минеральных сгустков и за счет депрессионно-репрессионного режима воздействия ударной волны.

Известен способ разработки нефтяного месторождения по а. с. СССР 1694872, МПК Е 21 В 43/24, опубл. 30.11.91 г, в котором воздействие на нефтяной пласт осуществляют путем пропускания электрического тока через электроды, помещенные в подошвенных водах под нефтеносным пластом.

Данный способ является недостаточно эффективным и имеет ограниченные технологические возможности применения.

Известен также способ электрохимической обработки нефтегазовых скважин, включающий процесс пропускания постоянного электрического тока через пластовую многокомпонентную смесь скважины с использованием обсадной трубы скважины в качестве катода и установленного в зоне ее перфорации электрода - в качестве анода (патент РФ 2087692, МПК Е 21 В 43/24, 1997г.).

Недостаток известного способа заключается в сложности его технической реализации и дороговизне эксплуатации.

Наиболее близким к предложенному является способ воздействия на нефтяной пласт (патент РФ 2163662, МПК Е 21 В 43/24, опубл. 24.02.01), включающий пропускание постоянного электрического тока напряжением 150-450 В, плотностью 0,1-10 А/см² через минерализованную воду, непрерывно закачиваемую с устья скважины для обеспечения электролитных химических и ионно-плазменных процессов. При этом обсадную трубу скважины используют в качестве катода, а в качестве анода устанавливают в зоне ее перфорации электрод.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не обеспечивает вынос продуктов разложения и расплавления из призабойной зоны скважины, в результате чего не достигается достаточный радиус воздействия на нефтяной пласт и его эффективность.

Предложенное изобретение направлено на интенсификацию добычи нефти за счет дополнительного воздействия на призабойную зону пласта импульсными и электрическими разрядами, обеспечивающими вынос и удаление из нее материалов закупорки, размягченных и растворенных сгустков различных соединений.

Поставленная задача достигается способом ионно-пламенного воздействия на нефтяной пласт на уровне перфорации скважины, включающим пропускание постоянного электрического тока напряжением 150-300 В и плотностью 0,1-1 А/см² между электродом-анодом и электродом-катодом через закачиваемую в скважину минерализованную воду для обеспечения режимов химических и ионно-плазменных процессов, в котором в отличие от прототипа используют электрод-анод и электрод-катод, выполненные в виде разрядной камеры ионно-плазменного генератора для обеспечения через каждые 25-30 минут режима химических и ионно-плазменных процессов, переключения на импульсное воздействие электрическими разрядами в виде следующих друг за другом 3-5 импульсных разрядов с длительностью каждого импульсного разряда до 100 мкс, энергией более 100 Дж и скважностью не более 5, формируемыми в разрядной камере ионно-плазменного генератора для получения репрессионно-депрессионного режима воздействия, при этом процесс пропускания постоянного электрического тока ведут при его напряжении 90-600 В, используют минерализованную воду плотностью не менее 1,12 г/см³, а после завершения импульсного воздействия открывают затрубное пространство и за счет прокачки минерализованной воды из забойной зоны скважины удаляют продукты разложения и расплавления.

Известно использование гидроимпульсного воздействия на продуктивные пласты (патент РФ 2128285, МПК Е 21 В 43/25, опубл. 27.03.99 г.), которое осуществляют посредством электродного разрядника, установленного в импульсной камере.

Известно также электроразрядное воздействие на призабойную зону скважины, которое осуществляют в циклическом режиме (патент РФ 2055171, МПК Е 21 В 43/25, опубл. 27.02.96 г.).

Указанные способы используются при проведении ремонтно-изоляционных работ в скважине, когда продуктивные слои изолируют путем создания непроницаемой оторочки вокруг ствола скважины, которая после завершения работ должна быть удалена из скважины. С этой целью воздействуют электроразрядными импульсами. Данные способы не обеспечивают разложения и расплавления отложений призабойной зоны вокруг ствола скважины.

Предложенная новая совокупность существенных признаков позволяет получить новый эффект, достигаемый электроразрядным воздействием, осуществляемым периодически в ходе ионно-плазменного процесса, протекающего при непрерывно закачиваемой в скважину минерализованной воды. Указанный эффект заключается в репресионно-депрессионном режиме воздействия на пласт и обеспечении выноса из него размягченных и растворенных сгустков различных соединений, в результате чего происходит раскальматация призабойной зоны пласта и раскрываются мельчайшие поры пласта, вводятся в эксплуатацию ранее нетронутые участки пласта, выводятся из призабойной зоны материалы закупорки, улучшается приток нефти, повышается нефтеотдача пласта.

Способ осуществляют следующим образом.

На нижнем конце насосно-компрессионной трубы устанавливают на уровне перфорационных отверстий обсадной колонны двухкамерный ионно-плазменный генератор, внутри которого имеется разрядная камера, образованная между разрядниками: электродом-анодом и корпусом-катодом. Минусовая фаза наземного источника постоянного тока через обсадную колонну скважины соединяется с корпусом генератора, плюсовая фаза - с помощью кабеля с электродом-анодом разрядной камеры генератора. По насосно-компрессорной трубе закачивают в скважину минерализованную воду плотностью не менее 1,12 мг/см³ и через ионно-плазменную камеру генератора пропускают постоянный электрический ток напряжением 90-300 В, плотностью 0,1-10 А/см². Под воздействием электрического тока внутри скважины происходят химические и ионно-плазменные процессы, в результате которых на обсадной трубе, являющейся катодом, выделяется водород и образуется щелочь, способствующая снижению поверхностного натяжения нефтяной пленки и растворению всевозможных отложений в призабойной зоне нефтяного пласта. На аноде ионно-плазменной камеры генератора образуется парофазовая оболочка, способствующая самопроизвольному зажиганию плазмы, в результате чего происходит интенсивный разогрев смеси в реакционной зоне. В этих условиях вокруг анода образуется активный кислород и создается кислая среда.

Высокий температурный фронт способствует дополнительному размягчению нефтебитумов, разложению пробок из остаточной нефти, а в кислой среде растворяются минеральные сгустки различных соединений (СаСО₃, MgCl₂, Na₂SO₄ и др. ). Активный кислород выполняет особую роль, окисляя углеводороды нефтяного пласта до углекислого газа; выделяющиеся газы (О₂, CO₂) способствуют еще большему разрушению пробок в забойной зоне и в нефтяном пласте за счет локального повышения давления. При наличии сернистых соединений в составе нефтяного пласта активный кислород окисляет их до оксидов серы, что способствует частичному уменьшению серы в нефти.

Эффект воздействия усиливается повышением давления в реакционной зоне генератора, которое способствует переносу щелочной и кислой сред из зоны ионно-плазменного воздействия вглубь и горизонтальном направлениях пласта.

Через 25-30 минут работы в режиме ионно-плазменных процессов генератор с помощью наземного блока питания переключают в режим импульсной работы и в разрядной камере генератора между ее электродами формируются электрические разряды в виде непрерывно следующих друг за другом 3-5 импульсов длительностью каждого импульса до 100 мкс, энергией больше 100 Дж и скважностью до 5. В результате импульсных разрядов происходит мгновенный скачок давления в разрядной камере, который через образовавшуюся в скважине смесь распространяется и в глубь нефтяного пласта. Ударная волна давления способствует переносу из зоны перфорации в пласт продуктов ионно-плазменных процессов, а по достижении в пласте границы раздела сред отражается и возвращается к обсадной трубе с выносом продуктов разложения и расплавления. Количество и характеристики импульсов подбираются исходя из мощности пласта, пластового давления, радиуса воздействия и т.п. После импульсного воздействия открывается задвижка затрубного пространства и за счет прокачки минерализованной воды из забойной зоны скважины удаляются продукты разложения и расплавления.

После прокачки межтрубного пространства закрывают устьевую задвижку и описанный цикл повторяется не менее 2-3 раз.

В результате такого комбинированного воздействия кроме температурных ионно-плазменных, электрохимических процессов, протекающих в призабойной зоне нефтяного пласта, дополнительно обеспечивается репрессионно-депрессионный режим, который сопровождается изменением и перераспределением давления между пластом и забоем скважины, которое в свою очередь способствует раскальматации призабойной зоны пласта и притоку нефти к забою скважины.

Пример конкретного выполнения.

Начальный дебит скважины месторождения Ямаш-нефть составлял 20 т/сут. По мере эксплуатации скважины происходит кальматация перфорационной зоны обсадной трубы, уменьшающая проницаемость призабойной зоны вплоть до закупорки.

На 5-й год разработки месторождения дебит скважины снизился до 3 т/сут.

Была проведена обработка призабойной зоны скважины по предложенному способу. В течение 4 часов с помощью ионно-плазменного генератора воздействовали на призабойную зону пласта циклами: 30 мин в режиме ионно-плазменного процесса, 5 импульсов электрического разряда длительностью каждого 100 мкс, со скважностью 5. Воздействие осуществляли при напряжении электрического тока 240 В, плотности 0,25 А/см².

В результате такого комбинированного воздействия дебит скважины возрос до 16,5 т/сут.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет интенсифицировать добычу нефти за счет комбинированного воздействия на призабойную зону пласта, включающего ионно-плазменный процесс и импульсные электрические разряды.