2.8. Технология резонансно-волнового воздействия

Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний в какой-либо колебательной системе, наступающее при приближении частоты периодического внешнего воздействия к некоторым значениям, определяемым свойствами самой системы. В простейших случаях резонанс наступает при приближении частоты внешнего воздействия к одной из тех частот, с которыми происходят собственные колебания в системе, возникающие в результате начального толчка (резонансные частоты).

При воздействии на нефтенасыщенный пласт мощным низкочастотным акустическим излучением происходит распространение в пласте упругих бегущих волн, представляющих собой перенос энергии механического сжатия и сдвига частиц среды. Изменением частоты сигнала можно достичь резонанса колебаний в том или ином элементе системы.

Акустические методы обеспечивают воздействие на удаленные от источника излучения участки пласта, активизируя неподвижные и малоподвижные целики нефти в пласте, тем самым увеличиваются потоки нефти и снижается обводненность добываемой продукции. Радиус влияния 3-5 км. Источником акустических колебаний рассматриваются шумы от работы насосного оборудования на КНС и внутрискважинные излучатели. Основное условие эффективности технологии - облучение пласта в диапазоне резонансных частот.

Используются высокоэнергетические (до 10 млн Ватт мощности) низкочастотные упругие волны. Повышение нефтеотдачи достигается за счет 2 механизмов:

- физическое смещение и слипание капель и тонких прослоек нефти за счет воздействия ударных волн.

- повышение мобильности смещенных и слипшихся капель и тонких прослоек нефти происходит за счет упругих волн и подвижной нефти вокруг данных малоподвижных частиц.

Частичный перенос вещества благодаря перераспределению механических напряжений в коллекторе, а также за счет создаваемого дополнительного градиента давления, распространяющегося фронтом упругой волны ведет к увеличению охвата воздействием неподвижных зон запасов. Также возрастает трещиноватость пород, что в свою очередь сопровождается улучшением их коллекторских свойств и повышением продуктивности. Также изменению подвергаются реологические свойства самой нефти -однако данное влияние неоднозначно и существенно зависит от состава нефти.

Для нефтей, характеризующихся повышенным содержанием полярных кислых смол, после магнитной обработки наблюдается снижение размеров нефтяных ассоциатов, уменьшение вязкости, статического напряжения сдвига и энергии активации вязкого течения. В то время как в нефтях с повышенным содержанием неполярных нейтральных смол частичная поляризация неполярных нейтральных смолистых компонентов в результате магнитной обработки ведет к взаимодействию ассоциатов с образованием новых, более крупных структур, и к увеличению значений реологических параметров.

Восстановление первоначальных размеров ассоциатов и релаксация реологических свойств магнитообработанных нефтей происходит в течение нескольких суток.

Технология резонансно-волнового воздействия применима в условиях порового коллектора с высокой песчанистостью (более 85%), при нефтенасыщенной толщине не менее 3 м, проницаемости от 50 мД и нефтенасыщенности не менее 50%. Динамическая вязкость не должна превышать 25 спз, давление (как пластовое, так и забойное) необходимо поддерживать выше давления насыщения.

Помимо геолого-физических условий существуют и технологические критерии, указывающие на возможность или невозможность применения резонансно-волновой технологии.

Так, скважины (как добывающие, так и нагнетательные) пригодны для акустического воздействия, если по ним наблюдается снижение коэффициента продуктивности скважины, т.е. падение дебита или приемистости, не связанное с техническими причинами. На возможность эффективного применения резонансно-волновой технологии указывают также неравномерные профили притока или приемистости, определенные по ПГИС. Кроме того, в случае с нагнетательными скважинами целесообразно применение акустического воздействия при обнаружении ухудшенной гидродинамической связи с соседними добывающими скважинами.

Применение резонансно-волновой технологии нецелесообразно при наличии заколонных или внутрипластовых перетоков, неудовлетворительном качестве

цементирования (поскольку воздействию может подвергнуться не только порода-коллектор, но и эксплуатационная колонна), при высокой пластовой температуре (более 100 ^оС), забойном давлении более 350 атм (для нагнетательных скважин) и обводненности более 80% (для добывающих скважин).

По своей физической природе акустическое воздействие относится к классу слабых энергетических воздействий и, как следствие, относительно дешев по сравнению с другими методами. Вместе с тем, широкое распространение резонансно-волновой технологии, как и других технологий акустического воздействия, в промысловой практике сдерживается вследствие сложности акустической аппаратуры по сравнению с аппаратурой, используемой в традиционных способах интенсификации скважин, и одновременно ее недостаточной мощности, низкого КПД, наличия кабеля, ограничения во времени воздействия на пласт.

За период с 1992 по 2001 годы обработало около 1100 скважин на различных нефтегазовых месторождениях России, Казахстана, Туркмении и Азербайджана. По результатам обработок, а также анализа результатов численных экспериментов установлено, что в наибольшей степени акустические обработки эффективны на высокодебитных скважинах и в условиях плотной сетки скважин (200-300 м).

Отмечена зависимость с отрицательной корреляцией между резонансной частотой и проницаемостью (чем выше проницаемость, тем ниже резонансная частота). Для пластов с проницаемостью от 10 до 350 мД резонансная частота оценивается в 800-1500 Гц.

В качестве альтернативы резонансно-волновой технологии может применяться воздействие ультразвука (обычно с частотой 15–50 кГц) с помощью электроакустического преобразователя (магнитострикционного или пьезоэлектрического). При обработке ультразвуком изменение свойств нефтяных систем происходит за счет изменения дисперсной структуры. Существует два механизма изменения структуры нефти в результате ультразвуковой обработки:

- укрупнение или, наоборот, уменьшение размеров частиц дисперсной фазы и изменение их количества;

- «смывание» бронирующих (сольватных) оболочек дисперсной фазы. Другие эффекты, получаемые посредством ультразвукового воздействия - увеличение проницаемости пластов благодаря изменениям структуры порового пространства, разрушение минеральных солеотложений и депарафинизация нефти.