Заключение

В результате проведенного комплекса теоретических, экспериментальных и промысловых исследований всесторонне изучены особенности применения виброволнового воздействия в различных геолого-промысловых условиях, исходящие из его физической природы и влияния упругих колебаний на многообразие проистекающих в продуктивном пласте явлений. Получены обоснованные критерии эффективности воздействия для повышения производительности и реанимации скважин. Разработан ряд новых технологий и скважинных технических средств, которые успешно внедряются в различных нефтепромысловых регионах России и других стран. На примере начатых работ по гидродобыче железных руд показана перспективность метода для интенсификации геотехнологических процессов добычи других полезных ископаемых (железных и молибденовых руд, алмазов и др.).

При теоретическом моделировании состояний жидких и взвешенных твердых фаз продуктивных пластов установлено, что наиболее существенно влияние упругих колебаний проявляется в областях преобладания насыщенности одной фазы над другой, при образовании застойных областей "ма­лой" фазы в малопроницаемых порах среды. Виброволновое воздействие мобилизует жидкости в мелких порах, способствует восстановлению связности "малой" фазы и ее фильтрационному течению по пористой среде. Предложен механизм пленочного массопереноса изолированной нефти в пористой среде, названный "виброосмосом", в котором дви­жущей силой переноса пленочной нефти служат упругие колебания, разрушающие или существенно уменьшающие толщину пленки, что приводит к "перекачке" нефтяной фазы от более к менее толстым слоям пленки. При этом

350

формируется достаточно мощный поток виброосмотической пленочной нефтяной фазы, направленный к источнику колебаний, с одновременной отгонкой свободной воды в более далекие области системы.

Предложена теоретическая модель процесса декольматации ПЗП, описывающая фильтрационные деформации пористой среды под действием упругих колебаний и позволяющая качественно определить влияние амплитудных и частотных параметров воздействия на динамику процесса виброволновой очистки.

Экспериментальными исследованиями установлено, что упругие колебания оказывают заметное влияние на фильтрационные процессы фазового вытеснения, релаксационные явления, связанные со структурой флюидов и их взаимодействием с твердой фазой коллектора, и явления декольматации пористых сред пластов. При этом установлена связь между параметрами упругих колебаний и характеристиками продуктивных пластов, определены пороговые значения параметров колебаний, при превышении которых в пористой среде начинают заметно проявляться фильтрационные явления и эффекты декольматации. Обнаружено выравнивание фронта вытеснения нефти водой при воздействии упругими колебаниями, выявлены закономерности фильтрационных явлений и процессов декольматации в пористых средах при воздействии упругими колебаниями.

Впервые установлены пороговые значения по параметрам колебательного смещения и ускорения явлений виброволнового воздействия на продуктивные коллекторы. Экспериментально установлено:

увеличение фазовой проницаемости для нефти при ее дополнительном вытеснении;

инициирование капиллярной пропитки в низкопроницаемых (вплоть до 0,001 мкм²) пористых средах, снижение влияния вязкости на процессы капиллярной пропитки; стимуляция капиллярной пропитки низкопроницаемых пористых сред без связанной воды и достижение коэффициента нефтевытеснения, сравнимого с его значением для пористых сред со связанной водой, т.е. проявление эффекта воздействия как для гидрофильных, так и для гидрофобных пористых сред;

351

сохранение эффективности нефтевытеснения при циклическом характере включения источника колебаний; повышение относительной эффективности воздействия для низкопроницаемых кернов (< 0,1 мкм²), при этом коэффициент вытеснения нефти водой увеличивается на 5-10

%;

возникновение фильтрационных эффектов при превышении значений колебательного ускорения и колебательного смещения соответственно значений 0,1-0,5 ускорения свободного падения и 0,2-0,3 эффективного диаметра поровых каналов;

увеличение пьезопроводности пористой среды; существенное усиление влияния упругих колебаний при их сочетании с физико-химическими воздействиями; снижение времени объемной релаксации тяжелых нефтей при воздействии упругими колебаниями, увеличении уровня виброускорения до значения ускорения свободного падения и полное снятие релаксационных свойств при значениях виброускорения больших 10 м/с²; проявление эффекта очистки пористой среды при превышении порогового уровня колебаний 0,02 МПа, если рациональный диапазон частот, в котором при меньшей энергетике воздействия достигается большая степень очи­стки, составляет 20-300 Гц, а процесс выноса основного количества кольматирующего материала происходит при прокачке через пористую среду трех-пяти объемов пор жидкости;

максимальное повышение степени очистки при воздействии упругими колебаниями в условиях обратной фильтрации жидкости (имитации депрессии на пласт); повышение относительного показателя очистки с понижением проницаемости пористой среды коллектора; кратное повышение эффективности воздействия упругими колебаниями в сочетании с закачкой в пласт растворов химреагентов, при этом с глинокислотной обработкой достигается увеличение проницаемости в 2-10 раз, однако ее нецелесообразно применять при проницаемости коллектора ниже 0,001-0,002 мкм².

В результате проведенного комплекса лабораторных исследований по определению оптимальных физико-химичес­ких условий упругого колебательного воздействия в реальной

352

геолого-промысловой обстановке установлено, что выносимые из ПЗП добывающих и нагнетательных скважин кольматирующие частицы покрыты пленкой органических соединений, которая не только обусловливает повышенное сцепление частиц с твердой фазой коллектора, но и препятствует их химическому взаимодействию с кислотами и другими реагентами. С использованием атомно-адсорбцион-ного и рентгеноструктурного анализа определен элементный состав частиц кольматирующего материала, показавший присутствие в нем глинистых веществ и кварцевых зерен (крупные частицы более 150 мкм), являющихся составной частью коллектора, а также сернистого железа (мелкие и средние частицы) - продукта засорения призабойной зоны, которое происходит в результате сероводородной коррозии металла нефтепромыслового оборудования и обусловлено закачкой воды в пласт. В процессе воздействия на призабойную зону упругими колебаниями происходит существенное изменение состава выносимого из скважины кольматирующего материала: значительно уменьшается содержание Fe, Ca, AI, при этом элементный состав коллектора существенно отличается от состава кольматанта. На основе исследований особенностей поровой структуры и элементного состава образцов коллектора и кольматанта подобран композиционный растворитель, позволяющий уда­лять органические соединения с поверхности кольматанта и коллектора, растворять минеральную часть кольматирующего материала, что приводит в комплексе с колебательным воздействием к восстановлению фильтрационных свойств. Полученные методики определения оптимальных физико-химических условий виброволнового воздействия адаптированы в реальной геолого-промысловой обстановке ряда нефтепромысловых регионов России. Полученные экспериментальные результаты являются основой для определения оптимальных амплитудных и частотных параметров упругих колебаний в конкретной геолого-промысловой обстановке и использованы при создании новых технологий интенсификации добычи нефти с применением виброволнового воздействия. На основе изучения процессов возбуждения упругих колебаний в скважинах и пластах разработаны способы рациональной передачи колебательной энергии в системе

353

скважина - пласт, позволяющие для конкретных параметров скважины и пласта, таких как ее радиус, глубина продуктивного интервала, упругие константы колонны и вмещающей породы, свойства скважинной жидкости, параметры перфорации, проницаемость и пористость коллектора, осуществлять оптимальные режимы обработки ПЗП.

При этом на основе проведенного теоретического анализа получены и экспериментально проверены условия согласования возбуждающих частот с резонансными свойствами систем, состоящих из скважинного генератора и погружных отражателей упругих волн в жидкости. Определены условия возникновения резонансного механизма передачи энергии генератора в пласт, связанные с перфорационными характеристиками скважины и коллекторскими свойствами пласта. Экспериментальными исследованиями подтверждено существование частотной области, в которой наблюдается повышенная эффективность монопольного излучения перфорационного отверстия. Установлено, что для продуктивных интервалов толщиной 4-30 м при плотности кумулятивной перфорации 10- 30 отв/м, с соответствующим диаметром и глубиной отверстий, повышение эффективности передачи колебательной энергии в призабойную зону пласта при работе генератора в скважине достигается при резонансных частотах в пределах 20-300 Гц. На примере реальных пластов, с учетом влияния границ вмещающих пород, рассчитаны волновые картины упругих колебаний скважинного генератора в пласте. Показано существование характерных интерференционных максимумов и минимумов, обусловленных влиянием границ кровли и подошвы и проявляющихся в различной степени в зависимости от частоты.

Установлено, что на определенных частотах в пласте могут существовать колебательные моды, распространяющиеся без заметного излучения энергии в окружающие пласт породы, а спад интенсивности колебаний с расстоянием обусловливается в основном цилиндрическим расхождением и пространственным поглощением в породах. Для частот, определяющих возбуждение в пласте нормальной моды, уровни пороговых значений колебательных параметров (колебательного смещения и

354

колебательного ускорения) имеют близкое по радиусу от скважины расположение, а глубина эффективного воздействия на пласт максимальна и может достигать в зависимости от мощности скважинного генератора десятков метров. Разработанная компьютерная программа позволяет на основе геолого-промысловых данных конкретных участков оценивать глубины эффективного воздействия на призабойную зону и пласт для колебаний различной частоты и выделять оптимальные частоты наиболее эффективного воздействия. На опытном участке подтвержден эффект образования нормальной волны в битумном пласте, когда при передаче энергии из воздействующей в измерительную скважину излучение в окружающие пласт породы уменьшается. Установлено, что эффективная глубина виброволнового воздействия на ПЗП может достигать 10 м и более. Глубина эффективного воздействия значительно увеличивается при осуществлении виброволнового воздействия с учетом резонансных и волноводных свойств скважинных и пластовых систем.

Применение подходов и прочностных расчетов капитального строительства позволило оценить влияние виброволнового воздействия на устойчивость конструкции скважин и показать, что амплитуды колебаний давления в 3- 8 МПа, развиваемые скважинными генераторами колебаний типа ГД2В при обработках ПЗП с суммарным временем виброволнового воздействия 8-15 ч, не должны вызывать заметных проявлений нарушения целостности цементной оболочки, а также ее виброползучести, так что нарушение изоляции скважины маловероятно. В ходе проведения конструкторских и стендовых исследований разработан новый способ возбуждения колебаний и гидродинамический генератор колебаний типа ГД2В с повышенной эффективностью генерации в широком диапазоне изменения расходно-напорных параметров нагнетания рабочей жидкости. Стендовые испытания показали высокую работоспособность устройств, устойчивую работу в широком диапазоне изменения расхода и давления нагнетания рабочей жидкости, начиная со сравнительно малых начальных значений. Генераторы этого типа обладают максимальным гидравлико-акустическим КПД, что позволяет

355

весьма эффективно использовать данную конструкцию для осуществления широкого набора технологических операций виброволнового воздействия при совместной работе с другими потребляющими гидравлическую энергию устройствами, например струйными насосами, при этом параметры оборудования могут настраиваться с использованием компьютерной программы на оптимальную работу под каждую скважино-пластовую систему. Создан нормальный ряд генераторов различного технологического назначения и разных мощностей, позволяющий в зависимости от степени сложности и категории объекта осуществлять рациональные режимы обработок скважин.

С использованием новых генераторов типов ГД2В-3, ГД2В-4, ГД2В-6 и других успешно проведены опытно-промысловые работы на скважинах с различными геолого-физическими характеристиками продуктивных пластов, и они все шире внедряются на нефтепромыслах в ряде регионов России и стран СНГ.

Создана конструкция струйного насоса типа ИС, особенность которого состоит в том, что обеспечивается возможность совместной работы с гидродинамическим генератором колебаний, установленным ниже пакера в зоне интервала перфорации.

Разработана компьютерная программа расчета оптимальных геометрических параметров струйного насоса и рациональных режимов нагнетания рабочей жидкости под конкретную скважину с учетом ее технических параметров и геолого-физических характеристик пласта, что позволяет устанавливать соответствующие сменные сопла и камеры смешения таким образом, чтобы его производительность обеспечивала откачку пластовой и рабочей жидкостей, а также чтобы понижалось давление под пакером. Разработана скважинная установка, которая обладает свойством авторегулирования процесса виброволнового воз­действия на ПЗП.

Созданы приборы и автоматизированные средства контроля за технологическими процессами, обеспечивающие повышение эффективности обработок скважин с использованием виброволнового воздействия. На основе полученных ранее исходных требований и технических параметров разработаны современные

356

технологические процессы, реализованные в ряде новых технологий. Целесообразность их применения в процессах добычи нефти доказана большим объемом успешно осуществленного внедрения.

Разработаны и широко внедрены технологии с применением виброволнового воздействия, такие как технологии виброволнового и депрессионно-химического воздействий, виброволнового и пенного воздействий для осуществления обработок скважин (в том числе горизонтальных и вторых стволов действующих скважин) в условиях создания депрессий на пласт, технология кавернонакопления в карбонатных коллекторах. Успешно проведены ОПР по применению технологии изоляции газо- и водопритоков в скважинах, технологии обработки водозаборных скважин. Успешно испытаны в промысловых условиях и получили дальнейшее развитие новый метод приготовления обратных водонефтяных эмульсий в скважинах, а также инициирование и интенсификация скважинной гидродобычи железных руд с использованием новых гидродинамических генераторов колебаний типа ГЖ и ГД2В.

В ходе проведения ОПР и внедрения технологий ВДХВ и ВПВ установлено, что относительная эффективность виброволнового воздействия, которая оценивается не по аб­солютному увеличению дебита, а по кратности его прира­щения, оказалась выше для неоднородных пластов и пластов, представленных разделенными глинами пропластками. Наибольшая эффективность, по сравнению с другими типами коллекторов, была достигнута в порово-трещиноватых карбонатных коллекторах турнейского яруса. На продолжительность эффекта большое влияние оказывают нефтенасыщенность пласта, наличие подстилающей воды или газовой шапки, а также режим эксплуатации скважин. Определяющее влияние на последующую после обработки работу добывающих скважин оказывают свойства пласта и происходящие в нем процессы.

Выработан системный подход к выбору объектов, назначению технологических операций, реагентов, общей организации внедренческих работ, заключающийся в учете геолого-физических особенностей залежей, глубины залегания пластов и их толщин, степени расчлененности, типа коллекторов и их прочностных и фильтрационно-емкостных

357

свойств, степени выработанное™ запасов нефти, категории и технического состояния скважин, категории сложности объекта-скважины по степени загрязненности ПЗП и типу кольматанта, сроков эксплуатации, количества КРС и ПРС, проведенных ранее ГТМ и их видов, темпов снижения продуктивности. Этот подход нашел продолжение в создании прогнозных математических моделей и компьютерных программ, позволяющих организовывать технологические процессы на скважине, участке, месторождении в целом, назначать рациональный вариант технологий, амплитудные и частотные параметры виброволнового воздействия, значение депрессии на пласт, технологически оправданный вид физико-химического воздействия и количество реагентов. Использование разработанных на основе накопленного опытно-промыслового материала прогнозных моделей позволяет в рамках системного подхода к организации работ существенным образом повышать эффективность и рентабельность обработок скважин. Рассмотрены дальнейшие перспективы использования виброволнового метода и показаны пути и направления его дальнейшего развития, такие как применение комплексного подхода к выбору и организации работ на участках - очагах нагнетательных скважин, осуществление длительных режимов виброволнового воздействия в ходе разработки с применением нагнетательных и добывающих скважин, усовершенствование и рациональное использование вибросейсмического воздействия на пласты с целью увеличения нефтеотдачи и др.

358