Техника для вибросейсмохимического воздействия на призабойную зону Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

повышение нефтеотдачи

А.н. дроздов, д.н. ламбин, А.г. молчанов, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина А.в. Трифонов, а.в. Трифонов, ЗАО «СЕРВОН Групп»

техника для вивросЕйсмохимичЕского воздействия на призавойную зону

Одной из основных причин снижения притока нефти в добывающих и закачки воды в нагнетательных скважинах является кольматация призабойной зоны скважины (ПЗС) вследствие накопления загрязнений. Кольматацию в добывающих скважинах вызывают органические и неорганические вещества, приносимые в призабойную зону пластовыми флюидами при эксплуатации и жидкостями глушения при ремонтах, а в нагнетательных - примеси, присутствующие в закачиваемой воде.

В ряде случаев это приводит к полному прекращению эксплуатации и бездействию скважин. Особенно актуальна данная проблема в процессах механизированной добычи нефти, поскольку каждое глушение при подземном ремонте для замены отказавшего погружного насоса приводит к снижению коэффициента продуктивности скважины. Для вывода скважины на режим и последующей эксплуатации зачастую приходится каждый раз при смене оборудования увеличивать напор насосной установки. Широко применяемая сейчас в России техническая политика механизированной добычи нефти с предельно и запредельно низкими забойными давлениями существенно усиливает остроту проблемы эффектив-

24

20

26

Рис. 1

23 25 12

15

31 14

19

Рис. 2

ной подготовки скважин к насосной эксплуатации и восстановления продуктивности призабойной зоны. Известные решения по восстановлению производительности скважин в осложнённых условиях часто бывают не только безрезультатными, но и приводят к негативным необратимым эффектам последействия. Поэтому актуальной задачей является создание новой техники и технологий для воз-

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 2 \\ февраль \ 2007

Рис. 3

действия на ПЗС с применением, в частности, эффективных вибросейсмических и виброреагентных методов. В настоящее время разработана (патентные заявки РФ №2006138188/03 и №2006138189/03) новая технология вибросейсмохимического воздействия на ПЗС, обладающая целям рядом преимуществ по сравнению с известными методами - высокой эффективностью, широкой областью применения, возможностью удобного регулирования и адаптации к скважинным условиям. Главной отличительной особенностью технологии является совместное воздействие на призабойную зону не только гидравлическими пульсациями давления, но и сейсмическими волнами в сочетании с закачкой химических реагентов / 1 /.

Для реализации данной технологии предложены соответствующие технические решения. На рис. 1 представлена принципиальная схема разработанной с участием авторов данной статьи установки для вибросейсмохимичес-кого воздействия на призабойную зону скважины, на рис. 2 - схема сква-жинного забойного агрегата. Установка для воздействия на призабойную зону 1 скважины 2, пробурен-

ной на пласт 3, содержит спущенный на колонне насосно-компрессорных труб 4 скважинный забойный агрегат 5, состоящий из генератора сейсмических волн 6 и пружинно-клапанного пульсатора 7, пакер 8, перекрывающий затрубное пространство, и телескопический компенсатор 9 перемещений установки при нанесении ударов. Скважинный забойный агрегат 5 установлен с опорой на цементный мост 10 на забое скважины 2. Генератор сейсмических волн 6 содержит груз 11 для нанесения ударов, расположенное в стволе скважины 2 подъёмное устройство 12, связанное с грузом 11, и наковальню 13. Подъёмное устройство 12 выполнено в виде корпуса 14, в котором находятся сквозной плунжер 15, клапан 16 и верхний ограничитель 17 подъёма плунжера 15. Клапан 16 является нижним ограничителем падения плунжера 15. Нижняя часть сквозного плунжера 15 снабжена седлом 18. Наковальня 13 стоит на цементном мосту 10. Скважинный забойный агрегат 5 снабжен внешней трубой 19, корпус 14 подъёмного устройства 12 и груз 11 размещены внутри внешней трубы 19, верхний конец которой сообщён с ко-

лонной насосно-компрессорных труб 4 посредством каналов 20, а нижний конец соединён с наковальней 13. Выходная линия 21 подъёмного устройства 12 снабжена пружинно-клапанным пульсатором 7, выходные каналы 22 которого сообщены с пространством скважины 2, пружинно-клапанный пульсатор 7 содержит клапан 23 со штоком 24, седло 25, пружину 26, винт 27, стопорную гайку 28 и крышку 29. Прижатие клапана 23 к седлу 25 обеспечивается пружиной 26, натяжение которой регулируется винтом 27. Стопорная гайка 28 предназначена для фиксации винта 27, а крышка 29 — для герметизации полости пульсатора 7 от колонны насосно-компрес-сорных труб 4.

Клапан 16 снабжён в верхней части штоком 30, а внутри сквозного плунжера 15 расположен направляющий элемент 31 для штока 30 клапана 16. Груз 11 имеет ступенчатую форму. Поперечное сечение верхней ступени 32 груза 11 может быть меньше, чем поперечное сечение нижележащей ступени 33 груза 11. Клапан 16 соединён непосредственно с верхней ступенью 32 груза 11. Установка для воздействия на приза-бойную зону скважины работает следующим образом.

Технологическая жидкость (например, вода с ПАВ, кислотный раствор, раствор химических реагентов и др.) нагнетается по колонне НКТ 4 и через каналы 20 поступает во внутреннюю полость скважинного забойного агрегата 5. Далее через кольцевое пространство между внешней трубой 19 и корпусом 14 жидкость подается во внутреннюю полость корпуса 14. Для нормального функционирования скважинного забойного агрегата 5 наковальня 13 должна опираться на це-

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ повышение нефтеотдачи \\ 45

повышение нефтеотдачи

« i.e

1.4 U \J0

0,6 о.*

Ofi

Û.0 OJ

Рис. 5

ментный мост 10. Во время работы возникновение зазора между скважин-ным забойным агрегатом 5 и цементным мостом 10 исключается за счёт телескопического компенсатора 9, обеспечивающего возможность перемещения скважинного забойного агрегата 5 вниз при неподвижном пакере 8. В начале фазы хода вверх сквозной плунжер 15 и груз 11 располагаются в нижнем положении. При этом груз 11 опирается на наковальню 13, а плун-

1.0

жер 15 под действием силы собственной тяжести прижимает седло 18 к клапану 16. Давление технологической жидкости воздействует снизу на груз 11, клапан 16 и торцевую поверхность сквозного плунжера 15. Все перечисленные детали перемещаются вверх как единое целое. Во время хода груза 11 вверх скорость его подъема определяется расходом технологической жидкости, подаваемой с поверхности насосным агрегатом по колонне насос-

но-компрессорных труб 4. Жидкость, находящаяся над сквозным плунжером 15, вытесняется вверх в выходную линию 21 подъёмного устройства 12 и попадает на вход пружинно-клапанного пульсатора 7.

Процесс подъема продолжается до тех пор, пока шток 30 не упрётся в верхний ограничитель 17. При этом сквозной плунжер 15 по инерции продолжает подъём вверх, поскольку его перемещение ничем не ограничено. В результате между седлом 18 плунжера 15 и клапаном 16 образуется зазор. Силы давления жидкости, действующие на груз 11 сверху и снизу, выравниваются. Груз 11 с клапаном 16 и штоком 30 останавливается, а затем начинает падать вниз. Вслед за ним с меньшей скоростью перемещается сквозной плунжер 15. Падая, в нижнем положении груз 11 бьет по наковальне 13. При этом кинетическая энергия груза 11 преобразуется в энергию сейсмических волн. После падения груза 11 на него опускается сквозной плунжер 15, совершая дополнительный удар по пласту через груз 11 с клапаном 16 и наковальню 13. Поскольку удар плунжером 15 передаётся непосредственно на груз 11, а не через гибкий, часто ломающийся шток, как в прежних технических решениях, удаётся избежать преждевременных отказов при проведении воздействия. Соосность сквозного плунжера 15 и груза 11 обеспечивается штоком 30 и направляющим элементом 31. Это позволяет повысить надёжность работы установки вследствие лучшей посадки седла 18 на клапан 16. После того, как сквозной плунжер 15 опустится на груз 11, клапан 16 закроет проход в седле 18 и давление технологической жидкости обеспечит выполнение хода вверх. Во время хода груза 11 вниз техноло-

£

гическая жидкость идёт, обтекая его, через проход в седле 18 по внутреннему каналу сквозного плунжера 15 и попадает на вход пружинно-клапанного пульсатора 7. Таким образом, имеет место чередование фаз подъема груза 11 и его падения. Возникающие при ударе сейсмические волны, которые распространяются от наковальни 13 через цементный мост 10 и эксплуатационную колонну скважины 2 в призабойную зону 1 и пласт 3, интенсифицируют процесс декольматации пор и трещин. Это приводит к существенному увеличению проницаемости и повышению продуктивности скважины 2. Число ударов составляет 15 - 30 раз в минуту, т.е. частота воздействия сейсмическими волнами находится в диапазоне 0,25 - 0,5 Гц, в зависимости от конструктивных параметров генератора 6. Пружинно-клапанный пульсатор 7 работает за счет энергии потока жидкости, поступающей к нему после прохождения генератора сейсмических волн 6. Давление технологической жидкости воздействует на нижний торец клапана 23 и увеличивается до тех пор, пока он не поднимется, преодолевая натяжение пружины 26, и пропустит порцию технологической жидкости. После этого давление жидкости под торцом клапана 23 снижается, клапан 23 закрывается и повторяется процесс увеличения давления, поскольку поток жидкости, нагнетаемой с поверхности насосным агрегатом, непрерывен.

Жидкость, пройдя через клапан 23, по выходным каналам 22 поступает в полость скважины 2. Поскольку затрубное пространство перекрыто пакером 8, далее технологическая жидкость нагнетается в призабойную зону 1. Вибрация клапана 23 приводит к появлению гидравлических пульсаций давления, которые распространяются в пласт 3, способствуя более интенсивной очистке призабойной зоны 1 от загрязнений при реагировании с технологической жидкостью. Частота колебаний при этом зависит от усилия предварительного натяжения пружины 26, расхода и свойств технологической жидкости.

Конструктивные параметры устройства обеспечивают частоту гидравлических пульсаций давления в диапазоне 5 - 25 Гц, т.е. на порядок выше, чем частота ударов груза 11. Поэтому режимы работы генератора сейсмических волн 6 и пружинно-клапанного пульсатора 7 не зависят друг от друга и за счет варьирования подачи технологической жидкости, а также регулировки предварительного натяжения пружины 26 могут быть изменены в широком диапазоне. Лабораторные исследования влияния предложенного способа вибросейсмохимического воздействия на восстанов-

WWW.NEFTEGAS.INFO

ГЛАВНАЯ ВЫСТАВКА ПОЛЕЗНЫХ МАШИН!

Потому что все лучшие на

СомТшз

щждународная выставка -хошерчккий автотранспорт-

23 - 27 апреля 2007 года

Москва. Крокус Экспо

www.inediagiobe.ru

повышение нефтеотдачи

95 90

л 1-

и

% 85

I 80

I 75 1=

5

£ 70

з:

II

* 65

5

£ 60

55 50 Рис. 6

5

4

3

а 2

1

тип воздействия

ление проницаемости ПЗС проводили /1/ на специально созданном стенде в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина (рис. 3).

Силовая часть установки включает в себя бак с рабочей жидкостью 1, подпорный насос 3 типа ЭЦН5-125, электродвигатель 4 для привода электроцентробежного насоса, нагнетательную линию и линию сброса, а также за-порно-регулировочную арматуру 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17. В состав стенда входят генератор механических возмущений - вибросейсмическая установка (ВСУ) 5 и источник гидравлических пульсаций - гидравлический пульсатор. 6. Они разобщены между собой задвижками 10 и 15 для возможности проведения экспериментальных исследований как совместно, так и раздельно. Гидравлический пульсатор установлен в модели эксплуатационной колонны 6 с условным диаметром 146 мм.

Модель призабойной зоны 19 состоит из трёх секций стальной трубы внутренним диаметром 50 мм, наполненных пористой средой. Общая длина секций составляет 1,5 м. Давление в модели меняется и поддерживается регулированием задвижек 8, 14, 16 и 17. Количество

прошедшей через модель жидкости замеряется объемным способом. Контрольно-измерительная аппаратура состоит из бака для измерения подачи подпорного насоса 2, образцового манометра 7, датчиков быстропеременно-го давления «КАРАТ-ДИ», блока коммутации 20 и компьютера со специальным программным обеспечением 21. В качестве керна — сцементированной модели пористой среды использовалась смесь песка и эпоксидной смолы в массовом соотношении 10:1. Проницаемость сцементированной модели при стационарной фильтрации через неё воды составляла 1,23 Д. Затем были получены характеристики при фильтрации воды через модель с включенным гидравлическим пульсатором. Следует отметить, что проницаемость по воде при этом не изменилась. В экспериментах исследовали зависимости изменения давления, частоты пульсаций и их амплитуды по длине модели. В качестве примера на рис. 4 представлены диаграммы пульсаций давления на входе в модель и на расстоянии 0,5 м от входа, а на рис. 5 — изменение амплитуды пульсаций давления по длине сцементированной модели при различных расходах филь-

трующейся жидкости и частотах колебаний на входе 11-13 Гц. Как следует из приведённых графиков, в пористой среде наблюдается сильное снижение интенсивности гидравлических пульсаций. Вследствие этого затухания даже низкочастотные гидравлические пульсации могут проникать в пласт только на относительно небольшие расстояния (около полутора метров в проведённых экспериментах). Этот вид воздействия, следовательно, эффективен исключительно для обработки околоскважинной зоны. Сейсмические же волны, распространяющиеся по скелету пористой среды, могут проникать на расстояния, измеряемые километрами / 2 /. Совместное воздействие сейсмическими волнами и гидравлическими пульсациями дает возможность положительно влиять как на призабойную зону, так и на более удалённые части пласта. В дальнейшем была произведена коль-матация модели глинистым раствором. Проницаемость модели после кольма-тации равнялась 0,74Д. После кольматации первоначально производилась стационарная фильтрация без какого-либо воздействия до того момента, пока коэффициент проницаемости не переставал изменяться. Таким образом, осуществлялся вынос незакрепившихся частиц кольматанта. Проницаемость модели в процессе стационарной фильтрации выросла до 0,82Д и далее не менялась. Затем проводилась фильтрация с вибросейсмическим воздействием. Проницаемость в процессе эксперимента поднялась до 0,85Д. Результаты эксперимента показали, что фильтрация с одновременным вибросейсмическим воздействием на модель более эффективна, чем просто фильтрация. После фильтрации с вибросейсмичес-

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 2 \\ февраль \ 2007

ким воздействием через модель фильтровали жидкость с включённым гидравлическим пульсатором. Частота пульсаций находилась в диапазоне 812 Гц. Применение гидропульсатора позволило увеличить вынос кольма-танта, вследствие чего проницаемость модели увеличилась до 0,9Д. В дальнейшем было исследовано совместное влияние гидравлического и вибросейсмического воздействия на процесс выноса глинистых частиц. При фильтрации с совместным воздействием пульсатора и ВСУ проницаемость увеличилась до 0,99Д. Завершающим этапом исследований было совместное воздействие на модель с помощью пульсатора, ВСУ и раствора химического реагента, в качестве которого применялось перекисное соединение. При этом проницаемость возросла до 1,1Д.

На рис. 6 показан рост приведённой проницаемости, под которой понимали отношение фактически полученной проницаемости к проницаемости неза-кольматированной модели, в зависимости от типа воздействия при фильтрации. Начальная точка графика соответствует приведённой проницаемости модели в начальный момент времени фильтрации без воздействия, то есть в момент максимальной закольма-тированности образца. Таким образом, лабораторные экспериментальные исследования убедительно показали, что одновременное воздействие сейсмическими волнами на скелет пласта и гидравлическими импульсами давления на пустоты породы-коллектора, заполненные жидкостью, в сочетании с закачкой химических реагентов даёт лучшие результаты по восстановлению проницаемости,

чем каждый из указанных видов воздействия в отдельности. В настоящее время силами специалистов ЗАО «Сервон Групп» и РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина изготовлен экспериментальный образец скважинной установки для вибросейсмохимичес-кого воздействия на ПЗС. После стендовых исследований и соответствующей доработки он будет направлен на промысловые испытания. Промышленное внедрение данной технологии планируется с 2008 года.

ЛИТЕРАТУРА

1. Технологии вибросейсмохимического воздействия на призабойную зону. Результаты стендовых испытаний / Кадет В.В., Дроздов А.Н., Воропанов В.Е., Ламбин Д.Н., Трифонов А.В. - Интеграл, 2006, № 5, с. 24-25.

2. Кузнецов О.Л., Симкин Э.М., Чилингар Дж. Физические основы вибрационного и акустического воздействий на нефтегазовые пласты. - М.: Мир, 2001. - 260 с.

8-я МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА КОММЕРЧЕСКОГО АВТОТРАНСПОРТА

* ГЛАВНАЯ ВЫСТАВКА ПОЛЕЗНЫХ МАШИН!

КОМТРАНС - это самая большая выставка коммерческого транспорта в России и СНГ. Эту выставку еще называют настоящим грузовым автосалоном. Здесь можно ознакомиться с новейщими образцами современной грузовой автомобильной техник« и автобусов. КОМТРАНС -место встречи с производителями и поставщиками коммерческого транспорта, оборудования и услуг.

www.mediaglobe.ru /тел: (495)961-2262

Lli-tCPUWQrt'lblE CMi'CJPa

ТРАНС

Средства

COMTRANS 23"27 апреля 2007 года

тждтлроднля выставка •коммерческий автотранспорт* МВЦ КРОКУС ЭКСПО. МОСКВА