Удосконалення технології інтенсифікації видобутку вуглеводнів шляхом різночастотного імпульсно-хвильового впливу на нафтогазонасичені породи

Abstract

Дисертація присвячена проблемі удосконалення технологій інтенсифікації видобутку вуглеводнів імпульсно-хвильовими методами впливу на нафтогазонасичені породи. У роботі проведено дослідження механізму розповсюдження акустичних хвиль різних частот в насичених середовищах, характерних для родовищ нафти і газу. Отримано рівняння різночастотної суперпозиції циліндричних пружних хвиль, описано явище утворення різнецевої низькочастотної хвилі биття та проведено оцінку їх впливу на продуктивний пласт в залежності від частот та віддалі між випромінювачами. Експериментально підтверджено утворення низькочастотної хвилі внаслідок взаємодії високочастотних хвиль діапазону 50 Гц - 20 кГц з різницею в частоті до 5% в умовах насипної насиченої моделі пласта. Досліджено характер зміни меніску на межі поділу двох фаз внаслідок дії пружних коливань, проведено теоретичну оцінку їх впливу на динамічну зміну капілярного тиску. Встановлено, що вплив пружними коливаннями інтенсивністю 0,01 Вт/см2 під час фільтрації нафтоводяної суміші в насипній моделі пласта призводить до збільшення фазової проникності для нафти в’язкістю 50 мПа•с на 25 %, а після повного обводнення продукції, дія такими коливаннями призводить до додаткового вилучення залишкової нафти на 5-11%. Теоретичними та експериментальними дослідженнями встановлено, що періодичне збільшення та зменшення тиску в пласті, яке виникає внаслідок впливу пружними коливаннями, призводить до додаткового розгазування нафти, в тому числі за умови повного виділення газу при поточному пластовому тиску. Встановлено, що вплив пружними коливаннями на процес руху рідини в капілярі призводить до збільшення швидкості руху, що дає підстави припускати аналогічний ефект в пористому середовищі. Розроблено технології різночастотного імпульсно-хвильового впливу на нафтогазонасичені породи з використанням пристроїв з декількома випромінювачами, в тому числі різночастотними, які дозволять диференційовано обробляти ближню та віддалену зони пласта, досягаючи при цьому додаткового розгазування та збільшення фазової проникності для нафти в умовах обводнення пласта. Промислові випробування розроблених технологій підтвердили їх ефективність та перспективність широкого впровадження в нафтогазовидобувних свердловинах.

Диссертация посвящена проблеме усовершенствования технологии интенсификации добычи углеводородов импульсно-волновыми методами воздействия на нефтегазонасыщенные породы. В работе проведено исследование механизма распространения акустических волн различных частот в насыщенных средах, характерных для месторождений нефти и газа. Получено уравнение разночастотной суперпозиции цилиндрических упругих волн, описано явление образования разностной низкочастотной волны биения и проведена оценка их влияния на продуктивный пласт в зависимости от частот и расстояния между излучателями. Экспериментально подтверждено образование низкочастотной волны вследствие взаимодействия высокочастотных волн диапазона 50 Гц - 20 кГц с разницей в частоте до 5% в условиях насыпной насыщенной модели пласта. Акустические сигналы получали одновременно двумя способами с помощью геофона и сейсмодатчика типа СВ 5 по двухканальной линии и регистрировали на персональном компьютере программой SpectraPLUS. Проведена оценка градиента давления при волновом воздействии, который возникает в призабойной зоне пласта в процессе фильтрации флюида. Нефти многих месторождений характеризуются повышенным содержанием высокомолекулярных парафиновых углеводородов, которые с изменением термобарических условий кристаллизируются в твердую фазу, в результате чего образуются сложные коллоидно-дисперсные системы, которые приобретают вязкопластические свойства. Установлено, что одновременное действие гидродинамического градиента давления и акустического градиента давления, приводит к преодолению предельного напряжения сдвига коллоидно-дисперсных систем, причём, при длительном волновом воздействии частично разрушается их структура и снижается предельное напряжение сдвига. Исследовано характер изменения мениска на границе двух фаз вследствие воздействия упругих колебаний, проведено теоретическую оценку их влияния на динамическое изменение капиллярного давления. Установлено, что влияние упругими колебаниями интенсивностью 0,01 Вт/см2 при фильтрации нефтеводяной смеси в насыпной модели пласта приводит к увеличению фазовой проницаемости для нефти вязкостью 50 мПа•с на 25 %, а после полного обводнения продукции, действие такими колебаниями приводит к дополнительному извлечению остаточной нефти на 5-11%. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что периодическое увеличение и уменьшение давления в пласте, которое возникает вследствие воздействия упругими колебаниями, приводит к дополнительному разгазированию нефти, в том числе при условии полного выделения газа при текущем пластовом давлении. Установлено, что влияние упругими колебаниями на процесс движения жидкости в капилляре приводит к увеличению скорости движения, что даёт основания предполагать аналогичный эффект в пористой среде. Получено зависимости между расходом жидкости через капилляр диаметром 4 мм и частотой упругих колебаний диапазона 22-45 Гц на стенки капилляра для воды и водных растворов КМЦ с вязкостью от 1 до 10 мПа•с. Разработаны технологии разночастотного импульсно-волнового воздействия на нефтегазонасыщенные породы с использованием устройств с несколькими излучателями, в том числе разночастотными, которые позволят дифференцированно обрабатывать ближнюю и отдаленную зоны пласта, достигая при этом дополнительного разгазирования и увеличение фазовой проницаемости для нефти в условиях обводнения пласта. Промышленные испытания разработанных технологий подтвердили их эффективность и перспективность широкого внедрения в нефтегазодобывающих скважинах.

The thesis is devoted to the problem of improvement enhanced hydrocarbons recovery technology using the pulse-wave treatments in the oil and gas saturated rocks. Evaluation study of the different frequencies acoustic waves propagation mechanism in saturated environments typical for oil and gas was presented in the paper. The equation of different frequency interference of cylindrical elastic waves in the reservoir and an assessment of their impact was obtained. The phenomenon of the difference low-frequency waves beating formation and assessed their impact on the productive layer, depending on the frequency and distance between the emitters, was described. The formation of low-frequency waves by the interaction of high-frequency waves in the range of 50 Hz - 20 kHz with a difference in the frequency of 5% in sand packed saturated model was experimentally confirmed. The variation of the meniscus on the two phase border due to the impact of elastic vibrations was investigated. Was determined the effect of elastic vibration treatment with intensity 0.01 W/cm2 at filtering oil-and-water mixture in the sand packed model leads to increasing oil relative permeability at 25% for oil with viscosity of 50 mPa•s, and in case of full watering leads to additional remaining oil recovery at 5-11%. Theoretical and experimental evaluations shows that as a result of elastic vibration treatment the effect of repetitive pressure increasing and decreasing leads to the additional oil degasification, including completely degassing at the current reservoir pressure. Effect of the elastic vibration treatment to the fluid flow process in the capillary leads to the velocity increasing was experimentally founded. It allows suggesting that similar effects take place in porous media. The different frequencies pulse wave treatment technology on oil and gas saturated rocks using devices with several emitters, including different frequencies emitters, that will differentially handle near and remote well bore zone, which allows achieving additional degasification and oii relative permeability increasing in case of watering. Industrial tests of the developed technologies proved their effectiveness and promising wide introduction into the oil and gas wells.