Применение звукового воздействия в практике нефтедобычи

При вращении ротора происходит взаимное перекрытие прорезей ротора и статора, что приводит к возникновению  высокочастотных пульсаций давления в роторе и за статором. При этом ротор выполняет и основные функции центробежного насосного агрегата: перекачивает и нагнетает подвижную жидкую среду. Частота пульсаций давления f (звука) определяется скоростью вращения ротора ω, находящегося на одном валу с электродвигателем, и числом прорезей в роторе Z_р:

f =Z_рω/ 2π

Латекснефтяную эмульсию готовили следующим образом. В нефть добавлялось расчётное количество ПАВ и смесь перемешивалась в пропеллерной мешалке LR-10 (производство ГДР) или ML-2 (производство ПНР) в течение 5 мин со скоростью вращения 34 с-1 (LR-10) или 24 с-1 (ML-2). Затем в раствор нефти и ПАВ вводился латекс, и смесь перемешивалась ещё в течение 10 . 60 мин с той же скоростью.

Определялись условная и эффективная  вязкости латекснефтяной эмульсии. Измерения условной вязкости производились вискозиметром ВЗ-4, а эффективной вязкости - ротационным вискозиметром “Rheotest-2”. Реологические характеристики латекснефтяной эмульсии снимались сразу после приготовления и через 1 и 5 часов после её получения. Затем замеры реологических параметров проводились каждые сутки в течение пяти дней. Исследовались эмульсии с различным содержанием ингредиентов, например, при соотношении нефть: латекс: эмультал - 69:30:1. Для приготовления эмульсии использовали нефть Ножовской УППН с вязкостью 49 с по ВЗ-4 и латекс БС-50. Условная вязкость свежеприготовленной эмульсии без акустического воздействия составляла 100 с. Озвучивание эмульсии уже через 5 минут повышает её вязкость до 135 с, т.е. до величины, которую приобретёт необработанная звуком эмульсия через 8 часов. Через 15 мин после озвучивания её вязкость выросла до 287 с, через час – 320 с, а спустя 5 часов уже равнялась 420 с.

На рис. 15 приведено поведение вязкости обработанной и не обработанной звуком эмульсии во времени.

1 и 2 – без звукового  воздлействия, 3 – предельное значение

Рис. 15. Зависимость условной вязкости

латекснефтяной эмульсии от времени хранения

 

Рост реологических характеристик  эмульсии под действием вибраций объясняется тем, что звуковое поле приводит к диспергированию частиц латекса. Это увеличение степени их дисперсности и способствует росту вязкости латекснефтяной эмульсии. При “старении” эмульсии вязкость повышается, возможно, и по другой причине. При диспергировании латекса в нефти наряду с дроблением дисперсной фазы происходит коалесценция образовавшихся глобул. Некоторая часть глобул латекса коалесцирует, и освободившиеся олигомеры синтетического латекса переходят в нефть и набухают в ней, постепенно растворяясь и повышая вязкость нефти. По-видимому, количество частиц латекса, перешедших в нефть после озвучивания, возрастает по сравнению с эмульсией без акустического воздействия.

Эксперименты с эмульсией показали, что структурно-реологические свойства изменяются только в течение первых суток (кривые 1 и 2 рис. 15). Как уже было сказано, предельные значения условной вязкости латекснефтяной эмульсии, возникающие без акустического воздействия через сутки хранения, при звуковой обработке устанавливаются уже спустя 10 минут после звукового воздействия.

Это позволяет сократить время  проведения водоизоляционных работ.

Совмещение звуковой обработки  латекснефтяной эмульсии с одновременной её закачкой в пласт с использованием для этой цели, например, гидродинамических излучателей или вихревых свистков [10 - 23] позволит увеличить глубину проникновения эмульсии в пласт и улучшить перемешивание эмульсии с пластовой водой, что приведёт к ускорению гелеобразования и повышению охвата пласта водоизолирующим составом. Следовательно, повысится качество и сократятся сроки проведения водоизоляционных работ.

В настоящее время аналогичные работы проводятся в ОАО «СибИНКор», где гидроволновое воздействие на призабойную зону пласта используется как с целью обеспечения равномерной фильтрации закачиваемого в пласт водоизоляционного состава, так и в восстановлении и увеличении приёмистости скважин после водоизоляционных работ.

При движении эмульсии в вихревой камере гидродинамического излучателя, как уже говорилось ранее, в приосевой пространстве вихревой камеры возникает область пониженного давления, которая при определённой величине разряжения схлопывается за счёт заполнения её скважинной жидкостью. Генератор «запирается». После выравнивания давления в вихревой камере и скважинной зоне в генератор через входные отверстия опять начинает подаваться латекснефтяная эмульсия. Поступающая под большим давлением эмульсия опять начинает совершать вращательные движения в вихревой камере, в результате чего опять происходит схлопывание области разряжения в приосевой зоне вихревой камеры и процесс повторяется. Это схлопывание сопровождается излучением звука (волн давления). Частота звуковых колебаний W равна частоте запирания генератора или, что то же самое, частоте колебаний скорости VВХ поступления жидкости в генератор. Однако полного запирания генератора не происходит, и часть жидкости постоянно проходит через генератор.

Исследованиями установлено, что  успешность водоизоляционных работ зависит от частоты звукового воздействия. Это связано с тем, что низкочастотное воздействие, хотя и увеличивает глубину проникновения эмульсии в пласт, не позволяет значительно повысить вязкость эмульсии. Перемешивание эмульсии с пластовой водой в этом случае будет также недостаточно эффективным. Использование звука высокой частоты усиливает диспергирование частиц латекса, однако существует такое значение частоты излучения, выше которого не только не будет происходить дробления частиц латекса, а даже наоборот, будет возможно их слияние.

В нашей ситуации возможно проявление двух типов неустойчивостей, т.е. двух механизмов разрушения капель латекса.

Итак, для качественного выполнения водоизоляционных работ следует тщательно диспергировать частицы латекса в нефти, т.е. необходимо возбуждение волн на поверхности раздела латекс-нефть. Это произойдёт при выполнении условий. Однако выполнение этих условий приводит лишь к образованию поверхностных волн, а для отрыва капель от поверхности (разрушения целостности поверхности) необходимо увеличить амплитуду колебаний в четыре раза.

 

 

2.5 Экспериментальные работы по селективной изоляции водопритоков в скважинах с акустическим воздействием

 

 

Опытные водоизоляционные работы латекснефтяной эмульсией с акустическим воздействием проводились в скв. №299 и №364 Падунского месторождения НГДУ Краснокамскнефть. В качестве источника звука использовали гидродинамический генератор. В скв. №299 излучатель звука был установлен на забое, а в скв. №364 - на устье скважины.

Скв. №299, расположенная в сводовой части Падунского месторождения, введена в эксплуатацию в 1993 г. фонтанным способом и до августа 1995 г. эксплуатировалась с дебитом 100  300 т/сут безводной нефти. В ноябре 1995 г. В скважину спущен насос ЭЦН-200 при обводнённости продукции 8  10 %. В процессе дальнейшей эксплуатации обводнённость продукции увеличилась и в конце 1996 г. составила 100 %.

Комплексными геофизическими исследованиями (ВЧТ, ИННК, ГГП, ДГД) установлен приток воды плотностью 1,065 т/м³ в интервале глубин 1579,4-1580,7 м и 1581-1581,8 м (интервал перфорации 1572-1588,8 м). После ВИР латекснефтяной эмульсией в июне 1997 г. исследовали профиль приёмистости и установили, что в результате изоляционных работ интервал 1581-1581,8 м не принимает воду, а включился в работу интервал 1575,7-1577 м. Обводнённость продукции не изменилась. Коэффициент приёмистости скважины равен 800 м³/сут .МПа.

Повторные ВИР в этой скважине были проведены в августе 1998 г. Обводнённость продукции после их проведения также не изменилась. Возможной причиной неэффективности работ явилось оттеснение латекснефтяной эмульсии от ствола скважины и разрыв сплошности образовавшегося тампона продавочной жидкостью (объём продавочной жидкости - воды равен 15 м³, давление в конце продавки равно нулю, в то время как максимальное давление продавки равно 11 МПа).

В феврале-марте 2001 г. в скважине проведён цементаж под давлением с оставлением цементного моста на глубине 1569 м и разбуриванием до глубины 1577 м. Кумулятивная перфорация проведена перфоратором ПК-103 из расчёта 20 отв. на 1 погонный метр в интервале глубин 1572-1575 м. Водоизоляционные работы снизили обводнённость продукции до 80 %. Она восстановилась до 96 % к ноябрю 2002 г.

К моменту водоизоляционных работ  с акустическим воздействием (работа проводилась с 30.10.07 по 3.11.07) дебит по жидкости составлял 177 . 199 т/сут при обводнённости продукции 92 . 100 % , а из скважины было добыто 232 тыс. т нефти и 326,2 тыс. т воды.

Целью опытных ВИР явилось определение  технологических возможностей проведения работ при акустическом воздействии. Для проведения работ был изготовлен гидродинамический генератор (ГВД) со следующими геометрическими размерами: диаметр вихревой камеры D = 2R = 30 мм, длина вихревой камеры L = 100 мм, диаметр двух входных отверстий d = 2r = 8 мм.

Результаты испытаний этого  ГВД при работе на воде, проведённые  на стенде Уфимского нефтяного института, представлены в нижеследующей таблице 5.

Таблица 5

Результаты испытаний  ГВД на воде

Производительность, м3/сут	Амплитуда колебаний давления в эксплуатационной колонне, МПа	Основная частота колебаний, кГц	Потери давления на ГВД, МПа
200 400 600	0,06 0,08 0,40	1,30 1,35 1,32	2,5 4,7 6,9

 

Перед проведением ВИР определили коэффициент приёмистости скв. 299 нагнетанием пластовой воды при максимальной производительности цементировочного агрегата ЦА-320 М и давлении 6 МПа. Коэффициент приёмистости равен 160 м³/сут・МПа.

Прокачивание латекснефтяной эмульсии вязкостью 160 с по ВЗ-4 через изготовленный ГВД показало, что звук возникает при давлении на выходе насоса 1 МПа. При большей вязкости эмульсии (180 с по ВЗ-4) возникновение звука наблюдается при давлении 3 . 4 МПа.

Водоизоляционные работы в скв. №299 проводились 31.10.87. Они включали следующие операции. Спуск в скважину НКТ диаметром 2,5. c пакером, ниже которого имелся хвостовик длиной 100 м с навёрнутым на его конце гидродинамическим генератором. Установку пакера произвели из расчёта, чтобы ГВД был установлен на глубине 1574 м. Опрессовали нагнетательную линию от агрегата ЦА-320 М до устья на 30 МПа. В качестве буферной жидкости закачали в НКТ 0,5 м3 нефти при давлении 13-15 МПа. Эмульгированием с помощью струйного насоса приготовили 4,2 м3 латекснефтяной эмульсии из латекса СКС-50КГП (0,8 м3), нефти (3,4 м3) и эмультала (0,06 м3). Вязкость эмульсии равнялась 125 с по ВЗ-4 (~410 мПа・с). Сразу начали закачивать эмульсию в скважину агрегатом ЦА-320 М при работе на второй передаче и, не меняя режима нагнетания, продавили её в призабойную зону пласта нефтью объёмом 2,0 м3 и пластовой водой плотностью r = 1,17 т/м³.

Объём пластовой воды был равен 2,9 м³. Общий объём продавочной жидкости (нефти и воды) составил 4,9 м³ при объёме НКТ 4,7 м³. Остановок при закачке эмульсии в скважину и продавке её в пласт не было. Динамика изменения давления в процессе нагнетания приведена в табл. 6.

Таблица 6

Изменение давления нагнетания при водоизоляционных работах

Время, истекшее с начала закачки, мин.	Объём закачанной жидкости, м3	Давление нагнетания, МПа	Давление в межтрубном пространстве, МПа
0 3 5 8 10 11 12 15 16 17 20 24   29 33 34 37 40	эмульсия эмульсия эмульсия эмульсия эмульсия эмульсия эмульсия эмульсия 4,2 эмульсии перешли на нефть 1,3 нефти 2,0 нефти перешли на воду 1,0 воды 1,7 воды вода вода 2,9 воды	10 14 15 15 16 17 18 20 22   23 20   18 17 16 15 13	2,5 (пропустил пакер)

 

Скважину закрыли под давлением 14 МПа. По плану работ подъём НКТ  с пакером планировалось начать через 1 час после самопроизвольного снижения давления на устье до нуля, но в силу производственной ситуации эти работы начали проводить через 14 часов. Во время подъёма НКТ с пакером жидкость не успевала вытекать из труб через отверстия в ГВД, отчего возникла необходимость постоянного подлива пластовой воды в скважину с целью поддержания противодавления на пласт. После промывки скважины в неё был спущен электроцентробежный насос ЭЦН-40 (планировался ЭЦН-80) и скважина была запущена в эксплуатацию.