Создание новых комбинированных ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий интенсификации добычи нефти остается актуальной задачей для РФ, учитывая стратегическое значение нефти для экономики нашей страны. Разработка таких технологий обеспечит существенную экономию материальных ресурсов, повышение экономической эффективности, снижение негативного воздействия на окружающую среду [1].
Методы волнового воздействия на пласт рассматриваются и как методы увеличения нефтеотдачи, и как методы интенсификации добычи нефти. Эти методы можно подразделить на:
- акустические (ультразвуковые и звуковые);
- импульсно-ударные;
- вибросейсмические;
- виброволновые;
- дилатационно-волновые.
Хоть в основе методов лежат близкие принципы действия, наиболее эргономичным является акустическое воздействие, несмотря на то что для его применения необходим спуск скважинного источника до уровня обрабатываемого горизонта.
К акустическим методам воздействия на призабойную зону пласта относятся две группы устройств воздействия упругими колебаниями:
- пьезокерамические, магнитострикционные преобразователи;
- высокочастотные гидродинамические генераторы кавитационного типа.
Первые излучают волны высокой частоты путем преобразования колебаний тока или электрического напряжения в механические колебания твердых компонентов излучателя. В случае со второй группой препятствия, с которыми сталкивается жидкость при прохождении по устройству, являются возбудителем колебаний. Очевидно, что вторая группа устройств в процессе эксплуатации подвержена сильному износу в связи с кавитационным воздействием, а потому основными источниками ультразвуковых колебаний являются устройства первой группы [2].
При внедрении акустического воздействия на месторождении следует внимательно подходить к выбору скважин, на которых оно будет наиболее эффективно. Для этой цели следует руководствоваться факторами допустимости применения акустического воздействия, выявленными при его применении. К ним относятся:
- высокий скин-фактор;
- снижение пластового давления не ниже 25 % от первоначального;
- текущая обводненность не выше 80 %;
- наличие перемычек более 1 м, разделяющих интервал перфорации от водонасыщенного пласта;
- минимальная толщина продуктивного пласта 3 м;
- проницаемость более 0,25 мкм2;
- глинистость не более 15 %;
- динамическая вязкость в пластовых условиях не более 25 мПа×с;
- отсутствие заколонных перетоков;
- глубина скважины до 4000 м;
- пластовая температура до 120 оС;
- НКТ спущена не ниже интервала перфорации.
Проблеме ультразвукового (УЗ) воздействия на призабойную зону скважины с целью повышения их продуктивности посвящены работы многих российских и зарубежных ученых [3–9].
К настоящему времени накоплен значительный опыт по применению акустических методов с использованием магнитострикционных и пьезокерамических преобразователей. Обработано более 2000 скважин на месторождениях с различными геолого-физическими характеристиками.
В работе [10] проведены расчеты влияния акустического воздействия на истечение нефти в каналах коллектора ПЗС. Показано, что вынужденные колебания стенок пористой структуры пласта вызывают появление в вязкой жидкости течения с постоянной скоростью, которое можно интерпретировать как снижение сопротивления переносу жидкости, т.е. как уменьшение эффективной вязкости.
В работе [11] выявлено, что источник мощного ультразвука в рассмотренной скважине позволил увеличить добычу в полтора раза, а при комбинированном воздействии с химической обработкой может быть достигнуто среднее увеличение производительности почти в три раза.
Известно, что обработка ультразвуком эффективно разгазирует флюид, что находит подтверждение результатами физического моделирования в работе [12], причем чем выше газовый фактор, тем эффективнее этот процесс, а значит, и процесс несмешивающегося вытеснения нефти. В работе [13] экспериментально определены рациональные временные режимы обработки ПЗС.
В зависимости от условий месторождения модули устройств ультразвукового воздействия имеют три модификации:
- для работы на месторождениях легкой и средней нефти – потребляемая мощность 5–10 кВт;
- для работы на месторождениях тяжелой нефти – 20–30 кВт;
- для работы на горизонтальных скважинах – 60–100 кВт [14].
Экологичность акустического воздействия также является ключевым фактором при выборе методов добычи нефти и газа, учитывая его способность обеспечивать эффективность процессов без ущерба для окружающей среды и нефтяных структур [15, 16].
Материалы и методы исследования
Опыт Самотлорского месторождения позволил смоделировать и прогнозировать эффективность применения метода ультразвукового воздействия на участке Алексеевского месторождения. Так для горизонта скважины 6062 (таблица 1).
Оборудование при обработке скважины представлено на рисунке 1.
Прирост дебита скважины под воздействием акустического поля определяется решением уравнения:
,
где Fин – параметр, характеризующий инерционные силы в жидкости;
rt – радиус твердой части капилляра;
τ – предельное напряжение сдвига флюида;
ω – круговая частота;
grad P – градиент давления;
R – средний капиллярный радиус;
μ – динамическая вязкость флюида;
Т – период колебаний.
Инерционные силы в жидкости:
где V – скорость движения флюида, м/с, которая определяет необходимую частоту воздействия:
Здесь
где F(ωτ) – функциональная зависимость частоты воздействия от инерциальных свойств среды, выраженная в неявном виде;
τ – величина, характеризующая время релаксации (является сложной функцией вязкоупругих констант скелета коллектора и насыщающего его флюида, а также градиента давления);
K – волновое число, определяемое как отношение скорости звука в пласте к частоте;
Рпл – пластовое давление;
ρ1 и ρ2 – плотности соответственно флюида и скелета коллектора;
ber1 , ber0 и bei1 , bei0 – действительные функции Томсона первого и нулевого порядков;
i – мнимая единица.
Результаты
Следует ожидать снижение обводненности на 26 % и изменение суточного дебита (рисунок 2).
Положительный эффект от применения акустического воздействия способен сохраняться от нескольких недель до двух и более лет. На механизированных скважинах воздействие совмещается с текущим или капитальным ремонтом. В условиях газлифтных и фонтанирующих скважин спуск излучателя на необходимую глубину проводится без подъема насосно-компрессорных труб.
Для экономически эффективного применения воздействия на данную скважину необходим дешевый генератор волн в достаточно большом диапазоне.
Радиус эффективного на призабойную зону в данном случае составляет около 20 м, при радиусе контура питания скважины в 757 м.
Заключение
На основании проведенного анализа было выявлено, что применение ультразвукового воздействия в условиях карбонатного коллектора через скважины определенных характеристик является надежным методом повышения их производительности по нефти, поскольку с ростом дебита происходит снижение обводненности.
Литература
1. Муллакаев М.С. Современные методы увеличения нефтедобычи: проблемы и практика применения. Современная научная мысль. 2015. № 5. – С. 98–111.
2. Кузнецов О. Л., Ефимова С. А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1983. 192 с.
3. Abramov V.O., Ultrasonic technology for enhanced oil recovery from failing oil wells and the equipment for itsimplemention / Abramov V.O., Mullakaev M.S., Abramova A.V., Esipov I.B., Mason T.J. // Ultrasonics Sonochemistry. 2013. Т. 20. №. 5. – С. 1289–1295.
4. Сургучев М.Л., Кузнецов О.Л., Симкин Э.М. Гидродинамическое, акустическое, тепловое циклическое воздействия на нефтяные пласты. М.: Недра, 1975. 320 с.
5. Сургучев М.Л., Желтов Ю.В., Симкин Э.М. физико-химические процессы микропроцессы в нефтегазоносных пластах. М.: Недра, 1984. 330 с.
6. Кузнецов О.Л., Симкин Э.М. Преобразование и взаимодействие геофизических полей в атмосфере. М.: Недра, 1990. 267 с.
7. Вахитов Г.Г., Симкин Э.М. Использование физических полей для извлечения нефти из пластов. М.: Недра, 1985. 231 с.
8. Муллакаев М.С. Ультразвуковая интенсификация добычи и переработки нефти. М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2014. 168 с.
9. Муллакаев М.С. Ультразвуковая интенсификация технологических процессов добычи и переработки нефти, очистки нефтезагрязненных вод и грунтов: дис…. д-ра техн. наук. М.: Московский государственный университет инженерной экологии, 2011. 391 с.
10. Прачкин В.Г., Муллакаев М.С., Асылбаев Д.Ф. Повышение продуктивности скважин методом акустического воздействия на высоковязкие нефти в каналах призабойной зоны скважины // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2014. № 9. – С. 15–19.
11. Abramov V.O., Ultrasonic technology for enhanced oil recovery from failing oil wells and the equipment for itsimplemention / Abramov V.O., Mullakaev M.S., Abramova A.V., Esipov I.B., Mason T.J. // Ultrasonics Sonochemistry. 2013. Т. 20. №. 5. – С. 1289–1295.
12. Влияние ультразвуковых колебаний на процесс разгазирования нефти / Г.С. Степанова [и др.] // Бурение и нефть. 2003. № 7–8. – С. 36–38.
13. Mousavi S.M.R., Najafi I., Ghazanfari M.H., Kharrat R., Ghotbi C. Quantitative analysis of ultrasonic wave radiation on rever sibility and kinetics of asphaltene flocculation: сб. материалов 4-ой Междунар. конф. «К новым открытиям через интеграцию наук». г. Санкт-Петербург, 5–8 апр. 2010. 140 с.
14. Отчет о результатах применения технологии АРС и П на месторождении «Ватьёганское» НГДУ «Ватьёганнефть» ТПП «Когалымнефтегаз». – Когалым, 2011.
15. Семенов Д.Р., Валиев Д.З. Экологичность волнового воздействия в нефтегазовой отрасли // Природные энергоносители и углеродные материалы & Natural energy sources and carbon materials. – 2023. – № 06. – С. 10–23.
16. Valiev D.Z. Research on High-Viscosity Oil of the Zyuzeyevskoye Field to Select the Controlling Method for Asphaltene, Resin, and Paraffin Substances Deposition in Oil Production / D.Z. Valiev, R.A. Kemalov, A.F. Kemalov // Advances in Natural, Human-Made, and Coupled Human-Natural Systems Research. Lecture Notes in Networks and Systems, Springer, Cham. – 2023. Vol 252. – PP 55–62. https://doi.org/10.1007/978-3-030-78105-7_6.
