Повышение нефтеотдачи методом воздействия импульсами электрического тока на продуктивный пласт

Михаил Болдырев, Татьяна Лючевская, Олег Гуркин, Андрей Золин, ООО «НПО «Волгахимэкспорт».

Эффект изменения структуры пустотного пространства при пропускании через нее электрического тока был теоретически предсказан и экспериментально подтвержден в середине 70-х годов прошлого столетия. На основе этого эффекта российские специалисты разработали технологии интенсификации добычи полезных ископаемых — воды, нефти и др.

В настоящее время усовершенствованием и внедрением технологии электровоздействия в нефтепромысловую практику занимается ООО «НПО «Волгахимэкспорт» (г. Самара). Результаты опытного воздействия импульсами электрического тока на продуктивные пласты нефтяных месторождений России, Казахстана и Бразилии позволяют говорить о высокой перспективности этой технологии интенсификации добычи нефти.

Исследования показывают, что при пропускании через нефтяной пласт импульсов электрического тока происходит выделение энергии в тонких капиллярах. При этом, в случае, когда количество выделяемой энергии превышает некое пороговое значение, наблюдаются изменения структуры пустотного пространства микронеоднородной среды и пространственных структур фильтрационных потоков.

Так, например, высокая плотность энерговыделения в тонких капиллярах при превышении некоторого порогового значения может вызывать разрушение цементирующего вещества и приводить к перестройке структуры пустотного пространства. В свою очередь структура пустотного пространства оказывает существенное влияние на характер фильтрации в микронеоднородной среде.

При пропускании тока через последовательно соединенные капилляры, радиусы которых r1 и r2, отношение плотностей тока в них пропорционально, а отношение плотностей энерговыделения ≈ (r2/r1)4. Для неоднородных сред, например горных пород, отношение (r2/r1) может составлять величину ≈103 и более, что показывает, насколько может быть велика степень неоднородности плотности энерговыделения в среде. Высокая плотность энерговыделения в тонких капиллярах может приводить к изменению их проводимости. Конкретные механизмы, вызывающие такие изменения, весьма разнообразны: повышение давления в капилляре, возникновение градиентов давления на микроуровне и т.д. [3].

Изменение электропроводности скважины и ее дебита при электрообработке импульсным током начнется при превышении напряжением U порогового значения [3]:

, (1)

где

E'() — величина порога напряженности;

rω — радиус скважины;

Нl — расстояние выноса второго электрода (расстояние между скважинами);

Hω — длина электрода (длина обсадной колонны).

Физические процессы, происходящие в микронеоднородной среде при пропускании через нее импульсов электрического тока, и результаты лабораторных испытаний приведены в [1,2,3]. Описанные в этих источниках исследования позволяют сделать вывод, что в процессе обработки к увеличению нефтеотдачи приводит не один конкретный физический процесс, а целая комбинация механизмов.

В нефтяных скважинах наиболее вероятно происходит разрушение кольматанта и прилегающих слоев горной породы, процесс газовой кольматации, разрушение двойных электрических слоев, изменение поверхностного натяжения на границе раздела фаз.

Технические решения для обработки скважин

Сегодня производство работ по данной технологии осуществляется двумя разновидностями установок. Первая из них является пионером в области применения метода электровоздействия с целью повышения нефтеотдачи пластов и обладает меньшими выходными параметрами обработки, чем установка второго типа.

Отличие этих установок заключается в способе получения электроэнергии и образования импульсов электрического тока. Если первой установке для работы необходимо иметь вблизи скважины линию электропередачи напряжением 6кВ или 10кВ, то вторая оснащена дизель-генератором, что делает ее автономной. Кроме того, в установке второго типа применена схема образования импульсов электрического тока, принципиально отличающаяся от схемы, осуществленной в установке первого типа. Для того чтобы добиться в новой установке высокой амплитуды и мощности импульсов, используется конденсаторный модуль накопления энергии.

Установка второго типа является новейшей разработкой компании НПО «Волгахимэкспорт». На устройство, примененное в ней, получены патенты №36856, №36857. Поданы заявки на патенты к данному способу интенсификации добычи углеводородов и устройства для его осуществления.

Используемый автономный комплекс состоит из высоковольтной установки на базе автомобиля ЗИЛ-131, генераторной установки на базе автомобиля ГАЗ-66, помещения для отдыха персонала.

Высоковольтная установка состоит из следующих функциональных блоков:

— блок силовых конденсаторов;

— блок управления высоковольтным выпрямителем;

— тиристорный блок;

— трансформатор;

— лаборатория, в состав которой входит панель кроссвизуального контроля и автоматики параметров, персональный компьютер.

Особенности технологического процесса

В общем случае для реализации технологии возможны несколько схем подключения к скважинам. На данный момент фактически используется схема подключения двух скважин к колонным головкам. Разработана и начинает внедряться схема подключения к колонной головке одной скважины с использованием очага заземления. При вариантах обработки скважин с подключением к колонной головке электродом является эксплуатационная колонна этой скважины.

Подготовка скважины к обработке по схеме подключения к устью заключается в остановке скважины и ее полном отключении от наземного оборудования. После выполнения этих работ к устьевым тумбам подсоединяется рабочий кабель и начинается обработка.

При подготовке скважины к обработке по схеме подключения «устье скважины — очаг заземления» в качестве заземления используются 50 металлических стержней, задавливаемых в землю, которые в данном случае и выполняют роль второго электрода. Минимальное расстояние отнесения очага заземления составляет 400 м. Для уменьшения электрического сопротивления очага заземления область расположения стержней заливается соленой водой. Продолжительность одной обработки варьируется от 20 до 30 часов.

Область применения технологии

Объектом применения технологии являются как терригенные, так и карбонатные коллектора с глубиной залегания для первого типа установки до 2000 м, для второго типа — до 3000 м. Как правило, обработке электровоздействием подлежат скважины с обводненностью продукции 40-85%, дебитом по жидкости 10-85 м3/сут; неоднородные пласты с чередующейся высокой и пониженной пористостью.

Результаты обработок

В зависимости от конкретной геолого-геофизической ситуации, дебита и обводненности продукции скважин прирост дебита нефти после электровоздействия составляет от 0,5 до 13 т/сут. при среднем снижении обводненности продукции на 10-30%.

В качестве примера в табл. 2,3 приводятся результаты обработки двух скважин (условно №1 и №2) одного из месторождений Республики Татарстан.

Скважины разрабатывают бобриковский горизонт и расположены на одном кусте. Месторождение эксплуатируется без использования системы поддержания пластового давления. Плотность сепарированной нефти составляет 925,9 кг/м3, вязкость нефти — 191,1 МПа.с, текущее пластовое давление — 9,3 МПа, пористость — 0,21, проницаемость — 0,386 мкм2.

Интервал перфорации бобриковского горизонта находится в скважине №1 на глубине 1296-1312 м, а в скважине №2 — на глубине 1251-1253 м.

Обработка производилась по схеме подключения к колонным головкам двух скважин.

В табл. 1 приведена характеристика выходных параметров установки второго типа, которой и производилась обработка. На рис. 1,2 и табл. 2,3 приведена динамика работы скважин до и после обработки.



Анализ показывает, что эффективность обработок проявилась на обеих скважинах.



В скважине №1 отмечалось небольшое снижение обводненности и увеличение дебита по нефти сразу после электровоздействия. Через полтора месяца произошло резкое падение обводненности и резкое увеличение дебита по нефти. В итоге обводненность скважины через 10 месяцев снизилась с 84% до 21%, а дебит по нефти увеличился с 1,61 до 7,24 т/сут. Средний прирост дебита нефти за 11 месяцев составил 3,24 т/сут.

В скважине №2 после электрообработки первоначально отмечался рост дебита по воде и по нефти, а затем — падение дебита по нефти и продолжение роста обводненности. Через полтора месяца после проведения обработки началось падение обводненности и рост дебита по нефти при постоянном дебите по жидкости. В итоге дебит по нефти за 11 месяцев увеличился в среднем на 2,3 т/сут., а обводненость осталась на прежнем уровне.

Эффект по этим скважинам длится на протяжении 11 месяцев и наблюдается в настоящее время. Существенно, что после электровоздействия на скважинах оптимизации подземного и наземного оборудования не производилось. Все это доказывает высокую эффективность метода электрообработки.

Исходя из приведенного анализа, можно предположить, что в скважине №2 произошла раскольматация призабойной зоны, в связи с чем и увеличился дебит при неизменности обводненности. В свою очередь в скважине №1 произошло фазовое перераспределение фильтрационных потоков, о чем свидетельствует увеличение дебита нефти за счет снижения обводненности продукции.

Результаты этой обработки подтверждают наличие целого ряда физических явлений, происходящих при пропускании через неоднородную среду импульсов электрического тока.

Перспективы развития метода

Несмотря на задачи, решаемые данным методом, он пока остается малоизвестным.

Однако экологическая чистота и высокая эффективность данной технологии заставляет специалистов глубже анализировать происходящие при электроимпульсном воздействии процессы и, как следствие, находить все большее количество объектов и сфер ее применения. В этом направлении НПО «Волгахимэкспорт» сотрудничает с российскими и казахстанскими компаниями «Татнефть», «Оренбургнефть», «Иделойл», «Татех», «Алойл», «Эмбамунайгаз», «Узеньмунайгаз». Имеется опыт проведения работ на месторождениях Бразилии — Monte Alegre, Guamare, Fazenda Pocinho.

Анализ сотрудничества показывает, что для повышения коммерческой привлекательности технологии необходимо:

— модернизировать и повышать надежность оборудования, применяемого для обработок;

— разработать и внедрить схемы проведения работ со спуском электрода до забоя;

— создать программное обеспечение для прогнозирования эффекта увеличения нефтеотдачи продуктивных пластов при воздействии на них импульсами электрического тока, для контроля и регулирования рабочих параметров обработки;

— уточнить механизмы, происходящие в пласте во время обработки и конкретизировать критерии подбора скважин.

Список литературы

1. Попов Е.А., Селяков В.И.. Изменение проводимости неоднородной среды при пропускании через нее электрического тока. ДАН СССР, т.310, №3, с.83-86.

2. Ростовский Н.С., Селяков В.И. Изменение дебита скважины при пропускании через нее электрического тока. — М.: ФТПРПИ, 1989, с.37-43.

3. Селяков В.И., Кадет В.В. Перколяционные модели процессов переноса в микронеоднородных средах. — М.: Недра, 1995, с. 224.