УДК 622.027 Сайлауова Н.А., бакалавр. Ыскак А.С., ст.преподаватель

УДК 622.027
Сайлауова Н.А., бакалавр. Ыскак А.С., ст.преподаватель
Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан
ardak_y78@mail.ru
Повышение нефтеотдачи пластов плазменно- импульсным воздействием
Аннотация. В данной статье дается понятие о плазменно- импульсном воздействии на пласт
с целью повышения нефтеотдачи пластов, и описывается физико-химический процесс
происходящий в пласте, а также основные преимущества данного метода.
Ключевые слова: нефтеотдача пластов, трудноизвлекаемые запасы, высокопроницаемые
каналы, кольматация, горизонтальная скважина, ударная волна, импульс.
Бурно развивающиеся экономики ведущих стран мира требуют все больше
энергоресурсов. С ростом доли трудноизвлекаемых запасов нефтегазовая отрасль все чаще
прибегает к использованию новых методов повышения нефтеотдачи пластов. Особенно
сложная задача стоит в проблеме дополнительной добычи трудноизвлекаемых запасов
углеводородов, в том числе из месторождений, находящихся в поздней и завершающей
стадиях разработки.[1]
Плазменно-импульсное воздействие - один из методов интенсификации добычи
нефти, базирующийся на резонансных свойствах пласта. При использовании плазменноимпульсного 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 формированиеновых микротрещин в призабойной зоне скважины и
фильтрационных каналах пласта[7] ( рис.1).
Рисунок 1. Общая схема технологии ПИВ
Каждое месторождение углеводородов нужно рассматривать как сложную
многофакторную нелинейную динамическую систему, в которой происходят постоянные
изменения. Чаще всего в результате длительной эксплуатации залежи, постоянного
техногенного вмешательства в процесс добычи нефти необходимо оперативно применять
способы и технические средства для оптимального управления физико-химическими
процессами в пласте. Особенностью предлагаемой технологии скважинного плазменноимпульсного воздействия является воздействие не только на призабойную зону, но и на
пласт в целом благодаря глубокому проникновению сейсмоакустической волны в пласт и
созданию в пласте резонансных процессов. Необходимое количество периодических
импульсов «накачки» зависит от горно-геологических, фильтрационно-емкостных и других
особенностей залежи, свойств пластовых флюидов и рассчитывается по специальной
методике. Инициируемые импульсы через равные промежутки времени с определенным
давлением на начальном этапе создают ударную волну, которая в упругой среде вызывает
упругие колебания во всей газожидкостной поровой системе.Дальность действия плазменноимпульсного воздействия на пласт при определенных геологических условиях может
составлять до 1500-1800 м. Поэтому скважины, находящиеся на обрабатываемом пласте,
зачастую воспринимают это воздействие. За счет очистки пор коллектора, образования
новых трещин, лучшей отмываемости нефти, повышается подвижность пластового флюида,
уменьшается обводненность и увеличивается дебит добываемой продукции обрабатываемой
и реагирующих скважин.[3]
Очевидно, параметрическим резонансом пласта можно объяснить уменьшение
обводненности продукции после воздействия, поскольку возникают периодические
колебания пластового флюида. При движении капель жидкости из-за неоднородности
капилляров, их различной кривизны возникает разность сил поверхностного натяжения, то
есть так называемое капиллярное сопротивление. Упругие волны, как показали
исследования, могут способствовать снижению капиллярного сопротивления. Воздействие
упругой волны на каплю в среднем может быть охарактеризовано так называемой
вибрационной силой, которая в случае действия волн определенных характеристик,
зависящих от геометрических размеров капель и капилляра, а также от физических свойств
жидкости капель и стенок капилляра, может быть направлена против вектора сил
капиллярного сопротивления, что приводит к его снижению.
Рассматривая течение вязкой сжимаемой жидкости по капилляру, вдоль стенок
которого распространяются бегущие волны изгиба, удалось установить, что при
определенных размерах капилляров волны могут обеспечить значительное ускорение
течения жидкости. Причем, особенно значителен этот эффект для узких пор, диаметр
которых порядка 1-10 мкм. Даже при амплитудах волн на поверхности поры, не
превышающих долей процента от ее диаметра, эффект ускорения течения может достигать
пяти и более порядков [10].
Чтобы достичь аналогичного эффекта путем повышения статического градиента
давления вдоль поры потребовалось бы его увеличение также более чем в 105 раз, что
практически неосуществимо. Этот факт позволяет рассматривать волны как один из
наиболее эффективных механизмов ускорения течений в капиллярах и пористых средах.
Понимание этого эффекта позволяет использовать его для ускорения течения жидкости в
призабойных зонах нагнетательных и добывающих скважин, чтобы интенсифицировать
приток жидкости в скважину или увеличивать приемистость и менять профиль
приемистости. Этот, открытый теоретически, эффект является одним из научных принципов,
на которых базируется идея использования волн в нефтяной промышленности.
Эксперименты и практика промышленного применения подтверждают исследования
российских ученых.
Лабораторные и модельные исследования (А.В. Максютин, СПГГИ(ТУ), 2008 год)
плазменно-импульсного воздействия на тяжелые и высоковязкие нефти и пористые среды с
тяжелыми и высоковязкими нефтями месторождений Татарстана (Ромашкинское
месторождение, карбонатный коллектор, плотность нефти - 0,84 г/см3, вязкость – 40 мПа*с)
и Республики Коми (Усинское месторождение, карбонатный коллектор, плотность нефти 0,87 г/см3, вязкость – 703 мПа*с) подтвердили перспективность применения [5] технологии
и показали:
- снижение интенсивности проявления вязкости, тиксотропных вязкоупругих свойств
высоковязких нефтей достигается за счет диспергирующего действия инициируемых
упругих волн на основные структурообразующие компоненты нефти – асфальтены;
- технология ПИВ оказывает гидрофобизирующее воздействие на пористую среду
пород коллектора, что способствует снижению капиллярных давлений и улучшению
фильтрационно-емкостных характеристик продуктивного пласта;
- новые перспективы открываются в повышении извлекаемых запасов тяжелых и
высоковязких нефтей месторождений с трудноизвлекаемыми запасами при комплексном
использовании плазменно-импульсной технологии с температурным и физико-химическим
воздействием водных растворов щелочи и кислотных составов;
- единовременная плазменно-импульсная обработка образцов и пластов приводит к
перестройке структуры нефтей, которая сохраняется продолжительное время от 95 и более
суток (образцы усинской нефти сохраняют пониженную вязкость, после ПИВ уже более двух
лет).
Заметный эффект наблюдается при применении ПИВ в нагнетательных скважинах с
целью увеличения приемистости и выравнивания профиля приемистости. Сфокусированный
упругий, периодический импульс, направленный в пласт, очищает каналы в прискважинной
зоне пласта, разрушает слой кольматанта с аномально избыточной поверхностной энергией,
что позволяет улучшить в облучаемой части пласта или пропластков приемистость
нагнетательной скважины. А поскольку глубина воздействия на пласт составляет сотни
метров и более, эффект нагнетания воспринимают соседние добычные скважины. Кроме
того, вводятся в эксплуатацию ранее пропущенные непромытые пропластки. Практика
показала, что обработка этим методом нагнетательных скважин позволяет значительно
замедлить темпы падения добычи углеводородов[6].
К примеру данного метода можно привести обработку трех нагнетательных скважин на
Вахском месторождений (г. Стрежевой, ОАО «Томскнефть» ВНК) технологией ПИВ
№663,2532 и 1003. При этом ставилась задача выровнять профили приемистости на двух
первых скважинах и ввести в эксплуатацию простаивающую третью. После применения
ПИВ на всех скважинах были получены положительные результаты [10] ( риc. 2).
Рисунок 2. Диаграмма изменения приемистости нагнетательных скважин на Вахском
месторождений до и после применения технологии ПИВ
Следует отметить, что для выравнивания профиля приемистости, то есть для
перераспределения закачиваемой жидкости по пропласткам не требуется проводить
изоляционные, водоотводные мероприятия с применением различных ПАВ. Достигаемый
эффект позволяет включить в работу ранее не промытые зоны, увеличить охват заводнением,
тем самым повысить КИН. Немаловажно, что такая задача решается без каких-либо
капитальных затрат.
Плазменно-импульсное воздействие инициируется в естественных (реальных)
геологических условиях без добавок химических реагентов при любой обводненности
скважины и способствует возникновению параметрического резонанса в целом в системе,
при этом возмущенная среда не оказывает на источник колебаний никакого обратного
воздействия. Кроме масштабного воздействия создание плазмы позволяет решать и
локальные задачи по очистке призабойной зоны скважин. Мгновенное расширение плазмы
создает ударную волну и последующее охлаждение, а сжатие плазмы вызывает обратный
приток в скважину через перфорационные отверстия, что на начальном этапе обработки
скважины способствует выносу кольматирующих веществ в ствол скважины. ПИВ создает
благоприятные условия, способствующие миграции нефти и газа в породах
различной проницаемости. Образуются новые трещины и каналы в целиках, линзах,
тупиковыхзонах между скважинами, а также в порах обводненного пласта.[8]
Особенностью технологии является эффективная декольматация продуктивного интервала
благодаря глубокому проникновению ударной волны в продуктивную залежь.
При этом в пласте происходят следующие процессы:
 разогрев прискважинной зоны ( при разряде температура достигает 25000280000С);
 ускорение гравитационной агрегации нефти и газа;
 увеличение относительных фазовых проницаемостей для нефти в большей
степени, чем для воды;
 увеличение скорости и полноты капиллярного вытеснения нефти водой;
 изменение напряженного состояния горных пород коллектора и связанное с
этим изменение структуры порового пространства.
Основой технологии плазменно – импульсного воздействия является электрический
разряд в жидкости через калиброванный металлический проводник. При разряде
формируется ударная волна с одновременным выделением значительного количества
направленной энергии. Ударная волна, проходя через перфорационные отверстия в пласт,
воздействует как на призабойную зону, так и на удаленные зоны пласта. Многократное
периодическое повторение разрядов приводит к направленному термическому,
акустическому ударно – волновому воздействию на пласт. В результате происходит
декольматация призабойной зоны скважины, в пласте возникают колебательные процессы,
приводящие к преодолению капиллярных сил между породой и флюидом, улучшению
фильтрационно-емкостных характеристик и, как следствие, изменению насыщенности
поровых каналов, что способствует увеличению притока нефти к забоям добывающих
скважин.[8]
Многолетние результаты исследований дают основание рассматривать влияние
упругих колебаний на фильтрационные процессы в насыщенных пористых средах как
установленный факт.
Разработчики полагают, что технология ПИВ может успешно применяться и в
многоствольныхскважинах, поскольку воздействие направленно и управляемо в зависимости
от решаемой задачи.
Предлагаемый способ интенсификации притока углеводородов в горизонтальное
окончание скважины позволит вовлекать в работу ранее пропущенные слабодренированные
застойные зоны и пропластки, что даст возможность максимально эффективно, экологически
безупречно эксплуатировать скважину, не прибегая к сложным дизайнам ГРП, кислотным
ваннам на всех стадиях эксплуатации, начиная сосвоения.
При снижении дебита скважины в ходе эксплуатации предлагаемый способ позволяет
неоднократноповторять процесс стимуляции до тех пор, пока эксплуатация ГС будет
экономически целесообразной.[5] На данный момент есть все основания полагать, что
технология ПИВ для скважин с горизонтальным окончанием будет востребована не только
для добычи нефти но и для увеличения проницаемости пластов при добыче угольного газа—
метана, а также сланцевого газа. Возвращаясь к опыту применения плазменно-импульсного
воздействия на вертикальных скважинах, следует отметить, что технология хорошо
зарекомендовала себя, решая задачи по повышению производительности низкодебитных
скважин и скважин с упавшим эффектом от ГРП.
Например, при проведении опытно-промышленных и промышленных работ в Западной
Сибири в 2011-2012 годах сред нее увеличение дебита по нефти составило 87% при среднем
базовом дебите до воздействия около 8,5 тонн в сутки. При этом число успешных
скважинных операций превысило 82%. Следует отметить, что в подавляющем большинстве
случаев
под
обработку
предоставлялись
скважины
с
упавшим эффектом от ГРП.[2,6]. Другим примером может являться применение технологии
вначале 2013 года и по настоящеевремя в США (штатах Луизиана,Оклахома и Канзас).
Работы проводятся на истощенных месторождениях 40-50-х годов прошлого века. При 100%
успешных работ средний прирост по нефти превысил 150%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Максютин А. В. Экспериментальные исследования реологических свойств высоковязкой
нефтипри упругом волновом воздействии // Автоматизация, телемеханизация и связь в
нефтянойпромышленности. - 2009. - № 5. - С.4 – 8
2. Журнал «Нефтегазовая вертикаль»,№13/14, - 2013. – С.58-61
3. Материалы сайта компании NovasEnergyServices
4. Накоряков В.Е., Покусаев Б.Г., Шрейбер И.Р. Волновая динамика газа и парожидкостных
сред, М, Энергоатомиздат, 1990.
5. Молчанов А.А., Агеев П.Г. Новая эффективная технология ускоренного освоения
нефтяных скважин при вводе их в эксплуатацию, Eurasia, 7/8, 2009.
6. Молчанов А. А. Интенсификация притока высоковязкихнефтей с применением
скважинногоупругого воздействия на продуктивные пласты. - Казань: Изд-во «Фэн», 2007. С. 417- 420
7. Molchanov A.A, Maksyutin A.V, Khusainov R.R. Estimate how long the effect of the plasmapulse effects on the geological properties of heavy oil.- Notes Mining Institute,2012.-Vol195.pp.61-63
8. MuslimovR.Kh. Modern methods of enhanced oil recovery: projects, optimization and
performance evaluation.- Kazan:”Fen’,2005,- p.688
9. Молчанов А.А. Применение плазменно-импульсной технологии для повышения
извлекаемых запасов высоковязких нефтей месторождений с трудноизвлекемыми запасами.
НТВ «Каротажник».-2011.- Вып.№3(201). – С.3-14
10. Симкин Э.М., Лопухов Г.П. Виброволновые и вибросейсмологические методы
воздействия на нефтяные пласты, Обзор инф. Сер. «Нефтепромысловое дело». – М.:
ВНИИОЭНГ, 1989, вып. 15, 15-22 с.
Андатпа. Бұл мақалада қабаттардың мұнайбергіштігін арттыру мақсатында плазмаимпульстық әдіспен қабатқа әсер ету туралы түсінік берілген, және қабаттағы физикахимиялық үрдіс, оның негізгі артықшылықтары келтірілген.
Түйіндеме сөздер: қабаттың мұнайбергіштігі, қиын өндірілетін қорлар, өткізгіштігі жоғары
арналар, кольматация, көлденең ұңғы, соққылау толқыны, импульс.
Summary.This article provides the concept of plasma-pulse impact technology оn the reservoir to
increase oil recovery and describes physical and chemical processеs occurring in the reservoir, also
main advantages of this method.
Key words: reservoir recovery, hard-to-extract reserves, highly porous channels, colmatation ,
horizontal well, shock wave, pulse.