Нефтегазовые новости

Нефтегазовые новости / Технологии / Перспективная технология реанимации нефтяных скважин с помощью силового ультразвукового воздействия

Перспективная технология реанимации нефтяных скважин с помощью силового ультразвукового воздействия

Новость от 28.09.2019, добавлена в 23:34 в категории: Технологии 5227 просмотров 0 комментариев

На сегодняшний день неработающий фонд добывающих и нагнетательных скважин в России превышает 30 тысяч скважин, несколько тысяч находятся на месторождениях ТНК-ВР. Для восстановления производительности таких скважин специалисты Тюменского нефтяного научного центра (ТННЦ) совместно с коллегами из ООО НТЦ «Интрофизика» предложили новую технологию силового ультразвукового воздействия на газожидкостную смесь нефтяной скважины с помощью излучателя, установленного на устье. Такой способ повышения нефтеотдачи оказался не только очень эффективным, но и экономичным.

Около 90% разрабатываемых в России месторождений находятся на поздней стадии разработки и характеризуются значительным снижением уровня добычи нефти при резком увеличении объемов попутно добываемой воды. Рост обводненности продукции таких месторождений привел к остановке значительного числа добывающих скважин и, следовательно, к нарушению процессов вытеснения нефти водой и снижению текущих значений коэффициента извлечения нефти (КИН).

Проанализировав такие способы повышения КИН и интенсификации притоков нефти как гидроразрыв пласта (ГРП), нагрев пластов паром и вытеснение водой, специалисты ТННЦ, ООО НТЦ «Интрофизика» и Всероссийского нефтегазового научно-исследовательского института им. академика А.Д. Крылова («ВНИИнефть») пришли к выводу, что их применение зачастую ограничено и в ряде случае эти технологии исчерпали свой потенциал. Так, ГРП может применяться лишь периодически и только при условии остановки добычи; нагрев паром малоэффективен на глубине более 800 м; вытеснение нефти водой приводит к сильному обводнению месторождений – а ведь уже сейчас на некоторых месторождениях Западной Сибири доля нефти в объеме добываемой жидкости составляет менее 10%!

Таким образом, для эффективного решения задачи повышения КИН необходимо разрабатывать принципиально новые технологии интенсификации притока.

Ультразвуковое воздействие: хорошо забытое старое

Одной из забытых технологий, не нашедшей пока широкого применения, является технология ультразвукового воздействия на продуктивный пласт. В научных кругах неоднократно рассматривались вопросы использования вибрационного (низкочастотного) и акустического (высокочастотного) воздействия для обработки призабойных зон скважин, при котором изменяются свойства фаз, насыщающих пласт, межфазные натяжения, реологические характеристики, фильтрационно-емкостные свойства породы коллектора (проницаемость). К настоящему времени накоплен достаточный экспериментальный и теоретический материал, подтверждающий изменение условий фильтрации фаз через образец пористой среды в поле упругих колебаний, которое воздействует на различные формы остаточной нефти, увеличивая их подвижность и вовлекая их в процесс фильтрационного движения.

Так, в 2005 году специалист ТННЦ Халим Музипов предложил способ воздействия на газожидкостную смесь высокочастотными акустическими звуковыми волнами, преобразованными из низкочастотных технологических шумов с помощью четвертьволновых акустических резонаторов. На явлении такого преобразования разработан целый ряд устройств для интенсификации притоков нефти (например, Патент РФ №2264532 «Способ интенсификации добычи нефти»). Все они создают высокочастотные звуковые волны, энергия которых, однако, равна энергии потока жидкости в скважине, а значит, их применение для реанимации простаивающих скважин будет недостаточно эффективным – в этом случае помогут акустические излучатели, использующие для создания акустического поля электрическую энергию.

В последнее время в России и за рубежом были разработаны различные конструкции забойных устройств, предназначенных для обработки призабойной зоны пласта упругими волнами, в том числе генераторы механического, гидромеханического, электромеханического и электрогидравлического типов, различные высоко- и низкочастотные устройства. Большинство таких вибраторов спускаются в скважину на насосно-компрессорных трубах, что требует дополнительных временных затрат на проведение спускоподъемных операций. Еще одним недостатком является малый объем этих устройств, а значит, низкие значения удельных мощностей излучения, воздействующих на пласт. Именно поэтому применение таких устройств не давало достаточно высоких результатов.

В 1977 году «ВНИИнефть» совместно с Всесоюзным научно-исследовательским институтом ядерной геофизики и геохимии («ВНИИЯГГ») предложил свою технологию акустического воздействия на призабойную зону пласта. В скважине в интервале продуктивного пласта устанавливается акустический излучатель, работающий в диапазоне частот 3-10 кГц с интенсивностью до 1 кВт/м2. Если поле имеет высокую интенсивность (свыше 0,1 кВт/м2), то более 50% его энергии в пределах ствола скважины трансформируется в тепло. Таким образом, на пласт одновременно воздействуют два поля – тепловое и акустическое (термоакустическое воздействие).

Сверхмощное ультразвуковое воздействие для повышения нефтеотдачи

Приняв во внимание результаты работ ТННЦ по использованию низкочастотного шума для воздействия на призабойную зону скважин, специалисты ООО НТЦ «Интрофизика» разработали перспективную технологию повышения нефтеотдачи с использованием сверхмощного ультразвукового воздействия (Патенты РФ №3212980, №2353760, №2361071 «Способ повышения нефтеотдачи и устройство для его осуществления»). В 2008 году совместно с «ВНИИнефть» были проведены научно-исследовательские работы, показавшие эффективность нового способа повышения КИН.

Он состоит в мощном (30-100 кВт и более) комбинированном ультразвуковом и тепловом воздействии на призабойную зону пласта. Источник ультразвука находится на устье скважины, волноводом в этом случае служит НКТ или обсадная колонна. Доходя до призабойной зоны, ультразвуковое излучение рассеивается перфорацией обсадной колонны и зумпфом скважины, частично превращаясь в тепло и оказывая дополнительное воздействие на пласт.

В отличие от низкочастотных колебаний, применение высокочастотного акустического метода создает значительно более высокие сжимающие и растягивающие градиенты звукового давления в масштабе, соизмеримом с размерами пор породы, без нарушения цементного камня и разрушения окружающего пласта. При этом появляется возможность локального, направленного воздействия на определенные зоны пласта. Кроме того, как уже было отмечено, пласт испытывает комбинированное термоультразвуковое воздействие, которое способствует:

снижению вязкости нефтей и уменьшению поверхностного натяжения на границах раздела фаз «нефть – вода» и «нефть – порода»;
снижению перепада давления, необходимого для фильтрации жидкостей внутри пористого коллектора нефтяного пласта, и, соответственно, повышению скорости фильтрации;
снижению гидравлического сопротивления движению жидкости или газа внутри пласта;
диспергированию крупных битумизированных частиц, закупоривающих поры нефтяного пласта, и вымыванию их из призабойной зоны скважины;
постепенному диспергированию пород пористого нефтяного коллектора и, как следствие, повышению его пропускной способности;
отмыванию внутренней поверхности скважины и трубопроводов от парафина, сернистых и других осадков и препятствованию их отложению.

Еще одним преимуществом новой технологии является возможность выбирать режим воздействия на пласт: непрерывно в процессе добычи нефти из скважины без ее остановки, периодически или с периодически изменяющейся частотой ультразвука. Анализ показывает, что даже при постоянном воздействии на пласт энергозатраты невелики и не превышают 1-2% стоимости добычи нефти.

Представлен вариант ультразвуковой установки для повышения нефтеотдачи скважин с одним электромеханическим преобразователем (13). Для его возбуждения используется генератор электрических колебаний или генератор ультразвуковой частоты (12), работающий в диапазоне 0,5.104 – 1.105 Гц от передвижного дизельного компрессора, ссылку на модификацию которого можно найти на сайте группы компаний "СК". При этом удельная мощность ультразвука, подаваемого в обсадную колонну (5) как в волновод, выбирается в пределах 0,1-10 кВт на единицу площади (см2) сечения обсадной колонны.

Для дополнительного повышения интенсивности нагрева и излучения ультразвука в пласт в любой части обсадной колонны устанавливаются концентраторы (11) различной формы, в том числе в виде кольцевых выступов или вырезов, расположенных на внешней поверхности обсадной колонны. Максимальная эффективность согласования преобразователя с обрабатываемой средой обеспечивается при использовании концентраторов с коэффициентом усиления 12-15.

Разработчики новой технологии уверены, что неоспоримые преимущества предлагаемого способа повышения нефтеотдачи, основанного на одновременном вибрационном и тепловом воздействии на призабойную зону пласта, обеспечат прирост добычи нефти за счет ввода в эксплуатацию бездействующего фонда скважин и за счет вовлечения запасов, прежде считавшихся нерентабельными. Если внедрение предлагаемой технологии позволит увеличить дебит скважин хотя бы на 10%, прирост добычи нефти на 1 000 скважин может составить 1 000 т (7 200 барр.) в сутки. Таким образом, годовой прирост добычи может превысить 2,5 млн барр, что при стоимости 1 барреля нефти, равной хотя бы $50, принесет экономический эффект в размере $131 млн в год.