Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка комплексных многофакторных волновых технологий интенсификации процессов добычи нефти и газа

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Разработка комплексных многофакторных волновых технологий интенсификации процессов добычи нефти и газа"

УДК 622.276.6

005554520

На правах рукописи

КОМЛЕВА ЕКАТЕРИНА ВЛАДИМИРОВНА

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ МНОГОФАКТОРНЫХ ВОЛНОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных

и газовых месторождений

6 НОЯ 2014

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2014

005554520

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа» (ООО «ВолгоУралНИПИгаз»),

- Кузнецов Роман Юрьевич,

доктор технических наук

- Абызбаев Ибрагим Измагилович,

доктор технических наук, Уфимский государственный нефтяной технический университет, профессор кафедры разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений

- Дубииский Геннадий Семенович,

кандидат технических наук, ГАНУ «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов РБ», ведущий научный сотрудник

Ведущая организация - Научный центр нелинейной волновой

механики и технологии Российской академии наук (НЦ НВМТ РАН)

Защита диссертации состоится 20 ноября 2014 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУЛ «ИПТЭР») по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов» www.ipter.ru.

Автореферат разослан 20 октября 2014 года.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

-Худякова Лариса Петровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Актуальность диссертационной работы определяется широким кругом задач в условиях, характерных для мировой практики нефтегазодобычи сегодня, - перехода большинства месторождений в заключительную стадию разработки.

С целью обеспечения стабилизации добычи углеводородов (УВ) на первое место выходит задача доизвлечения углеводородов из застойных, тупиковых, законсервированных зон, а также огромный интерес представляет добыча нефти и газа из нетрадиционных источников - метаноугольных и сланцевых резервуаров.

В связи с этим в данной работе был поставлен вопрос разработки инновационных комплексных многофакторных волновых технологий, которые бы наряду с воздействием на призабойную зону скважины (ПЗС) осуществляли интенсификацию притока в удаленных зонах пласта, содержащих блокированные зоны, области защемленных запасов, как для нефтяных и газоконден-сатных, так и для метаноугольных и сланцевых месторождений. Такая задача не могла быть решена путем адаптации уже известных технологий и потребовала принципиально новых подходов. Они были реализованы в диссертации путем разработки технологий объемного волнового воздействия (ОВВ) на истощенные, обводненные, неоднородные и тонкослоистые коллекторы.

Кроме того, применение разработанных в диссертации волновых технологий интенсификации продуктивных пластов, ревизия и вторичное вовлечение в разработку законсервированных месторождений, а также «пропущенных» пластов из-за несовершенства существующих методов устранения влияния маскирующих пласт кольматантов являются одними из возможных путей повышения эффективности работ и снижения фактора их затратности.

Цель работы - увеличение углеводородоотдачи пластов месторождений нефти и газа в условиях падающей добычи путем разработки комплексных многофакторных волновых технологий объёмного воздействия на продуктивные объекты.

Основные задачи работы:

- анализ современных российских и зарубежных методов и технологий увеличения углеводородоотдачи продуктивных пластов месторождений нефти и газа;

- теоретическое обоснование и анализ волновых явлений в значительных объемах геосреды, включающей продуктивный пласт в целом, в сово-

купности с анализом волновых процессов, происходящих в его призабойной зоне;

- научно-техническое обоснование технологии фокусированного низкочастотного объёмного волнового воздействия на продуктивные пласты;

- теоретическое и экспериментальное обоснование, разработка комплексных многофакторных волновых технологий интенсификации процессов добычи нефти и газа, включающих технологии объемного волнового воздействия и традиционные технологии гидроразрыва пласта (ГРП), применение ОВВ при освоении и креплении скважин, при газлифтной эксплуатации нефтяных оторочек;

- разработка научно обоснованных принципов организации системы ОВВ на газоконденсатные пласты, а также применительно к метаноугольным и сланцевым месторождениям;

- апробация объемных волновых технологий как при прямом воздействии на метаноугольные и газоконденсатные пласты, так и в комплексе с ГРП с целью получения практических результатов для обоснования эффективности данных разработок.

Методы решения поставленных задач

В основу теоретических исследований были положены методы теории поля, теории упругости и теории случайных функций, в частности корреляционной и спектральной теории, теории вероятностей, методы прикладной теории упругих волн и колебаний, теории фильтрации в пористых средах.

Моделирование и расчеты волновых явлений в геодинамических системах, а также анализ взаимодействия последних с волновыми полями в объёме продуктивных пластов проведены с использованием методов цифровой и компьютерной техники в стандартных математических системах.

Научная новизна:

1.Дано научное обоснование и разработаны принципы фокусированного низкочастотного объёмного волнового воздействия на продуктивные пласты;

2. Разработаны комплексные многофакторные волновые технологии интенсификации процессов добычи нефти и газа, включающие технологии объемного волнового воздействия и традиционные технологии ГРП, применение ОВВ при освоении и креплении скважин, при газлифтной эксплуатации нефтяных оторочек;

3. Дано научно-техническое обоснование технологии ОВВ при газлифтной эксплуатации нефтяных оторочек.

4. Разработаны научно обоснованные принципы организации системы объёмного волнового воздействия на газоконденсатные пласты, а также применительно к метаноугольным и глинисто-сланцевым месторождениям.

На защиту выносятся:

1. Теоретическое обоснование и интерференционная пространственная модель объемного волнового возбуждения упругих слоистых и насыщенных пористых сред;

2. Научное и технико-технологическое обоснование комплексных многофакторных волновых технологий, включающих разработанную технологию объёмного волнового воздействия на пласт и традиционные технологии гидроразрыва пласта, освоения и крепления скважин;

3. Методы энергетического анализа процессов динамических взаимодействий при волновом возбуждении неоднородных продуктивных пластов на примере обобщенной модели оценки баланса упругой энергии в системе «инициирующая скважина - пласт» совместно с газлифтным способом эксплуатации нефтяных оторочек;

4. Научно обоснованные принципы организации системы объёмного волнового воздействия на газоконденсатные пласты, а также применительно к метаноугольным и сланцевым месторождениям.

Практическая значимость результатов работы

Результаты проведенных работ, представленные в диссертации, могут обеспечить технологическую эффективность по следующим направлениям:

- применение технологий объёмного волнового воздействия с целью интенсификации притока нефти и газа и снижения уровня остаточных запасов путем вовлечения в разработку запасов защемленного газа, блокированных, тупиковых зон и целиков (проведены работы по применению ОВВ на газоконденсатных пластах Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (ОНГКМ), ООО «Газпром добыча Оренбург» с увеличением дебита газа на 12,25 % - зона ОПС-3 ОНГКМ, на 35,6 % - зона ОПС-2 ОНГКМ);

- применение объемных волновых технологий в комплексе с газлифт-ной и насосной эксплуатацией с целью интенсификации процессов добычи углеводородов из нефтяных оторочек;

- применение объемного волнового сопровождения традиционных технологий (ГРП и др.) с целью получения синергетического эффекта (получены результаты практического применения технологий ОВВ с увеличением дебита нефти в среднем на 35...37 %);

- применение технологий объёмного волнового воздействия с целью повышения отборов газа из метаноугольных и сланцевых пластов (показано

применение технологий ОВВ на метаноугольные пласты с результатом увеличения притока газа на 20 % на Таллинском метаноугольном месторождении ООО «Газпром добыча Кузнецк»),

Основные результаты выполненных работ получены на месторождениях ОАО «Роснефть», ОАО «Оренбургнефть», ООО «Газпром добыча Оренбург», ООО «Газпром добыча Кузнецк».

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты работы докладывались на международных и российских научно-практических конференциях и симпозиумах, в том числе на научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2012 г.); Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием) «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры» (г. Оренбург, 2013 г.); международной научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» (г. Уфа, 2013 г.).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 научных трудах, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 92 наименования, и 2 приложений. Работа изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 12 таблиц, 26 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе представлен анализ существующих теоретических разработок, способов и результатов практической реализации существующих технологий интенсификации продуктивных пластов, среди которых особое место отведено волновым методам воздействия на пласт.

Опыт мировой нефтяной и газовой промышленности показывает, что в процессе разработки и эксплуатации месторождений продуктивность скважин снижается во времени за счет целого ряда факторов: проникновения в породу коллектора инфильтрата бурового раствора, приводящего к кольма-тации призабойной зоны; снижения фазовой проницаемости для нефти вследствие обводненности коллектора, выделения свободного газа и т.д.; нарушения термодинамического равновесия системы «скважина - пласт»; образования водонефтяных эмульсий, ухудшающих проницаемость коллектора; возрастания роли капиллярных сил и электрокинетических эффектов (образования двойных электрических слоев) и т.д. При этом фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) призабойной зоны скважины и удаленной зоны продуктивного пласта (более 100 м) значительно отличаются по сравнению с естественным состоянием пласта, не вскрытого скважиной. В связи с этим следует рассматривать отдельно способы восстановления ФЕС призабойной зоны и поддержания гидродинамических режимов работы дальних зон пласта.

Различные аспекты этой проблемы решались в течение продолжительного времени российскими и зарубежными учеными. В частности, изучению сложного напряженно-деформированного состояния (НДС) призабойной зоны пласта (ПЗП) посвящены работы А.Х. Мирзаджанзаде, К.С. Басниева, Ю.П. Желтова, В.Н. Николаевского, К. Терцаги, С. Пирсона, P.C. Яремийчу-ка, I.C. Maxvell, S.A. Murill, W.W. Rubey и др. Исследованию фильтрационных и термических свойств ПЗП, изучению кольматационных процессов в продуктивных пластах посвящены работы Ю.В Вадецкого, Г.Г. Вахитова, Ю.П. Желтова, С.И. Иванова, А.Х. Мирзаджанзаде, M.JI. Сургучева и др. Вопросы заканчивания скважин, первичного и вторичного вскрытия пластов и освоения скважин, имеющие важнейшее значение для их эффективной эксплуатации, рассматривались Р.Ю. Кузнецовым, Ю.С. Кузнецовым, Ю.А. Ко-лодяжным, И.Н. Мельниковым, Ю.А. Миклиным, Е.Б. Соловкиным.

В результате этих исследований разработано значительное число методов интенсификации притока. Среди них большое значение имеют волновые технологии, которым посвящены труды В.Е. Андреева, Р.Ф. Ганиева, А.Г. Гумерова, В.П. Дыбленко, Ю.Ф. Жуйкова, С.И. Иванова, Ю.С. Кузнецова, Р.Ю. Кузнецова, O.JI. Кузнецова, Ю.А. Котенева, Р.Я. Кучумова, И.Т. Мищенко, Г.В. Рогоцкого, Э.М. Симкина, JI.E. Украинского, И.С. Фай-зуллина и др. На решение задач волнового возбуждения пласта направлены сегодня усилия ведущих мировых компаний, прежде всего Шлюмберже, Ха-либёртон, Бейкер Хьюз и др. Исследования по обоснованию и созданию волновых методов проводятся в Научном центре нелинейной волновой механики

и технологии РАН, Институте проблем нефти и газа РАН, ГНЦ РФ ВНИИгео-систем и др. Работы по перспективным направлениям в области интенсификации процессов добычи углеводородов проводятся во ВНИИнефть, Институте проблем транспорта энергоресурсов (ИПТЭР), ГАНУ «Институт нефтегазовых технологий и новых материалов Республики Башкортостан», в ООО «ВолгоУралНИПИгаз», ТатНИПИнефть и др.

Подавляющее большинство методов интенсификации притока связано с воздействием на ПЗП с целью восстановления ее фильтрационных характеристик. Среди акустических методов обработки призабойной зоны (ОПЗ) наиболее эффективны ультразвуковые методы, вызывающие эффекты кавитации и разогрева пластового флюида. Однако, зона проявления этих эффектов - первые сантиметры от стенок скважины, что связано с интенсивным затуханием высокочастотных волн в породе.

Часто применяемый гидроразрыв пласта относится к «разрушающим» технологиям, создающим необратимые изменения механического состояния (структуры) пласта. К этой группе относятся также электромагнитные методы. Аналогичное воздействие на ПЗП оказывают импульсно-ударные методы, основанные на использовании ударной волны, создающейся за счет энергии взрыва специальных зарядов, а также методы разрыва пласта с применением пороховых генераторов давления.

Принципиальной особенностью волновых методов является возможность дистанционного неразрушающего упругого многократно повторяемого воздействия на объекты разработки как с поверхности земли, так и в скважине.

Технология воздействия с поверхности имеет существенные ограничения из-за недостаточной мощности, передаваемой в пласт при волновом воздействии, вследствие значительного поглощения энергии в перекрывающих породах на пути «поверхность земли - продуктивный пласт».

Все остальные, весьма многочисленные, методы интенсификации продуктивных пластов с помощью волновых технологий тем или иным образом связаны с работами в скважинах. Среди этих методов могут быть выделены методы гидравлического и пневматического импульсно-ударного воздействий. При этом импульсы давления, передающиеся в ПЗП, возбуждаются в столбе промывочной жидкости с устья скважины специальными генераторами.

Методы второй группы связаны с непосредственным воздействием на ПЗП с использованием скважинных источников. В эту группу входят виброволновые методы, использующие гидродинамический напор закачиваемых с поверхности воды или раствора, а также акустические методы, свя-

занные с воздействием высокочастотными упругими колебаниями, формируемыми непосредственно в ПЗП с помощью магнитострикционных преобразователей.

В результате проведенного анализа установлено, что большинство методов интенсификации продуктивных пластов применяется при разработке нефтяных месторождений. Значительно меньше разработок выполнено для газовых месторождений, единичные работы - для нефтяных оторочек НГКМ при полном отсутствии инициирующих технологий для нетрадиционных ме-таноугольных и сланцевых месторождений.

Во второй главе рассматриваются вопросы теоретического и технико-технологического обоснования технологий возбуждения продуктивных пластов, основанных на реализации принципов совмещенного объёмного (в целом на пласт) и локального (на призабойную зону пласта) волновых воздействий. Установлена необходимость рассмотрения волновых явлений в значительных объёмах геосреды, включающей продуктивный пласт и волновые процессы в его призабойной зоне.

На работу пласта существенное влияние оказывает истощение его упругой энергии, что приводит к падению дебита в целом на участке и блоках месторождения. Установлено, что для восстановления упругой энергии следует осуществлять воздействие на значительную площадь пласта.

В то же время, в процессе исследований, выполненных в середине XX века, была отмечена тесная корреляция между землетрясениями и уровнем добычи нефти, воды, а также содержанием радона в подземных водах нефтегазовых регионов, что доказывает очевидную связь между выбросами упругой сейсмической энергии при землетрясениях и режимами работы пластов.

Эти факты дают основание предположить возможность возникновения аналогичных откликов геологической среды и техногенных воздействий.

Разрабатываемые в данной диссертации технологии объемного волнового воздействия входят в число немногочисленных технологий, обеспечивающих проявление площадного эффекта.

В данных разработках применены методы, использующие аномально инициированные эффекты дистанционного волнового воздействия в целом на отдельные блоки (участки) пласта. Особенностью технологии ОВВ является возможность ее интегрирования в состав комплексных многофакторных технологий.

Принципы объёмного волнового воздействия предопределяют применение методов обобщенного анализа волновых полей, возбуждаемых в нижнем полупространстве, на основе классической теории поля.

Совместный анализ волновых и геотехнологических полей может быть существенно расширен за счет использования более широкого класса упругих волн: рассеянных, каналовых, стоячих и инфразвуковых, не использованных до настоящего времени при мониторинге процессов разработки месторождений. Это требует специального обоснования методов площадного волнового воздействия на значительные по размеру участки (блоки) продуктивных пластов.

Разработка методов анализа волновых полей с использованием математического аппарата детерминированных и случайных функций, описывающих стохастические процессы, должна привести к существенному улучшению качества такого анализа.

Во всех случаях анализ должен быть основан на исследовании энергетических характеристик волнового поля, к числу которых относятся поток энергии через поверхность геологических тел (объектов) на основе теории Умова-Пойнтинга; работа, совершаемая в силовом поле по контуру объекта разработки на основе циркуляции поля, а также дивергентная и вихревая характеристики поля, получаемые, в частности, на основе формул Остроградского и Стокса.

Наличие слоев с волноводными характеристиками в геосреде месторождений приводит к необходимости исследования интерференционных полей, образованных различными типами волн. Характер интерференции этих полей чрезвычайно важен с целью контроля процесса разработки.

В этой главе рассмотрены также особенности волновой динамики при возбуждении высокорасчлененных слоистых коллекторов, сформулированы условия и предложены направления разработки способов увеличения углево-дородоотдачи за счет создания и фокусировки в пласте энергетически неоднородных интерференционных полей стоячих, головных, релеевских и других типов упругих волн.

Технологическая схема проведения объемного волнового воздействия на пласт представлена на рисунке 1.

1 - продуктивный пласт; 2 - скважина; 3 - волновой источник; 4 - фронт волны; 5 - 1 -ая зона Френеля; 6 - зоны Френеля второго и старших порядков; 7 - область отбора скважины; 8 - направляющий ролик; 9 - каротажный подъемник; 10 - грузоподъемная мачта (например установки А-50 капитального ремонта скважины); 11- геофизический кабель

Рисунок 1 - Схема реализации технологии объемного волнового воздействия на продуктивный пласт

В третьей главе рассматриваются особенности технологий объёмного волнового воздействия при возбуждении и вовлечении в разработку дальних зон пласта, где обычно сосредоточены значительные остаточные запасы углеводородов в тупиковых, блокированных участках и целиках. Естественно, особенности волновой технологии определяются характером продуктивного пласта.

При воздействии упругими колебаниями на нефтенасыщенные обводненные пласты по насыщающей фазе и скелету распространяются две продольные (переупаковки и давления) и одна поперечная (сдвиговая) волны. Волна переупаковки затухает вблизи источника колебаний и, с точки зрения дальнего воздействия на пласт, не представляет интереса. Под действием другой продольной волны - волны давления, которая распространяется на большие расстояния, насыщающие фазы совершают несинфазные колебательные движения, сопровождаемые гидродинамическими микротечениями вокруг адсорбционных оторочек. Поперечная (сдвиговая) волна существенно ослабляет силы межфазного сцепления.

Энергия упругих колебаний частично расходуется также на экзотермический теплообмен между фазами сжатия и растяжения упругой волны, что приводит к разогреву пластовых фаз и уменьшению угла смачиваемости и сил межфазного натяжения.

В силу действия динамического и температурного факторов в процессе волнового воздействия происходит дегазация нефти и воды, и выделившийся газ фильтруется вверх по пласту вместе с диспергированной нефтяной фазой.

Помимо указанных явлений, связанных с флотацией нефтяных капель и их движением в поле упругих колебаний, дегазация нефтяного пласта изменяет относительные фазовые проницаемости для нефти и воды.

Наличие газоконденсатного пласта в качестве объекта для воздействия ставит перед разработчиками и исполнителями целый ряд технических и технологических задач. Дело в том, что подавляющее число методов инициирования продуктивных пластов проводится только в области ВЧ- и СВЧ-колебаний и применяется лишь к ограниченной области ПЗП из-за быстрого затухания волн этого диапазона. Это приводит к тому, что процессы воздействия не захватывают удаленные зоны газоконденсатных пластов.

С учетом изложенного работы по применению ОВВ проводятся в диапазоне низких частот. Наряду с декольматацией ПЗП это обеспечивает сохранение достаточной мощности волнового поля, позволяющей реализовать волновое воздействие в дальней зоне.

Вопросы влияния волнового воздействия на фильтрационные процессы в продуктивном пласте, согласно динамической модели, разрабатываемой в диссертации, рассматриваются на основе двух подходов к анализу этих явлений: интегрального и дифференциального.

При интегральном подходе рассматриваются обобщенные, суммарные эффекты в пласте при его возбуждении упругими волнами, длина которых соизмерима с мощностью пласта или несколько превышает её. При этом технология объёмного волнового воздействия обеспечивает инициирование пласта на больших участках (блоках) месторождения (оптимально - в контуре питания добывающих скважин).

Теоретические основы этой интегральной объёмной волновой технологии предусматривают анализ интерференционных явлений в пласте, возникающих при распространении каналовых волн и образовании стационарных (стоячих) волн.

Дифференциальные технологии волнового воздействия в общем случае связаны с возбуждением ограниченной области ПЗП волнами высокочастот-

ной части спектра, создающими нелинейные эффекты кавитации, теплового разогрева и др.

Наличие в разрезе газовых залежей горных пород с начальным градиентом давления, т.е. газонасыщенных пород с высоким содержанием воды, удерживаемой за счет капиллярных сил и образующей водно-пузырьковые барьеры, изменяет механизм фильтрации, которая осуществляется при градиенте давления, превышающем пороговое значение.

При перепаде давления, равном предельному (начальному), части водных барьеров, представленных рыхлосвязанной водой, деформируются и открывают часть поровых каналов для фильтрации. Деформация водных барьеров может осуществляться за счет упругих волн, изменяющих периодически капиллярные силы вследствие упругости защемленных в порах пузырьков газа. Таким образом, начальный градиент давления определяется степенью деформации пузырьков газа при волновом воздействии.

Тонкослоистость и неоднородность пластов открывают новые возможности для применения объёмной волновой технологии, связанные с наличием пород с начальным градиентом давления в тонкослоистом разрезе газовых залежей.

Если пласт с начальным градиентом контактирует с разрабатываемым пластом без начального градиента, то импульсы давления, создающиеся на фронте возбуждаемых волн, способствуют преодолению предельного градиента, усиливают и многократно ускоряют процесс просачивания газа через границу градиентного и стационарного пластов, при этом существенно расширяется зона дренирования.

Сложность геологического строения и особенности гидродинамических процессов, сопровождающих эксплуатацию нефтегазоконденсатных месторождений, предопределяют разработку интегрированных интерференционных систем волнового возбуждения продуктивных пластов.

Работа волнового источника в условиях неоднородных гетерогенных слоистых трещиноватых сред сопровождается образованием и суперпозицией в этих средах волновых полей различного происхождения. В частности, практический интерес представляют случаи резонансного дифракционного воздействия при сопоставимых размерах трещины и длины волны. Этот тип волнового поля характеризуется значительным рассеянием энергии упругих волн. В частности, при изучении динамики открытых трещин, образованных ГРП, установлено, что даже при малой ширине трещин они сильно влияют на дисперсию продольных волн.

В связи с этим расчет параметров системы волнового воздействия должен предусматривать фокусирование упругой энергии в пределах таких зон. Элементы дифракционной волновой картины, показанной на рисунке 2, представляют собой зоны Френеля, имеющие ширину, равную половине длины волны.

а)

1 - первая зона Френеля; 2, 3 - последующие зоны Френеля; 4 - поверхность волны

Рисунок 2 - Лучевая (а) и дифракционная (б) схемы ОВВ

Максимальная энергия возбуждаемого волнового поля сосредоточена в 1-ой зоне Френеля:

R = (А ■ Н )0,5, (1)

где R - радиус 1-ой зоны Френеля; X - длина волны; Н - расстояние до поверхности дифракции.

Падающая при волновом воздействии на такую неоднородность упругая волна порождает вынужденные колебания, которые сопровождаются образованием в пласте рассеянной волны.

Энергия рассеянной в пласте волны наряду с нормальными модами поля является важным составным элементом общей мощности волнового воздействия на пласт.

Энергетические оценки волнового поля Е могут быть произведены на основании частотно-временного анализа:

Е= £ f\t)dt... = [mf(t-T)dt= J>(a>)|2, (2)

где /(t) - временной процесс; S(rn) - частотный спектр; t, т - временные параметры.

Из рассмотрения волновых явлений, возникающих при объёмном возбуждении углеводородных пластов, следует, что при расчете параметров последнего: площади охвата воздействием, его интенсивности и суммарной мощности на единицу объёма пласта при работе по технологии с накапливанием воздействий - необходимо использовать расчеты по методу Френеля.

В четвертой главе дано теоретическое и экспериментальное обоснование комплексных многофакторных волновых технологий возбуждения продуктивных пластов с целью увеличения их углеводородоотдачи (волновых технологий объемного воздействия в комплексе с ГРП, СКО и др. в процессе заканчивания скважин, объемного волнового сопровождения оптимизации газлифта), приведены практические результаты их применения.

В параграфе 4.1 дано экспериментальное обоснование и получены впервые в практике нефтегазодобычи практические результаты применения технологий ОВВ на газоконденсатные пласты. Эффективность объемного волнового воздействия можно оценить по группе близко расположенных друг к другу скважин, так как оно характеризуется выполнением работ в объеме на пласт. С целью определения эффективности проведения вышеперечисленных операций произведены замеры дебитов скважин до и после волнового воздействия. Результаты исследований до и после проведения волнового воздействия по зоне скважины № 3032 ОПС-3 Оренбургского НГКМ приведены на рисунке 3.

О газа до ОВВ

прирост О газа ■ О газа после

ОВВ

№ 3007

Скважины

№3016

Рисунок 3 - Результаты исследований до и после проведения волнового воздействия по зоне скважины № 3032

В параграфе 4.2 рассматривается технология волнового сопровождения

ГРП.

Особенность технологии волнового сопровождения ГРП состоит в том, что воздействие осуществляется как на вновь образованные при ГРП зоны техногенной трещиноватости, так и на уже существовавшую (до ГРП) систему трещиновато ста коллектора. Развивающийся при ОВВ циклический волновой процесс обеспечивает динамическое взаимодействие и перераспределение систем трещиноватости, увеличение её протяженности и раскрытости.

В отличие от известных предлагаемая технология объёмного волнового воздействия в комплексе с ГРП предусматривает волновое воздействие на весь объём пласта, включающий также и область гидроразрыва, что обеспечивает энергетически оптимальное его возбуждение. Схема технологии объемного волнового воздействия в комплексе с ГРП представлена на рисунке 4.

Условные обозначения: | | пласт

[ ] I -ая зона Френеля

- - — ГРП

Рисунок 4 - Схема технологии объемного волнового воздействия в комплексе с ГРП

Промысловые испытания разработанной технологии осуществлялись как на нагнетательных скважинах с целью увеличения их приемистости, так и на добывающих скважинах с целью повышения производительности последних. В обоих случаях получен положительный эффект, выражающийся в увеличении приемистости до 30 % и притоков углеводородов до 25...30 %, а в одном случае - до 52 %.

По результатам работ предлагается дальнейшее внедрение технологии объёмного волнового воздействия. Основное направление - восстановление потенциальных добывных возможностей скважин после ГРП, проведенного в различные периоды времени.

В параграфе 4.3 диссертации рассматривается комплексная технология оптимизации газлифта.

При эксплуатации месторождений, находящихся в заключительной стадии разработки в условиях падающей добычи нефти и газа, наиболее важным является вопрос поддержания пластового давления и восстановления упругой энергии пласта или создания условий для обеспечения добычи углеводородов при периодически снижающемся пластовом давлении.

Актуальность этой задачи вытекает, в частности, из рассмотрения вопросов разработки нефтяной оторочки НГКМ.

Добыча нефти на Ассельской газонефтяной залежи ОНГКМ осуществляется с применением высоконапорного газлифта и использованием в качестве рабочего агента сернистого газа от скважин-доноров. Скважины работают в режиме периодического газлифта. Такой режим работы газлифта требует возможно более полного выполнения следующих условий:

- сохранения равновесия в системе пластовых жидкостей. Нарушение этого равновесия приводит к ретроградной конденсации и смещению нефтяной оторочки в «сухие пески»;

- непрерывного поддержания оптимального газового фактора.

Попытка выполнения этих требований осуществлена в диссертации на

основе совмещения принципов объёмного волнового воздействия и газлифт-ного способа. При этом совмещаются энергия подъёма жидкости газлифтом и энергия расширяющегося газа, дополнительно поступающего в скважину из пласта при проведении ОВВ. В последнем случае попутно решаются также две другие задачи: увеличение притока жидкости и снижение объёма закачиваемого агента при газлифте.

Гидродинамическое равновесие в системе «скважина - пласт» может быть достигнуто как при снижении объёмов закачиваемого агента, так и при повышении притока газонасыщенной пластовой жидкости в скважину.

В процессе волнового воздействия выделившийся из карбонизированной пластовой воды, нефти и породы газ фильтруется вверх по пласту и в зону отбора скважины. В первом случае осуществляются «подпитка» и стабилизация давления газовой шапки, что повышает пластовое давление и эффективность притока. Во втором случае к первичному газовому фактору добавляется выделившийся в пласте при волновом воздействии газ. В этом случае в уравнении расхода нагнетаемого рабочего агента появляется дополнительный член - газовый фактор дегазации q.

Кк.тах = Ктах ~ С - Ц, (3)

где <7 - газовый фактор; Янтах - удельный расход нагнетаемого рабочего агента; /?„„„ - удельный расход газа.

Технологическая схема предлагаемого способа представлена на рисун-

1 - инициирующая скважина; 2 - добывающая скважина;

3 - продуктивный пласт; 4 - волновые фронты; 5 - подъёмная труба;

6 - волновой источник

Рисунок 5 - Схема оптимизации работы газлифта

Согласно технологической схеме одновременно с работой газлифта осуществляют волновое воздействие, по крайней мере, в одной из скважин (нагнетательной, пьезометрической, остановленной на капитальный ремонт) на расстоянии 3...4 км от добывающей газлифтной.

Оптимизация расхода нагнетаемого рабочего агента достигается тем, что в процессе работы газлифта осуществляют объёмное волновое воздействие на продуктивный пласт и постепенно снижают расход газа до момента наступления гидродинамического равновесия между притоком смеси жидкости и поступающего из пласта газа и отбором пластовой жидкости, которое определяется по наступлению устойчивой работы газлифта.

В параграфе 4.4 рассматриваются вопросы применения технологий объёмного волнового воздействия при заканчивании скважин. Актуальность этих работ связана с изменением структуры запасов углеводородного сырья.

Вместо истощающихся месторождений с первоначально высокодебит-ными скважинами и высокопроницаемыми мощными коллекторами разра-

ке 5.

4

--3

ботчики вынуждены вводить в эксплуатацию месторождения с маломощными пластами и с невысокими ФЕС, а также законсервированные пласты со сложными условиями разработки. Кроме того, выявляются сложнопостроен-ные зоны повторного насыщения после многих лет эксплуатации. В этих условиях резко возрастают требования к качеству бурения, в частности к работам по заканчиванию, опробованию и освоению скважин. Уровень этих работ должен обеспечить минимизацию риска пропусков слабовыраженных продуктивных пластов, выявление и дифференциацию продуктивных толщ, «замаскированных» при их вскрытии кольматантами.

Применение волновых технологий в этих случаях обосновывается влиянием упругих полей на поровые кольматанты, выраженным в появлении по отношению к загрязнителям страгивающих инерционных сил, пропорциональных колебательному ускорению. В то же время приращение проницаемости коллектора отмечалось также за счет возникновения сдвиговых деформаций, вызываемых поперечной составляющей поля упругих волн. Отмеченные предпосылки априори свидетельствуют о преимуществах применения обсуждаемой в диссертации технологии объёмного волнового воздействия. Эти преимущества реализуются за счет предложенной инновационной схемы «ГИС - ОВВ - ГИС».

Работы по этой схеме осуществляются по принципу «до - после». Сразу же после вскрытия продуктивного пласта проводятся геофизические исследования скважин (ГИС), дающие базовые данные, которые могут быть искажены или замаскированы отмеченными выше факторами. После этого проводится волновое воздействие, уничтожающее или снижающее влияние этих факторов, и снова проводятся ГИС по «чистому» разрезу скважины. Сопоставление каротажных данных «до - после» позволяет более уверенно выделять продуктивные интервалы.

В частности, в результате работ, выполненных по этой технологии на одной из скважин, пробуренной в 1964 году в Оренбургском регионе, повторно выявлены и рекомендованы для испытаний на нефть шесть интервалов с возможной нефтенасыщенностью, ранее интерпретированных как во-донасыщенные.

Широко распространенным методом повышения продуктивности скважин, вскрывших низкопроницаемые карбонатные коллекторы, является обработка ПЗП соляно-кислотным раствором. Такие обработки проводятся уже на стадии освоения скважин и повторяются в процессе их эксплуатации. В ряде случаев недостаток соляно-кислотной обработки (СКО) связан с малой глубиной проникновения реагентного раствора в пласт. Существующие

методы инициирования процесса СКО, основанные на волновом воздействии на ПЗП, не устраняют этого недостатка из-за низкого энергетического уровня, малой площади охвата волновым воздействием и короткоимпульсного характера воздействия с неэффективным временем контакта раствора и коллектора. Преодоление этих недостатков возможно за счет применения комплексной технологии «СКО - ОВВ». Эффективность такого комплекса основана на значительном объёме охвата пласта воздействием, создании в нём низкочастотного, длиннопериодного процесса образования стоячих волн и относительно медленном перемещении реагентного раствора в порово-трещиноватом коллекторе за счет упругих сил низкочастотного воздействия.

В параграфе 4.5 разработаны научно обоснованные принципы организации системы объёмного волнового воздействия применительно к метано-угольным и сланцевым месторождениям, к которым в настоящее время проявляется огромный интерес. Необходимость специального рассмотрения этого вопроса в диссертации диктовалась тем обстоятельством, что сложное геологическое строение (тонкослоистость и слойчатость продуктивного пласта) и геоакустическая неоднородность коллектора делают малоэффективными практически все способы воздействия на пласт. Именно поэтому в США находит массовое применение высокозатратный и экологически опасный способ интенсификации притока углеводородов - гидроразрыв пласта.

Проведенные исследования показывают, что задача возбуждения сланцевых и метаноугольных пластов может быть в значительной степени решена за счет применения специальной технологии объёмного волнового воздействия, адаптированной к отмеченным выше характеристикам этих месторождений. Отличительной особенностью разработанной технологии ОВВ является то, что продуктивный пласт рассматривается как единая пачка с обобщенными упругодеформационными характеристиками, а цуги и волновые пакеты при теоретическом анализе заменяются модами волнового поля. Предложена схема двухпозиционного объёмного волнового воздействия на пласт (рисунок 6), при которой в продуктивной толще устанавливается сложный интерференционный слабозатухающий волновой процесс, обеспечивающий длительную энергетическую волновую «подпитку» разрабатываемого объекта. Эффективность такой схемы была подтверждена результатами работ на одном из метаноугольных месторождений Кузбасса, где при первом же цикле волнового воздействия существенно (на 20 %) увеличился приток газа.

Рисунок 6 - Схема двухпозиционного объемного волнового воздействия на метаноугольные пласты

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что процесс разработки месторождений, в особенности месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, в условиях падающей добычи, высокой обводненности и потерь пластового давления требует широкого применения специальных технологических приемов для поддержания объемов и стабилизации снижения добычи. Создано значительное количество методов интенсификации продуктивных пластов месторождений нефти и газа. Большинство из них применяется при разработке нефтяных месторождений, единичные работы выполнены для газовых месторождений, нефтяных оторочек НГКМ при полном отсутствии технологий воздействия на пласты нетрадиционных источников углеводородов - метаноугольных и сланцевых месторождений.

2. Дано теоретическое обоснование и выявлены геолого-технологические предпосылки сопровождения волновых технологий. Выявлена необходимость рассмотрения волновых явлений в значительных объёмах геосреды, включающей продуктивный пласт в целом и волновые процессы в его призабойной зоне. Выявлено, что принципы объёмного волнового воздействия, разрабатываемые в диссертации, предопределяют применение методов обобщенного анализа волновых полей, возбуждаемых в нижнем полупространстве, на основе классической теории поля.

3. Впервые разработана технология фокусированного низкочастотного объёмного волнового воздействия на продуктивные пласты, охватывающего значительные участки пласта (в целом до 6 км от точки проведения воздейст-

вия) с целью увеличения углеводородоотдачи и восстановления упругой энергии пласта.

4. Разработаны комплексные многофакторные волновые технологии интенсификации процессов добычи нефти и газа, обеспечивающие при условии сочетания преимуществ каждой технологии достижение синергетическо-го эффекта. Разработана технология объемного волнового воздействия в комплексе с ГРП. Дано теоретическое обоснование объемного волнового сопровождения газлифтной эксплуатации на примере нефтяной оторочки Ас-сельской газонефтяной залежи Оренбургского НГКМ. Разработаны волновые методы оптимизации технологии заканчивания скважин с целью решения проблемы «пропущенных пластов», предотвращения кольматации и улучшения условий притока. Впервые в мировой практике нефтегазодобычи разработаны научно обоснованные принципы организации системы объёмного волнового воздействия на газоконденсатные пласты, а также применительно к «нетипичным промысловым объектам» - метаноугольным и глинисто-сланцевым резервуарам. В частности, предложен инновационный способ объёмного волнового воздействия на метаноугольные пласты.

Для выполнения данных операций при разработке комплексных многофакторных волновых технологий объемного воздействия разработаны конкретные технико-технологические схемы как при прямой инициации пласта, так и в комплексе с ГРП, СКО, при заканчивании скважин на месторождении.

5. Получены практические результаты применения технологий ОВВ как при прямой инициации газоконденсатных и метаноугольных пластов, так и в комплексе с ГРП:

- получены результаты практического применения ОВВ в комплексе с ГРП с увеличением дебита нефти в среднем на 35...37 %;

- впервые в мировой практике добычи газа проведены работы по объемному волновому воздействию на газоконденсатные пласты в Оренбургском регионе на лицензионном участке ООО «Газпром добыча Оренбург», получены результаты применения технологии с увеличением дебита газа на 12,25 % - зона ОПС-3 ОНГКМ, на 35,6 % - зона ОПС-2 ОНГКМ;

- получены результаты практического применения многофакторных волновых технологий объемного воздействия на метаноугольные пласты с увеличением притока газа на 20 % (Таллинское месторождение, Кузбасс, лицензионный участок ООО «Газпром добыча Кузнецк»).

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

Ведущие рецензируемые научные журналы

1. Карамышев, В. Г. Повышение эффективности работы глубинно-насосных установок [Текст] / В. Г. Карамышев, В. А. Антоненко, Е. В. Ком-лева // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. - 2012. - Вып. 2 (88). - С. 11-14.

2. Комлева, Е. В. Методы волновой технологии при мониторинге и сопровождении технологических процессов в нефтегазодобыче [Текст] / Е. В. Комлева, Р. Ю. Кузнецов, Г. В. Рогоцкий // Нефтепромысловое дело. -2013.-№2.-С. 48-50.

3. Комлева, Е. В. Совершенствование эффективности системы разработки газонефтяных оторочек сложного строения на примере Ассельской газонефтяной залежи ОНГКМ [Текст] / Е. В. Комлева, Р. Ю. Кузнецов, Р. Ф. Ямбаев, Б. В. Сперанский // Нефть, газ, бизнес. - 2013. - № 6. -С. 35-37.

4. Комлева, Е. В. Применение технологии волнового сопровождения гидроразрыва пласта [Текст] / Е. В. Комлева, Р. Ю. Кузнецов, Г. В. Рогоцкий // Нефтепромысловое дело. — 2014. - № 2. - С. 29-32.

Патенты

5. Пат. 2503801 Российская Федерация, МПК Е 21 В 43/12. Способ внутрискважинной обработки продукции газлифтных скважин [Текст] / Буй Д. X., Коерн Р. Р., Комлева Е. В.; патентообладатель Государственное унитарное предприятие «Институт проблем транспорта энергоресурсов». -№ 2012112813/03; заявл. 02.04.2012; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1.

Прочие печатные издания

6. Комлева, Е. В. Повышение технологической эффективности и промышленной безопасности разработки нефтегазоконденсатных месторождений [Текст] / Е. В. Комлева // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: матер. Всеросс. научн.-метод. конф. (с международным участием). - Оренбург: ООО ИПК «Университет», 2013. - ТЖЬ: http://conference.osu.ru/ раэз^э /Шез/соп^тАэ/сопИЭ.

7. Буй Дык Хиен. Основные возможные осложнения при эксплуатации газлифтных скважин и борьба с ними [Текст] / Буй Дык Хиен, Е. В. Комлева, В. Г. Карамышев // Нефтегазовые технологии и материалы. - Уфа: ООО «Монография», 2012. - Вып. 1 (6). - С. 374-379.

8. Буй Дык Хиен. Гидродинамический диспергатор для газлифтных скважин [Текст] / Буй Дык Хиен, Е. В. Комлева, Р. Р. Коерн // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер, научн.-практ. конф. 23 мая 2012 г. - Уфа, 2012. -С. 40-41.

9. Карамышев, В. Г. Внутрискважинная обработка продукции газлифтных скважин [Текст] / В. Г. Карамышев, Буй Дык Хиен, Р. Р. Коерн, Е. В. Комлева // Нефтегазовые технологии и материалы. - Уфа: ООО «Монография», 2012. - Вып. 1 (6). - С. 380-382.

10. Комлева, Е. В. Разработка технологии объёмного волнового инициирования нетрадиционных продуктивных объектов [Текст] / Е. В. Комлева, Р. Ю. Кузнецов, Г. В. Рогоцкий // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер, междунар. научн.-практ. конф. 22 мая 2013 г. - Уфа, 2013. - С. 84-85.

11. Комлева, Е. В. Многофакторные волновые технологии инициирования продуктивных пластов нефтегазоконденсатных месторождений [Текст] / Е. В. Комлева, Р. Ю. Кузнецов, Г. В. Рогоцкий // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер, междунар. научн.-практ. конф. 22 мая 2013 г. - Уфа, 2013.-С. 89-90.

12. Костолевский, В. А. О дренажной защите скважин и погружного оборудования [Текст] / В. А. Костолевский, Е. В. Комлева, А. Р. Эпштейн, А. И. Подъяпольский // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа: матер, научн.-практ. конф. 23 мая 2012 г. - Уфа, 2012. - С. 36-39.

Фонд содействия развитию научных исследований. Подписано к печати 17.09.2014 г. Формат 60 х 90 1/16. Усл. печ. л. 1,15. Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 163. Ротапринт ГУЛ «ИПТЭР». 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.