Интенсификация добычи нефти и повышение нефтеотдачи: акустические технологии

Актуальность проблемы.  Cпециалистам нефтегазового дела во всем мире известно, насколько  сложны, стары   и одновременно актуальны проблемы повышения нефтеотдачи пластов (ПНП), интенсификации добычи нефти (ИДН) и реализующих их методов (МУН и МИДН). В условиях объективного непрерывного ухудшения ресурсной базы УВ  (негативные тенденции в структуре и качестве запасов – увеличение доли обводненных и других трудноизвлекаемых запасов, состояние их прироста и степени выработанности - снижение темпов прироста, обеспечение их за счет, в основном, труднодоступных районов, тяжелых и высоковязких нефтей, вовлечения низкопоровых и низкопроницаемых коллекторов и т.п.),  при  снижении среднего проектного коэффициента извлечения нефти (КИН), например, в России, эти проблемы на ближайшие десятилетия будут иметь стратегическое значение для развития нефтедобычи во всех странах, адекватное их энергобезопасности и энергетической конкурентоспособности страны во внешнеэкономической деятельности.

По многим причинам пока не созданы универсальные МУН, которые применялись бы, подобно заводнению – системам поддержания пластовых давлений (ППД),  в широком диапазоне геолого-физических условий. В комплексе современных МУН и МИДН все более значимое место приобретают геофизические методы, которые, наряду с известными группами третичных методов – тепловых, газовых, химических, микробиологических,  давно пора   выделить в самостоятельную группу.  Их характерной особенностью является то, что все они в качестве «рабочего агента» воздействия на пласт (из скважин или с поверхности) используют не вещество (горячую воду, пар, газы, химические реагенты, и т.п.) как во всех отмеченных выше группах, а физические (геофизические) поля разной природы (электромагнитные, упругих колебаний, ядерно-физические и т.д.), а также используют  оборудование, аппаратуру и технологии, практически не отличающиеся от традиционных для геофизических исследований и работ в скважинах (ГИРС). В этой группе (геофизических МУН) сегодня наиболее развитыми в теоретическом и аппаратурно-технологическом аспектах, особенно при воздействии на пласт и ПЗП из скважин, являются методы акустического воздействия (АВ), среди них – акустические в ультразвуковом диапазоне частот с использованием пьезокерамических излучателей.

Цель настоящей статьи – показать некоторые возможности, современный потенциал и перспективы промышленного внедрения скважинных аппаратурно-технологических комплексов  компании. АВ (преимущественно ультразвукового) на ПЗП, пласт и некоторые другие технологические объекты разработки, хотя их экономическая и технологическая эффективность представляются совершенно очевидными.   

Общеизвестно, что снижение проницаемости прискважинной зоны продуктивного пласта обусловлено рядом основополагающих факторов:

1. Снижением проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта, обусловленным касательными кольцевыми сжимающими напряжениями, возникающими при бурении скважин в результате действия горного давления;

2. Осаждением в прискважинной зоне коллектора твёрдой фазы технологических жидкостей (глушения, промывки, буровых растворов и т.п.) и иных твердых осадков.

3. Образование пробок в перфорационных отверстиях за счет выноса частиц породы из пласта, выпадения продуктов реакции в результате широко применяемых обработок призабойной зоны пласта химическими реагентами и выпадения АСПО.

4. Кольматация капиллярной системы продуктивного пласта вследствие закупорки поровых каналов коллоидно-дисперсной системой, образующей пространственную сетку.

Перечисленные факторы снижают добычу нефти и приемистость нагнетательных скважин.

Очевидно, что для получения максимального эффекта при выборе технологии интенсификации необходимо учитывать эти факторы и искать, соответственно, пути устранения их негативных последствий.

Применение ультразвуковых технологий эффективно решает большую часть этих задач…

Главное описание акустического метода. Методы акустического воздействия объединяют большую группу методов и модификаций, использующих для воздействия на пласт и призабойную зону упругие поля волновой природы – ударные, вибрационные, сейсмоакустические, ультразвуковые и т.п. как с поверхности земли, так и из скважин. При этом,  наиболее развитыми сегодня как в теоретическом и аппаратурно-технологическом плане, так и наиболее распространенными в практике промысловых работ являются методы и технологии воздействия на ПЗП и пласт из скважин в режиме силового ультразвука – ультразвукового воздействия (УЗВ). По наиболее распространенной классификации  технологии АВ, использующие в качестве источников пьезокерамические излучатели, относятся к высокочастотным.

Основные эффекты и физико-химические механизмы.

При взаимодействии ультразвукового поля (в более общем случае акустического) с пористой флюидонасыщенной средой, в зависимости от ее механо-химических свойств, включая свойства жидкостей энергетических и других параметров поля (частота, удельная мощность, амплитуда смещения и т.п.) наблюдается широкий спектр различных прагматических эффектов (как правило, нелинейных), таких как декольматация ПЗП, в т.ч. с разрушением коллоидно-дисперсных систем (коагуляционных структур), «распечатывание» новых отдающих интервалов (пропластков), изменение реологических свойств (снижение вязкости) нефтей за счет, например, растворения парафина и других АСПО, дегазация жидкостей, изменение фазовых проницаемостей смеси, иногда увеличение пористости и т.п., прямым следствием которых является повышение продуктивности (дебита или приемистости) скважин с успешностью в среднем  не менее 85 %. Указанные эффекты при должном физическом обосновании и аппаратурно-технологическом обеспечении  позволяют решать многие практические задачи по интенсификации добычи (стимулированию дебитов скважин) и повышению конечной нефтеотдачи пласта для большого круга эксплуатационных объектов (об этом непосредственно ниже), причем с высокой технологичностью, минимумом финансовых вложений и с идеальной экологической чистотой.  

Аппаратура и технологии.

Компания имея собственное конструкторское бюро по акустике, мощности по производству электронной аппаратуры, высокоточное мехобрабатывающее производство, используя накопленный опыт в области ультразвуковых технологий, а также опыт по созданию гидроакустических комплексов различного назначения, применения и условий эксплуатации, разработала и с 2007 г. серийно выпускает мощные ультразвуковые комплексы.  В последние годы компания смогла добиться больших успехов в создании мощных ультразвуковых аппаратурно-технологических  комплексов, а также аналогичных низкочастотных (1-100Гц) на базе пьезопреобразователей, способных работать на больших глубинах и при высоких температурах. В настоящий момент создан не имеющий аналогов в мире геоакустический комплекс для интенсификации добычи нефти, состоящий из мощных ультразвукового и низкочастотного генераторов (в ударопрочном, виброзащищенном исполнении корпусов), двух ультразвуковых и двух низкочастотных излучателей разного диаметра (также в разном исполнения – нержавеющая сталь, титан в т.ч. для работы в агрессивных средах), питание которых осуществляется через стандартный геофизический кабель. Всё оборудование, реализующее технологию акустического воздействия, согласовано со штатным оборудованием геофизических партий, что не вызывает особых затруднений в ее освоении штатным геофизическим персоналом.

Технология акустического воздействия заключается в обработке пластов коллекторов (в открытом стволе, в интервале фильтра или перфорации) мощным ультразвуковым (низкочастотным или тем и другим последовательно) полем с целями восстановления их фильтрационных свойств.  Обработка осуществляется поточечно (с разрешением 0,5-1,0 м), либо с медленным колебательным перемещением в интервале), избирательно по принципу «профиль притока – профиль стимуляции» (места и количество стоянок излучателя). Подготовка скважины, оборудование и др. практически не отличаются от таковых для производства стандартных геофизических исследований на скважине. При этом обеспечивается сохранение целостности эксплуатационной колонны и цементного камня за ней,  процесс воздействия является технически и физиологически безопасным и экологически чистым.

 

Технические характеристики комплекса:

Характеристики

ГАК-4500

ГАК-12000

Выходная мощность генератора,  Вт

4500

12000

Выходное напряжение генератора, В

650

150-1200

Диапазон рабочих частот генератора, кГц

20±5

10-50

КПД генератора, %

93

93

Габаритные размеры генератора, мм

540х600х450

540х600х450

Масса генератора, кг, не более

30

50

Мощность излучателя, Вт

500-1500

500-3000

КПД излучателя, %, не менее

95

95

Удельная акустическая мощность на поверхности излучателя, Вт/см2

10,2

15,4

Рабочая частота излучателя, кГц

20

12-45

 

Возможности акустического воздействия.

Анализ всего имеющегося опыта работ по акустическому воздействию из скважин позволяет условно разделить все технологии, а соответственно и  потенциальные объекты – скважины на 3 категории:

а) корректирующие или профилактические (предназначенные для корректировки производительности скважин, работающих не так давно и с относительно «хорошими» дебитами, но ниже своих потенциальных возможностей);

б) стимулирующие (предназначенные для скважин, дебиты которых существенно снизились по сравнению с первоначальными);

в) реанимирующие (предназначенные для практически неработающих скважин).

Этот  же анализ, наш собственный опыт обработок скважин показывают также, что пора переходить от единичных, «косметических» обработок отдельных скважин к системному воздействию на объект (залежь) по группе скважин (с учетом реакции на АВ соседних скважин), которое с высокой вероятностью может обеспечить существенный (в т.ч. в разы) прирост добычи по объекту в целом за относительно непродолжительный период времени при повышении конечной нефтеотдачи. Дальнейшее развитие этой идеологии (перехода от классических систем разработки месторождений к управлению энергетикой природно-техногенных углеводородных систем) в контексте изначального проектирования таких систем  с применением АВ должно в перспективе привести к методологии «активного геофизического мониторинга», где наши АТК могут  уже сегодня стать незаменимым  «стимуляционным» элементом «smart well» (интеллектуальной скважины).

Другой важный фактор – возможность комбинирования технологий акустического воздействия с другими видами воздействия, например, тепловыми, реагентными (химическими) и др., которые значительно расширяют область их применения, в т.ч. на объектах с высоковязкими нефтями  и другими нетрадиционными источниками углеводородов и еще более повышают эффективность комбинированных стимуляций вследствие эффектов синергизма. В этой связи мы уже реализуем технологию «внутриметодного» комбинирования – ультразвукового–инфразвукового воздействия, позволяющую последовательно и эффективно стимулировать ПЗП и удаленные зоны пласта. Выпускаемые нами излучатели в антикоррозионном исполнении  позволяют реализовывать акустическое воздействие практически одновременно с кислотными обработками и другими химическими стимуляторами. Наконец, аналогичные технологии ультразвукового воздействия нами опробованы и могут быть реализованы для ликвидации парафиновых пробок в НКТ (в том числе большой протяженности), улучшения реологических свойств нефтей (снижение динамической вязкости и др.). 

Результаты и опыт.

Работоспособность, технологичность, надежность и эффективность работы наших комплексов доказана  проведенными самой компанией в 2006-2009 гг. опытными и производственными работами в России на месторождениях Чибьюском, Северо-Ираельском, Сотчемьюском и массированными тестами в Румынии на низкодебитных скважинах месторождений Vata, Tazlau, Baltani. Тесты в России проводились под патронажем кафедры «Геофизических методов, геоинформационных технологий и систем» Ухтинского государственного технического университета, а в Румынии для нефтедобывающей компании PETROM (OMV Österreich) при содействии геофизической компании ATLAS GIP (Weatherford, USA). Исключительно все собственные обработки в России оказались успешными с эффективностью в среднем не менее 200 % (удвоенный дебит) по нефти. Одна из первых скважин, подвергнувшихся обработке, 501/2 – Северо-Ираельская, продолжает работать в том же режиме уже более 2 лет, тогда как затраты на ее обработку окупились через 5 суток ее работы.  Расчет эффективности ультразвукового метода интенсификации добычи нефти на Румынских месторождениях в среднем по 5 скважинам, давшим положительный эффект по притокам нефти, показывает, что доход от дополнительных объемов добычи (0,5 т/день на скважину) составит  порядка180 000 $/год.

Наши главные преимущества.

  • Научно обоснованный и системный  подход к выбору объектов акустического воздействия (месторождений, залежей, скважин-кандидатов), позволяющий формулировать и ставить конкретные геолого-технологические задачи АВ для каждой скважины (группы скважин), добиваясь их эффективного решения.
  • Уникальные (по потоку мощности, габаритам, согласованию всей системы генератор-кабель-излучатель-среда, глубинности и др. параметрам) характеристики аппаратурно-технологических комплексов акустического воздействия и самой технологии стимуляции скважин, позволяющие оперативно производить обработки практически в любых скважинах глубиной до 5000 м., в т.ч. через насосно-компрессорные трубы, т.е. практически без остановки их работы.
  • Информационно-финансовая оптимизация комплекса сопровождающих геофизических исследований, позволяющего выполнять избирательные (точечные) и контролируемые по разным параметрам акустического воздействия по принципу «профиль притока – профиль воздействия», а также оперативно оценивать количественные результаты и эффективность (окупаемость) обработок.
  • Широкий спектр вариантов сотрудничества от консалтинга и покупки геоакустических АТК, до аренды (лизинга) и методико-технологического  сопровождения работ, выполняемых Вашими постоянными партнерами по геофизике, позволят Вам принять оптимальное решение.
  • Уникальная возможность реализации технологий комбинированного воздействия на пласт, как внутриметодного (на разных частотах в диапазоне инфра- (1- 100 Гц) и ультразвуковых (около 20 кГц) колебаний), так и с другими, в т.ч. «реагентными» методами (СКО и др.), что значительно расширяет область применения метода акустического воздействия и повышает его эффективность.

Выводы.

Компания, является мировым лидером по разработке и производству геоакустических комплексов для интенсификации добычи нефти. Без преувеличения можно сказать, что акустическая стимуляция скважин (в инфра- и ультразвуковой модификациях)  - это современный, высокотехнологичный, безреагентный, геофизический метод управляемого и избирательного  воздействия на пласт и ПЗП для интенсификации притоков (приемистости) и повышения нефтеотдачи, применимый в широком диапазоне геолого-технологических условий промысловых объектов, с весьма длительным (до 2 лет и более) и существенным (часто кратным) эффектом, к тому же практически бездефектен для пласта и скважины и экологически чист, а также легко комбинируем с другими известными методами интенсификации и ПНП.

Наши предложения.       

Компания готова предложить Вам самое современное оборудование для проведения работ по акустической интенсификации добычи нефти. Оборудование обеспечит безреагентный, экологический чистый, мобильный способ повышения продуктивности  скважин, поможет сэкономить материальные и людские ресурсы, снизив себестоимость добычи нефти. Компания постоянно занимается модернизацией оборудования и старается максимально учитывать пожелания заказчика.

UIS ENGINEERING SA