способ интенсификации добычи нефти

Формула изобретения

Способ интенсификации добычи нефти, заключающийся в спуске в скважину на глубину ниже глубины начала дегазации флюида в скважине акустического резонатора-генератора с препятствиями потоку флюида, размещенными на его поверхности, создании турбулентного потока флюида с регистрацией шума от препятствий турбулентному потоку, суммировании этого спектра шума со спектром шума от перфорационных отверстий в призабойной зоне пласта при потоке через них флюида, последующем преобразовании акустическим резонатором-генератором суммарных частот звукового диапазона в ультразвук и дегазацию флюида с увеличением депрессии на пласт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при фонтанном и механизированном способах добычи нефти.

Известен способ воздействия на призабойную зону, например, снижением гидростатического давления (депрессией) в скважине до оптимальной величины с одновременным контролем за притоком флюида по эмиссионным и фильтрационным составляющим акустического шума в зоне притока /1/.

Недостаток данного способа заключается в том, что при изменении депрессии на пласт (во время поиска оптимального гидростатического давления) в околоскважинной зоне пласта с понижением порового давления возрастает величина эффективного давления на скелет породы, равного разности между горным и поровым, которое упруго деформирует скелет породы, уменьшая пористость и проницаемость пласта.

В случае снижения давления ниже оптимального дебит скважины уменьшается за счет хрупкопластичного уплотнения порово-трещинных каналов и не восстанавливается при выравнивании гидростатического давления к первоначально установленному оптимальному значению, т.к. неупругие деформации породы пласта необратимы.

Наиболее близким по технической сущности является способ интенсификации добычи нефти, включающий спуск в скважину насосно-компрессорных труб, генератора звуковых колебаний - насоса, акустического устройства в виде резонатора-генератора, размещаемого на забое скважины, трансформирование им колебаний в диапазоне ультразвуковых частот из области низких частот с последующей дегазацией нефти, снижением вязкости и ростом дебита скважины /2/.

Недостаток данного способа заключается, во-первых, в том, что акустическое устройство - резонатор-генератор размещается на забое, во-вторых, оно подвешивается на скрепковой проволоке (на кабеле) к насосу. Из вышеизложенного ясно, что возможен обрыв скрепковой проволоки (кабеля) и изменение длины подвески, что ведет к уменьшению эффективности способа по причине затухания волн по длине скважины.

Задачей изобретения является интенсификация добычи нефти.

Технический результат достигается тем, что способ интенсификации добычи нефти заключается в спуске в скважину на глубину ниже глубины начала дегазации флюида в скважине акустического резонатора-генератора с препятствиями потоку флюида, размещенными на его поверхности, создании турбулентного потока флюида с регистрацией шума от препятствий турбулентному потоку, суммировании этого спектра шума со спектром шума от перфорационных отверстий в призабойной зоне пласта при потоке через них флюида, последующем преобразовании акустическим резонатором-генератором суммарных частот звукового диапазона в ультразвук и дегазацию флюида с увеличением депрессии на пласт.

Таким образом, в результате сложения двух спектров и преобразования их в ультразвук с повышенной интенсивностью, структура потока изменяется за счет раннего перехода ее в новое термодинамическое состояние. Если разгазирование «не озвученной» жидкости начинается в точке H₁, гидростатическое давление в которой соответствовало давлению насыщения (Р_НАС ), то при «озвученной» жидкости эта точка смещается вниз по длине подъемника до Н₂ согласно зависимости: _CM g Н₂=P₂=Р_НАС, где _CM - средневзвешенная плотность флюида, Н₂ - глубина зарождения газовых пузырьков в «озвученной» жидкости, Р_НАС - давление определяется по отраслевым стандартам (при разгазировании глубинных проб нефти на установках АСМ-300).

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявленном способе осуществляют акустическим резонатором-генератором звука трансформацию волн низких частот из спектра шума, присутствующего в призабойной зоне скважины, в высокие частоты ультразвукового диапазона для воздействия на параметры нефти, в частности на уменьшение вязкости путем ультразвуковой дегазации на любой глубине скважины.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Новизна».

Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями показывает, что воздействие на призабойную зону с целью интенсификации добычи нефти акустическим излучателем известен /2/. Однако неизвестно, что с помощью этого же акустического резонатора-генератора звука можно осуществлять ультразвуковую дегазацию с разных глубин. Для этого на наружной поверхности устройства располагаются препятствия, например, ряд штырей или колец, создающих дополнительный уровень шума (при обтекании их потоком жидкости), который затем преобразуется в ультразвук. Это позволяет компенсировать затухание звука от первичного источника (шум турбулентного потока в процессе всасывания насосом флюида из перфорационных отверстий и микротрещин).

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Изобретательский уровень».

Предложенное решение может быть неоднократно использовано на любых скважинах, и любых глубинах при различных фонтанных и механизированных способах добычи нефти.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».

Основные положения физической сущности способа интенсификации добычи нефти.

1. Создание турбулентного потока движением флюида из ПЗП.

Исходная информация.

Исследование технического состояния скважин после перфорации акустическим шумомером типа АКТАШ - 36 показывает наличие широкополосного частотного спектра пульсации - спектра шума находится в диапазоне 1-20 кГц, при этом уровень давления которого составляет 30-110 дБ. Причиной возникновения шума в скважине является турбулентное течение из микротрещин и перфорации. Из теории гидродинамики известно:

1. Уравнение неразрывности в неподвижной системе координат при отсутствии источника массы имеет следующий вид /3/:

где - плотность; t - время; u_i - скорость течения жидкости в направлении x_i.

2. Уравнение сохранения импульса (количества движения) при отсутствии внешних сил представляется

где

- тензор напряжений от сил давления Р и вязкости; - коэффициент сдвиговой вязкости;

После дифференцирования уравнения неразрывности (1) по времени, а уравнение количества движения (2) по пространственной координате _i и вычитая один результат из другого, с последующим вычитанием из обеих частей уравнения величины

получают неоднородное волновое уравнение

где С₀ - скорость распространения звука в невозмущенной среде, тензор T_ij=u _iu_j+(P_ij- _ij)+(p-C² ₀) _ij представляет собой разность напряжений в потоке и напряжений в покоящейся среде.

Видно, что левая часть уравнения (3) описывает распространение звука в покоящейся среде, а правая часть характеризует источники звука, образующиеся вследствие действия поля напряжений в жидкости.

Если мгновенную скорость u_i разложить на среднюю скорость U_i и пульсационную u^' _i, то тензор напряжений будет иметь вид суммы произведений плотности, средних и пульсационных скоростей (согласно теории Лайтхилла)

Видно, что только три первых слагаемых представляют составляющие шума турбулентного потока, поскольку содержат изменяющиеся во времени пульсационные скорости. После дифференцирования составляющих тензора по пространственным координатам имеем второй член выражения (4)

Принимая во внимание уравнение неразрывности

и подставляя пульсационную скорость в виде

получаем

Аналогично оперируя с третьим членом тензора, имеем

При дифференцировании четвертого члена тензора получают

Для упрощения записи последних трех членов правой части этого выражения используют соотношение

Тогда получают

После подстановки полученных выражений (4)...(7) в правую часть неоднородного волнового уравнения (4 и приведения подобных членов имеют

Последние четыре члена являются комбинациями из произведений средних скоростей, плотности и их производных. Следовательно, они относятся к процессу распространения звука, а не его излучения, и описывают взаимодействие звука с полем средних скоростей. Если перенести эти члены в левую часть, то неоднородное волновое уравнение представляется в следующем виде /3/:

Для проведения анализа членов левой и правой частей уравнения (10), описывающих распространение и Генерацию шума турбулентным потоком, автор /3/ произвел преобразование и получил следующее неоднородное волновое уравнение:

где

Первый член содержит вторую пространственную производную от произведения пульсационных скоростей. В соответствии с принятой терминологией это член выражает «собственный» шум турбулентных пульсаций скорости или шум от взаимодействия турбулентность -турбулентность. С физической точки зрения «собственный» шум обуславливается турбулентными напряжениями, которые определяют скорость переноса количества движения через какую-либо поверхность вследствие пульсаций скорости.

Второй член включает произведение градиента средней скорости и первой пространственной производной пульсационной скорости. Этот член содержит только первую пространственную производную, изменяющуюся во времени, и определяет, таким образом, дипольный характер излучения.

Согласно той же терминологии член выражает «сдвиговый» шум пульсаций скорости при наличии градиента средней скорости или шум от взаимодействия турбулентность-сдвиг. С физической точки зрения «сдвиговый» шум обусловлен пульсирующими во времени силами.

3. Турбулентный шум, возникающий при срыве вихрей на препятствиях

Если на твердое тело набегает поток жидкости с до звуковой скоростью, то начиная с определенных значений чисел Рейнольдса, характерных для данного процесса, наблюдается срыв вихрей с поверхности данного тела. Срыв вихрей приводит к пространственным и временным изменениям давления на поверхности тела и тем самым к возникновению шума.

Срыв вихрей подробно исследован экспериментально и теоретически /4/.

Для создания турбулентного шума предложено расположить на акустическом резонаторе-генераторе, например на четвертьволновых резонаторах /5/ штыри (кольца).

На фиг.1 изображена векторная диаграмма, на фиг.2 - акустический резонатор - генератор, на фиг.3 - технологическая схема, на фиг.4 - спектрогра ммы шума в скважине, на фиг.5 - спектрограммы сложения шума, на фиг.6 показана спектрограмма преобразования диапазона звуковых частот в ультразвук.

На фиг.1 изображена векторная диаграмма разложения мгновенной скорости потока жидкости в точке А при турбулентном течении. - составляющая постоянная во времени, - турбулентные пульсации, изменяющиеся со временем, - результирующие мгновенной скорости жидкости при турбулентном режиме.

Таким образом, при турбулентном течении мгновенная скорость в каждой точке пространства может быть представлена как сумма двух составляющих: одна из них - постоянная во времени, а вторая - называемая турбулентной пульсацией, изменяется во времени.

В общем виде можно записать

Чем больше пульсация, тем крупнее вихрь, тем больше энергия турбулентного движения в точке и тем сильнее влияние турбулентного вихря на окружающую жидкость.

Предлагается сложить два спектра шума (увеличить пульсационные составляющие - один из которых создается ПЗП скважины, амплитуда которого уменьшается с расстоянием, а другой, генерируемый штырями (кольцами), расположенными на акустическом преобразователе, с последующей трансформацией низких частот в ультразвук, с целью вызова ранней дегазации флюида.

Тогда на векторной диаграмме возрастут пульсационные составляющие, например, до величины (фиг.1).

На фиг.2 изображено устройство, содержащее: цангу 1 (для спуска и подъема устройства из скважины при капитальном ремонте), упоры 2 предназначены для установки устройства при спуске на заданную глубину, штыри 3 предназначены для создания турбулентного потока и турбулентного шума, акустический резонатор-генератор 4 предназначен для преобразования спектра звуковых колебаний в ультразвук.

На фиг.3 изображена схема технологического применения акустического воздействия на призабойную зону пласта 9 (ПЗП) для реализации предлагаемого способа интенсификации добычи нефти.

Схема содержит скважину - 5; насосно-компрессорные трубы - 6; погружную установку - 7 (которая состоит из центробежного погружного электронасоса УЭЦН и погружного электродвигателя ПЭД); акустический резонатор-генератор - 4; упругие волны 8, генерируемые турбулентным потоком флюида из перфорационных отверстий в ПЗП 9; ПЗП - 9.

На фиг.4 изображена спектрограмма звука 1 (фильтрационный звук), генерируемого турбулентным потоком нефти в ПЗП 9 (фиг.3). Спектрограммы 2 и 3 - это уровни амплитуд в спектре на разных глубинах. По оси отложены частоты 2-20 кГц в логарифмическом масштабе, а по оси ординат - амплитуда звука в относительных единицах.

На фиг.5 приведены спектрограммы звука: 2 - (см. фиг.4) амплитуда турбулентного шума (фильтрационный звук) на данной глубине, пришедшие с ПЗП; 4 - уровень турбулентяого шума, генерируемого штырями, при обтекании их потоком флюида; 5 - суммарный уровень шума 2 и 4. По оси отложены частоты 2-20 кГц в логарифмическом масштабе, а по оси ординат - амплитуда звука в относительных единицах.

На фиг.6 изображены спектрограммы: 5 - суммарная двух шумов (шум 2, пришедший с ПЗП и шум 4, генерируемый штырями, при обтекании их потоком флюида), 6 - спектр шума в ультразвуковом диапазоне, преобразованный акустическим резонатором-генератором, который дегазирует флюид.

Пример осуществления способа.

Первая операция.

Определяют расстояние от точки начала дегазации флюида до устья во время работы скважины по данным геофизических исследований.

Вторая операция.

Присоединяют к цанге 1 акустического резонатора 4 (фиг.2) геофизический тросик (не показан).

Третья операция.

Спускают в скважину (фиг.3), например, ниже на 400-500 м от точки начала дегазации акустический резонатор-генератор 4 (фиг.2).

Четвертая операция.

Отсоединяют геофизический тросик (не показан) от цанги 1 (фиг.2) акустического резонатора-генератора.

Пятая операция.

Осуществляют спуск погружной установки 7 (фиг.3) на НКТ 6 (фиг.3) согласно принятой технологии.

Шестая операция.

Включают погружную установку 7 (фиг.3).

Седьмая операция.

Осуществляют генерацию звука 1 (фиг.4) турбулентным потоком в диапазоне 2-20 кГц за счет движения флюида из перфорационных отверстий в ПЗП 9(фиг.3)

Восьмая операция.

Осуществляют генерацию звука штырями (кольцами) 3 (фиг.2), расположенными на поверхности акустического резонатора-генератора 4 (фиг.2).

В кольцевом зазоре между скважиной 5 (фиг.3) и акустическим резонатором 4 (фиг.3) происходит суммирование двух частотных спектров 2 (фиг.5) и 4 (фиг.5) в диапазоне 2-20 кГц в один спектр 5 (фиг.5), один из которых генерируется турбулентным потоком 2 (фиг.5) флюида из перфорационных отверстий в ПЗП (фиг.3), а другой спектр частот 4 (фиг.5) - за счет турбулентности потока, создающийся при обтекании штырей 3 (фиг.2).

Девятая операция.

Осуществляется трансформация упругих волн низких частот в диапазоне 1-10 кГц (фиг.6) в упругие волны высоких частот 6 (ультразвукового диапазона 18-23 кГц) (фиг.6) из суммарного частотного спектра 3 (фиг.6).

Ультразвуковые волны в диапазоне 18-23 кГц (фиг.6), трансформируемые акустическим устройством 4 (фиг.3), осуществляют ультразвуковую дегазацию, т.е. уменьшают вязкость нефти и увеличивают дебит, снижением границы разгазирования флюида и увеличением депрессии на пласт за счет столба газированного флюида (газированной жидкости).

Предложенный способ интенсификации добычи нефти, основанный на трансформации низких частот звуковых колебаний в частоты ультразвукового диапазона акустическим резонатором-генератором звука, увеличил дебит флюида за счет снижения вязкости при ультразвуковой дегазации на скважинах: №8310 на 8,3%, №10115 на 10,7%, №9139 на 15,1%, №9082 на 26%, №7234 на 14,9%, №8397 на 23,7% на Таллиннском месторождении НГДУ ОАО «Кондпетролеум».

Источники информации

1. Авторское свидетельство №1461875, МПК 5 Е 21 В 43/45. Способ освоения скважины. Бюл. 8, 1989.

2. Патент RU 2133332 С1 (ЗАО НПК «Сибпромэлектроника», МПК 6 Е 21 В 43/00, 43/25, 20.07.99 (прототип).

3. Мунин А.Г. Аэродинамические источники звука. - М.: Нера, 1980, с.73-76.

4. Справочник по технической акустике. Пер. с нем /Под ред. М. Хекла и Х.А. Мюллера - Л.: Судостроение, 1980, с.188-193, 206-208.

5. Патент RU 2109134 С1 (ТОО «Сибпромэлектроника», 6 Е 21 В 43/25, 20.04.98.