ТЕХНОЛОГИЯ ВИБРОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОРОДУ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

TECHNOLOGY OF VIBRATION WAVE IMPACT ON STRATA. DETERMINATION OF METHOD’S EFFECTIVENESS

Alexander Sheudzhen

spe Science committee chairperson

Tyumen State Oil and Gas University,

Russia, Tyumen

Andrey Podshivalov

vice-President SPE Tyumen State Oil and Gas University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

Целью данной статьи является рассмотрение метода воздействия на породу с помощью упругих волн, разобрать принцип действия с опорой на опыт предыдущих исследований. Сделаны выводы об эффективности данной технологии.

ABSTRACT

The purpose of this report is review of method of impact on rock by high frequency waves. Find out the work principle considering previous investigations. The conclusions about effectiveness of this technology are done.

Ключевые слова: ПГДА, Виброволновое воздействие.

Keywords: APPG, High frequency waves.

Одна из наиболее актуальных проблем на сегодняшний день во всем мире, в том числе и в России это полнота выработки открытых запасов углеводородов. За последние три десятилетия качество сырьевой базы в России ухудшилось. Это связанно со значительной выработкой высокопродуктивных месторождений, обводненностью пластов, а также с использованием месторождений с трудноизвлекаемыми запасами (ТИЗ). По состоянию на 2015 год доля ТИЗ составляет около 70 % извлекаемой нефти и постепенно растет. Все большее значение приобретает довыработка запасов с высокой обводненностью, которые составляют миллиарды тонн остаточных запасов нефти.

Все большую актуальность приобретает повышение рентабельности месторождений, интенсификация добычи углеводородов, особенно из ресурсов с низкими фильтрационно-емкостными пород-коллекторов. Поиск и реализация новых методов повышения нефтеотдачи пластов является одним из важнейших направлений развития нефтедобывающей отрасли [3].

Целесообразно выделить основные факторы, усложняющие разработку залежей, это:

• Неоднородность фильтрационно-емкостных свойств залежи;
• Литологию, гранулометрический состав слагающих пород;
• Соотношение фильтрующихся в пласте фаз;
• Гравитационное разделение фаз.

Из-за неоднородности пласта возникают определенные сложности. Зоны слоя, обладающие низкой проницаемостью, не позволяют максимально извлечь флюид, так как они отличаются продуктивностью, плотностью нефтеносности и обводненностью. На такие слои трудно оказать воздействие при разработке, поскольку в активную фазу разработки будут включаться только высокопроницаемые слои. По причине неоднородности слоя по проницаемости возникают «Языки обводненности». При вытеснении нефти водой, вода проходит мимо низкопроницаемых слоев, оставляя там большое количество флюидов. Отсюда возникает необходимость снизить неоднородность пласта, найти для этого универсальный и эффективный метод.

Одним из более перспективных методов снижения неоднородности пласта, интенсификации притока флюида является виброволновое воздействие (ВВВ) на породу. Принцип этого метода заключается в использовании энергии горения твердотопливных элементов (ТЭ), которые осуществляют термическое, газовое, химическое воздействие на продуктивный пласт.

Устройства с подобным принципом работы использовались довольно давно (пороховые генераторы давления) из отечественных это ПГДБК и АДС.

Сами генераторы состоят из нескольких канальных (ТЭ) длина и размер которых зависят от модернизации. Генератор устанавливается в интервале обработки пласта. Суть устройства заключается в применении сразу двух принципов воздействия как термогазохимического так и виброволнового. В совокупности эти два режима многократно увеличивают эффект, дополняют и закрепляют его. В полостях каналов ПГД генерируются упругие волны, которые впоследствии проникают в ПЗП.

Появление такого режима можно объяснить следующим образом. Если рассматривать это явление на примере ракетного двигателя, то можно сделать вывод о том, что такое горение канального заряда возможно только при склонности топлива к такому горению. Это может быть при создании благоприятных условий для усиления микроколебаний тепло и массоприхода, зарождающихся в зонах горения топлива. Для выполнения условий необходимо совпадение собственных частот топлива и расчетными акустическими частотами в полости заряда. Появление вибрационного горения связано прежде все с тангенциальными волнами, т. е. поперечными полости канала элемента и не так сильно с продольными.

Для доказательства варианта возникновения резонансного механизма вибрационного горения в скважине, (т. е. в жидкой среде) для ТЭ, но уже без ракетного двигателя (прототипа генератора) были проведены опыты в приборе, поддерживающем постоянное давление (ППД). Для того, чтобы относительно постоянно поддерживать это давление в приборе был установлен автоматический клапан.

В чем заключается методика: в ППД устанавливали предварительно выполненный, герметичный ТЭ. Такой элемент изготавливали из склонного к вибрационному горению баллиститного пороха. Особенности ТЭ в устройстве показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Конструкция ТЭ в сборке для испытаний в ППД с водой: Приспособление для крепления образца к вставке прибора (труба); 2 – основание из металла, прикрепленное к ТЭ; 3 – переходник с проводами от инициатора МБ-2Н; 4 – паронитовая прокладка; 5 – инициатор внутри навески дымного пороха; 6 – пыж из бумаги; 7 – небронированный ТЭ; 8- приклеенная к ТЭ заглушка из текстолита

Склонность топлива к вибрационному горению установилась резонансом т. е. близким расположением собственных частот топлива и расчетных акустических частот, которые получились для первой продольной волны.

ТЭ начинал гореть в устройстве при температуре +20°С и давлении от 5 до 20 МПа, моделируя условия, которые происходят в скважине на глубине около 2 км. Датчики, установленные в ППД, фиксировали изменения давления со временем.

На рисунке 2 показаны кривые, отображающие изменение давления со временем под воздействием вибрационного горения

Рисунок 2. Изменение давления при горении канального заряда в жидкой среде. «Черные» зоны на графике наглядно подтверждают наличие в системе волн давления высокой частоты. Начальное значение давления в приборе 1–3 соответственно 15, 10, 6 МПа

При наличии ТГХВ воздействие упругих волн на породу происходит одновременно с другими видами воздействия. После воспламенения заряда упругие волны излучаются через радиальные каналы в центре элемента в окружающую среду пласта. Стоит отметить, что обсадная труба акустически прозрачна для упругих волн.

В общем, из нескольких элементов прибор ПГДА генерирует в пласт одинаковые волны. Чем больше масса топлива, т. е. размер ТЭ, тем больше объем ПЗП на который он воздействует.

При сочетании ТГХВ И ВВВ, которые создает ПГДА, происходит резонансное возбуждение частиц в ПЗП с выделением энергии напряженного состояния пород в виде вторичного излучения. В совокупности все это приводит к физическому, химическому, тепловому воздействию на породу. Эффект выражается в:

• Образовании микротрещин;
• Возникновении каналов;
• Снижение неоднородности – приведении всех слоев к близкой пористости;
• Произведение гидроразрыва пласта.

Так же можно сделать следующий вывод, эффект будет гораздо сильнее если амплитудные и частотные характеристики волн, пронизывающих пласт, будут «попадать» под его резонансные характеристики.

Таким образом, технология виброволнового воздействия на породу может быть очень эффективным инструментом в целях повышения притока флюида и снижения неоднородности породы, но стоит отметить, что необходимы дальнейшие исследования и опыты, т. к. у технологии имеются недоработки и некоторые нюансы при использовании в определенных условиях.

Список литературы:

1. Дыбленко В.П., Камалов Р.Н., Шариффулин Р.Я., Туфанов И.А. «Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением виброволнового воздействия». 2000 г.
2. Кузнецов О.Л., Симкин Э.М., Чилингар Дж. Физические основы вибрационного и акустического воздействий на нефтегазовые пласты. – М.: Наука, 2001. 260 с.
3. Пелых Н.М. Технология виброволнового воздействия на продуктивные пласты твердотопливными элементами. Научно-технический вестник «Каротажник». – Вып. 9 (122). – Тверь, 2004. – С. 121–134.