Исследование применения виброакустического метода воздействия на призабойную зону пласта

Опыт разработки месторождений показывает, что виброакустические методы являются неотъемлемой частью комплексного воздействия на пласты. Во-первых, это- воздействие естественного волнового фона, создаваемого нестационарным режимом работы скважинного оборудования, их периодическими пусками и остановками, приливными волнами и сейсмической активностью земной коры. Во-вторых, это — процесс управляемого виброакустического воздействия на пласты, который в настоящее время изучен недостаточно полно.

Метод управляемого виброакустического воздействия на продуктивные нефтенасыщенные пласты разрабатывается с 70-х годов прошлого столетия. В настоящее время этот метод широко апробирован в различных геолого- физических условиях для интенсификации скважинной добычи углеводородов. Существует много экспериментальных работ, свидетельствующих о том, что воздействие на нефтенасыщенный пласт с частотами от единиц до тысяч герц увеличивает приток нефти к исследуемой скважине и уменьшает ее обводненность.

Наиболее тщательно разработаны физические основы; различные варианты базовых технологий и технических решений для промышленной реализации виброакустического воздействия на призабойную зону скважин с целью восстановления ее проницаемости и интенсификации притока жидкости, но вопрос о механизмах влияния на удаленную промытую зону остается открытым.

Существуют разные точки зрения на механизм виброакустического воздействия, но на сегодняшний день непротиворечивых концепций, к сожалению, нет. Также не существует единой математической модели, позволяющей полностью описать и количественно рассчитать влияние виброакустических колебаний на гидродинамику вытеснения нефти водой.

Одним из первых натурных экспериментов по сейсмическому воздействию на нефтяной пласт был эксперимент 1969 г., проведенный на Бориславском нефтяном месторождении в Предкарпатье [31]. Вибратор был установлен на скважинную колонну, опущенную на глубину до 218 м. Вибрационное воздействие проводилось в течение 3,5 сут. В результате получено увеличение дебита нефти приблизительно на 10 % при неизменном дебите воды.

Основные результаты полевых вибрационных экспериментов ИФЗ РАН 1985–1989 гг. на нефтяных месторождениях Северного Кавказа изложены в работах [32–42]). Эти испытания были по сути первыми осмысленными и проводились на месторождениях Абузы, Убежинское, Зыбза-Глубокий Яр с разной степенью обводненности. Наиболее яркий положительный эффект сейсмического воздействия в виде снижения обводненности продукции скважин получен на месторождении Абузы. Содержание нефти в скважинной жидкости после месяца сейсмических воздействий по одной из скважин увеличилось от 5–15 до 10–20 %. На месторождении Убежинское, где средняя обводненность составляла 50 %, зафиксировано резкое увеличение разброса объемного содержания нефти в добываемой жидкости при сохранении его среднего значения. На месторождении Зыбза зафиксировано повышение объемного содержания нефти от 5–10 до 20–25 % в обводненной скважине и кратковременное обводнение продукции скважины, добывающей практически безводную нефть.

В 1986 г. силами ВНИИнефть были поставлены промысловые эксперименты на двух опытных участках месторождения Чангыр-Таш в Киргизии [43,44]. Вибрационное воздействие проводилось с помощью двух наземных источников колебаний мощностью по 50 кВт каждый. В результате воздействия, которое осуществлялось в течение 1 месяца, среднесуточная добыча нефти выросла в 1,6 раза, а обводненность продукции снизилась на 20–25 %.

Результаты промысловых испытаний низкочастотного сейсмического воздействия на нефтяные залежи, проведенные геофизиками Сибирского отделения РАН, представлены в работах [45–50]. Испытания проводились на месторождениях Абузы (Краснодарский край), Чангыр-Таш (Киргизия), Марте мья-Тетеревском (ПО «Урайнефтегаз»), Правдинском («Юганскнефтегаз») и Жирновском (ПО «Куйбышевнефтегаз»).

Все исследованные месторождения характеризуются высокой обводненностью продукции добывающих скважин. В результате воздействий обводненность отдельных скважин снизилась более чем вдвое, дебит нефти увеличился, изменился качественный состав нефти и попутного газа. В частности, для продуктивного пласта БС-6 Правдинского месторождения с глубиной залегания 2340 м эффект от вибрационного воздействия проявился в зоне радиусом 2,53,0 км от пункта установки вибрационных источников. Отмечено, что эффект воздействия сохранялся относительно длительное время (до 7–12 месяцев) после его прекращения.

При проведении опытно-промысловых работ на Манчаровском нефтяном месторождении (НГДУ Чекмагушнефть АНК «Башнефть») была успешно использована технология ударно-волнового воздействия на нефтяные пласты [51]. Воздействие осуществлялось мобильным импульсным источником на компоновку труб, опущенных в скважину. Максимальная глубина погружения составляла 1350 м. Эффект от воздействия обычно проявлялся через 7–15 сут после его начала в виде снижения обводненности добываемой продукции и дополнительной добычи нефти. В результате трех циклов воздействия длительностью по 3–5 недель обводненность продукции в целом по участку месторождения снизилась с 95,8 до 91,5 %.

Краткая сводка результатов вибросейсмического воздействия на нефтяных месторождениях Оренбургского и Волгоградского регионов утверждается [52,53], что влияние вибрационного воздействия, которое создавалось посредством скважинного широкополосного излучателя, заключалось и в увеличении добычи нефти, и в снижении обводненности продукции скважин, и в увеличении соотношений фазовых проницаемостей по нефти и воде.

В 1995 г. на севере Тюменской области были проведены пробные эксперименты по вибрационному воздействию на глубокозалегающий нефтяной пласт.Вибраторы располагались на расстоянии 0,5 км от устья наклонной добывающей скважины, приблизительно над ее забоем. Вибрационное воздействие проводилось в течение 5 сут на частотах 5–30 Гц. Наблюдалось увеличение: а) газового фактора, который мгновенно стабилизировался после прекращения вибрационного воздействия; б) дебита нефти от 24 до 28 м³/сут, который стабилизировался после воздействия с небольшим запаздыванием; в) пластового давления, которое сохранялось в течение нескольких суток после вибрационного воздействия.

В 1996 г. было проведено испытание вибрационной технологии на Суторминском нефтяном месторождении в Западной Сибири Средняя обводненность продукции добывающих скважин составляла 76,7 %. Воздействие осуществлялось двумя источниками колебаний электродинамического типа в течение приблизительно одного месяца.

В результате зафиксировано снижение обводненности или увеличение дебита жидкости, причем часто при повышении динамического уровня жидкости в затрубном пространстве скважин. Отмечено также небольшое изменение физико-химических свойств добываемой нефти.

Относительно недавно появилось сообщение о проведении натурного эксперимента по сейсмическому воздействию на Долговском нефтяном месторождении в Оренбургской области Применялся сейсмический источник СВ-100/20 с усилием на грунт до 100 Тс. Сообщается, что прирост добычи нефти в течение двух месяцев составил более 2000 т. Другой информации не приводится.

В работе предложен источник упругих низкочастотных волн для вибросейсмического воздействия на нефтяные пласты. В другом варианте возбуждения сейсмических волн с земной поверхности источники предлагается устанавливать на грунтах повышенной влажности, характеризуемых повышенными коэффициентами Пуассона и бокового давления.

В работе представлены результаты прямых натурных экспериментов по зондированию осадочных пород методом становления электромагнитного поля с параллельным периодическим сейсмическим воздействием с земной поверхности.

В работе по данным комплексных геофизических наблюдений на участках нефтегазоносных структур Припятской впадины и Терско Каспийского прогиба установлено формирование аномальных деформационных, гравитационных и магнитных полей в результате низкочастотного сейсмического воздействия с земной поверхности. Эти аномалии сравнимы по амплитуде с аномалиями, наблюдаемыми в эпицентральных зонах сильных землетрясений, и объясняются возмущениями процессов массопереноса во флюидонасыщенных средах, характеризующихся нелинейным поведением. В работах описан эффект образования органических структур в поле вибрационных источников, имеющий сильную частотную зависимость.

Создано полуэмпирическая модель распространения упругих акустических колебаний в насыщенных пористых средах, основанная на теории БиоФренкеля и позволяющая оценивать перепад давленияв волне в любой точке порового пространства.

На основе проведенных исследований разработаны математическая модель и алгоритмы расчета акустического влияния на фильтрацию двухфазной жидкости в пористом коллекторе, а именно рассчитан спектр собственных частот колебаний капиллярно- защемленной нефти и установлена его связь со структурой порового пространства и текущей насыщенностью коллектора, несмешивающимися фазами и внешним градиентом давления рассчитаны коэффициенты демпфирования и соответственно коэффициент усиления, позволяющие оценивать дополнительный «усиленный» модуль градиента давления, действующий на капиллярно-защемленную нефть; разработаны полуэмпирическая модель и алгоритмы расчета, позволяющие количественно учесть влияние упругих акустических колебаний на остаточную нефтенасыщенность, проницаемость фаз и нефтеотдачу коллектора. Показано, что учет воздействия акустических колебаний в уравнениях фильтрации описывается путем введения дополнительного члена («усиленный» модуль градиента давления в акустического волне) в выражение остаточной нефтенасыщенности;

Создано трехмерная гидродинамическая модель фильтрации двухфазной жидкости в поровом коллекторе, позволяющая качественно и количественно оценивать влияние акустических колебаний на фильтрацию двухфазной жидкости в пористой среде, в частности на процесс вытеснения нефти водой; показано, что резонансное воздействие упругих акустических колебаний с частотами 300–3000 Гц на капиллярно-защемленную часть остаточной нефти уменьшает остаточную нефтенасыщенность и увеличивает фазовую проницаемость по нефти при градиенте давления в пласте, обусловленным работой добывающих и нагнетательных скважин.

На основе гидродинамического моделирования процесса разработки модельных месторождений показано, что эффективное применение источников акустических колебаний возможно только при соответствующем подборе параметров излучателей, а именно: спектра частот, диаграммы направленности излучения, расположения источника, его мощности, исходя из геолого- физических характеристик и условий разработки участка пласта до воздействия, а именно: для каждого типа коллектора существует оптимальная частота воздействия (например, для коллектора неподверженного деформации с проницаемостями: 30 мД — 1300 Гц, 100 мД — 1100 Гц, 300 мД — 900 Гц); неупругая деформация, уменьшая пористость и абсолютную проницаемость коллектора, приводит к увеличению собственных частот капиллярно защемленной нефти и оптимальных частот воздействия. Кроме того, неупругая деформация приводит к перераспределению насыщенностей в конкретной точке коллектора; для экономической рентабельности использования акустических источников и снижения затрат, в работе показано, что наиболее оправданным является поздняя стадия разработки при обводненности скважин, близкой к критической. При этом эффект от акустического воздействия практически такой же, как и при включении источников на более ранней стадии разработки; существует оптимальная форма волны, воздействие которой, при прочих равных условиях максимальный эффект в сложнопостроенных и высоконеоднородных коллекторах выгоднее располагать излучатель напротив менее промытых пропластков из более высокопроницаемой части разреза. Последовательное передвижение излучателей по разрезу позволяет получить более высокий суммарный эффект.

Литература:

1.      Сменковская П. Т. Влияние вибрации на тепло- и массоперенос в капиллярно-пористом материале// Инж.-физ. журн. 1965. Т. 9, № 2. С. 207–210.

2.      Воропаев В. Н., Габалов О. С., Каныгин Р. Б. Влияние упругих колебаний звуковых частот на процесс фильтрации// Природа геофизических полей Северо-Востока СССР. Магадан, 1988. С. 95–100.

3.      Царев В. П. Особенности нефтегазообразования в зонах тектоносейсмиче- ской активации. Новосибирск: Наука, 1988. 192 с.

4.      Галимов Э. М. Изотопы углерода в нефтегазовой геологии. М.: Недра, 1973.364 с.

5.      Гадиев С. М. Использование вибрации при добыче нефти. М.: Недра, 1977. 180 с.

6.      Снарский А. Н. Определение влияния инфразвукового поля на скорость фильтрации нефти на элементарной модели пласта// Изв. вузов. Нефть и газ. 1982. № 1. С. 30–32.

7.      Шамина О. Г., Паленов A. M., Ткаченко B. C., Якушина Н. А. Влияние вибрационного воздействия на влагонасыщение горных пород// Физика Земли. 1997. № i.e. 48–58.

8.      Погосян А. Б., Симкин Э. М., Стремовский Э. В. и др. Сегрегация углеводородной жидкости и воды в пористой среде в поле упругих волн// Докл. АН СССР. 1989. Т. 307, № 3. С. 75–577.

9.      Дыбленко В. П., Туфанов И. А., Сулейманов Г. А., Лысенко А. П. Фильтрационные явления и процессы в насыщенных пористых средах при виброволновом воздействии// Пути интенсификации добычи нефти. Уфа: Баш- НИПИнефть, 1989. С. 45–51.

10.  Dyblenko V. P., Sharifullin R. J. Results of investigations of filtration processes in oil and water saturated reservoirs under stimulation by elastic vibrowaver- ing// Nonlinear Acoustic at the Beginning of the 21st Century. Moscow, 2002. V. 2. P. 1181–1184.