| Рус Eng | |||||
| ||||||
| ||||||
Бурение и нефть #10 октябрь 2009 "Применение плазменно-импульсной технологии для увеличения извлекаемости углеводородов" с. 58 | ||||||
В последние годы как в России, так и за рубежом прошла промышленную апробацию отечественная плазменно-импульсная технология воздействия на продуктивные пласты с целью увеличения извлекаемости углеводородов. Получены все разрешительные документы на ее внедрение в производство. Уникальность технологии заключается в том, что она применяется как на добывающих, так и на нагнетательных скважинах на всех стадиях эксплуатации, начиная с освоения, со 100%-й успешностью на коллекторах любой сложности. С ее помощью можно успешно перераспределять закачиваемую жидкость по пропласткам для поддержания пластового давления и увеличения отмываемости нефти. Применяемое оборудование компактно (2 генератора и контрольный пульт управления), мобильно, может применяться в любое время года. Экологически безупречна. Источником питания служит обычная промышленная электросеть с напряжением 220 вольт. Продуктивная залежь В основу разработки технологии заложены принципы нелинейности физики Земли. В частности, продуктивная залежь рассматривается как многослойный модуль объемной упругости, содержащий жидкость в термобарических условиях пласта, распределение которой по вертикали зависит от плотности заполняющего поры флюида. Особенностью формирования залежи является то, что из-за низкой плотности газ и нефть скапливаются в кровельных частях природных ловушек, запираемых снизу пластовыми водами. Вследствие этого давление в ловушке контролируется гидростатическим давлением пластовых вод. Силы, действующие в предварительно заполненных пластовой водой ловушках, вызывают движение флюидов во взаимопротивоположных направлениях до появления относительного равновесия. Таким образом, само формирование залежи на месторождении происходит в основном под действием гравитационных (по вертикали) и напорных (по горизонтали) сил с перемещением значительных масс нефти, газа и пластовой воды. При этом надо понимать, что объем эффективных пор коллектора контролируется капиллярными и гравитационными силами по всему объему залежи. С размерами пор, особенно их диаметрами, тесно связан коэффициент пьезопроводности (Vдав), характеризующий скорость распространения (передачи) давления в упругой пористой среде, насыщенной жидкостью. Коэффициент пьезопроводности (Vдав) определяется коллекторными свойствами породы (пористостью и проницаемостью) и деформационными свойствами как породы, так и ее порового пространства и насыщающей жидкости.
где Vдав – скорость распространения давления в упругой среде, Кпр – коэффициент проницаемости, дарси, m – пористость коллектора, μ – вязкость жидкости, βж – коэффициент сжимаемости жидкости, βп – коэффициент сжимаемости породы. Упругие свойства горных пород хорошо известны, характеризуются модулем объемной упругости (Еуп) и зависят от минералогического состава, структуры, глубины залегания, величины прилагаемой нагрузки. Иными словами, упругость пласта – это его способность изменять свой объем при изменении давления. Коэффициент пьезопроводности (Vдав) находится в прямой зависимости от упругих свойств пласта, при этом важным фактором является то, что сама продуктивная залежь слоиста, и каждый слой, несмотря на анизотропию пласта, имеет свою частоту (ω). В самой залежи постоянно идут незатухающие колебания, поддерживаемые внешним источником энергии, например, за счет лунно-солнечной активности, приливы-отливы, удаленные землетрясения и т.д. Все это происходит в нелинейной диссипативной замкнутой системе, вид и свойства колебаний определяются самой системой (автоколебательный режим – А.А. Андронов, 1929 г.). Итак, принимая во внимание изложенное, мы можем рассматривать продуктивную залежь как совокупность колебательных систем (нелинейный осциллятор в неравновесной упругой среде), на которую можно воздействовать путем вынужденных колебаний. К наиважнейшей особенности неравновесной среды относится то, что даже небольшая возмущающая сила может привести к непропорционально большому результату. Поэтому при совпадении частот широкополосного источника вынужденных колебаний и круговой частоты залежи (нелинейный осциллятор) в ней создаются условия для возникновения параметрического резонанса, что позволяет эффективно использовать энергию пласта для максимального извлечения углеводородов. Формирование параметрического резонанса в продуктивной залежи Явление повышения амплитуды при совпадении частот собственных колебаний и возмущающей силы носит название резонанса, а само совпадение частот называется условием возникновения резонанса. Таким образом, если по аналогии рассматривать упругую залежь как пружину, к которой через равные промежутки времени (t) многократно прилагается направленная нагрузка (импульс Р), мы в конечном итоге можем создать условия для возникновения резонанса, который возбудит и восполнит энергию пласта. Такое сравнение допустимо, если пружину и продуктивную залежь рассматривать с точки зрения линейной зависимости между источником возмущения и колебательной системой. Однако продуктивная залежь – это совокупность колебательных систем, то есть нелинейный осциллятор. Следовательно, круговая частота собственных колебаний осциллятора (ω) должна совпадать с частотой (ω´) источника вынужденных колебаний. В работе «Вибрация в технике» рассмотрены основные модели нелинейных колебательных систем, что позволяет понять, как формируется поле упругих колебаний в продуктивной залежи. К наиболее существенным особенностям нелинейных колебательных систем относятся:
При действии гармонической вынуждающей силы в системе с нелинейной восстанавливающей силой существуют стационарные колебания с частотой, равной частоте вынуждающей силы. Скорость распространения упругих колебаний определяется направляющими свойствами коллектора, а затухание вынужденных колебаний – его резонансными особенностями. Тогда резонансная частота будет определяться по формуле
где V – скорость распространения давления упругих волн, коэффициент пьезопроводности, h – высота пласта, К – частота повторяемости сигнала. Видимо, это упрощенный вариант расчета частоты, так как залежь относится к нелинейной системе, где каждый слой имеет свою частоту. Следовательно, определяющим будет коэффициент повторяемости – К, так как резонансные частоты в нелинейной среде зависят от амплитудно-частотных характеристик. Круговая частота свободных колебаний нелинейных систем, зависящих от начальных условий в математической зависимости, будет выглядеть как
где f(q) – характеристика восстанавливающей силы, отнесенной к единице массы. Таким образом, должна возбуждаться целая гамма частот, что, несмотря на особенности нелинейных колебательных систем, приводит к упорядочению естественных осцилляций и возникновению параметрического резонанса, графически характеризуемого различными по форме амплитудами. Тогда параметрический резонанс в продуктивной залежи в приближенной математической зависимости будет выглядеть как
Резонансные колебания стимулирует гравитационное взаимодействие масс (нефть – газ – вода), а также электромагнитное поле Земли. Известно, что гравитационные волны так же, как и электромагнитные, являются поперечными, сдвиговыми. Установлена большая аналогия между законами взаимодействия электрических зарядов и гравитационным взаимодействием масс. Так, закон Кулона сходен с законом всемирного тяготения Ньютона, а уравнение электродинамики Максвелла – с уравнением Эйнштейна для слабого гравитационного поля. Поэтому закон гравитационного излучения по форме очень близок к закону излучения электромагнитных волн. В общей теории относительности Эйнштейна законы тяготения и уравнения движения притягивающихся масс получаются как следствие общих законов, определяющих гравитационное поле. По Эйнштейну тяготение определяется не только массой вещества, слагающего тело, но и всеми видами энергии, присутствующими в системе. Согласно этой идее тяготение зависит не только от распределения масс в пространстве, но и от их движения, от давления и натяжений, имеющихся в телах, от электромагнитного поля и всех других физических полей. При неравномерном движении масс гравитационное поле может отрываться от создавшей его массы и распространяться самостоятельно в виде гравитационных волн. Мощность гравитационного излучения в полной аналогии с электродинамикой определяется величиной гравитационного заряда и его ускорением, он она очень мала из-за малости гравитационной постоянной, определяющей «силу» гравитационного взаимодействия. Источник возмущения – плазменно-импульсный генератор Для того чтобы возбудить нелинейный осциллятор в упругой неравновесной среде, необходим «идеальный нелинейный широкополосный источник упругих периодических колебаний», которым является плазменно-импульсной генератор. Практика показала, что упругие колебания возмущенной газожидкостной среды распространяются на значительное расстояние – от 250 м в терригенных коллекторах до 2000 метров в карбонатных коллекторах. Это приводит к перемешиванию среды, выделению пузырей газа, которые выталкивают каплю нефти к кровле пласта. За счет возбужденных гравитационных волн происходит перераспределение жидкости по плотности, при этом уменьшается переходная зона водонефтяного контакта. Технология успешно применяется на стадии освоения после выхода скважины из бурения и перфорирования рабочего интервала вне зависимости от уровня проницаемости и структуры кольматанта. Давление, которое оказывает плазменный импульс на перфорационные отверстия, превышает 10 т/см2, длительность самого импульса составляет 50-53 микросекунды. При этом он не оказывает вредного воздействия на цементное кольцо. Примером успешного освоения скважины может служить применение технологии на Зимнем месторождении (ХМАО), где проницаемость коллектора не превышала 4 млд. Добывающая компания вызывала приток жидкости исключительно с помощью ГРП. После плазменно-импульсного воздействия, после откачки жидкости глушения уже на вторые сутки было добыто 24 м3 флюида с обводненностью продукции 7 %. Анализ КВУ и КВД показал, что приток жидкости в скважину составил 0,89-0,95 м3/ч. Таким образом, скважина была выведена в кратчайшие сроки (7 дней) на режим эксплуатации. Как это работает? При использовании плазменно-импульсного воздействия увеличивается проницаемость призабойной зоны скважины, увеличивается гидродинамическая связь нефтяного пласта с забоем скважины за счет очистки старых и создания новых фильтрационных каналов, происходит очищение порового пространства и формирование новых микротрещин в призабойной зоне скважины и фильтрационных каналах пласта. Особенности
| ||||||
|