Размещено на http://www.allbest.ru/

Зниження обсягів видобування нафти і газу в Україні головним чином пов'язано із існуючою на сьогодні структурою видобувних запасів вуглеводнів, більше половини з яких становлять важковидобувні (запаси енергетично виснажених та високообводнених покладів, покладів складної геологічної будови з низькопроникними колекторами та з високов'язкою нафтою) [3]. Висока неоднорідність колекторських властивостей пластів призводить до нерівномірного вилучення з них нафти і зниження коефіцієнта нафтовилучення.

В умовах значного дефіциту вуглеводневої сировини в Україні проблема залучення в розробку залишкових запасів вуглеводнів набирає державного рівня.

Підвищення вуглеводневилучення з покладів складної геологічної будови із високою неоднорідністю прямо пов'язано із забезпеченням відновлення природних або підвищення фільтраційно-ємнісних характеристик низькопроникних прошарків та введенням їх у розробку і максимальним зменшенням неоднорідності продуктивного розрізу пласта.

Існуючі методи відновлення та підвищення фільтраційно-ємнісних характеристик продуктивних пластів у привибійній зоні свердловин (ПЗС) такі як, гідророзриви пласта, дія на продуктивні пласти хімічними реагентами, вибухові технології, поряд з високою ефективністю, мають цілий ряд суттєвих недоліків. Ці недоліки, в основному, зумовлені складністю геологічної будови та режимами розробки покладів нафти і газу в Україні та призводять до різкого зниження ефективності нафтовилучення у зв'язку з вибірковою обводненістю продуктивних розрізів, збільшенням неоднорідності пласта й утворенням застійних і слабо дренованих нафтових зон.

Однією з головних переваг хвильових методів дії на пласти у ПЗС є можливість досягнення направленості дії на окремі шари продуктивного розрізу, по яких не можливо досягнути мінімальної приймальності при реалізації інших методів дії на пласти. Крім того, пружні хвилі не викликають зміни структури порового простору продуктивних шарів (як, наприклад, ГРП, кислотна дія). Це надзвичайно важливо при розробці складних багатошарових покладів з високою неоднорідністю пластів як за товщиною, так і за площею, як у процесі освоєння продуктивних пластів, так і особливо на пізніх стадіях їх розробки.

Незважаючи на значний обсяг проведених досліджень, відомі наукові розробки з дії на пасти у ПЗС та вилучення залишкових запасів вуглеводнів на пізній стадії розробки родовищ хвильовими методами ще не знайшли широкого застосування на практиці. Більшість цих методів мають вузький діапазон застосування, не забезпечують бажаного ефекту на малодебітних свердловинах, мають низький коефіцієнт успішності дії на пласти у ПЗС із високов'язкою нафтою і це, в основному, пов'язано з недостатнім вивченням механізму хвильової дії у зазначених умовах та відсутністю обладнання із достатніми вихідними енергетичними параметрами, складністю відомих технологій.

Розв'язання цих проблем визначає високу актуальність подальших досліджень з метою розвитку існуючих та створення нових високоефективних технологій і технічних пристроїв хвильової дії для видобування залишкових вуглеводнів із складних багатошарових покладів з високою неоднорідністю пластів. Проблема підвищення вуглеводневилучення з складних багатошарових покладів вимагає використання для збудження пружних хвиль нових, не традиційних для нафтогазової галузі джерел енергії, параметрами якої можна було б керувати у процесі дії на продуктивні пласти та розроблення технологій і обладнання, які б забезпечували направлений вплив, комплексування імпульсної та хвильової дії для отримання максимального технологічного ефекту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до планів наукових досліджень Українського нафтогазового інституту в межах виконання наукових тем та договорів з нафтогазовидобувними підприємствами України (Держнафтогазпром, НАК «Нафтогаз України», ВАТ «Укрнафта» та їхніми підрозділами), в яких автор був відповідальним виконавцем та керівником:

- Д. № 93.216.95 «Розробка покращення фільтраційних властивостей привибійної зони видобувних та нагнітальних свердловин методом електророзрядної імпульсної дії» (1993 - 1996 рр.), № держ. реєстрації 0193U042762 ;

- Д. № 4-10/95-96 «Експериментальні промислові роботи по визначенню технологічної ефективності комплексної електрогідроударної та хімічної дії на колектор привибійної зони свердловин з метою інтенсифікації припливу рідини» (1995 - 1996 рр.), № держ. реєстрації 0195U025690;

- Д. № 2/Р - 96 (96.609.96) «Виконання обробок привибійних зон видобувних та нагнітальних свердловин підприємства «Чернігівнафтогаз» шляхом електророзрядної імпульсної дії» (1996 - 1997 рр.);

- Д. № 97.805.97 «Виконання обробок привибійних зон видобувних та нагнітальних свердловин шляхом електророзрядної імпульсної дії» (1997р.);

- Д. № 97.806.98 «Виконання обробок привибійних зон видобувних та нагнітальних свердловин шляхом електророзрядної імпульсної дії» (1997 - 2000 рр.);

- Д. № 98.809.98 «Виконання обробок привибійних зон видобувних та нагнітальних свердловин шляхом електророзрядної імпульсної дії» (1998 - 1999 рр.);

- Д. № 01.830.02 - 95 Р/II «Комплексні обробки привибійних зон видобувних та нагнітальних свердловин ударно - хвильовою дією» (2001 - 2003 рр.);

- Д. № 04.841.06/1-03 «Розробка багатоцільової технології ударно - хвильової дії на пласт з метою інтенсифікації припливу нафти та газу і підвищення нафтогазовилучення» (2004 р.);

- Д. № 04.843.04 «Комплексні обробки видобувних і нагнітальних свердловин ударно - хвильовою дією» (2004 р.).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є вдосконалення та розробка нових технологій і обладнання для підвищення продуктивності свердловин хвильовою дією на неоднорідні та низькопроникні пласти у привибійній зоні свердловин.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані та вирішені такі задачі.

1. Вивчення та узагальнення сучасних уявлень про основні причини зниження продуктивності свердловин і методи хвильової дії для її відновлення та збільшення.

2. Експериментальні дослідження імпульсного, хвильового, хімічного та їх комплексного впливу на зміни фільтраційних властивостей порід пластів.

3. Теоретичні дослідження щодо обґрунтування технологічних та технічних параметрів обладнання для дії пружними хвилями на пласти у привибійній та віддаленій зоні свердловини.

4. Проведення промислових експериментів щодо випробування і впровадження нового обладнання та технологій підвищення продуктивності свердловин і коефіцієнта нафтовилучення шляхом хвильової дії на пласти у ПЗС з використанням високовольтного електричного розряду в рідині, віброакустичного впливу та їх комплексної дії у середовищі хімічних реагентів.

5. Обґрунтування меж ефективного застосування розроблених технологій та обладнання хвильової дії.

Об'єкт дослідження - технологія і техніка підвищення продуктивності нафтових свердловин хвильовою дією.

Предмет дослідження - закономірності імпульсного, хвильового, хімічного та їх комплексного впливу на зміни фільтраційних властивостей порід пластів та продуктивність свердловин.

Методи дослідження. Експериментальне моделювання впливу електричних розрядів і їх комплексного впливу з кислотними розчинами на фільтраційні властивості натурних зразків порід у пластових умовах. Промислові дослідження механізму роздільної та комплексної електророзрядної, акустичної та хімічної дії на продуктивні пласти.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше, на спеціально розроблених лабораторних установках, проведено дослідження:

- впливу характеристик електророзряду на параметри хвиль стискування в умовах близьких до свердловинних;

- впливу електричних високовольтних розрядів у рідині та комплексної реагентно-імпульсної дії на зміну проникності натурних кернів теригенних та карбонатних колекторів;

- впливу основних факторів електророзряду в середовищі кислотних розчинів на фільтраційні характеристики кернів пісковиків і карбонатів із високим вмістом АС і ПВ;

2. Поглиблено розкриття механізмів електророзрядної дії на пористе середовище та встановлено, що:

- регулюючи форму імпульсу стискування, можна в різній мірі змінювати фільтраційні характеристики кернів і встановлювати час дії;

- основним механізмом при електричному розряді є хвиля стискування;

- істотний вплив амплітуди хвилі стискування підсилюється при розряді в кислотних розчинах;

- основним фактором впливу реагентно-імпульсної дії на насичене рідиною пористе середовище є хвилі стискування, що створюють і розвивають тріщини в пористому середовищі та нестаціонарна фільтрація реагенту під дією хвиль стискування, що підвищує проникність та збільшує швидкість її зростання за рахунок фізико-хімічної і фізико-механічної взаємодії.

3. На основі проведених екпериментальних досліжень вперше отримано:

- залежності величин проникності кернів від амплітуди Pm, тривалості хвиль стискування, що генеруються при електророзряді, та числа імпульсів;

- залежності величин проникності кернів від складу кислотних розчинів, Pm та хвиль стискування, числа імпульсів при реагентно-імпульсній дії.

4. Розроблено технології та обладнання комплексної реагентної, імпульсної та хвильової дії на продуктивні пласти представлені теригенними та карбонатними породами для збільшення продуктивності свердловин і коефіцієнта нафтовилучення.

Практична значимість та реалізація роботи у промисловості.

Використання розроблених у дисертаційній роботі принципів і методів при їх реалізації на практиці дозволить підвищити наукову обґрунтованість та ефективність застосування у процесах підвищення продуктивності свердловин та коефіцієнта вилучення вуглеводнів хвильовою дією.

1. Розроблено:

- лабораторні установки для проведення дослідження процесів електророзрядної та комплексної реагентно-імпульсної дії;

- технологію підвищення продуктивності свердловин електророзрядною імпульсною дією (КД-39-0013590-063-96 затверджений ВАТ «Укрнафта»);

- комплексні технології електророзрядної імпульсної, віброакустичної та хімічної дії на продуктивні пласти, що пройшли промислову апробацію;

- пристрої для реалізації технологій в інституті імпульсних процесів та технологій НАН України (м. Миколаїв) та ВАТ «Український нафтогазовий інститут» (м. Київ).

2. Проведено промислові випробування технологій та обладнання електророзрядної імпульсної, віброакустичної дії на пласти у ПЗС Богданівського, Кибинцівського, Новогригорівського, Лиманського, Струтинського та Північно-Долинського родовищ ДДЗ і Прикарпаття.

3. Впроваджено технології:

- підвищення продуктивності свердловин електророзрядною імпульсною дією на Гнідинцівському, Богданівському, Прилуцькому родовищах;

- комплексної електророзрядної імпульсної та хімічної дії на видобувних та нагнітальних свердловинах Богданівського родовища;

- віброакустичної дії на видобувних та нагнітальних свердловинах Малодівицького і Мільківського родовищ;

- комплексної електророзрядної імпульсної та віброакустичної дії на Малодівицькому, Мільківському, Прилуцькому родовищах.

У результаті випробування та впровадження розроблених технологій додатково видобуто 50 тис. тонн нафти і 3,0 млн. м³ нафтового газу.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці й обґрунтуванні задач, розробці та вдосконаленні технологій та пристроїв, проведенні експериментальних досліджень, обробленні та узагальненні їх результатів, випробуванні технологій у промислових умовах та часткової участі в проведенні лабораторних досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на науково-практичних конференціях «Нафта і газ України-96» (м. Харків, 1996 р.), «Стан і перспективи впровадження технологій з інтенсифікації видобутку газу та нафти на родовищах України» (м. Івано-Франківськ, 2001 р.); міжнародних науково-технічних конференціях «Problemy naukowo-badawcze i rozwojowe poszukiwan i eksploatacji zіoї gazu ziemnego i ropy naftowej» (м. Закопане, 2000 р.), «Efektywne technologie poszukiwania i eksploatacja zіoї wкglowodorow» (м. Закопане, 2004 р.), «Problemy techniczne I technologiczne pozyskiwania wкglowodorow a zrownowazony rozwoj gospodarki» (м. Закопане, 2006 р.); міжнародному технологічному симпозіумі «Повышение нефтеотдачи пластов» (м. Москва, 2002 р.); науково-технічних нарадах ВАТ «Укрнафта» (м. Київ, 1996, 2000, 2001, 2004 рр.); засіданнях Вченої ради Українського нафтогазового інституту (м. Київ, 1995-2006 рр.).

Публікації. За результатами досліджень, що викладені в дисертації, опубліковано 15 наукових робіт, із них 5 - у наукових фахових виданнях (1-без співавторів), 5 робіт - у матеріалах наукових конференцій (1-без співавторів), отримано 3 патенти України на винахід.

Структура і об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків і додатку. Загальний обсяг дисертації - 110 сторінок машинописного тексту, 45 рисунків, 23 таблиці, список використаних джерел із 103 найменувань на 12 сторінках і 2 додатки на 33 стор.

Автор висловлює щиру подяку член-кореспонденту НАН України, д.т.н. Д.О. Єгеру, професору, д.т.н. Р.М. Кондрату, професору, д.т.н. В.М. Дорошенко, професору, д.т.н. Ю.О. Зарубіну за наукові консультації та практичну допомогу під час виконання дисертації, працівникам ІІПТ НАНУ, ВАТ «УкрНГІ», НГВУ «Чернігівнафтогаз», «Полтаванафтогаз», «Долинафтогаз», «Надвірнанафтогаз» ВАТ «Укрнафта» за практичні поради та сприяння під час розробки й впровадження нових технологій хвильової дії на продуктивні пласти.

У вступі обґрунтовано актуальність досліджуваної проблеми, наведено основні напрямки досліджень і подано загальну характеристику дисертаційної роботи.

Перший розділ присвячено детальному розгляду сучасних уявлень про основні причини, що викликають зниження продуктивності свердловин, огляду досліджень з впливу пружних коливань на фільтраційно-ємнісні характеристики продуктивних пластів та флюїди, що їх насичують, технологій та пристроїв дії на пласти у ПЗС знакозмінним тиском різної частоти та інтенсивності.

При традиційному способі буріння з позитивним тиском у системі «свердловина - пласт» продуктивні пласти, що розкриваються бурінням та перфорацією, зазнають різного виду забруднень та ушкоджень. Найбільш характерними із них є: поглинання промивальної рідини високо проникними прошарками; зниження проникності продуктивних пластів за рахунок утворення емульсій, осадів та відкладень у результаті реакції між фільтратами розчинів і пластовою рідиною, розбухання глин та ін. Зниження продуктивності (приймальності) свердловини, проникності пласта і нафтовилучення може відбуватися за рахунок кольматації в процесі експлуатації (осади кальцію, сірки, магнію, заліза, полісахаридні біоутворення та ін.), що призводить до виникнення скін-шарів. Відновлення потенційної продуктивності свердловин досягається за рахунок руйнування структур, які кольматують у процесі первинного та вторинного розкриття продуктивних пластів, а також у процесі видобування або закачування в нагнітальні свердловини робочих витіснювальних агентів. Колоїдні системи, що утворилися, являють собою просторові сітки, що пронизують пластовий флюїд. Такий структурований флюїд стає неньютонівською рідиною. Його в'язкість зростає на декілька порядків і пласти у ПЗС втрачають потенційну проникність. Для відновлення проникності необхідно провести повне об'ємне руйнування просторової сітки, яке можна досягти шляхом надання коливального руху колоїдним частинкам [5,14].

Завдяки експериментальним та теоретичним дослідженням В.Н. Белоненко, П.Є. Аллакулова, М.Л. Сургучова, С.М. Гадієва, О.Л. Кузнєцова, С.А. Єфімової, Е.М. Сімкіна, , М.А. Садовського, В.Н. Ніколаєвського, Ю.І. Горбачева, G. Chauvetean, N. Sakeehi, L. Leger, А.Б. Погосяна, М.Ю. Ахапкіна, С.Н. Закірова, Р.А. Максутова, А.В. Михайлюка, А.М. Свалова, В.П. Нагорного, Р.С. Яремійчука, Д.О. Єгера, Я.М. Бажалука та багатьох інших встановлено, що при віброхвильовій дії на водонафтонасичений колектор у ньому відбувається: руйнування кольматуючого матеріалу за рахунок інерційних сил; руйнування колоїдно-дисперсійних систем (КДС) за рахунок переходу коливальної енергії в теплову; зниження фільтраційного опору за рахунок зниження капілярних сил і сил поверхневого натягу; видалення нерухомих пристінних шарів рідини за рахунок нейтралізації електростатичного поля, яке зв'язує рідину з поверхнею пор, гравітаційна сегрегація вуглеводневої рідини та води, зменшення коефіцієнта гідравлічного тертя та з'єднання крапель нафти, що призводить до збільшення рухливості нафти й утворення струмків нафти у просторі пор. Встановлено вплив хвиль на зміну в'язкості та реологічних характеристик нафти, виділення газу із пластових флюїдів, що призводить до розвантаження складнонапружених областей пласта, вивільнення накопиченої енергії, додаткового стискування пласта та підвищення в ньому пластового тиску. Все це має призводити до збільшення поточного видобутку нафти та кінцевого коефіцієнта нафтовилучення пластів у зоні дії свердловини. Розроблено пристрої для генерування пружних хвиль, аналіз яких наведено в дисертації. Проте, через недостатню технологічну ефективність, невисоку вибірковість та вузький діапазон впливу, недостатні вихідні енергетичні параметри, більшість відомих генеруючих пристроїв та технологій з їх використанням не знайшли широкого практичного застосування при розробці складних багатошарових покладів із високою неоднорідністю та низькою проникністю пластів.

Результати попередніх дослідно-промислових робіт свідчать про доцільність застосування як джерела пружних хвиль високовольтного електричного розряду в рідині [1], потужного ультразвукового поля. Проте для їх широкого застосування у промисловій практиці, зокрема, при розробці покладів складної геологічної будови, необхідно проведення додаткових досліджень з вдосконалення та розробки технологій і технічних пристроїв для отримання спрямованого, регульованого як за напрямком, так і за потужністю хвильового впливу на пласти.

У другому розділі наведено результати експериментальних досліджень енергетичних та гідродинамічних характеристик електричного розряду в середовищі рідини різної електропровідності, вплив характеристик електричного розряду на параметри хвиль стиснення в умовах, характерних для свердловин, виконано фізичне модулювання і досліджено зміни фільтраційних властивостей кернів при електричному розряді у рідині і комплексній дії кислотних розчинів та електричного розряду [2,13].

Використовуючи високовольтний електричний розряд як джерело пружних хвиль, за робоче середовище у свердловині можуть бути застосовані рідини різної електропровідності: нафта, водонафтові емульсії, технічна вода, пластова вода, кислотні розчини та розчини ПАР, розчинники, діапазон електропровідності яких лежить у межах = (0,1-10000)М10^-6 Ом^-1·м^-1. Таким чином, процес енерговиділення на робочому проміжку має ряд особливостей, що являються предметом досліджень.

Як встановлено дослідженнями С.М. Коробейнікова, Г.А. Остроумова, М.С. Апфельбаума, В.А. Полянського, Г.Б. Раковського, В.В. Скорих, В.Я. Ушакова, Є.В. Кривицького, К.А. Наугольних, Н.А. Роя, П.П. Малюшевського, І.З. Окуня, І.С. Швеця, В.Г.Жекула, С.Г. Поклонова, Л.П. Трофімової, О.Н. Сизоненко та ін. у середовищі з провідністю = (1-100) Ом^-1·м^-1 (у нашому випадку кислотні розчини, пластова вода, водонафтові емульсії з обводненістю 80%) розряд має структуру корони і не завершується пробоєм. Отриманий електроакустичний ККД коронного розряду не є великим і становить 0,3-1,7%. Але при зменшенні електропровідності середовища до величин ~ 1 Ом^-1м^-1 електроакустичний ККД може зрости до 7-8%. При < 10^-1Ом^-1м^-1 має місце розряд на готових бульбашках - розряд у недегазованій воді. В середовищі з провідністю 10^-3 Ом^-1м^-1 - мікросекундний розряд, ініційований термопольовою дисоціацією. При ? 10^-5 Ом^-1·м^-1 має місце наносекундний стримерний розряд. Останні три типи розряду мають для нас найбільший практичний інтерес, оскільки характеризуються великим ККД. Ці типи розряду в умовах свердловини можна буде реалізувати заміщенням свердловинної рідини, технічною очищеною водою (для нагнітальних свердловин), сирою нафтою і водонафтовими емульсіями з водною фазою 50% (для видобувних свердловин). При неможливості такої заміни, або при дії на пласти у ПЗС у середовищі кислотних розчинів для збільшення енергетичних та гідродинамічних характеристик електричного розряду необхідно у міжелектродному проміжку створювати штучне середовище з високим електроопором та розробити електродну систему закритого типу. Проведено експериментальні дослідження енерговиділення на робочому проміжку в середовищі технічної очищеної води ( - 10^-2Ом^-1м^-1), дистильованої води ( - 10^-4Ом^-1м^-1) та етилового спирту ( - 10^-5Ом^-1м^-1). За результатами проведених досліджень встановлено, що збільшення електроопору середовища до 10-100 КОмм дозволяє суттєво збільшити ККД (втрати енергії на формування каналу < 2%), тобто отримати більшу щільність енергії при канальній стадії розвитку розряду, а звідси - ударну хвилю з більшою амплітудою тиску, що дозволить здійснити більш ефективний вплив на пласти у ПЗС.

В експериментах з використанням натурних взірців порід пластів родовищ ДДЗ і Прикарпаття експериментально досліджувались фізичні особливості та основні фактори впливу електричних розрядів у рідині ( - 10^-2Ом^-1м^-1) та їх комплексної дії з кислотними розчинами на зміни фільтраційних властивостей взірців. При проведенні експериментів використані взірці пісковиків, алевролітів, мергелів, карбонатів, початкова проникність k₀ яких змінювалась у діапазоні 0,005·10^-3 мкм² - 135·10^-3 мкм², а пористість - 1% -22%. Досліди проводились з використанням методів наближеного моделювання в області автомодельності за критеріями П₁ і П₂. З метою забезпечення варіювання амплітуди і тривалості імпульсу тиску на стінці робочої камери (модель свердловини) при гідростатичному тиску 20 МПа встановлено набір режимів (вихідних параметрів розрядного контуру) розряду, які дозволили регулювати параметри ударних хвиль, що генеруються, в діапазоні Pm = (4,5…54,3) МПа і тривалістю імпульсу = (8,1…26,7)·10^-5с (Рm - надлишковий тиск на керн при гідростатичному тиску в камері Рг=20МПа). Виконані дослідження дозволили встановити, що, регулюючи параметри імпульсу тиску, можна в різній мірі змінювати фільтраційні характеристики кернів і встановлювати час впливу. В карбонатних колекторах амплітуда імпульсу тиску (Pm) повинна бути більшою 40 МПа, тривалість імпульсу не менше 27 мкс. У теригенних колекторах найбільший ефект зміни фільтраційних характеристик досягається збільшенням , при цьому Pm повинна бути не меншою 50 МПа. Електророзрядна імпульсна дія не впливає на фільтраційні властивості породи, маючи проникність менше 0,01мкм². При перевищенні початкової пористості керна величини 15% вплив хвиль стискування не призводить до збільшення проникності. Час електророзрядної дії регулюється залежно від початкових значень пористості і проникності, а також від профілю хвилі стискування. Для визначення ефекту від реагентно-імпульсного впливу на породи із зниженою проникністю, за рахунок кольматації та випадання асфальтосмолистих і парафінових відкладень (АС і ПВ), використані не екстраговані керни пісковиків і карбонатів, що насичували нафтою в'язкість якої 8,3; 19,85 мПас Богданівського (гор. М-3-4) і Бугруватівського (гор.В-21) родовищ, висушували і визначали їх проникність (k₀). Для дослідження були відібрані керни з k₀ ? (0,005-0,5)• 10^-3 мкм². У ролі реагентів використані 12-15% розчини соляної кислоти (НСl), а також суміш розчинів 12% HCl та 7,5% азотнокислого карбаміду. Вихідні параметри розрядного контуру підбиралися так, щоб варіювати амплітудою імпульсів у діапазоні Pm = 4.5 МПа та 20 МПа при постійній їх тривалості 15,0 мкс. Після встановлення процесу фільтрації реагенту через керн визначали збільшення проникності та розпочинали проводити електророзрядну дію знову, до стабілізації потоку, що дозволило оцінити вплив імпульсів тиску в середовищі реагентів. Аналіз експериментальних даних показує, що проникність пісковиків при электророзрядній дії у воді змінюється більше, ніж у карбонатів, а при электророзрядній дії у середовищі кислотної суміші, навпаки, проникність карбонатів змінюється більше, ніж у пісковиків. Істотний вплив Pm підсилюється при розряді в реагентах. Так, збільшення Pm у 1,6 разів у розчинах HCl, дозволяє приблизно у 2,0-2,2 разів збільшити проникність пісковиків, та у 1,5 разів - карбонатів. Застосування кислотних сумішей, як робочого середовища, дозволяє меншою амплітудою імпульсу (Рm = 24,5 МПа) зробити більшу у 1,7 разів зміну проникності, ніж у воді при Рm = 61,5 МПа. Комплексний вплив забезпечує синергетичний ефект, що перевищує суму ефектів, отриманих від кожної складової. Так, проникність пісковиків під впливом реагентів, таких як 12% розчин HCl, та суміш розчинів 12% HCl та 7,5% азотнокислого карбаміду, максимально збільшується у 2 рази. Вплив електричного розряду у воді при Рm = 24,5 МПа, = 15,0 мкс дає можливість збільшити проникність пісковиків у 3 рази, карбонатів у 1,12 разів. Комплексний вплив дозволяє підвищити проникність у середовищі 15% розчину HCl - пісковиків у 9 разів, у середовищі 12% розчину HCl з 7,5% азотнокислого карбаміду: пісковиків - у 13 разів, карбонатів - у 20 разів.

Наведені закономірності отримано вперше. Вони дають можливість більш коректно проектувати процес реагентно-імпульсного впливу. Синергизм від комплексної дії зумовлений підвищенням винесення кольматанту та відмивання АС і ПВ реагентом при циклічному навантаженні хвилями стискування. Також, комплексний вплив збільшує швидкість зростання проникності за рахунок фізико-хімічної і фізико-механічної взаємодії.

У третьому розділі описано результати досліджень із вдосконалення та розроблення технологій і технічних пристроїв для підвищення нафтовилучення з багатошарових високо неоднорідних пластів хвильовою дією.

За результатами аналізу існуючих технологій хвильової дії та лабораторних експериментів, наведених у першому та другому розділах, запропоновано технології підвищення продуктивності свердловин електророзрядною імпульсною дією, потужними ультразвуковими коливаннями та їх комплексною дією з хімічними реагентами і пристрої для їх реалізації [9,12], що передбачають високу вибірковість впливу як за напрямком, так і за потужністю та забезпечують: очищення пластів у ПЗС шляхом руйнування КДС, винесення бурового фільтрату; утворення тріщин; вирівнювання профілю припливу (приймальності) у видобувних (нагнітальних) свердловинах та підвищення коефіцієнта вилучення нафти за рахунок підключення нерухомих та слаборухомих ціликів нафти; можливість багаторазового впливу без використання додаткових спуско-підіймальних операцій; наявність системи контролю за роботою випромінювача та управління його енергетичними параметрами в процесі хвильової дії; можливість встановлювати оптимальний час дії; високий ресурс роботи; простоту виконання; бездефектність впливу; екологічну чистоту методу.

Для здійснення технологічного процесу хвильової дії на продуктивні пласти у ПЗС, використовується стандартна геофізична станція з підйомником. Базовий комплекс обладнання складається з свердловинного пристрою і наземного блоку живлення та пульту керування. Свердловинний пристрій (електророзрядний або ультразвуковий) опускається на геофізичному кабелі в заданий інтервал, де проводиться вплив електричними розрядами або потужним ультразвуковим полем на пласти у ПЗС. Зважаючи на те, що попередньо отримана на керновому матеріалі емпірична залежність кількості електричних розрядів у прісній воді залежно від типу колектора та його фільтраційних властивостей не може бути точним критерієм для вибору часу та режимів електророзрядної дії, запропоновано для визначення оптимального часу і режимів дії контролювати динаміку зміни фільтраційних властивостей пластів у ПЗС безпосередньо у процесі дії, тривалість якої визначати за вирівнюванням та стабілізацією фільтраційних властивостей [7]. Технологічний процес підвищення продуктивності або приймальності свердловин передбачає заміну пластового флюїду в стволі свердловини, підйом свердловинного обладнання, прив'язку до інтервалу перфорації, спуск електророзрядного або ультразвукового пристрою на геофізичному кабелі до нижньої границі перфораційних отворів та підйом пристрою до верхньої границі інтервалу перфорації з одночасним зняттям термограми, по якій визначають ділянки із зниженими фільтраційними властивостями (знімається профіль приймальності або припливу в інтервалі перфорації). Цикли дії на інтервал перфорації електророзрядами проводять спускаючи пристрій із зупинками навпроти визначених ділянок зі зниженими фільтраційними властивостями. При підйомі приладу контролюють зміни фільтраційних властивостей. Кількість циклів дії визначається стабілізацією фільтраційних властивостей інтервалу пласта, що обробляється. Зосередження тиску великої амплітуди в інтервалі 0,2 м вздовж ствола свердловини після імпульсу резонансних затухаючих коливань, забезпечує можливість якісного очищення пластів у ПЗС і підвищення проникнення пружного поля у пласт.

За результатами лабораторних досліджень, найбільшу ефективність від реагентно-імпульсного впливу отримано при дії на карбонатні та низькопроникні теригенні колектори із великим вмістом АС і ПВ [2]. Залежно від конкретних фізико-хімічних властивостей колекторів та флюїдів, що їх насичують, як хімічні реагенти запропоновано використовувати розчини кислот, ПАР, солей [6]. Технологія комплексної електророзрядної та хімічної дії на пласти у ПЗС, залежно від гірничо-технічних умов і вирішення конкретних задач, може застосовуватись у двох варіантах: нагнітання у свердловину хімічного реагенту (або вибійна ванна з розчинника АС і ПВ), спуск електророзрядного пристрою та реагентно-імпульсна дія на пласти у ПЗС до моменту стабілізації фільтраційних властивостей; визначення профілю приймальності або припливу в інтервалі перфорації, вибіркова електророзрядна дія для його вирівнювання, нагнітання хімічного реагенту. Комплексне застосування електророзрядної та хімічної дії має ряд переваг перед їх роздільним використанням. Збільшується проникність пластів у ПЗС, що полегшує проникнення реагенту в пласт, зростає глибина його поширення і заповнюється значно більший об'єм пласта. При електророзрядній дії відбувається ліквідація поверхнево-пов'язаних плівок флюїду, які перешкоджають контакту реагенту із скелетом колектора, зростає міра дисоціації реагентів. Крім того, запропонована технологія сприяє диспергуванню продуктів реакції і більш повному їх винесенню із свердловини.

З метою розширення меж застосування та підвищення ефективності акустичної дії за рахунок збільшення її потужності й зони охоплення пластів у ПЗС акустичним впливом, запропоновано здійснювати фокусування ультразвукових хвиль випромінювача в зоні зниженої проникності. Глибина фокусування, або відстань фокальної області від випромінювача, визначається радіусом зони забруднення пластів у ПЗС і розраховується за формулою: F = R / (1 - C2 / C1), де R - радіус кривизни поверхні фокусуючої лінзи, C1 - швидкість звуку в матеріалі лінзи, C2 - швидкість звуку в оточуючому середовищі. Дослідження відомими вченими Л.Д. Розенбергом та И.Н. Каневським звукових фокусуючих систем і розрахунки звукового поля у фокальній області, а також проведені нами вимірювання акустичної потужності показують можливість отримання у фокальній області багаторазового підсилення акустичного тиску у середовищі з поглинанням (яким є ПЗС). За технологією, що пропонується, забезпечується як повне об'ємне руйнування просторової сітки (КДС) гідродинамічних стоків свердловин (ближня ультразвукова дія), так і очищення пластів у ПЗС з винисенням кольматанту потужним ультразвуковим полем, яке спрямовано діє на зону найбільшого забруднення (дальня ультразвукова дія). Дію доцільно проводити в середовищі реагенту та здійснювати вибірково, з інтервалом до 0,5 метра по вертикалі, тобто без впливу на інтервали, що не обробляються (наприклад, водоносні). Перед дією розраховується скін-фактор, визначається радіус зони забруднення і встановлюється необхідна глибина дії фокусуючою системою.

При відсутній або недостатній інформації про колекторські властивості продуктивного пласта, розробці складних багатошарових покладів з високою неоднорідністю пластів як за товщиною, так і площею, при неможливості досягнути мінімальної приймальності іншими методами дії, запропоновано технологію хвильової дії, що базується на комплексному впливі потужним ультразвуковим полем і електророзрядною імпульсною дією в середовищі реагенту. Це дозволяє (за рахунок широкого частотного спектра дії від інфразвукового до ультразвукового діапазону, імпульсного та хвильового характеру впливу, діапазону зміни тиску - від сотих долей мегапаскаля до десятків мегапаскалів) розширити область застосування технології, підвищити ефективність від впровадження та коефіцієнт успішності проведення процесу дії у різноманітних гірничо-технічних умовах. Технологічний процес запропоновано проводити у два етапи: дія на пласти у ПЗС потужним ультразвуковим полем у середовищі реагенту; електророзрядна імпульсна дія. Така послідовність дозволяє максимально ефективно очистити пласти у ПЗС за рахунок руйнування КДС і винесення кольматанту, збільшити приплив нафти за рахунок зниження її в'язкості та збільшення рухливості, підключення до роботи шарів, не охоплених процесом розробки, тобто збільшити не тільки темп відбору вуглеводнів, а й приростити їх видобувні запаси.

Для реалізації технологій запропоновано пристрої [7,9,12], в яких для попередження втрат енергії на електричному кабелі, значного збільшення ККД та досягнення необхідних енергетичних параметрів, електрична енергія підвищується та перетворюється в механічну роботу безпосередньо у свердловинній частині пристроїв. Це дозволяє використовувати штатне геофізичне та промислове обладнання, що забезпечує високу мобільність та ефективність технологічного процесу. У електророзрядному пристрої відбувається багатоступеневе перетворення електричної енергії. Перетворювач частоти блоку живлення перетворює напругу мережі в напругу підвищеної частоти, яка по геофізичному кабелю передається на вхід блоку зарядного (БЗ) свердловинної частини пристрою. БЗ підвищує та вирівнює цю напругу, забезпечуючи заряд постійним струмом підключеного до нього блоку накопичувального (БН). При досягненні зарядною напругою величини 30 кВ розрядник виконує підключення БН до електродної системи. В результаті цього, накопичена енергія виділяється в міжелектродному проміжку. Після закінчення процесу розрядки конденсаторів, розрядник відключається і починається наступний цикл роботи. У пристрої ультразвукової дії, блок живлення перетворює напругу мережі у напругу постійного струму, що по геофізичному кабелю передається на ультразвукові генератори (УГ) свердловинної частини пристрою. УГ перетворюють напругу постійного струму у високочастотну електричну енергію, що у свою чергу п'єзокерамічними випромінювачами перетворюється у механічні коливання. Далі ця енергія за допомогою концентраторів-хвильоводів та фокусуючої системи, концентрується та спрямовується на пласти у ПЗС.

У четвертому розділі наведено результати впровадження запропонованих технологій хвильової дії на родовищах ДДЗ [4,10-12,15].

Додатковий видобуток нафти від впровадження електророзрядної імпульсної дії на свердловинах Богданівського, Прилуцького, Гнідинцівського родовищ НГВУ «Чернігівнафтогаз» становить 14382 т, за рахунок комплексної дії на пласти у ПЗС електророзрядною та хімічною дією на Богданівському родовищі - 5970 т і збільшення приймальності нагнітальних свердловин - від 0; 30 до 360; 400 м³/доб., при однаковому тиску на буфері - 10 МПа. Віброакустична дія в середовищі ПАР на пласти у привибійній зоні свердловини 64 Мільківського родовища дозволила отримати високий технологічний ефект. Додатковий видобуток нафти від впровадження віброакустичної дії на Малодівицькому родовищі - 1330 т, збільшення приймальності нагнітальної свердловини - з 5,4 м³/доб. (тиск на буфері 12,0 МПа) до 250 м³/доб. (тиск на буфері 6,5 МПа). Відновлення потенційної продуктивності свердловин Малодівицького, Прилуцького, Гнідинцівського родовищ комплексною віброакустичною та електророзрядною дією, дозволило додатково отримати - 7919 т нафти. Після хвильової дії у свердловинах спостерігалося зменшення обводненості продукції. Загальний додатковий видобуток нафти за рахунок впровадження розроблених технологій у НГВУ «Чернігівнафтогаз» ВАТ «Укрнафта» становить - 48794 т, нафтового газу - 2,9 млн. м³. Виходячи з отриманих результатів, коефіцієнт успішності застосування технологій - 90%. Отримані технологічні показники на малодебітних свердловинах з низькими колекторськими властивостями свідчать про високу ефективність хвильової дії, що проявляється не тільки збільшенням дебіту нафти у свердловинах, але й суттєвим зниженням обводненості продукції. Це пов'язано з тим, що хвилі стискування, які виникають при високовольтному пробої рідини, циклічно навантажують пористе насичене середовище, ініціюють процес розрядки напруги в гірському масиві навколо джерела (вивільнення пружної енергії, що накопичується як у самому пласті, так і в оточуючих його породах внаслідок зміни порового тиску в пласті та пов'язаних із цим змін у напружено-деформованому стані гірського масиву). Процес перерозподілу напруги, що здійснюється в імпульсному режимі та супроводжується генеруванням пружних хвиль з частотою, характерною для даних порід, активізує нерухомі та малорухомі цілики нафти в продуктивному пласті. Це призводить до збільшення потоків нафти і зниження обводненості видобувної продукції на площі, де відбувається процес перерозподілу напруг.