Технология звукового воздействия на продуктивный пласт с целью повышения конденсатоотдачи

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»

Технология звукового воздействия на продуктивный пласт с целью повышения конденсатоотдачи

Кааров Ж.З., аспирант

Стрекалов А.В., д.т.н., профессор

Тюмень, Россия

Аннотация

Особенностью разработки газоконденсатных месторождений заключается в том, что при эксплуатации залежей на режиме истощения, пластовое давление падает ниже давления начала конденсации, в результате чего, происходит выпадение тяжелых компонентов углеводорода в жидкое агрегатное состояние. Как показывает практика, коэффициент конденсатоизвлечения на газоконденсатных месторождения составляет в пределах 0,4-0,5 д. ед. Основной причиной низких показателей конденсатоизвлечения является образование газожидкостных пробок на призабойной зоне газовой скважины. На сегодняшний день, актуальным остается вопрос повышения коэффициента извлечения конденсата на естественном режиме разработки. В решении данного вопроса, на месторождениях Тимано-Печорской провинции стали применять технологии звукового воздействия на призабойную зону скважины с целью повышения нефте- и конденсатоотдачи. Применение технологии волнового воздействия показали весьма удовлетворительные результаты. Однако, до сегодняшних дней отсутствует серьезное научное обоснование и экономическая целесообразность применения акустического воздействия на пласт с целью повышения конденсатоотдачи.

Данная статья является частью диссертационной работы. В статье приводится описание основных физико-химических механизмов воздействия акустических волн в пористой среде, анализ эффективности применения акустических генераторов отечественного производство, схематично представлена образование и влияние упругих волн на жидкие фракции в призабойной зоне пласта, и основные пути инициации применения технологии звукового воздействия на пласт.

Основываясь на результатах, полученных в ходе теоретического исследования, в статье представлена концепция перманентного звукового воздействия с закачкой азота в пласт с целью повышения конденсатоотдачи. Автор полагает, что данная концепция может быть эффективна и экономически рентабельна при разработке газоконденсатных залежей с высоким содержанием тяжелых углеводородов С5+.

Ключевые слова: звуковое воздействие; пластовое давление; акустические волны; ретроградная конденсация; газоконденсатная залежь; упругие колебания; ультразвук

Abstract

The technology of acoustic impact on the productive formation in order to increase condensate recovery

Kaarov Zh.Z., Strekalov A.V., Industrial University of Tyumen, Russia

The feature of gas condensate fields development is that during the operation of deposits in the depletion mode, the reservoir pressure drops below the pressure of the onset of condensation, as a result of which heavy hydrocarbon components precipitate into a liquid state. As practice shows, the condensate recovery coefficient in gas condensate fields is in the range of 0.4-0.5 units. The main reason for the low rates of condensate recovery is the formation of gas-liquid plugs in the bottomhole zone of a gas well. To date, the issue of increasing the condensate recovery factor in the natural development mode remains relevant. To address this issue, the fields of the Timan-Pechora province began to apply the technology of acoustic impact on the bottomhole zone of the well in order to increase oil and condensate recovery. The application of wave action technology showed very satisfactory results. However, nowadays, there is no serious scientific justification and economic feasibility of applying acoustic stimulation to the reservoir in order to increase condensate recovery.

This article is part of a dissertation. The article provides a description of the main physical and chemical mechanisms of the acoustic waves impact in a porous reservoir, an analysis of the effectiveness of the use of domestically produced acoustic generators, a schematic representation of the formation and effect of acoustic waves on liquid fractions in the bottomhole zone, and the main ways to initiate the use of sonic stimulation technology on the formation.

Based on the results obtained during the theoretical study, the article presents the concept of permanent sonic stimulation with nitrogen injection into the reservoir in order to increase condensate recovery. The author believes that this concept can be effective and economically viable in the development of gas condensate deposits with a high content of heavy hydrocarbons.

Keywords: acoustic impact; formation pressure; acoustic waves; retrograde condensation; gas condensate reservoir; acoustic vibrations; ultrasound

Актуальность

Эффективность разработки газоконденсатных месторождений прежде всего оценивается в достижении максимальных показателей коэффициента извлечения углеводородного сырья. Как показывает практика, на газоконденсатных месторождениях Западной Сибири удается отобрать не более 40% фракции С5+. Основной причиной низкой продуктивности газовых скважин является осаждение и накопление газожидкостной смеси в призабойной зоне скважины при снижении пластового давления. График дифференциальной конденсации пластового газа приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. График дифференциальной конденсации пластового газа (составлено авторами на основе данных проведенного исследования)

Основными негативными последствиями осаждения конденсата в призабойной зоне скважины являются:

• низкий коэффициент полезного использования пластовой энергии;

• микрокапилляры размерами d < 0,01 мкм, обуславливает флюидоупоры для жидких фракций;

• быстро создающиеся депрессионные воронки большого размера (R > 1 000 м), обусловленные существенными дебитами горизонтальных скважин с многостадийным гидроразрывом пласта;

• выпадение жидких фракций углеводорода в пласте с одновременным снижением их подвижности вследствие существенных депрессий и отсутствия систем поддержания пластового давления;

• снижение подвижности газа вследствие снижения относительной фазовой проницаемости газа, из-за эффекта гидрозатвора.

Одним из самых распространенных методов повышения конденсатоотдачи пласта является поддержание пластового давления путем закачки сухого газа (сайклинг процесс). Данный метод направлен на поддержание пластового давления выше давления начала конденсации и также способствует повторному испарению выпавшего конденсата в пласте. Несмотря на эффективность метода, повышение потребления свободного газа приводит к снижению рентабельности и рациональности разработки газоконденсатных месторождений.

Акустический метод воздействия является одним из самых перспективных методов. Распространение упругих волн на призабойной зоне скважины может способствовать повышению продуктивности скважин. Далее рассмотрим основные физические механизмы воздействия акустического метода на пористую среду.

Физико-химические механизмы воздействия упругих волн на пористую среду

Условно можно выделить две основные группы физических процессов, наблюдаемых в пористой среде. К первой группе относятся физические явления, для которых требуется непрерывное воздействие упругих волн, так как эффект от воздействия исчезает через короткий период времени после прекращения возмущения. Ко второй группе относятся физические явления, которые сохраняют свой эффект длительный период времени после прекращения возмущения [1]. Воздействие на продуктивный пласт путем распространения упругих колебаний сопровождается рядом эффектов с различной физической природой имеющую разную зависимость от частоты колебаний. Рассмотрим эти эффекты отдельно.

Механические эффекты. При воздействии упругими колебаниями есть вероятность разрушения слабых цементирующих сред, наиболее вероятным эффектом является разрушение глинистой корки. Ультразвуковое воздействие увеличивает проницаемость породы и, следовательно, можно повысить эффективность закачки. Проницаемость увеличивается за счет образования трещин и предотвращения закупорки пор частицами глины [2].

Капиллярные эффекты. Акустические колебания в пористых средах вызывают «всасывающее» действие капилляров: жидкость, вошедшая в капилляр, будет выталкиваться при сжатии только в одну сторону. График воздействия акустических волн на капиллярные процессы представлен на рисунке 2.

Эффект кавитации. Процесс воздействия упругими колебаниями вызывает в пористой среде эффект кавитации связанная с пульсацией и схлопыванием кавитационных пузырьков. Процесс образования кавитации состоит в следующем. Акустические волны проходят сквозь жидкость в виде чередующихся циклов. Представим источник звуковых волн в виде поршня, которая работает короткими толчками и создает ударные волны, а обратное движение создает разряженные волны. При достижении частоты равным 20 тысяч толчков в секунду, в пористой среде генерируется ультразвук, и мощная волна разряжения может развить полное отрицательное давление, что в свою очередь способствует увеличению расстояния между молекулами. При сжатии кавитационные пузырьки схлопываются с выделением большого количества энергии, а в окружающей жидкости распространяется сферическая ударная волна, которая быстро затухает в пространстве [3].

Рисунок 2. Влияние звуковых колебаний на процессы капиллярной пропитки [4]

Фазовые переходы. Ультразвуковые колебания в определенной степени влияют на фазовые превращения. При акустическом воздействии наблюдается дегазация жидкости. Снижение доли растворенного газа в жидкости связана прежде всего с ускорением диффузии растворенного газа в пузырьки при возникновении микропотоков.

Промысловыми опытами установлено положительное влияние звуковых колебаний на дебиты добывающих скважин. Однако, отмечены случаи снижения притоков в скважине после акустического воздействия. Это объясняется недостаточным пониманием физических процессов в условиях порового пространства коллекторов. Процессы, происходящие в реальных скважинных условиях по-прежнему далеки от теоретического описания.

Анализ эффективности применения звуковых генераторов отечественного производства

Образование жидких фракций в поровых каналах формирует газожидкостную смесь с каплями различных размеров, которые могут целиком перекрыть поровый просвет и тем самым создать гидрозатвор на забое скважины (рис. 3). Фазовая подвижность жидкости в разы ниже подвижности газа и требует существенных затрат пластовой энергии.

Рисунок 3. Схема образования конденсатной пробки в призабойной зоне пласта (составлено авторами)

Основной идеей акустического воздействия на призабойную зону пласта является снижение негативных факторов агрегации фракций C5+ в жидкое агрегатное состояние в поровых каналах.

Эффект ультразвука заключается в измельчении капель жидкой фракции в мелкодисперсную структуру. За счет преобразования из газожидкостной смеси в мелкодисперсную структуру увеличивается подвижность свободного газа. Из-за бинарного трения газа и жидкости, растет подвижность жидкости, уносимой газовой фазой (рис. 4).

Рисунок 4. Схема влияния акустических волн на жидкие фракции в призабойной зоне пласта (составлено авторами)

акустический генератор упругий волна призабойный конденсатоотдача

Дополнительным эффектом ультразвукового воздействия является очистка призабойной зоны скважины от твердых фаз.

Существуют два типа устройства ультразвукового воздействия:

1. Гидродинамический генератор, работающий от энергии потока газа или воды.

2. Электрический пьезогенератор, работающий от электрогенератора, управляемый на устье скважины.

Вследствие малой удельной гидравлической энергии газового потока, генераторы 1-го типа оказывают существенное сопротивление потоку снижая дебит, они не применялись в качестве ультразвукового воздействия.

Вследствие гибкой управляемости, а также наличия внешнего источника энергии генераторы 2-го типа широко применялись для обработок различных скважин.

Несмотря на большое количество примеров успешного использования ультразвукового воздействия, препятствием к его массовому применению можно считать:

• малую глубину проникновения звукового поля высокой частоты (16-30 кГц);

• подвижность газовой фазы и измельчение капель газожидкостной смеси наблюдается на забое и на макс. 0,5 м (теоретическая оценка) от стенки скважины;

• большая часть жидких фракций остается в дренируемых зонах пласта и создает сопротивление потоку газа;

• однократные обработки ультразвукового воздействия дают короткий эффект.

Вследствие того, что опыта перманентного акустического воздействия в газоконденсатных и нефтяных скважинах нет, рассмотрим опыт применения однократного применения.

В работе [4] приводятся результаты промысловых экспериментов применения акустического воздействия на нефтегазоконденсатных месторождениях Тимано-Печорской провинции.

В сентябре 2015 года были проведены испытания технологии звукового воздействия с частотой 20-35 кГц на скважинах Вуктыльского нефтегазоконденсатного месторождения, с целью повышения продуктивности малодебитных газоконденсатных скважин с низкой пластовой энергией. Результаты эффективности применения звукового воздействия представлены в таблице 1 и на рисунке 5.

Из таблицы 1 видно, что после применения звукового воздействия наблюдается положительный эффект в плане повышения подвижности по газу и конденсату. Причем прирост дебита конденсата больше, чем дебит газа. Это говорит о том, что конденсат находился в жидком агрегатном состоянии в призабойной зоне скважины.

Рисунок 5. Скважина №177 Вуктыльского месторождения [5]

Пути инициации применения технологии звукового воздействия на пласт с целью повышения конденсатоотдачи

Основной идеей повышения конденсатоотдачи является организация непрерывного акустического воздействия с закачкой азота на призабойную зону скважины. Необходимо провести промысловые испытания звукового воздействия на постоянной основе в трех диапазонах частот (рис. 6):

Рисунок 6. Схема непрерывного звукового воздействия (составлено авторами)

• Низкочастотное (до 20 Гц).

• Среднечастотное (20 Гц - 20 кГц).

• Высокочастотное (20 кГц - 1 ГГц) (рис. 7).

Рисунок 7. Частота колебаний звуковых волн (составлено авторами)

Питающий электрогенератор должен быть снабжен автоматикой и программным обеспечением для подбора средних частот и амплитуды, и периодичности воздействия исходя из максимизации дебита.

Для внедрения предлагаемой концепции необходимо:

• провести лабораторные исследования влияния звука на структуру газожидкостных смесей при разных значениях давления и температуры для оценки требуемой мощности излучения и создаваемого дополнительного давления;

• НИОКР по адаптации скважинных генераторов: прототипы ГУ.ОЗ ЦНИИ «Морфизприбор» г. Петербург или ГАК-10000 ООО «ЗВЭК ПРОГРЕСС» г. Ухта под условия постоянной работы с автоматическим регулированием диапазона частот и амплитуды;

• техническая проработка пропуска излучателя, необходимости пакера, глубины спуска генераторов и других параметров подвеса;

• опытно-промысловые испытания акустических излучателей на газоконденсатных скважинах в режиме постоянной или периодической работы (перманентное воздействие).

Общие выводы

• повышении фазовых подвижностей жидких фракций за счет измельчения частиц газо-жидкостной смеси и удаления эффекта гидрозатвора;

• акустические колебания в пористых средах вызывают «всасывающее» действие капилляров: жидкость, вошедшая в капилляр, будет выталкиваться при сжатии только в одну сторону;

• повышении фазовой проницаемости газа за счет увеличения просвета поровых каналов;

• повышении давления и температуры на забое за счет виброзвукового давления;

• повышении подвижности конденсата за счет снижения вязкости.

Литература

1. Горбачев Ю.И. Акустическое воздействие и повышение рентабельности разработки нефтяных месторождений // НТВ «Каротажник». Тверь: ГЕРС. 1999. Вып. 60. С. 55-67.

2. Неретин В.Д., Петросян Л.Г., Юдин В.А. Физические предпосылки использования управляемых воздействий при геофизических исследованиях скважин // Региональная, разведочная и промысловая геофизика. Обзор. - М: ВИЭМС, 1979. 56 с.

3. Флинн Г. Физика акустической кавитации в жидкостях // Физическая акустика / Под ред. У. Мезона. М.: Мир, 1967. - Т. 1, Ч. Б. С. 7-138.

4. Умняев В.Г., Зыков В.А. Опыт использования технологии акустической интенсификации притока в скважинах нефтегазоконденсатных месторождений Т1111 // Материалы 35-й сессии Международного семинара имени Д.Г. Успенского. Ухта: УГТУ. 2008. С. 311-314.

5. Умняев В.Т., Скобелев А.В., Зимин Г.П., Зыков В.А. Результаты акустического воздействия на пласты нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений Тимано-Печорской нефтгазоносной провинции // НТВ «Каротажник». Тверь: ГЕРС. 2009. Вып. 1(178). С. 60-72.

6. Неретин В.Д., Петросян Л.Г., Юдин В.А. Физические предпосылки использования управляемых воздействий при геофизических исследованиях скважин // Региональная, разведочная и промысловая геофизика. Обзор. - М: ВИЭМС, 1979. 56 с.

7. Крутим В.Н. Механизм акустической интенсификации притоков нефти из продуктивных пластов // НТВ «Каротажник». Тверь: ГЕРС. 1998. Вып. 42. с. 46-53.

8. Горбачев Ю.И., Никитин А.А., Воронин Д.В., Орентлихерман Э.И. Акустические технологии повышения нефтеотдачи коллекторов // Техноэкогеофизика - новые технологии извлечения минерально-сырьевых ресурсов в XXI веке / Материалы I Всероссийской геофизической конференции-ярмарки. Ухта: УГТУ, 2002. с. 49-56.

9. Горбачев Ю.И., Иванова Н.И., Никитин А.А. и др. Акустические методы повышения нефтеотдачи пластов и интенсификации добычи нефти // Нефтяное хозяйство. №5, 2002. с. 87-91.

10. Горбачев Ю.И. Физико-химические основы ультразвуковой очистки призабойной зоны нефтяных скважин // НТВ «Каротажник». Тверь: ГЕРС. 1999. Вып. 57. с. 48-58.

11. Молчанов А.А., Музылев B.C., Дмитриев Д.Н., Ушкало В.А. Интенсификация работы нефтегазовых скважин методами упругого резонансного воздействия // НТВ «Каротажник». Тверь: ГЕРС. 2000. Вып. 74. С. 31-41.

Размещено на Allbest.Ru