Технология виброволнового воздействия на призабойную зону скважин как эффективный способ повышения продуктивности пластов

ТАБЛИЦА 3.1. Результаты стендовых исследований гидродинамических генераторов различных типов.



3.2 Гидравлические преобразователи - "свистки"

К данному типу генераторов относятся испытанные гидравлические активаторы потока, такие как генераторы ГАП, ГД 108-УНИ конструкции УГНТУ [127], скважинные генераторы СГГК конструкции Института машиноведения РАН [128].

Подобные гидродинамические устройства являются высокочастотными генераторами. Они генерируют колебания низкой амплитуды с низким значением среднеквадратичного давления и в то же время создают высокие потери напора нагнетаемой жидкости за счет существенного штуцирования потока.

Функционирование данных генераторов сопровождается существенным кавитационным износом как тангенциальных отверстий, так и поверхности вихревой камеры, что ведет к изменению во времени параметров этих генераторов и срыву режима их устойчивой работы. Низкая надежность, неустойчивость автоколебательного режима и узость рабочего диапазона расходов ограничивают возможности использования подобных конструкций без соответствующих мер по обеспечению автоматического вывода на автоколебательный режим и его настройки во время работы.

3.3 Гидравлические роторные преобразователи - "сирены"

Вибратор золотникового типа ГВЗ-108 конструкции б. МИНГ и ГП по типу относится к самодвижущимся реактивным "сиренам". Частота пульсаций давления подобного преобразователя определяется количеством прорезей и линейно зависит от расхода рабочей жидкости. Испытания показали устойчивую работу генератора на всех исследованных расходах.

Из приведенных в табл. 3.1. данных видно, что работа генератора вызывает сравнительно небольшие потери напора при довольно высоком среднеквадратичном давлении. При осмотре технического состояния вибратора после продолжительных (в течение 5 ч) испытаний существенных следов износа обнаружено не было.

Из всех исследованных конструкций вибратор ГВЗ-108 получил в свое время наиболее широкое применение для обработок призабойных зон скважин. Тем не менее, несмотря на несомненные положительные моменты данной конструкции: достаточно высокую амплитуду колебаний, возможность определенного регулирования частоты заданием расхода, ей присущи существенные недостатки, которые наиболее заметно проявляются при работе в условиях сильной загрязненности и агрессивности среды, а также при циклическом режиме работы генератора в скважине. Стремление уменьшить кольцевой зазор между ротором и статором, тем самым повысив эффективность генерации колебаний, и желание увеличить надежность работы в загрязненных средах для данных конструкций несовместимы. Из-за наличия в конструкции вращающихся механических узлов не обеспечивается достаточная надежность и моторесурс: после одной-трех обработок увеличивается расход и снижается амплитуда колебаний давления, ряд узлов генератора разрушается. При работе в скважинах происходят сильный износ подшипниковых узлов конструкции, заклинивание, абразивный износ ротора и кавитационное разрушение статора, часто из-за заклинивания невозможно обеспечить последующий запуск генератора после временной остановки подачи рабочей жидкости. Кроме того, вследствие малого КПД большие расходы жидкости при функционировании генератора требуют привлечения добавочных мощностей устьевых насосных агрегатов и сильно затрудняют его использование в комплексе с другими техническими средствами, например скважинными струйными аппаратами. Весьма проблематично также эффективное использование данного генератора для осуществления вибропенных обработок с применением штатного устьевого компрессора.

Проведенные испытания показали, что генераторы пружинно-клапанного и клапанно-ударного типов, гидравлические преобразователи-"сирены" и гидравлические преобразователи-"свистки" или их комбинации не удовлетворяют требованиям высокоэффективного осуществления виброволновой обработки скважин.

Во-первых, они не надежны в работе. Колебания давления возбуждаются непосредственно внутри самого устройства, при этом создаются ударные нагрузки, превышающие пределы прочности материалов. Эти материалы, к тому же, находятся в контакте с агрессивными и абразивными средами. Генераторы быстро выходят из строя либо из-за поломок подвижных механических узлов (генераторы первого и второго типов), либо из-за существенного кавитационного износа (генераторы третьего типа).

Во-вторых, амплитуды колебаний давления при их работе в стволе скважины недостаточно высоки, что не обеспечивает необходимый для проявления заметного эффекта воздействия охват ПЗП плотностью потока колебательной энергии. А увеличение мощности генерации сопровождается добавочным снижением надежности (резко возрастает вероятность поломок) и к тому же ограничивается габаритами скважины. В дополнение генераторы третьего типа (гидравлические свистки) продуцируют высокочастотные колебания, которые, как показали исследования, незначительно влияют на развитие в ПЗП фильтрационных явлений и процессов декольматации и вдобавок испытывают сильное поглощение в пористой среде.

В-третьих, у данных генераторов отсутствует возможность регуляции (без существенного изменения конструктивных параметров) частоты колебаний, что не позволяет осуществлять обработку конкретного объекта-скважины в оптимальном для него режиме.

При обобщении представленных выше результатов и выводов можно определить конструктивные и технологические требования к гидродинамическим генераторам, предназначенным для виброволнового воздействия на ПЗП и обеспечивающим максимальную эффективность, а также рентабельность обработок скважин.

Генератор должен возбуждать на забое заполненной жидкостью скважины достаточно высокоамплитудные колебания давления в диапазоне частот 20-300 Гц с возможностью регуляции частоты и настройки на избирательные частоты объекта. Частоты и амплитудный режим генерации должны быть стабильными и мало зависеть от внешних условий и степени износа узлов генератора. В конструкциях генераторов необходимо исключить подвижные механические узлы, как наиболее подверженные износу, в особенности в условиях загрязненности и агрессивности жидкой среды, сильно уменьшающие их общий моторесурс.

Генераторы не должны при работе создавать чрезмерные ударные нагрузки внутри конструкций. Колебательные ударные явления должны создаваться непосредственно в перфорационных отверстиях скважины и ПЗП, при условии использования резонансных свойств скважинных и пластовых систем и настройки частоты пульсаций расхода на избирательные частоты объекта. Это условие может обеспечиваться при генерации устройством колебаний расхода и преобразовании их в колебания давления. Подобный режим генерации обеспечивает и высокую надежность работы устройства, и высокий КПД, и энергетическую эффективность виброволнового воздействия. При этом не существует заметных ограничений на увеличение мощности генерации колебаний при использовании реальных скважинных гидродинамических генераторов.

3.4 Гидродинамические генераторы колебаний на основе вихревых центробежных форсунок

Наиболее полно набору основных требований удовлетворяют гидродинамические генераторы колебаний, построенные на основе вихревых элементов, работающих в автоколебательных режимах. Важнейшее преимущество использования вихря как усилительного элемента состоит в том, что он имеет максимальный, по сравнению со всеми другими струйными элементами, коэффициент усиления по мощности (500 и более) [5,6].

В рассматриваемых ниже вихревых элементах закрученный поток жидкости является усилителем низкочастотных колебаний параметров потока жидкости (давления и скорости), что позволяет достигать при генерации колебаний любых требуемых амплитудно-частотных характеристик, а энергоотдача ограничивается в принципе лишь мощностью напорной линии питания (насосных агрегатов).

Одним из подобных элементов является двухступенчатая жидкостная центробежная форсунка.

В двухступенчатой форсунке (рис. 3.1) имеется первая (высоконапорная) ступень подачи жидкости малого расхода, по которой жидкость через тангенциальные каналы поступает в камеру закручивания для образования вихря. В эту же камеру через каналы второй ступени поступает регулируемая часть жидкости большого расхода. В обшей камере закручивания происходит смешение высоконапорного и малорасходного циркулирующего потока с низконапорным потоком нулевой или противоположной циркуляции и с регулируемым большим расходом. На магистрали больше расходной ступени расположен гидравлический элемент повышенной упругости 4, например заполненная газом емкость объема V_r, отделенная от жидкости гибкой мембраной.



Рис. 3.1. Схема истечения жидкости из двухступенчатой форсунки.

Жидкость в малорасходную ступень форсунки поступает с расходом Q₁, при этом кран 1 поддерживает в малорасходной магистрали постоянное давление р₁ Изменение расхода через сопло 3 форсунки, а также и режимных параметров происходит за счет открытия крана 2, подсоединенного к напорной магистрали.

При смешении струй жидкости первой и второй ступени в камере смешения форсунки происходит образование жидкостного вихря, в центре которого давление падает и при истечении из сопла в воздушную среду происходит образование воздушного вихря с радиусами v_тк -- внутри камеры смешения и r_тс -- на выходе из сопла, так что истечение жидкости из форсунки происходит только в кольцевой области между стенками сопла и воздушным вихрем. При истечении из форсунки в жидкостную среду в центре вихря образуется зона разрежения, определяемая аналогичными геометрическими параметрами r_тк, r_тс, в которой осевая скорость течения жидкости равна нулю или противоположна осевой скорости истечения циркулирующей жидкости из форсунки и которая также весьма существенно определяет площадь истечения жидкости из сопла форсунки и коэффициент расхода сопла.

Особенность течения жидкости через форсунку - наличие участка на расходной характеристике с отрицательным гидравлическим сопротивлением, что обусловливает развитие неустойчивого режима течения и возможность возникновения автоколебаний.

3.4.1 Генератор колебаний с одной напорной вихревой ступенью

На основе проведенных исследований автоколебательных режимов двухступенчатой центробежной форсунки авторами[1] был разработан способ генерирования низкочастотных колебаний и гидродинамический генератор колебаний [129], схема которого показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Генератор колебаний с одной напорной вихревой ступенью

1 - направляющий клапан; 2 - труба НКТ; 3 - напорная магистраль: 4 - мембрана; 5 - жиклеры дополнительного потока; 6 - канал дополнительного потока; 7 - кольцевой зазор; 8 - тангенциальные каналы форсунки; 9 - форсунка; 10 - резонатор.

При генерации жидкость, поступающая по напорной магистрали (см. рис. 3.2), разделяется на основной поток, поступающий в тангенциальные каналы форсунки и образующий жидкостный вихрь, и дополнительный поток, поступающий через узкие каналы-жиклеры в дополнительный канал устройства.

В первой фазе процесса происходит запирание дополнительного потока жидкости основным закручивающим потоком, что приводит к росту давления в нем (при этом вихревое движение жидкости развивается от форсунки вглубь дополнительного канала) и усилению энергообмена между основным и дополнительным потоками вследствие разницы окружных составляющих скоростей. Во второй фазе при возрастании давления в дополнительном потоке до значения, соизмеримого со значением центробежного давления, на периферии жидкостного вихря, в кольцевом зазоре форсунки происходит разрушение вихря, сопровождающееся выбросом жидкости из дополнительного канала и резким увеличением расхода. После выброса жидкости давление в дополнительном потоке опять падает, образуется жидкостный вихрь основного потока, который запирает дополнительный поток, и процесс автоколебаний повторяется. Таким образом, благодаря усилительным свойствам вихря, небольшие колебания давления в дополнительном канале (второй ступени), составляющие 1-5 % от перепада давления на закрученном слое жидкости, вызывают сильные колебания скорости течения через генератор, достигающие 50% от средней скорости. При разрывах сплошности потока коэффициент усиления существенно возрастает. Изменяя упругость жидкости дополнительного канала введением в него газа, отделенного гибкой мембраной, можно также изменять время возрастания давления в первой фазе и регулировать частоту генерируемых колебаний. Резонатор служит для преобразования колебаний расхода в колебания давления.

Проведенные стендовые и промысловые испытания этого генератора колебаний показали его устойчивую работу и надежность.

В отличие от других конструкций генератор типа ГЖ позволяет создавать (см. табл. 3.1) высокоамплитудные колебания давления 3-5 МПа в широком диапазоне низких частот 20-300 Гц. Ввиду отсутствия движущихся механических узлов и увеличения КПД генератор не требует привлечения значительных мощностей устьевых насосных агрегатов для создания большого расхода, обладает повышенной надежностью и моторесурсом, что позволяет снижать затраты на проведение обработок.

3.4.2 Генератор колебаний с двумя напорными и вихревыми ступенями противоположной закрутки

Эксплуатация гидродинамических скважинных генераторов колебаний выявляет определенный набор требований к режимным параметрам и расходным диапазонам двухступенчатых форсунок, которые должны обеспечить наиболее эффективное применение для различных промысловых условий и категорий скважин. Сюда входят и конструктивные требования по адаптации конструкций к набору промысловых типоразмеров колонн скважин и НКТ, в том числе и к колоннам с уменьшенными диаметрами для вторых стволов скважин, и требования обеспечения эффективной генерации колебаний в достаточно широком изменении расходно-напорных характеристик нагнетания рабочей жидкости. Конструкция вихревой форсунки должна обеспечить функционирование ряда гидродинамических генераторов, отличающихся геометрическими размерами и рабочими расходно-напорными характеристиками, предназначенными для эффективного осуществления широкого набора технологических операций, таких как совместная работа со скважинным струйным насосом, вибропенное воздействие, виброволновое воздействие в сочетании с закачкой реагента в пласт, длительная работа в скважине при пониженных расходах нагнетания и др.

С целью увеличения расхода через центробежную форсунку при сохранении ее радиальных размеров можно использовать форсунку с двумя соплами и общей камерой закручивания, схема которой показана на рис. 3.3. Форсунка с двумя соплами и общей камерой закручивания. Такая конструкция позволяет в два раза увеличить расход жидкости при сохранении прежних типоразмеров и одновременно уменьшить вязкостные потери на трение.

Рис. 3.3. Форсунка с двумя соплами и общей камерой закручивания.

Дальнейшее повышение эффективности работы вихря как рабочего элемента гидродинамического генератора достигается использованием в первой ступени центробежной форсунки двух поясов тангенциальных каналов с взаимно противоположным завихрением жидкостных потоков. Схема работы такого элемента генератора показана на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Форсунка с двумя поясами с противоположным завихрением потоков.



Поступающая в первую высоконапорную ступень из нагнетательной магистрали жидкость разделяется на две части: расход Q₁₁ поступает на первый пояс тангенциальных каналов, а расход Q₁₂ - на второй пояс подобных каналов.

Двух вихревая центробежная форсунка обеспечивает высокоамплитудную генерацию упругих колебаний в достаточно широком расходном диапазоне рабочей характеристики.

Примером генератора такого типа может служить генератор колебаний ГД2В с повышенной эффективностью генерации в широком диапазоне изменения напорно-расходных параметров нагнетания рабочей жидкости [1].

Стендовые испытания показали высокую работоспособность устройств, устойчивую работу в широком диапазоне изменения расхода и давления нагнетания рабочей жидкости, начиная со сравнительно малых начальных значений. Как и ожидалось, в генераторе после нескольких часов испытаний не были обнаружены следы существенного износа или разрушения, а также изменения его рабочих характеристик, что указывает на его высокую надежность и долговечность. Впоследствии при скважинных промысловых исследованиях это также подтвердилось. Испытания показали, что при соответствующей настройке генератор продуцирует колебания, амплитуда и частота которых изменяются в зависимости от перепада давления, что позволяет осуществить авторегулирование виброволнового воздействия при проведении обработки ПЗП в зависимости от глубины ее загрязненности.

Относительно малые рабочие расходы и перепад давления при продуцировании достаточно мощных колебаний позволяют эффективно использовать генераторы типа ГД2В для регенерации фильтров водозаборных скважин и повышения их продуктивности с использованием простых насосов или насосных агрегатов.



4. КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ И РЕАНИМАЦИИ СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИБРОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Как уже обсуждалось выше, при всей перспективности и обнадеживающих результатах виброволновых обработок скважин их внедрение происходило с переменным вниманием со стороны нефтегазодобывающих предприятий из-за недостаточно высокой успешности и эффективности предлагаемых различными авторами технических решений и методов. Главной причиной этого являлась недостаточная обоснованность амплитудно-частотных параметров существующих скважинных генераторов и технологических режимов обработок ПЗП.

Всестороннее изучение процессов, происходящих при виброволновом воздействии в насыщенных коллекторах, заложило основу как для создания новых надежных, высокоэффективных генераторов колебаний и других технических средств, так и для разработки рациональных технологий, использующих научно обоснованные операционные параметры.

4.1 Обоснование и промысловое обеспечение технологических операций

Согласно полученным результатам, воздействие упругими колебаниями в условиях обратной фильтрации совместно с правильно подобранным физико-химическим компонентом воздействия приводит к резкой интенсификации очистки пористой среды, загрязненной различными кольматантами. В связи с этим сочетание виброволнового воздействия с созданием депрессий на продуктивном интервале скважины является одним из необходимых условий эффективной очистки ПЗП, в особенности для скважин с низким пластовым давлением.

Для достижения данной цели авторами[1] разработано два основных варианта технологий - технология виброволнового и депрессионно-химического воздействий (ВДХВ) и технология виброволнового и пенного воздействий (ВПВ).

Требуемая энергонапряженность колебательного поля на продуктивном интервале скважины создается благодаря использованию гидродинамического вихревого генератора типа ГД2В, который развивает высокоамплитудные низкочастотные колебания давления (6-10 МПа с учетом резонансных систем) при относительно небольших расходах рабочей жидкости 2-6 дм³/с. Это позволяет создавать регулируемое и достаточно глубокое снижение давления на забое скважины путем откачки пластовой и рабочей жидкостей посредством совместно работающего с генератором колебаний специально разработанного струйного насоса.

Технологии ВДХВ и ВПВ предназначены:

1. для очистки призабойной зоны скважин от фильтрата и глинистых остатков бурового раствора, повышения качества освоения после бурения и вызова притока нефти из пласта;

2. для очистки ПЗП от кольматирующих материалов, внесенных в процессе проведения ремонтных работ или действия других техногенных факторов;

3. для повышения эффективности освоения под закачку воды при переводе добывающих скважин в фонд нагнетательных;

4. для оценки нефтегазоносности при испытании разведочных скважин;

5. для доосвоения и повышения производительности, реанимации, увеличения профиля притока добывающих и приемистости нагнетательных скважин, производительность которых после освоения стала ниже потенциально возможной или снизилась в процессе эксплуатации.

Технологические решения направлены на вовлечение в активную разработку трудно извлекаемых запасов. Благодаря комплексному действию технологических факторов в низко проницаемых и загрязненных терригенных коллекторах происходит:

· разупрочнение кольматирующего материала, глинистых включений и очистка поровых каналов коллекторов, устранение блокирующего влияния остаточных фаз газа, нефти и воды, инициирование фильтрации флюидов в неохваченных пропластках и зонах, повышение охвата пласта как по толщине, так и по простиранию;

· улучшение фильтрационных характеристик заглинизированных коллекторов;

· более быстрое и глубокое проникновение растворов химических реагентов, пен и эмульсий в пласт;

· выравнивание скоростей реакции в зонах с различной фазовой насыщенностью;

· эффективное растворение и вынос карбонатного цемента и глинистого вещества, а также вторичных продуктов реакции из ПЗП;

· повышение эффективности взаимодействия растворителей с поверхностью скелета породы и очистка ПЗП от асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО).

В карбонатных коллекторах происходит:

- более быстрое и глубокое проникновение растворов химических реагентов, пен и эмульсий в пласт, при этом за счет ускорения проникновения их в поры и трещины продуктивных пород происходит увеличение

- глубины и эффективности обработки пласта без применения специальных химических замедлителей реакции;

- выравнивание скоростей реакций в водо- и нефтяных зонах;

- расширение существующих и создание новых микротрещин в ПЗП;

- эффективное взаимодействие реагентов и растворителей с поверхностью скелета породы;

- очистка ПЗП от АСПО;

- растворение и вынос карбонатной составляющей без накопления нерастворимых вторичных продуктов реакций в порах пласта;

- выравнивание профиля притока и приемистости.

4.2 Вариант технологии с использованием струйного насоса (ВДХВ)

Основная область применения - нефтяные залежи с осложненными геолого-физическими условиями разработки (терригенные коллекторы с пониженной проницаемостью, повышенной глинистостью; слоисто-неоднородные пласты; карбонатные продуктивные пласты).

Основными объектами для применения технологии ВДХВ являются вертикальные, условно вертикальные, наклонно направленные скважины с наклоном ствола до 45.

Сущность технологии состоит в воздействии на ПЗП упругими колебаниями путем возбуждения их на забое скважин гидродинамическим генератором при одновременном создании длительных депрессий на пласт с помощью струйного насоса, которые чередуются с повышением забойного давления выше пластового для создания репрессии, не превышающей давления гидроразрыва пласта, с продолжительностью, достаточной для накопления высокого потенциального запаса упругой энергии сжатия жидкости и породы в наиболее загрязненной области ПЗП вблизи скважины. При необходимости производят сочетание с воздействием химреагентами.

Такое чередование данных операций позволяет в наиболее загрязненной зоне вблизи ствола скважины создавать направленные из пласта к забою большие локальные градиенты давления, которые могут по абсолютному значению достигать давления гидроразрыва пласта. Благодаря наложению колебательных упругих деформаций интенсифицируется образование дополнительных трещин, при этом происходит перераспределение и ослабление остаточных упругих напряжений, что уменьшает их смыкание после сброса давления. Знакопеременные упругие деформации пласта в приствольной зоне и на перфорационных каналах приводят к появлению сети микротрещин как на поверхности перфорационных каналов, так и по радиусу от них в глубь пласта, что увеличивает количество открытых каналов для притока жидкости.

Упругие колебания способствуют интенсифицированию фильтрации жидкости и инициируют вынос из ПЗП кольматирующего материала, в результате чего очищаются естественные поровые каналы и увеличивается гидропроводность и пьезопроводность приствольной зоны коллектора.

В процессе проведения циклов чередований репрессии и депрессии на пласт воздействию подвергаются все более отдаленные от ствола скважины зоны ПЗП. В результате осуществляется глубокая очистка ПЗП, восстанавливается естественная проницаемость коллектора вблизи скважины.

При отложениях в ПЗП солей или АСПО, техногенном засорении при закачке воды, глушении, проведении ремонтных операций виброволновая обработка сочетается с реагентным воздействием путем добавления химреагентов в рабочую жидкость или закачкой их в пласт в виде оторочек в процессе создания репрессий. Виброволновое воздействие интенсифицирует действие реагентов и способствует выносу как жидких, так и твердых или гелеобразных продуктов реакции, тем самым обеспечивается высокая степень очистки ПЗП и последующая продолжительная эксплуатация скважин.

Последовательность операций, рациональная глубина, объем и вид закачиваемых растворов химреагентов, время их выдержки на реагирование определяются на основании анализа результатов гидродинамических и геофизических исследований с учетом геолого-физических параметров пласта, категории и типа объекта-скважины, предыстории эксплуатации и проведенных ранее мероприятий, а также накопленного промыслового опыта обработок. Кроме того, используется прогнозное моделирование с применением компьютерных программ. В процессе проведения обработок ведется контроль над притоком жидкости из пласта по увеличению объема жидкости в желобной емкости; при создании репрессий определяется приемистость для сравнительной проверки изменения фильтрационных свойств около скважинной зоны; отбором проб изливаемой жидкости контролируется вынос кольматанта и оценивается его природа. По результатам исследований корректируются продолжительность операций, объемы и виды химического воздействия. Качество и эффективность контроля за технологическим процессом существенно повышаются с применением автоматизированной системы контроля.

Технологией ВДХВ предусматривается применение специального скважинного оборудования: генератора колебаний типа ГД2В, установленного в интервале перфорации, адаптированного к нему струйного насоса типа ИС, спецфильтра, а также штатного нефтепромыслового оборудования: подземного - механического пакера, например типа ПВМ, и вставного фильтра; наземного - агрегата для проведения спускоподъемных операций типа А-50 или ПТМТ, желобной емкости, насосных агрегатов типа СИН-31, 4АН-700 или АЧФ, автоцистерн; химреагентов: ПАВ, кислот, растворителей и др.

На рис. 4.1. приведена схема размещения оборудования для виброволновой обработки скважины с использованием генератора колебаний типа ГД2В и струйного насоса типа ИС, а на рис. 4.2 - схема компоновки этого оборудования, на которой представлены генератор 1 с резонатором 2, струйный насос 3, закрепленный в седле 4, спецфильтр 5, пакер механического типа 6, вставной фильтр 7. Генератор установлен внутри трубы НКТ 8.



виброволновой скважина призабойный генератор

Данную компоновку оборудования спускают на НКТ в скважину и устанавливают на заданной глубине. Далее производят посадку пакера.

В первой стадии работы, при повышении давления, рабочую жидкость (вода, растворы реагентов, нефть) закачивают в скважину с небольшим расходом, струйный насос и генератор работают только на пропускание жидкости, не выходя на рабочий режим. Во второй стадии, при открывании затрубного пространства и подаче режимного расхода жидкости, струйный насос и генератор выходят на рабочий режим, происходит быстрое снижение давления под пакером и осуществляют виброволновую обработку продуктивного интервала ПЗП в условиях депрессии.

Особенности конструкции струйного аппарата позволяют в зависимости от продуктивности скважины изменять режим работы для осуществления максимального отбора пластовой жидкости или для создания на забое требуемого снижения давления и обеспечения оптимальной работы гидродинамического генератора.

С использованием компьютерных программ рассчитывается оптимальная геометрия (диаметр сопла и камеры смешения) струйного насоса. Также определяются глубина его установки в скважине и уровень депрессии на забое, который не должен превышать допустимого значения, устанавливаемого геологической службой заказчика с учетом устойчивости коллектора продуктивного пласта и возможного близкого расположения водоносного горизонта.

По своей природе виброволновое воздействие в используемом амплитудно-частотном диапазоне является экологически безопасным и его сочетание с депрессионным воздействием не вызывает нарушений технического состояния, а также целостности цементного кольца скважин при условии его качественного исполнения.

4.3 Вариант технологии с использованием пенных систем (ВПВ)

Основная область применения - нефтяные залежи с осложненными геолого-физическими условиями разработки (низкая проницаемость, повышенная глинистость и др., слоисто-неоднородные пласты, карбонатные коллекторы), с пластовым давлением не ниже половины и не выше гидростатического давления столба нефти в скважине.

Основными объектами для применения данной технологии являются преимущественно горизонтальные скважины (ГС) и вторые стволы действующих скважин, традиционные методы освоения которых после бурения и повышения продуктивности малоэффективны или технически невозможны, но при необходимости она может использоваться и для обработки вертикальных и наклонно направленных скважин глубиной до 6000 м.

Сущность данного варианта технологии состоит в возбуждении в ПЗП упругих колебаний достаточной мощности с помощью гидродинамического генератора колебаний давления типа ГД2В, работающего при прокачке через него жидкостей (а также их смесей с газами), создании необходимого значения длительной депрессии на забое и вызове притока в скважину путем приготовления пенных систем на забое, пропускании их через межтрубное пространство с целью облегчения столба жидкости в скважине и создания условий для выноса кольматанта из ПЗП и на устье скважины. При этом предусмотрена возможность комбинирования с физико-химическим воздействием - закачкой в пласт растворителей, ПАВ, кислот и их композиций.

Важное достоинство данного варианта состоит в том, что он позволяет осуществлять комплексную виброволновую технологию в горизонтальных, наклонно-горизонтальных скважинах и вторых стволах скважин - на объектах, где технические операции посадки пакера невозможны или крайне затруднены, что исключает применение струйного насоса для создания депрессий на пласт. Помимо этого, присущие пенным системам упругие свойства, а также их повышенная вязкость и удерживающая способность позволяют весьма эффективно, в отличие от традиционных технологий, производить очистку продуктивного интервала горизонтальных скважин от бурового раствора в зазоре между нецементированным фильтром и стенкой открытого ствола, а также удалять глинистую корку, образующуюся на стенке скважины, сильно уплотненную за счет адсорбционных и молекулярных связей между глинистыми частицами.

Особенностью данного технологического процесса является то, что имеется возможность достаточно длительное время создавать заданную депрессию на пласт и при необходимости управлять ее значением. Последнее позволяет производить обработки скважин, вскрывающих неоднородные пласты со слабосцементированными коллекторами, с близкорасположенными к продуктивному горизонту подошвенной водой или газовой шапкой.

На рис. 4.3 приведена схема размещения оборудования для виброволновой обработки скважины с использованием генератора типа ГД2В и пенных систем.

Рис. 4.3. Схема размещения оборудования для освоения и повышения продуктивности скважин по технологии ВПВ 1 - генератор; 2 - резонатор; 3 - отражатель; 4 - фильтр вставной; 5 - аэратор; 6 - фильтр; 7 - насосный агрегат; 8 - компрессор; 9,10 - емкость; 11 - сепаратор; 12 - желобная емкость; 13-20 - задвижки; 21-23 - манометры; 24 -штуцер; 25 - амбар; 26 - расходомер; 27-39 -задвижки.



Рис. 4.4. Схема компоновки скважинного виброволнового оборудования для технологии ВПВ: 1 - НКТ диаметром 2,5”; 2 - репер-патрубок; 3 - вставной фильтр; 4 - генератор; 5 - переводник 2,5” к НКТ диаметром 3”; 6 - резонатор НКТ диаметром 3”; 7 - отражатель-заглушка; 8 - хвостовик из НКТ диаметром 3”.

В подготовительные мероприятия входят промывка скважины от бурового раствора, гидродинамические и геофизические исследования, отбивка забоя, спуск в скважину на колонне НКТ генератора типа ГД2В с резонатором, после чего устанавливают на устье арматуру и обвязывают согласно схеме насосные агрегаты типа ЦА-320, компрессор типа СД9-101 или СД9-200 и желобную емкость. Обработку ПЗП производят в следующей последовательности. Сначала в скважину при открытом затрубе закачивают раствор ПАВ. При прокачке воды через генератор на забое возбуждаются пульсации давления. Затем включают компрессор и одновременно с подачей воды в НКТ нагнетают воздух. Водовоздушная смесь проходит через генератор, и в его каналах за счет динамических вихревых и колебательных процессов происходят интенсивное перемешивание воздуха с водой и образование высокодисперсной пены, которая заполняет межтрубное пространство и через выкидную линию изливается в желобную емкость. С помощью сепаратора пену разрушают, и отделенный от воздуха раствор ПАВ после оседания частиц грязи на дно емкости вновь забирают насосным агрегатом и подают на аэратор, а далее вместе с воздухом опять закачивают через НКТ в скважину.

Под действием депрессионного перепада давления загрязняющие частицы выносятся из пласта в ствол скважины, попадают в газоводяную пену и обратным потоком по межтрубному пространству эффективно выносятся на устье, а затем удаляются. Продолжительность прокачки пены составляет 4-6 ч и зависит от степени загрязнения ПЗП и интенсивности выноса кольматанта. Контроль за его выносом ведется по количеству взвешенных частиц в пробах изливающейся жидкости.

В целях улучшения условий работы генератора при выполнении операции прокачки пены производят чередование прокачки воды и пены в количестве двух-четырех циклов.

Далее, после остановки прокачки, происходит самоизлив пены до полной разрядки скважины. После этого производят установку генератора на другой интервал перфорации и повторяют описанные выше операции по прокачке пены.

Закачку растворов реагентов осуществляют через НКТ и установленное подземное оборудование. После выдержки скважины на реагирование производится вибропенное воздействие с целью выноса из ПЗП продуктов реакции и остатков кольматирующего материала.

По окончании обработки ПЗП производят заключительные мероприятия: промывку забоя от скопившегося там кольматанта, комплекс гидродинамических и геофизических исследований, а также работы по пуску скважины в эксплуатацию.

При выполнении вышерассмотренных технологических операций возможно снижение забойного давления до 25-30 % от гидростатического, а после остановки на самоизлив до 15-20 %. Давление на забое скважин может регулироваться повышением давления на выходе (с помощью устьевых задвижек), ограничением объема закачки пены, увеличением расхода жидкости или уменьшением расхода газа, т.е. путем уменьшения газосодержания в пене (степени аэрации), при этом средневзвешенная по высоте плотность пены может регулироваться от 0,15-0,2 до 0,8-0,9 г/см³.

Степень снижения давления определяется динамикой движения упругой и вязкой пены по скважинному межтрубному пространству. Вязкость двухфазной пены зависит от концентрации ПАВ, температуры, скорости сдвига. При больших скоростях она на порядок выше, чем вязкость пенообразующего раствора, а при малых скоростях может быть больше на 2-3 порядка. Высокая вязкость обеспечивает восходящему потоку пены повышенную способность выноса шлама и частиц во время промывки. При газосодержании больше 50-55 % у пены начинают проявляться и усиливаются структурно-механические и вязкопластичные свойства, что ведет, в отличие от простой аэрации воды, к отсутствию проскальзывания газа. При использовании компрессоров с рабочим давлением 8-10 МПа и подачей до 7-9 м³/мин возможно освоение скважин глубиной 5000-6000 м.

Одним из важных свойств пены является ее упругость. Вследствие сжатия газовой фазы столб двухфазной пены обладает большим запасом упругой энергии. После прекращения закачки, в момент остановки течения и исчезновения гидравлического сопротивления, связанного с вязкостным трением, равновесие системы нарушается. Этому способствуют также поднимающиеся вверх пузырьки газа из нижней части столба пены, а также выделение растворенного в нефти газа при снижении забойного давления ниже давления насыщения. Высвобождение упругой энергии выражается в возникновении самоизлива пены. Процесс идет с нарастанием и сопровождается значительным (до 30 %) выносом жидкости из скважины.

Важными преимуществами использования пенных систем являются возможность прокачки пены и создание депрессии в условиях большого поглощения. Пена, попадая в поглощающий интервал пласта, оказывает блокирующее действие за счет повышенной вязкости и ее внедрения в крупные поровые каналы и трещины, что снижает фазовую проницаемость по жидкости.

На заданных режимах и уровнях депрессии можно работать достаточно длительное время и производить длительную откачку проникшей в пласт воды и эмульсий, продуктов реакции после реагентных обработок. Кроме того, за счет перераспределения давления в ПЗП появляется возможность увеличивать зону охвата депрессионным воздействием.

Благодаря свойствам пен выделяющийся из пласта растворенный в нефти газ не смешивается с воздухом, что исключает возможность образования в стволе взрывоопасных газовоздушных смесей.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе данной работы всесторонне изучены особенности применения виброволнового воздействия в различных геолого-промысловых условиях, исходящие из его физической природы и влияния упругих колебаний на многообразие протекающих в продуктивном пласте явлений. Названы основные критерии эффективности воздействия для повышения производительности и реанимации скважин. Рассмотрен ряд технологий и скважинных технических средств, которые успешно внедряются в различных нефтепромысловых регионах России и других стран.

Изучена теоретическая модель процесса декольматации ПЗП, описывающая фильтрационные деформации пористой среды под действием упругих колебаний и позволяющая качественно определить влияние амплитудных и частотных параметров воздействия на динамику процесса виброволновой очистки.

Рассмотрены варианты усиления влияния упругих колебаний при их сочетании с физико-химическими воздействиями. Воздействия упругими колебаниями в сочетании с закачкой в пласт растворов химреагентов кратно повышает эффективность воздействия.

Рассмотрены резонансные свойства систем, состоящих из скважинного генератора и погружных отражателей упругих волн в жидкости.

Рассмотрен опробованный на стендах способ возбуждения колебаний и гидродинамический генератор колебаний типа ГД2В с повышенной эффективностью генерации в широком диапазоне изменения расходно-напорных параметров нагнетания рабочей жидкости.

Рассмотрены технологии с применением виброволнового воздействия, такие как технологии виброволнового и депрессионно-химического воздействий, виброволнового и пенного воздействий для осуществления обработок скважин (в том числе горизонтальных и вторых стволов действующих скважин) в условиях создания депрессий на пласт.

В ходе работы установлено, что упругие колебания оказывают заметное влияние на фильтрационные процессы фазового вытеснения, релаксационные явления, связанные со структурой флюидов и их взаимодействием с твердой фазой коллектора, и явления декольматации пористых сред пластов. При этом существует связь между параметрами упругих колебаний и характеристиками продуктивных пластов, выявлены закономерности фильтрационных явлений и процессов декольматации в пористых средах при воздействии упругими колебаниями.

Виброволновое воздействие мобилизует жидкости в мелких порах, способствует восстановлению связности "малой" фазы и ее фильтрационному течению по пористой среде.

Установлено, что эффективная глубина виброволнового воздействия на ПЗП может достигать 10 м и более. Глубина эффективного воздействия значительно увеличивается при осуществлении виброволнового воздействия с учетом резонансных и волноводных свойств скважинных и пластовых систем.

Следует отметить, что технологии виброволнового метода как одного из перспективных методов воздействия на призабойную зону скважин необходимо продолжать развивать. Необходимо применение комплексного подхода к выбору и организации работ на участках - очагах нагнетательных скважин, осуществление длительных режимов виброволнового воздействия в ходе разработки с применением нагнетательных и добывающих скважин, усовершенствование и рациональное использование вибросейсмического воздействия на пласты с целью увеличения нефтеотдачи и так далее.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Дыбленко В.П., Камалов Р.Н., Шариффулин Р.Я., Туфанов И.А. Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением виброволнового воздействия-М.:Недра, 2000.-381с.

2. Ахметшин Э.А., Нургалеев Р.М., Мавлютов М.Р., Фазлутдинов К.С. Опыт применения вибровоздействия на призабойную зону скважин //НТС. Текущая информ. Сер. Нефтепромысловое дело - 1970.- Вып.8

3. Гадиев С.М., Рабинович Е.З., Карандашева В.М. Влияние вибрации на реологические свойства жидкостей//Азербайджанское нефтяное хозяйство.-1981.-№1-с.43-46.

4. Дыбленко В.П., Туфанов И.А., Сулейманов Г.А., Лысенков А.П. Фильтрационные явления и процессы в насыщенных пористых средах при виброволновом воздействии//Тр. Ин-та/БашНИПИнефть.- 1989.- Вып.80.-с.45-51

5. Кузнецов О.Л., Ефимова С.А.Применение ультразвука в нефтяной промышленности.- М.: Недра 1983.-192 с.

6. Попов А.А. Ударное воздействие на призабойную зону скважин.- М.: Недра, 1990.-157 с.

7. Садовский М.А., Абасов М.Т., Николаев А.В. Перспективы вибрационного воздействия на нефтяную залежь с целью повышения нефтеотдачи//Вест. АН ССР.- 1986.- №9.- с.95-99

Размещено на Allbest.ru