способ интенсификации нефтеотдачи пласта и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ интенсификации нефтеотдачи пласта путем создания перепада давления скважинной жидкости через призабойную зону, отличающийся тем, что пласт подвергают осциллирующему воздействию скважинной жидкости, объем которой ограничивают в насосно-компрессорной трубе - НКТ снизу, в кольцевом пространстве между НКТ и обсадной трубой - сверху и снизу пакерами, а в пространстве между пакерами - продольными перегородками.

2. Устройство для интенсификации нефтеотдачи, включающее обсадную трубу с перфорационными отверстиями, насосно-компрессорную трубу - НКТ с окнами, сообщающими НКТ с кольцевым пространством между НКТ и обсадной трубой, и пакеры для герметизации кольцевого пространства скважины в радиальном направлении, отличающееся тем, что НКТ закрыта пробкой снизу, радиальная жесткость пакеров выбрана таким образом, чтобы колебательная система «колонна НКТ - пакеры» имела собственную частоту в 1,5-2 раза меньше, чем частота пульсации давления, кроме того, устройство дополнительно снабжено продольными перегородками, герметично установленными между пакерами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения эффективности низкочастотного воздействия на пласт и увеличения нефтеотдачи.

Известен способ возбуждения колебаний в скважинной жидкости, по которому пульсирующий перепад давления в призабойной зоне скважины доводят через перфорационные отверстия до нефтеносного пласта, создавая в нем вибрационное поле низкой частоты (патент РФ № 2265718).

Известны также гидродинамические способы воздействия на пласт (патенты РФ № 2190762, 2266402, 2197598), по которым создают в призабойной зоне низкочастотные пульсирующие перепады давления и осуществляют всестороннее пульсирующее воздействие на пласт в радиальном направлении по отношению к обсадной трубе.

Недостатком данных способов создания вибрационного воздействия на пласт с целью увеличения нефтеотдачи является их низкая эффективность. В книге «Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками» (ответственный редактор Г.М.Цибульчик. - Новосибирск: ИВМИГМ СО РАН, Филиал «ГЕО» Издательство СО РАН, 2004) показано, что «сейсмограмма от такого скважинного источника окажется очень слабой» (С.343).

В этой же работе (С.343-344) приведено сравнение эффективности источников одинакового радиуса r_о и с одинаковой силой, действующей на пласт, один из которых действует на пласт в радиальном направлении (аналог - пульсирующая сфера), а второй представляет собой цилиндр, осциллирующий в направлении, перпендикулярном стенкам скважины. Исследования показали, что источник типа осциллирующего цилиндра будет излучать продольную волну в 150 раз лучше, чем источник типа пульсирующей сферы.

Известно также устройство для добычи жидкости из подземных пластов, содержащее обсадную трубу с перфорационными отверстиями, насосно-компрессорную трубу (НКТ) с окнами, сообщающими НКТ с кольцевым пространством между НКТ и обсадной трубой, и пакеры для герметизации кольцевого пространства скважины в радиальном направлении (патент RU № 2196892, МПК Е21В 43/38).

Недостатками данного устройства также является недостаточная эффективность создания вибрационного поля в пласте.

Задачей изобретения является увеличение нефтеотдачи путем повышения эффективности низкочастотного воздействия на пласт при создании низкочастотного перепада давления в призабойной зоне скважины.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе интенсификации нефтеотдачи пласта путем создания перепада давления скважинной жидкости через призабойную зону согласно изобретению пласт подвергают осциллирующему воздействию скважинной жидкости, объем которой ограничивают в насосно-компрессорной трубе снизу, в кольцевом пространстве между НКТ и обсадной трубой - сверху и снизу пакерами, а в пространстве между пакерами - продольными перегородками.

Устройство для осуществления данного способа включает обсадную трубу с перфорационными отверстиями, НКТ с окнами, сообщающими НКТ с кольцевым пространством между НКТ и обсадной трубой, и пакеры для герметизации кольцевого пространства скважины в радиальном направлении, отличающееся тем, что НКТ закрыто пробкой снизу, радиальная жесткость пакеров выбрана таким образом, чтобы колебательная система «колонна НКТ - пакеры» имела собственную частоту в 1,5-2 раза меньше, чем частота пульсации давления, кроме того, устройство дополнительно снабжено продольными перегородками, герметично установленными между пакерами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен продольный разрез призабойной зоны скважины, на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 - схема колебательной системы, создаваемой данной конструкцией, на фиг.4 - амплитудно-частотная характеристика колебательной системы, изображенной на фиг.3.

Устройство для осуществления заявляемого способа (фиг.1, фиг.2) содержит обсадную трубу 1, которая пакерами 2 соединена с насосно-компрессорной трубой (НКТ) 3. В стенках обсадной трубы 1 выполнены перфорационные отверстия 4. Для выхода жидкости из НКТ в нефтяной пласт имеются специальные окна 5. Через перфорационные отверстия 4 осуществляется вибрационное воздействие на пласт 6. Для изоляции продольного пространства между пакерами 2 установлена продольная перегородка 7.

Способ интенсификации нефтеотдачи пласта осуществляется следующим образом: создают перепад давления скважинной жидкости через призабойную зону и пласт 6 подвергают осциллирующему воздействию скважинной жидкости, объем которой ограничивают в насосно-компрессорной трубе 3 снизу, в кольцевом пространстве между НКТ 3 и обсадной трубой 1 - сверху и снизу пакерами 2, а в пространстве между пакерами - продольными перегородками 7, при этом радиальную жесткость пакеров выбирают таким образом, чтобы колебательная система «колонна НКТ - пакеры» имела собственную частоту в 1,5-2 раза меньше, чем частота пульсации давления.

Если S_э - эффективная площадь сечения отверстий перфорации в объеме (фиг.1, фиг.2), ограниченном пакерами 2 и перегородками 7, то усилие, действующее на пласт, будет определяться Р(t):

F_э=S_э· P(t).

Пакеры 2 вместе с колонной НКТ образуют колебательную систему, собственная частота которой ₀ выбирается в 1,5-2 раза меньше, чем рабочая частота _p пульсации давления P(t). Принципиальная схема такой колебательной системы приведена на фиг.3.

На обсадную трубу (а соответственно, и на нефтяной пласт) в направлении, противоположном действию F_э (фиг.3), через пакеры будет действовать сила реакции F_p, равная по модулю F_э.

l - длина НКТ до точки касания с обсадной трубой;

с - коэффициент радиальной жесткости пакера;

l - расстояние между пакерами;

9 - эквивалентный штамп площадью S_э, который соответствует общей площади перфорационных отверстий и условно представляет собой невесомый штамп площадью S_э,

8 - условная точка касания НКТ с обсадной трубой.

Для колебательной системы на фиг.3 в предположении, что l<<l, собственная частота колебаний определяется по выражению

,

где m - масса НКТ; с - эквивалентная жесткость пакера.

Для НКТ 73 и при длине l=100 м необходимая радиальная жесткость пакера, обеспечивающая f₀=5 Гц, составляет 1,2·10⁵ Н/м.

Радиальная жесткость пакеров с учетом упругих характеристик НКТ выбирается таким образом, чтобы амплитудно-частотная характеристика имела вид, соответствующий фиг.4, и при этом частота пульсации давления _р должна превышать более чем в 1,5-2 раза собственную частоту колебательной системы ₀=2 f₀. Вид амплитудно-частотной характеристики колебательной системы определяет выбор соответствия между резонансной частотой ₀, и при этом если _р находится в зарезонансной области, то чем _р больше ₀, тем меньше амплитуда вынужденных колебаний и, соответственно, меньше сила реакции F_p. При _р более чем 1,5-2 раза ₀ сила реакции F_p будет в десятки раз меньше F_э.

Из амплитудно-частотной характеристики следует, что сила реакции F_p, действующая в противоположную F_э сторону, на частоте _р в десятки раз меньше F_э, и, следовательно, всенаправленное действие Р(t) преобразуется в одностороннее (осциллирующее) воздействие на пласт.