способ воздействия на призабойную зону пласта и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ воздействия на призабойную зону пласта, включающий виброволновое воздействие и одновременное периодическое снижение давления на забое ниже пластового, отличающийся тем, что вибрационно-депрессионное воздействие осуществляют поочередно на каждый перфорационный канал или группу перфорационных каналов скважины с локальным возбуждением непосредственно в них упругих колебаний и с локальным только у входа и внутри перфорационных каналов снижением давления ниже пластового.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вибрационно-депрессионное воздействие на каждый перфорационный канал или группу перфорационных каналов осуществляют вдоль интервала перфорации сверху вниз или снизу вверх с одновременным вращением вокруг оси скважины.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при вышеупомянутом воздействии осуществляют автоматическую настройку на перфорационный канал или группу перфорационных каналов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вышеупомянутое воздействие осуществляют гидродинамическим вихревым генератором путем закачки в него с устья скважины под давлением жидкости или газожидкостной смеси.

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что одновременно с вышеупомянутым воздействием скважину заполняют пеной путем добавления в нагнетаемую в гидродинамический вихревой генератор газожидкостную смесь пенообразователя.

6. Устройство для воздействия на призабойную зону пласта, содержащее спускаемый на трубах полый корпус и гидравлически связанные с ним проточные камеры, расположенные перпендикулярно осевому направлению полого корпуса, отличающееся тем, что проточные камеры выполнены цилиндрическими, установлены в корпусе с осевым пересечением с его центральной осью, и каждая проточная камера снабжена последовательно размещенными центральным завихрителем потока жидкости, напорным соплом и выходной тороидальной вихревой камерой с выходным соплом, при этом торцовые поверхности проточных камер установлены с равным зазором относительно внутренней поверхности колонны скважины.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью самопроизвольного вращения корпуса вместе с цилиндрическими проточными камерами вокруг своей оси в процессе работы.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что цилиндрические проточные камеры выполнены с возможностью их осевого перемещения относительно корпуса устройства.

9. Устройство по любому из пп.6 - 8, отличающееся тем, что центральный завихритель цилиндрической проточный камеры устройства выполнен в виде шнека.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть эффективно использовано для освоения и восстановления производительности скважин в осложненных условиях разработки, в частности, оно может быть использовано в процессах добычи для ликвидации в призабойной зоне пласта (ПЗП) и перфорационных каналах твердых осадков солей, парафинов, асфальто-смолистых отложений и газогидратов.

Известны способ и устройство для акустического стимулирования скважин в осложненных условиях (Пат. США N 4702315, кл. 166-249).

Недостатком данного аналога является низкая эффективность восстановления фильтрационных свойств ПЗП.

Известен способ акустического воздействия на ПЗП, включающий выделение участков с пониженными фильтрационными свойствами и последовательную поточечную, в направлении сверху вниз, обработку пласта многократным облучением акустическим полем (РФ, Патент N 2026969, кл. E 21 B 43/25, Б.И. 2, 95 г.).

Недостатком данного аналога является низкая эффективность освоения, а также очистки скважин с сильно загрязненной, вплоть до полной потери производительности, призабойной зоной.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ обработки ПЗП, включающий виброволновое воздействие и одновременно периодическое снижение давления на забое ниже пластового (Заявка PCT WO 95/29322, 95 г.).

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает при воздействии оптимальные условия для передачи упругой колебательной энергии из скважины в перфорационные каналы и далее в ПЗП. При возбуждении в скважинной жидкости колебательных процессов существует сильное частотное ограничение на излучение энергии в окружающую скважину среду (Крутин В.Н. Энергетические соотношения при излучении упругих волн из скважины// Новые геоакустические методы исследования, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых: Сб. ст. - М.: ВНИИЯГГ, 1982. - с. 76-88). Если частота возбуждаемых колебаний ниже определенной критической частоты, то заполненная жидкостью скважина является для них волноводом, и энергия в виде упругих волн из скважины не излучается или излучается слабо, лишь при поглощении распространяющейся в скважине-волноводе трубной волны на нерегулярностях - перфорационных каналах. Для реальных скважин критическая частота составляет не менее 20 КГц, что составляет вне оптимальной области возбуждения низкочастотный диапазон 1-500 Гц, который наиболее эффективен для воздействия на ПЗП как из-за слабого затухания низкочастотных волн в пористой насыщенной среде, так и из-за проявления ряда сильных, сугубо низкочастотных эффектов разупрочнения поровых кольматантов, очистки и изменения фильтрационных характеристик пористой среды. По вышеописанным причинам известный способ не обеспечивает наиболее эффективную очистку ПЗП, декольматацию и промывку отверстий пор и трещин фильтра скважины, диспергирование и разрушение загрязняющих отложений и структур во флюидовыводящих каналах. Не в полной мере обеспечивается восстановление начальной проницаемости ПЗП после капитального ремонта скважин, недостаточно восстанавливаются естественные фильтрационные характеристики ПЗП после освоения выводимых из бурения скважин, а также долгопростаивающих и бездействующих скважин.

Кроме того, достаточно глубокое снижение давления во всем объеме забоя скважины в ходе обработки существенно усложняет технологические операции способа, требует привлечения мощной устьевой насосной техники и, помимо этого, может отрицательно повлиять на устойчивость крепления скважины.

Известно также устройство для воздействия на призабойную зону пласта (EP N 0512331, МПК E 21 B 21/00, 92 г.), включающее полое тело с размещенным в нем узлом, предназначенным для генерирования гидродинамических волн, в котором вихревая камера, являющаяся продолжением в осевом направлении полого тела, связана с полостью полого тела посредством тангенциально расположенных входных каналов, и имеется по крайней мере одна дополнительная вихревая камера, которая по направлению потока расположена перед основной вихревой камерой, связана с полостью полого тела посредством тангенциально расположенных входных каналов и включает два конически сужающихся, противоположно направленных выходных канала, простирающихся строго перпендикулярно осевому направлению полого тела.

Однако известное устройство не позволяет получить существенный эффект воздействия на ПЗП, особенно в сильно загрязненных, долгопростаивающих и бездействующих скважинах, так как не обеспечивает генерации высокоамплитудных низкочастотных колебаний и оптимальной передачи их энергии из скважины в призабойную зону, а также не обеспечивает оптимальных показателей снижения давления и его локальности в обрабатываемых призабойных зонах.

Задача изобретения - повышение эффективности освоения, очистки ПЗП и восстановления продуктивности скважин путем расширения частотного диапазона эффективного воздействия, снижение энергозатрат, упрощение и повышение надежности способа и устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе воздействия на ПЗП, включающем виброволновое воздействие и одновременно периодическое снижение давления на забое ниже пластового, согласно изобретению, вибрационно-депрессионное воздействие осуществляют поочередно на каждый перфорационный канал или группу перфорационных каналов скважины с локальным возбуждением непосредственно в них упругих колебаний и с локальным только у входа и внутри перфорационных каналов снижением давления ниже пластового.

Перебор подвергающихся воздействию перфорационных каналов целесообразно осуществлять перемещением локальных областей воздействия вдоль интервала перфорации сверху вниз или снизу вверх с одновременным вращением вокруг оси скважины. При этом также целесообразно осуществлять автоматическую настройку области воздействия на перфорационный канал или группу перфорационных каналов скважины.

Целесообразно осуществлять вышеупомянутое виброволновое и депрессионное воздействие гидродинамическим вихревым генератором путем закачки в него с устья скважины под давлением жидкости или газожидкостной смеси. Гидродинамические вихревые генераторы, построенные на использовании пульсации вихревых потоков, весьма эффективно используют кинетическую энергию жидкости, и в дополнение, вихревые потоки способны осуществлять в локальных областях существенные снижения давления. При использовании гидродинамического вихревого генератора улучшаются условия промывки скважины, оптимально используется штатная нефтепромысловая техника, появляется совместимость со многими штатными технологическими операциями освоения и ремонта скважин.

В особо сложных случаях сильной загрязненности перфорационных каналов скважины и ПЗП, при существенном истощении потенциала залежи, аномально низком пластовом давлении для повышения эффективности способа целесообразно при осуществлении вибрационно-депрессионного воздействия заполнять затрубное пространство скважины пеной путем добавления в нагнетаемую в генератор газожидкостную смесь пенообразователя. При этом существенно повышается глубина депрессии в обрабатываемых перфорационных каналах скважины и ПЗП, улучшаются условия для удаления загрязнений из ПЗП и выноса их на поверхность, расширяются функциональные возможности способа - появляется возможность осуществлять депрессионное воздействие в глубоких скважинах, в скважинах с истощенным и аномально низким пластовым давлением.

Поставленная задача достигается также тем, что в известном устройстве, содержащем спускаемый на трубах полый корпус и гидравлически связанные с ним проточные камеры, расположенные перпендикулярно осевому направлению полого корпуса, согласно изобретению, проточные камеры выполнены цилиндрическими, установлены в корпусе с осевым пересечением с его центральной осью, и каждая проточная камера снабжена последовательно размещенными центральным завихрителем потока жидкости, напорным соплом и выходной тороидальной вихревой камерой с выходным соплом, при этом торцовые поверхности проточных камер установлены с равным зазором относительно внутренней поверхности колонны скважины.

Для расширения эксплуатационных возможностей целесообразно выполнение устройства с возможностью самопроизвольного вращения корпуса с установленными на нем цилиндрическими проточными камерами вокруг своей оси в процессе работы, инициируемого нагнетанием рабочего агента.

Для расширения эксплуатационных возможностей, диапазона регулирования устройства и оптимизации его работы целесообразно, чтобы цилиндрические проточные камеры были установлены с возможностью их осевого перемещения относительно корпуса устройства.

Целесообразно выполнение центрального завихрителя цилиндрической проточной камеры в виде шнека. При этом, по сравнению с известным изобретением, уменьшается абразивный износ вихреобразующих каналов, повышается надежность работы устройства.

В заявляемом способе реализуется более эффективный механизм возбуждения автоколебаний в скважине и передачи колебательной энергии в призабойную зону, связанный с возникновением интенсивных низкочастотных пульсаций в перфорационных каналах скважины. Непосредственно в объеме среды призабойной зоны возникает один или одновременно группа излучателей монопольного типа, создающих в окружающих породах сферически-симметричные волны. Подобный излучатель, в отличие от излучателя известного изобретения, достаточно эффективно излучает в широком диапазоне низких частот. Происходит качественная передача энергии воздействия из скважины в пласт. Возрастает глубина эффективного воздействия на ПЗП. При одновременном возбуждении группы перфорационных каналов акустическая мощность излучения увеличивается пропорционально квадрату их числа. Более того достигается совершенно новый результат - создание вибрационно-депрессионного воздействия на области внутренней поверхности обсадной колонны с перфорационными отверстиями в них. При этом в перфорационных каналах существенно снижается давление, а в примыкающих к перфорационным каналам наиболее загрязненных участках ПЗП создаются градиенты давления, направленные в скважину, которые способствуют выносу загрязнений и блокирующих фаз из пористой среды.

Локальное снижение давления непосредственно в перфорационных каналах не требует привлечения значительных мощностей устьевых насосных агрегатов и создания повышенного давления нагнетания в спускаемых трубах, что позволяет снижать энергозатраты и повышать надежность способа.

Под действием низкочастотных упругих колебаний и перепадов давления происходит разупрочнение и диспергирование пробок и частиц кольматанта, удаление глинистых включений, эффективная очистка перфорационных каналов, пор и трещин коллектора ПЗП, устраняется блокирующее влияние остаточных фаз газа, нефти и воды, инициируется фильтрация флюидов в низкопроницаемых пропластках и зонах пласта. Увеличивается охват пласта как по толщине, так и по простиранию. Повышается продуктивность вводимых в эксплуатацию после бурения скважин, повышается приемистость нагнетательных скважин, восстанавливается и повышается коэффициент продуктивности и начальные фильтрационные характеристики нефтяных скважин после их ремонта.

Предложенное устройство позволяет создавать на внутренней поверхности колонны скважины, вблизи подвергающегося воздействию перфорационного канала или группы перфорационных каналов один или группу торовых жидкостных вихрей с осью вращения, направленной по нормали к поверхности колонны. При достаточной тангенциальной скорости движения жидкости, в центральной области вихря, вследствие известного вихревого гидродинамического эффекта, происходит снижение давления до 0,3 - 0,5 от величины окружающего забойного давления. Одновременно, при определенной величине зазора между цилиндрической проточной камерой устройства и внутренней поверхностью колонны скважины область низкого давления интенсивно пульсирует с частотой 20 -250 Гц в зависимости от скорости подачи жидкости и геометрических параметров устройства. При вращении корпуса устройства и перемещении его вдоль интервала перфорации центральные области возбуждаемых пульсирующих вихрей покрывают поочередно входные отверстия перфорационных каналов фильтра скважины. В перфорационном канале или группе перфорационных каналов создаются локальные интенсивные пульсирующие депрессии и осуществляется эффективное воздействие на ПЗП.

На фиг. 1 представлено устройство для реализации способа.

На фиг. 2 - вариант выполнения устройства с возможностью самопроизвольного вращения корпуса при нагнетании рабочей жидкости.

Поскольку заявленный способ реализуется при работе заявленного устройства для обработки ПЗП, то описание способа приведено при изложении раздела описания работы устройства.

Устройство для воздействия на ПЗП содержит полый корпус 1, установленные в нем и связанные с ним гидравлически проточные цилиндрические камеры 2 с центральным завихрителем 3, напорным соплом 4, выходной тороидальной вихревой камерой 5 с выходным соплом 6. Центральный завихритель 3 шнековый, но может быть любого типа, например с винтовыми или тангенциальными каналами закрутки. Выходные поверхности цилиндрических проточных камер 2 установлены в скважине с равным зазором 7 относительно внутренней поверхности колонны 8, величина которого, с целью оптимизации работы, может регулироваться осевым перемещением цилиндрических проточных камер в корпусе 1 устройства. Полость корпуса 1 соединена с напорной магистралью для подачи рабочей жидкости под давлением.

Для осуществления самопроизвольного вращения полого корпуса 1, инициируемого нагнетанием рабочей жидкости, в его стенке возможно выполнение тангенциального канала 9.

Способ осуществляется следующим образом.

По спущенным в скважину трубам жидкий рабочий агент нагнетают под расчетным давлением и скоростью в полый корпус 1 и далее в цилиндрические проточные камеры 2 предлагаемого устройства. Протекая через центральный завихритель 3, жидкость образует внутри цилиндрической проточной камеры 2 жидкостный вихрь, который, проходя через напорное сопло 4 и выходную тороидальную вихревую камеру, выбрасывается через выходное сопло 6 на забой в сторону поверхности колонны скважины и далее по межтрубному пространству поступает на устье скважины. При отсутствии внешней "нагрузки", когда величина зазора 7 между выходной торцовой поверхностью цилиндрической проточной камеры и стенкой колонны достаточно велика, никаких существенных пульсаций давления в центре вихря не происходит. Область интенсивного вращения "проскакивает" выходную вихревую тороидальную камеру и концентрируется в основном во вращающемся конусе на выходе из цилиндрической проточной камеры 2. При определенном уменьшении зазора 7 возникает интенсивный автоколебательный процесс. В первой фазе процесса жидкостный вихрь, проходя через напорное сопло 4, развивается в зазоре 7, образуя плоский торообразный расширяющийся вихрь. При этом давление в его центральной части с уменьшением радиуса вихря падает, а на периферии вихря из-за центробежных сил и сил трения в узком зазоре 7 растет. При определенном возрастании давления на периферии вихря в зазоре 7 происходит скачкообразное перемещение вихря обратно в выходную тороидальную вихревую камеру 5. В этой фазе процесса вихревое движение на выходе в зазоре 7 существенно уменьшается, а давление в центральной выходной части скачком возрастает. При развитии вихря в выходной тороидальной вихревой камере 5, в ее периферийной части также резко возрастает давление, что в свою очередь приводит к скачкообразному перемещению вихря опять на выход из цилиндрической проточной камеры 2 в зазор 7. Вышеописанные фазы в ходе работы устройства многократно повторяются, обеспечивая развитие интенсивных пульсаций давления в центральной области зазора 7 относительно величины 0,3 - 0,5 от внешнего забойного давления. Низкая частота автоколебаний в 50 - 250 Гц обеспечивается в вышеописанном механизме достаточно большим характерным временем процесса развития вихреобразования в выходной тороидальной вихревой камере 5 и зазоре 7. Частоту воздействия можно регулировать, изменяя геометрические размеры камер устройства и скорость подачи жидкости в его проточные каналы.

При вращении корпуса вместе с размещенными на нем вихревыми камерами и при перемещении устройства вдоль интервала перфорации центральные пульсирующие области вихрей периодически накрывают входные отверстия перфорационных каналов скважины. При этом в жидкости каналов и в близкорасположенных, наиболее загрязненных областях продуктивной породы давление существенно понижается, обеспечивая страгивание и приток в скважину загрязнений. Одновременно канал или группа каналов становятся эффективными излучателями колебательной энергии, при этом увеличивается мощность излучения из скважины и существенно возрастает глубина и степень виброволнового воздействия.

Самопроизвольное вращение корпуса можно осуществлять посредством отвода определенного расхода нагнетаемой в устройство рабочей жидкости в тангенциальный канал 9 (фиг. 2), расположенный в стенке полого корпуса.

Регулированием расхода жидкости через тангенциальный канал 9 осуществляется автоматическая настройка областей вибрационно-депрессионного воздействия на перфорационный канал или группу перфорационных каналов колонны скважины 8. При самопроизвольном вращении корпуса и при накрывании центральной областью вихрей входных отверстий перфорационных каналов изменяется сопротивление вращению, так что при отрегулированном расходе через тангенциальный канал 9 вращение останавливается. При этом, вплоть до последующего перемещения устройства вдоль интервала перфорации, воздействию подвергаются непосредственно перфорационные каналы скважины. Перемещение устройства возобновляет самопроизвольное вращение корпуса вплоть до очередного автоматического поиска входных отверстий перфорационных каналов.

Пример конкретной реализации способа.

Дебит эксплуатационной скважины Арланского месторождения сразу после ее освоения после бурения составлял 12 т/сут. После 18 месяцев эксплуатации дебит скважины упал до 3,5 т/сут. Пластовое давление при этом не менялось и составляло 9,5 МПа. Глубина залегания продуктивного пласта 1100 - 1110 м. Коллектор пласта - порово-кавернозный известняк, проницаемость 80 - 100 мД. Диаметр колонны 5".

В скважину на 2,5" насосно-компрессорных трубах опускают до интервала перфорации устройство для воздействия на ПЗП вместе с центратором. Предварительно осевым перемещением цилиндрических проточных камер регулируют величины зазоров их торцовых поверхностей относительно внутренней поверхности колонны и устанавливают требуемую расчетную величину зазора. Производят обвязку устья скважины с насосным агрегатом ЦА-320 по схеме, позволяющей осуществлять циркуляцию жидкости по трубам и затрубному пространству скважины. При давлении закачки 9,0 МПа и расходе 8,5 л/с осуществляется обработка скважины в течение 4 часов. В течение всего времени обработки допуском труб осуществляется перемещение устройства вниз по интервалу перфорации, при этом корпус устройства под действием закачиваемой жидкости самопроизвольно вращается. Во время циркуляции в подвергающихся вибрационно-депрессионному воздействию перфорационных каналах при забойном давлении 11,0 МПа давление понижается до величины 5,5 МПа, обеспечивая величину депрессии в перфорационных каналах скважины 4,0 МПа.

В результате проведенной обработки дебит скважины составляет 10,5 т/сут.