Важнейшей научно-технической проблемой в области разработки нефтяных и газовых месторождений является наиболее полная добыча их из недр. Известно, что успешное её решение зависит от состояния призабойной зоны пласта.
Состояние призабойной зоны пласта определяется процессами, происходящими во время бурения, крепления, освоения и ремонта скважин, в результате чего происходит загрязнение призабойной зоны пласта через проникновение фильтрата бурового раствора, закупорки канала фильтрации разного вида асфальтосмолистыми и парафиновыми фракциями, механическими частицами. Опыт показывает, что у большинства скважин именно эти обстоятельства вызывают понижение их дебита. В международной практике роль воспроизводства сырьевой базы нефтедобычи за счет внедрения современных методов увеличения нефтеотдачи (тепловых, газовых, химических, микробиологических) на базе инновационных техники и технологий быстро растет и становится все более приоритетной.
В настоящее время приоритетным направлением прироста запасов нефти в мировой нефтедобыче является - развитие и промышленное применение современных интегрированных методов увеличения нефтеотдачи (МУН), которые способны обеспечить синергетический эффект в освоении новых и разрабатываемых нефтяных месторождений.
Согласно оценкам специалистов, за последнее десятилетие дополнительная добыча за счет применения современных МУН непрерывно снижается и в настоящее время ее объем в общей добыче нефти практически незаметен.
По мере снижения ресурсно-энергетического потенциала месторождения проектная схема кустового расположения добывающих скважин со сбором продукции в общий коллектор перестала обеспечивать необходимые условия для устойчивой эксплуатации газосборных сетей и скважин. Частые остановки скважин из-за накопления жидкости на забое вызывали необходимость систематических продувок с загрязнением атмосферы продуктами горения. С целью сокращения выбросов в атмосферу и рационального использования пластовой энергии часть низконапорных газоконденсатных скважин может быть создана двухнапорная система сбора.
Работы по интенсификации притока к забою низкодебитных скважин, не всегда успешны. Значительная часть простаивающих скважин, это низкодебитные скважины, по которым уже были проведены работы по интенсификации притока, водоизоляции и т. п., которые по- прежнему не способны работать в общий газосборный коллектор и простаивают в ожидании принятия технического решения.
Для повышения продуктивности скважин используются широко известные методы обработки призабойной зоны пласта, такие как кислотные и тепловые, обработка поверхностно-активными веществами, гидравлический разрыв пласта, гидропескоструйная перфорация, щелевая разгрузка прискваженной зоны, аккустическо-волновые и технология электрической обработки скважин.
Электрогидравлический эффект.
Одним из наиболее эффективных способов повышения проницаемости призабойной зоны скважины является импульсное воздействие электрического разряда на жидкость. Импульсное нагружение призабойной зоны скважины происходит на фоне сложного объемного напряженного состояния пористой насыщенной жидкостью среды, определяемого величиной давления горных по¬род и статического давления жидкости в скважине, что в свою очередь определяет энергетические параметры электрогидроимпульсных установок, а также количество импульсов на единицу высоты.Электрогидравлический эффект или эффект Юткина представляет собой высоковольтный электрический разряд в жидкой среде. При формировании электрического разряда в жидкости выделение энергии происходит в течении достаточно короткого промежутка времени. Мощный высоковольтный электрический импульс с крутым передним фронтом вызывает различные физические явления, такие как, появление сверхвысоких импульсных гидравлических давлений (мощнейший гидроудар с локальным давлением выше ста тысяч атмосфер), электромагнитное излучение в широком спектре частот вплоть, при определенных условиях, до рентгеновского, кавитационные явления. Указанные факторы оказывают на жидкость и помещенные в нее тела различные физико-химические воздействия. Происходит локальное повышение давления до нескольких десятков тысяч атмосфер. В силу несжимаемости воды и, как следствие, распространение данного давления по всему водному объему, данное свойство можно использовать для восстановления продуктивности скважин.
Повторяющиеся электрические разряды вызывают увеличение в 1,5 - 1,8 раза максимальной глубины проникновения жидкости в пористую среду призабойной зоны и в 1,1 - 1,3 раза средней проницаемости пористой среды. Изменение энергии, выделенной в канале разряда, от 400 до 1300 Дж вызывает изменение максимального давления на стенку скважины 4 - 8 МПа, что, в основном, соответствует режиму медленного увеличения проницаемости призабойной зоны скважины. Для достижения устойчивого эффекта повышения проницаемости призабойной зоны в результате электрогидроимпульсного воздействия уровень энергии, выделенной в канале разряда, должен быть не менее 600 Дж.
В статье приводятся данные о применении мощных плазменных генераторов гидроакустических импульсов основанных на эффекте Юткина для интенсификации добычи нефти и газа, при этом канал скважины используется в качестве акустического волновода для транспортировки упругой энергии в область продуктивного пласта.
При электрическом разряде между двух электродов в жидкой среде происходит формирование канала сквозной проводимости с последующим его расширением до схлопывающейся низкотемпературной плазменной каверны, образующей ударную волну и волны сжатия. Время действия ударной волны не превышает 0,3 х10-6 сек. Распространяясь в прискважинной зоне, она разрушает кольматирующие образования. Основными параметрами электрогидравлической обработки, определяющими ее эффективность, являются давление ударной волны и число генерируемых импульсов вдоль интервала перфорации.
В результате импульсного воздействия на призабойную зону происходит увеличение проницаемости продуктивных пород и, как следствие, увеличение в 2-4 раза дебита скважины. Время обработки одной скважины - до 6 часов.
В последнее время широкое применение находят взрывные источники энергии (электрогидравлический разряд, твердые взрывчатые вещества), размещаемые в призабойной зоне скважины. При этом воздействие на пласт осуществляется упругими импульсами. Указанные источники возбуждают интенсивную ударную волну, которая поглощается на незначительном расстоянии от места взрыва. Погружение взрывного источника в призабойную зону приводит к длительному выводу скважины из рабочего состояния в связи с проведением длительных подготовительных работ. Кроме того, применение взрывных источников может привести к повреждению основной колонны скважины. Их размещение на дневной поверхности не обеспечивает положительного эффекта в результате интенсивного затухания высокочастотных несущих гармоник ударной волны.
Для повышения продуктивности скважин нами создан мощный плазменный генератор гидроакустических импульсов с параметрами: накапливаемая электрическая энергия - 25 кДж, длительность импульсов регулируется в пределах 10-3 - 10-2 с, частота следования - 10 импульсов в минуту.
волновода - канала скважины, даёт возможность расположить источник упругих импульсов на дневной поверхности и позволяет сократить время вывода скважины из рабочего состояния.
Интенсификация добычи углеводородов путём воздействия на продуктивный пласт мощными упругими импульсами
Применение электровзрывных установок.
Для получения электрогидравлического эффекта переменный ток из сети подается на повышающий трансформатор, где напряжение увеличивается до нескольких киловольт. Далее электрический ток выпрямляется диодами и подается на конденсатор, где напряжение накапливается до нужного значения. После этого между размещенными в воде электродами возникает высоковольтный пробой, что и порождает возникновение электрогидравлического удара, проявляющегося в виде громкого хлопка с локальным повышением давления в несколько десятков тысяч атмосфер, локальным повышением температуры и т.д.
Одной из серьезнейших практических ценностей и преимуществ данного эффекта является его стопроцентная повторяемость и простота реализации без применения дорогостоящего лабораторного оборудования и материалов.
В соответствии с инструкцией или паспортом установки производилась подготовка оборудования к включению: на обсадной трубе устанавливался ролик или скважинный блок, подавалось напряжение в систему питания электродвигателя кабельного барабана. Рабочий разрядник погружался до верхней отметки фильтра, определяемой по паспорту скважины, включалось высокое напряжение, которое с помощью регулятора поднималось до рабочего значения. Обработка фильтров действием электрических разрядов производилась при возвратно-поступательном перемещении разрядника вдоль фильтровой трубы, осуществляемом с помощью реверса электропривода лебедки и контролируемом указателем глубины погружения разрядника или метками на кабеле. Для предотвращения повреждения сальников в скважине разряды производились на расстоянии не менее 1 м от них. Количество разрядов определялось либо счетчиком импульсов, либо временем с предварительным подсчетом числа импульсов в единицу времени. Обработка фильтра считалась завершенной после воспроизведения заданного числа разрядов на 1 м фильтра.
После окончания обработки фильтров отключалось высокое напряжение, разрядник поднимался на поверхность и извлекался из скважины, снималось остаточное напряжение с конденсаторов, отключалось энергопитание всей установки, снималось заземление. После монтажа эрлифта производилась прокачка скважины до полного удаления шлама из скважины. Эффективность обработки оценивалась по приращению дебита скважин.
ВИИПТ НАН Украины (г. Николаев) были разработаны малогабаритные мобильные электро- гидроимпульсные установки для обработки призабойных зон нефтяных и водозаборных скважин. На первых артезианских скважинах использовались электрогидроимпульсные установки, предназначенные в основном для обработки нефтяных скважин. Конструктивно такие установки состояли из наземной части - источника питания и погружной части - генератора импульса тока (ГИТ) с технологическим узлом (электродной системой), которые соединялись грузонесущим каротажным кабелем. Погружная часть состояла из цилиндрических модулей, соединенных между собой муфтами. Каждый модуль представлял собой функционально законченный элемент: зарядный блок, емкостной накопитель, разрядник, электродная система. Погружная часть опускалась на каротажном кабеле на глубину залегания продуктивных пластов. Рабочее напряжение ГИТ составляло 30 кВ, емкость накопителя варьировалась в зависимости от числа подключенных конденсаторов (от 1 до 3). Максимальная запасаемая энергия составляла 1 кДж, частота повторения разрядных импульсов 0,2 Гц. Источник питания подключается к сети 220 В. Потребляемая мощность - до 1,5 кВт. Отличительной чертой таких установок являлся цилиндрический корпус 0 114 мм (“Скиф 4М”) или 0 102 мм (“Скиф 100”) повышенной прочности, выдерживающий гидростатическое давление до 45 МПа, поэтому масса собранной погружной части установки составляла 200 - 250 кг, длина 5 - 6 м. Элементная база и диэлектрические материалы выемной части модулей могли работать при температуре окружающей среды 85 - 1000С.
Поскольку такие прочностные и температурные характеристики установки, предназначенной только для обработки водозаборных скважин, не являются необходимыми, разработана специализированная установка “Скиф 140” с улучшенными массогабаритными и энергетическими показателями .Длина погружной части составляет 2 м при 0 140 мм, вес 78 кг. Погружная часть установки при перевозке не разбирается на модули, а максимальная глубина опускания в скважину составляет 1 км. Рабочее напряжение ГИТ - 30 кВ, запасаемая энергия - 1,5 кДж, частота следования разрядных импульсов - до 0,3 Гц. Установка подключается к сети 220 В. Потребляемая мощность - 0,6 кВт.
В качестве технологического узла разработаны два вида электродных систем: одна традиционная - открытого, другая - закрытого типа [3]. В закрытой электродной системе электроразрядный промежуток помещен в определенную жидкостную среду и отделен от окружающей среды гибкой оболочкой, что позволяет установить оптимальный с точки зрения выделения энергии промежуток и добиться отсутствия влияния электропроводности окружающей среды на электроразрядные характеристики. Такое конструктивное исполнение электродной системы существенно повышает эффективность воздействия и уменьшает время обработки призабойной зоны. Лабораторные и полевые испытания на скважине показали, что ресурс электродной системы без замены ее сменных частей составляет 5000 разрядов. Это позволяет при максимально необходимом количестве 200 импульсов на погонный метр фильтра обрабатывать несколько скважин без разборки устройства.
Недостатки:
1. В процессе работы электроды разрядного блока находятся непосредственно в обрабатываемой среде, которой могут быть техническая вода со степенью минерализации до 1,24, глинистые растворы и нефти с различной степенью загазованности. Такая обрабатываемая среда обладает электроизолирующими свойствами;
2. При высокой проводимости среды (соляной раствор) происходят "утечки" энергии разряда (до 13%);
3. Компенсация "утечек" приводит к росту массогабаритных показателей скважинного аппарата увеличение в нем количества накопительных конденсаторов, которые позволяют снижать потери).
ЛИТЕРАТУРА
1. Косенков В.М., Курашко Ю.И., Швец И.С. Влияние параметров электроразрядного воздействия на динамические и фильтрационные процессы прифильтровой зоны водозаборных скважин // Геотехническая механика. 2002. № 35. С. 23-31.
2. Пат. Украины № 57975А, МПК 7Е21В43/25. Пристрш для дп на призабшну зону свердловин / Ю.И. Курашко, В.А. Саенко, Н.Н. Климанский, А.Ф. Лазун (Украина). № 2002054042; Заявлено 17.05.2002, Опубл. 15.07.2002 // Промислова власшсть. 2002, № 7. С. 25.
3. Пат. Украины №18912, МПК 6Е21В43/25. Электродная система для электрогидравлического воздействия на пласт / Л.П. Трофимова, С.Г. Поклонов, В.Г. Жекул (Украина). № 93006694; Заявлено 24.09.93, Опубл. 15.01.2000 // Промислова власшсть. 2000. № 1. С. 47.