Разработка вибросейсмического способа воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ



л

На правах рукописи

Сердюков Сергей Владимирович

РАЗРАБОТКА ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО СПОСОБА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЕПРОДУКТИВНЫЕ ПЛАСТЫ С ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Специальность: 01.02.07,05.15.11,-

«Механика сыпучих тел, грунтов и горных пород» «Физические процессы горного производства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1998

Работа выполнена в Институте горного дела Сибирского отделения Российской Академии Наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

- академик РАН, доктор технических наук, профессор Курленя Михаил Владимирович

- член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Опарин Виктор Николаевич

- доктор технических наук, профессор

Хямяляйнен Вениамин Анатольевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

- Всероссийский нефтегазовый научно-исследовательский институт им. акад. A.B. Крылова (ВНИИнефть), г. Москва

Защита состоится «.^С» июня 1998 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 003.17.01 при Институте горного дела СО РАН (630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института Горного Дела СО РАН.

Автореферат разослан ¿9fr 1998 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А.И. Федулов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработку нефтяных месторождений осуществляют, в основном, с использованием метода заводнения пластов. Его применение в макронеоднородных пластах ведёт к опережающему обводнению высокопроницаемых объемов, что осложняет извлечение нефти из относительно низкопроницаемых объемов, приводит на поздних стадиях эксплуатации к нерентабельности работы большого числа добывающих скважин, ухудшает технико-экономические показатели разработки месторождений.

Поэтому одной из основных задач на современном этапе развития нефтедобывающей промышленности является интенсификации добычи нефти и повышения нефтеотдачи обводнённых макронеоднородных пластов.

Исследования в натурных условиях установили влияние виброобработки пластов с дневной поверхности на обводненность и дебит жидкости нефтепромысловых скважин, показав тем самым перспективность разработки вибросейсмического метода повышения нефтеотдачи месторождений.

Решению этой задачи посвящена диссертационная работа, которая выполнена в рамках подпрограммы 0.02.01 Общесоюзной научно-технической программы 0?7 «Нефтедобыча» и проекта 5.1 Государственной научно-технической программы «Прогрессивные технологии комплексного освоения топливно-энергетических ресурсов недр России» («Недра России»), по Постановлениям ГКНТ СССР № 555 от 30.10.85, № 609 от 17.10.89, № 505 от 30.05.90, № 620 от 27.06.90 и № 659 от 29.04.91, по Приказам МинНауки РФ № 597Ф и 601Ф от 31.03.92, № 1439Ф от 09.06.92, № 2673Ф от 02.09.92, № 3730Ф от 30.11.92, № 95ф 0т 18.02.93, № 2557Ф от 30.07.93, № 4258Ф от 29.11.93 и др., а также в рамках плановой темы СКБ ПГ СО АН СССР № гос. per. 01860099863 и хоз. договоров с ВНИИнефть (МНТК «Нефтеотдача»), ОАО «Урайнефтегаз» и ОАО «Юганскнефтегаз».

Целью работы является разработка и оценка эффективности вибросейсмического способа воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности на основе комплексных исследований волновых процессов и реакции горных пород на вибросейсмические колебания, а также испытаний способа в промышленных условиях.

Идея работы состоит в использовании установленных в натурных условиях закономерностей взаимодействия вибросейсмических колебаний с горными породами для создания эффективного способа виброобработки нефтепродуктивных пластов с дневной поверхности.

В соответствии с идеей и целью работы определены следующие задачи исследований:

1. Исследовать волновые процессы в массиве горных пород при вибросейсмическом воздействии на него с дневной поверхности.

2. Изучить влияние вибросейсмических колебаний на фильтрационные свойства и флюиды нефтепродуктивного пласта.

3. Разработать вибросейсмический способ воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности.

4. Определить эффективность вибросейсмического способа воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности по результатам его промышленных испытаний.

Методы исследований. Анализ и обобщение литературных источников, методы измерения волновых процессов, физико-химический анализ флюидов, гидродинамические и геофизические методы исследования скважин, методы математической статистики и спектрального анализа для численной обработки экспериментальных данных с использованием вычислительной техники.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1. Долговременное воздействие на горные породы вибросейсмическими колебаниями малой амплитуды вызывает высвобождение их внутренней энергии в виде вторичного излучения упругих колебаний в сейсмическом и акустическом диапазонах частот.

Реакция сейсмоакустической эмиссии нефтепродуктивного пласта на Бибросейсмическое воздействие имеет резонансный характер, проявляющийся в том, что её усиление происходит интенсивно на отдельных (доминантных) частотах.

При частоте вибрации близкой к доминантной частоте пласта, но отличной от неё, происходит усиление поглощения вибросейсмических колебаний горными породами, а в случае совпадения этих частот -энергетическая подпитка вибросейсмических волн со стороны среды их распространения.

2. При вибросейсмическом воздействии малой интенсивности на нефтепродуктивный пласт происходит увеличение фильтрационных свойств коллектора, изменение физических свойств и химического состава нефти и попутного газа, а также фазового состава извлекаемых из пласта флюидов.

3. Виброобработка с дневной поверхности на доминантной частоте продуктивного пласта увеличивает добычу нефти в течение нескольких месяцев после окончания воздействия за счёт, в основном, снижения обводнённости добываемой жидкости.

Достоверность научных положений и выводов обеспечивается применением известных методов измерения исследуемых величин и серийно выпускаемых датчиков и приборов, прошедших метрологический контроль, использованием статистических критериев для контроля качества аппроксимации экспериментальных данных вводимыми математическими зависимостями, достаточным объёмом экспериментальных исследований в натурных условиях, положительными результатами промышленных испытаний вибросейсмического способа воздействия на нефтепродуктивные пласты.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Установлены зависимости реакции сейсмоакустической эмиссии нефтепродуктивных пластов от продолжительного вибросейсмического воздействия малой интенсивности.

2. Впервые обнаружено явление усиления поглощения массивом горных пород монохроматических сейсмических сигналов большой длительности.

3. Экспериментально обнаружено длительное увеличение фильтрационных свойств нефтяного коллектора и изменение фазового состава добываемых флюидов под действием вибросейсмических колебаний малой амплитуды.

4. Показано, что изменение свойств нефти и попутного газа в низкочастотном вибросейсмическом поле малой интенсивности происходит, в основном, из-за дегазации пластовой нефти.

5. Разработан вибросейсмический способ воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности и доказана его эффективность для повышения нефтеотдачи на поздних стадиях разработки месторождений методом заводнения пластов.

Личный вклад автора заключается в:

♦ разработке методик исследования и проведении измерений волновых процессов в массиве горных пород;

♦ разработке комплексной программы гидродинамических и геофизических скважинных исследований, физико-химических исследований пластовых флюидов и промысловых наблюдений за реакцией нефтепродуктивных пластов на вибросейсмическое воздействие с дневной поверхности;

♦ компьютерной обработке данных геофизических и гидродинамических исследований скважин;

♦ анализе совокупности полученных результатов исследований;

♦ создании методики и компьютерной программы для оценки эффективности вибросейсмическо'го воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности;

♦ разработке в соавторстве с Б.Ф. Симоновым и E.H. Чередниковым способа вибросейсмического воздействия на залежи углеводородов, а также технических условий на технологию вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности;

♦ участии в выполнении промышленных испытаний вибросейсмического метода на нефтепромыслах;

♦ анализе эффективности промышленных испытаний вибросейсмического способа на Мортымья-Тетеревском, Правдинском, Северо-Салымском и Суторминском месторождениях.

Практическая ценность работы заключается в определении эффективных режимов вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты, разработке методик измерения доминантных

частот пластов, установлении факторов, снижающих эффективность вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности.

По результатам представленных исследований разработаны вибросейсмический способ разработки нефтегазовых месторождений и технические условия на технологию повышения нефтеотдачи и интенсификации добычи нефти методом вибросейсмического воздействия на продуктивные пласты с дневной поверхности.

Реализация работы в промышленности.

Разработанный способ вибросейсмического воздействия иа нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности осуществлён на Правдинском (1994г.), Северо-Салымском (1995г.) и Суторминском (1996г.) месторождениях, в результате чего добыто более 45 тыс. тонн нефти.

Апробация работы. Основные результаты и выводы диссертации докладывались на семинарах ИГД СО РАН, конференции «Волновые методы повышения нефтеотдачи пластов (г. Альметьевск, 1992), IV семинаре СНГ «Акустика неоднородных сред» (г. Новосибирск, 1996), научно-технических советах ОАО «Юганскнефтегаз» и ОАО «Ноябрьскнефтегаз».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 1 патент на изобретение и 1 технические условия на технологию.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложенных на 112 страницах машинописного текста, содержит список литературы из 125 наименований, 35 таблиц, 31 рисунок и приложение на 27 листах.

Автор признателен научному руководителю М.В Курлене за ценные советы по работе, руководителям и сотрудникам СКТБ ИГД СО РАН, ОАО «Юганскнефтегаз», ОАО «Ноябрьскнефтегаз», ТПП «Урайнефтегаз», а также В.А. Туранову и А.Г. Дяченко из ГАНГ, B.C. Кривопуцкому из ВЦ СО РАН за помощь и поддержку в организации и выполнении экспериментальных исследований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даны общая характеристика и краткое содержание диссертации. Показаны актуальность разработки вибросейсмического способа воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности и вклад автора в решение этой задачи.

Первая глава посвящена анализу результатов исследований влияния упругих колебаний на насыщенные пористые среды, а также опытных работ по вибросейсмическому воздействию на нефтепродуктивные пласты в натурных условиях. Приведены основные достижения в этой области за последнее время.

Наиболее существенный вклад в формирование научных представлений о геомеханических процессах, протекающих во

фратментированных горных породах, подвергнутых динамическом) воздействию, а также о процессах, возникающих в нефтспродуктивныч пластах под влиянием упругих колебаний, внесён Г Г. Вахтовым, С.М Радиевым, А.Т. Горбуновым В.П. Дыблеико, ЕВ. Карусом. K.P. Коноваловым, О.В. Кузнецовым, М.В. Курденей, Р.Я. Кучумовым, P.II Лопуховым, A.B. Николаевым, В Н. Николаевским, В Н. Опариным, М.А. Садовским, Э.М. Симкиным, М.Л. Сургучёвым. В.Г1. Царёвым. Н.В. Черским, Е.И. Шемякиным и другими, в создание мощных виброисточников дебалансного типа и разработку научных основ процессов излучения и распространения вибросейсмических сигналов - A.C. Алексеевым. В .А. Бабешко, А.П. Кузьменко, Н.В Макарюком, А.П. Малаховым, 11.11. Ряшенцевым, B.C. Селезнёвым, E.H. Чередниковым, И.С. Чичининым. В Н. Юшиным и другими.

Вибросейсмическое воздействие на нефтепродуктивные n.iaciw объясняют, в основном, результатами лабораторных исследований влияния упругих колебаний на пластовые флюиды и процессы их фильтрации через пористую среду с перечнем возможных положительных интегральных ■эффектов.

Выполненный нами анализ лабораторных исследовании-обнаруживает несоответствие амплитуды и, в большинство работ, частоты упругих колебаний условиям вибросейсмическою но действия на

нефтепродуктивные пдрсты с дневной поверхности.

Так, в лабораторных исследованиях интенсивность воздействия упругими колебаниями на насыщенные пористые среды превышает 10 -г 100 Вт/м2, а в случае виброеейсмического воздействия существующими наземными вибраторами на нефтепродуктивные пласты, залегающие на глубинах 2 + 3 км и более, составляет менее 10"^ Вт м-

Ьолее того, на физических моделях нефтяных пластов экспериментально установлено, что при интенсивности воздействия ниже приблизительно 0.1 Вт/см^ эффект от обработки упругими колебаниями отсутствует. Этот критический порот на несколько порядков превышает технически возможную интенсивность вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности.

Исходя из анализа научных результатов в области дисконтинуальной механики горных пород последних лез, мы полагаем, что в основе вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности лежит нелинейное взаимодействие упругих колебаний с фра! монтированными горными породами, напряженное состояние которых изменено процессом разработки нефтяной залежи.

Для исследования такого взаимодействия следует исчольчопап. наблюдения за сейсмоакусти ческой эмиссией горных пород и фильтрационными процессами в нефтенродуктпвном пласте.

Реакция последних может быть обусловлена не только влиянием упругих колебаний на проницаемость горных пород, но и изменением свойств пластовых флюидов. Поэтому необходимо исследовать влияние вибросейсмического воздействия на свойства и состав флюидов, тем более что добыча их углеводородной составляющей является целью разработки месторождений.

В главе сформулированы и обоснованы основная цель и идея диссертации, задачи исследований.

Во второй главе рассматриваются результаты исследований волновых процессов в массиве горных пород при вибросейсмическом воздействии на него с дневной поверхности.

В первом параграфе приведены методики исследований и краткое описание измерительной аппаратуры, использованной в работе.

Второй параграф посвящен результатам исследований вибросейсмического поля, создаваемого в массиве горных пород наземными виброисточниками.

Установлено, что для вибраторов, используемых в эксперименте, форма амплитудно-частотной характеристики излучаемых сигналов зависит от амплитуды возмущающей силы. Спектральный анализ вибросейсмических колебаний горных пород показывает повышение значений амплитуд второй и третьей гармоник при работе вибраторов на частотах, соответствующих провалу амплитудно-частотной характеристики.

Приведены результаты измерений вибросейсмического поля в массиве горных пород на глубинах до 1.5 км, а также в нефтепродуктивном пласте на расстояниях до 7-ми км от эпицентра его виброобработки. Амплитуда вынужденных колебаний пласта составляет единицы нанометров.

Получено, что коэффициент поглощения вибросейсмических монохроматических сигналов осадочными горными породами составляет 0.63 0.75 дБ/Хр, где X? - длина продольных волн. Это в 4 * 5 раз больше, чем среднее значение этого показателя для таких пород в случае импульсных сейсмических сигналов (-0.15 дБ/А.р).

Влияние вибросейсмических колебаний малой амплитуды на сейсмоакустическую эмиссию горных пород рассмотрено в третьем и четвёртом параграфах с использованием сравнительного анализа спектральных плотностей шумов горных пород до (Gmo) и после (Gm) вибросейсмического воздействия на массив горных пород с дневной поверхности. '

Измерения спектральной плотности микросейсмов выполнены нами в диапазоне частот 2 * 26 Гц на глубинах Î000 и 1531 м. Выбор указанного диапазона частот обусловлен технически достижимыми режимами работы современных дебалансных виброисточников с амплитудой силы 600 кН и более.

Нижняя точка регистрации микросейсмов расположена в нефтепродуктивном пласте «П», а верхняя - в пласте плотных глин, которые

по фильтрационным свойствам и трещиноватости существенно отличны от нефтенасыщенных пористых песчаников, что позволило путём сравнительного анализа выделить характерные особенности реакции микросейсмов нефтепродуктивного пласта на вибросейсмическое воздействие с дневной поверхности.

Вибросейсмические колебания пластов с амплитудой единицы нанометров и длительностью несколько десятков минут вызывают вторичное излучение упругих волн в сейсмическом и акустическом (1+25 кГц) диапазонах частот.

Усиление акустической эмиссии сцементированных нефтенасыщенных песчаников происходит во всём исследованном диапазоне частот 1 -г 25 кГц, достигая 18 дБ на частотах 10+11 кГц (основной максимум) и 11 дБ 2 + 3 кГц, и прослеживается не менее чем в течение 2 сут после виброобработки пласта.

Реакция низкочастотной сейсмической эмиссии нефтепродуктивных пластов на вибросейсмическое воздействие имеет резонансный характер, проявляющийся в том, что усиление сейсмической эмиссии, достигающее почти 7 дБ, происходит интенсивно на отдельных (доминантных) частотах, которые расположены приблизительнц эквидистантно по шкале частот с шагом 2 + 2.5 Гц, начиная с порогового значения, ниже которого усиление эмиссии отсутствует (см. рис. 1).

Рис. 1. Изменение спектральной плотности микросейсмов пласта «П».

Наблюдаемые значения доминантных частот объяснимы с позиций кластеризации геоблоков исследуемого иерархического уровня фрагментирования горных пород. Анализ полученных результатов с использованием зависимости

l//j,=k2(mi+l-í)

(1)

где I - порядковый номер доминантной частоты, кг - коэффициент пропорциональности, а ш; масштаб кластеризации блока, отвечающего за генерацию нижней доминантной частоты, свидетельствует о том, что резонансные частоты нефтенродуктивных пластов, зарегистрированные нами на Мортымья-Тетеревском и С'уторминском месторождениях, соответствуют кластерным блокам, характерные размеры которых составляют до 10-ти размеров элементарных блоков определённого иерархического уровня фрагментирования горных пород, причём максимальный размер кластерного блока ограничен сверху мощностью вмещающего пропластка. График рис. 2 показывает, что для глубин до 3-х км значение нижней доминантной частоты иефгепродуктивных пластов лежит в интервале 10+20 Гц, что определяет требования к частотному диапазону используемых виброисточников.

11 $110 1««« 15»« 2000 2 5 0II 300«

| .|у 6ни а »¡»,| е| дин я. ч

Рис 2. Зависимость нижней доминантной частоты пласта от глубины его залегания,

? >я

Интенсивность усиления сейсмической эмиссии горных пород неф1с1ф)д>кти1:ных пластов растет с увеличением длительности и амплитуды вибр »сейсмических колебаний и с уменьшением разницы между частотой íutopauitH и доминантной частотой пласта (см. рис. 3).

Для микросейсмов нижней доминантной частоты пласта «П» и длительное г,г сеанса виброобработки пласта до 20 мин наблюдается зависимость гид;1

(«П. - OmO )'GmO~ Aj'Tb (2)

где G, .ii м G,„ - en ?кг>алы1ые плотности микросейсмов пласта соответственно до и ч. рез 2 мин пос.'е иибросейсмического воздействия длительностью Т„ и

амплитудой Ль По мере увеличения Тв относительное влияние длительности сеанса уменьшается. Так, реакция микросейсмов нижней доминантной частоты пласта снижается на 3 дБ при уменьшении Тв с 20 до 10 мин и, напротив, практически не меняется при увеличении Тв с 20 до 30 мин.

Т в , м и н

Рис. 3. Изменение спектральной плотности микросейсмов на доминантных частотах пласта «П».

При вибросейсмическом воздействии на нефтепродуктивный пласт длительностью 40 мин наблюдается смещение максимума реакции сейсмической эмиссии горных пород в сторону более высокой доминантной частоты (см. рис. 3). Это свидетельствует о том, что вибросейсмическое воздействие вызывает колебательное движение геоблоков, сцепленных первоначально между собой, а затем, при длительном характере вибрации, возникают относительные колебательные движения между блоками все меньшего размера.

При вибросейсмическом воздействии на пласты горных пород происходит передача энергии вибросейсмических колебаний в колебательные движения геоблоков на доминантных частотах, а в случае совпадения частот этих колебаний и вибрации, - энергетическая подпитка вибросейсмических волн со стороны среды их распространения (см. табл. 1). Такая трансформация энергии вызывает обнаруженное нами усиление поглощения вибросейсмических монохроматических колебаний при прохождении ими горной среды, состоящей из большого числа пластов и пропластков с различными значениями доминантных частот.

После окончания виброобработки нефтепродуктивного пласта в первые 9 + 14 мин происходит выделение его внутренней энергии, проявляющееся в нарастании эмиссионного излучения горных пород на доминантных частотах с последующим падением до фонового уровня со временем релаксации 20 + 26 мин. Время инициирования этого процесса

высвобождения внутренней энергии нефтепродуктивного пласта, составляет около 20 мин. (см. рис. 3), что накладывает ограничение на минимальную длительность сеанса его виброобработки.

_ _ _______Таблица 1.

миннм. амплитуда внброссйсмичсскил колебаний А|. дБ разница

частота значен. в пласте БСц,.: средн.

Г,-Гц /Г,-и. на гл>бине. м: среди. на глубине. м : средн. значен.

Гц 287» 286(1 2857 значен. 2818 2812 значен. А,. дБ

8,0 2,7 49,5 49,0 49,5 49,3 49,5 49,5 49,5 -0,2

10,0 0,7 56,0 58,0 57,0 57,0 60,0 61,5 60,8 -3,8

10,7 0,0 70,0 70,0 69,5 69,8 61,0 63,0 62,0 7,8

11,5 0,8 69,0 68,0 67,5 68,2 67,0 70,0 68,5 -0,3

12,0 0,4 61,5 61,5 64,0 62,3 63,5 68,5 68,5 -6,2

Доминантные частоты пласта БСм-г ^1=10,7 Гц и ¡<¡2-12,4 Гц.

Кроме этого процесса, продолжающегося десятки минут, нами обнаружено существование более длительного геомеханического процесса, возникающего в нефтепродуктивном пласте при вибросейсмическом воздействии на него с дневной поверхности. На рис. 4 показаны графики среднесуточных добыч нефти и жидкости по опытному участку пласта БСк«, подвергнутому виброобработке (ВСВ).

9 11 13 15 17 время,мес

Рис. 4. Среднесуточные добычи нефти и жидкости по пласту БСц>-2.

Максимальная добыча нефти имеет место в 1 + 2-ой месяцы после окончания воздействия, затем следует спад и второй, более низкий пик добычи нефти на 5-ый месяц после прекращения виброобработки пласта. Близкий результат получен и на Правдинском месторождении. Период этого процесса составляет около 4 месяцев, а время существования - не менее чем 6 4- 8 месяцев. Характерной его особенностью является то, что изменение добычи нефти определяется, в основном, колебаниями обводнённости жидкости, а не уровнем добычи последней (см. рис. 4).

Время виброобработки нефтепродуктивного пласта необходимое для стабилизации интенсивности указанных процессов (для короткопериодного -длительность отдельного сеанса и для длиннопериодного - длительность всего воздействия, состоящего из совокупности сеансов) составляет примерно половину периода. Так, при длительности цикла виброобработки пласта 0.5 мес. доля дополнительной добычи нефти, полученной за счёт воздействия, составляет 6%, при длительности 1 мес. - 17%, а при длительностях 2 и 2.5 мес. соответственно 45 и 42%.

Важнейшим результатом работ на Суторминском месторождении является экспериментальное доказательство эффективности воздействия на пласт на его доминантной частоте 10.7 Гц (см. табл. 1). При работе на этой частоте в 1996г. нами получено 16.5 тыс. тонн дополнительной добычи нефти, в то время как в 1995г. при работе на частоте 11.5 Гц и других неизменных параметрах режима работы вибраторов, эффект составил менее 3.5 тыс. тонн.

Совокупность представленных результатов свидетельствуют о доминирующей роли блочного строения песчаников нефтепродуктивных пластов, которым свойственно наличие правильной геометрической системы вертикальных трещин, в их реакции на вибросейсмическое воздействие с дневной поверхности.

Для пласта плотных глин, трещиноватость которых выражена слабее и представлена хаотично расположенными трещинами, интенсивность усиления сейсмоакустической эмиссии под влиянием виброобработки на ~1 дБ ниже, чем для пласта «П», несмотря на большую в ~3 раза амплитуду вибросейсмических колебаний. Кроме того, в низкочастотной области наблюдается только один, более расплывчатый по частоте пик усиления микросейсмического шума глин.

Третья глава посвящена результатам исследований влияния низкочастотных вибросейсмических колебаний малой амплитуды на фильтрационные свойства горных пород, а также на физические свойства, фракционный и компонентный состав, добычу нефти, воды и попутного газа.

Совокупность результатов гидродинамических исследований показывает долговременное повышение проницаемости горных пород нефтепродуктивного пласта в радиусе не менее 1.5 км после воздействия на него вибросейсмическими колебаниями с амплитудой единицы нанометров.

Под влиянием вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивный пласт с дневной поверхности происходит подъём на первые сотни метров динамических и статических уровней жидкости в эксплутационных скважинах, увеличение до 4-х раз их коэффициентов продуктивности (см. рис. 5) и до 2-х раз дебетов жидкости.

-4-

300 500 7 0 0 900 1 1 О О 1 3 0 0 1500

расстояние до эпниентря внброссйсммчсскогв воздействия ,м

Рис. 5. Относительное изменение коэффициента продуктивности скважин под действием виброобработки пласта «П».

По данным гидродинамических исследований, выполненных с использованием глубинного манометра в скважине 1256 Правдинского месторождения, проницаемость прискважинной области пласта БС(1 после его виброобработки увеличилась с 0.009 до 0.022 мкм2, гидропроводность - с 0.141 до 0.199 мм3/(мПа с), а пьезопройодность - с 440 до 621 см2/с.

После вибросейсмического воздействия на пласт с дневной поверхности нами зафиксировано увеличение в несколько раз содержания в добываемой жидкости механических примесей, что в совокупности с усилением акустической эмиссии, изменением фильтрационных свойств коллектора и увеличением выхода асфальтенов и силикагелевых смол (см. табл. 2) свидетельствует о декольматации, по крайней мере, призабойной зоны эксплутационных скважин.

Вибросейсмические колебания нефтепродуктивного пласта с амплитудой единицы нанометров изменяют свойства и состав нефти и попутного газа, а также фазовый состав извлекаемых из пласта флюидов. Часть полученных данных приведена в табл. 2.

Установлено, что реакция свойств и состава нефти на вибросейсмическое воздействие протекает в три фазы, первая из которых представляет процесс изменения параметров нефти в неблагоприятную сторону с точки зрения влияния на нефтеотдачу продуктивных пластов, вторая - восстановление параметров нефти до фоновых значений, имевших место до воздействия, и третья фаза - приближение параметров нефти к

значениям, имевшим место "а начальной стадии разработки нефтяной залежи.

Таблица 2.

время > ?фть попутный газ

относит. после плот* :>сть вялость темпер. содерж. плотность отношен.

ВСВ окончания КП• 3 при 20°С начала асфальт., относит. содерж.

ВСВ мм 7с кипения, сил.смол, воздуха метана к

"С % гомологам

ДО 8* 14 в 76,8 5,2 0,854 2,51

в период 860 19.3 89,5 6,9 ■

после 4 сут. - - - - 1,101 0,97

1 мес. 85! 19 ) 93,0 5,6 1,036 1,21

3 мес. 8й!, 95,0 7,2 0,934 2,12

12 мес. 835 е,й 110,0 - - -

20 мес. 833 7,7 47,0 6,2 ■

Сопоставление рет тьтатои исследований газового фактора, вязкости, температуры начала киги шя и фракционного состава нефти, плотности и компонентного состава гк .тутного газа при вибросейсмическом воздействии с дневной поверхности на пласт «П» обнаруживает тесную взаимосвязь

30.05.90

Рис 6. Изменение дебита попутного газа при вибросейсмическом воздействии с дневной поверхности (ВСВ) на пласт «П».

Так, в конце вибросейсмического воздействия на пласт увеличивается до 2-х раз дебит попутного газа (см. рис. 6) и значение газового фактора по большинству добывающих скважин.

В это же время, по сравнению с фоновым периодом до воздействия, отбираемая нефть имеет пониженное содержание фракции, выкипающей до 100°С, повышенные значения вязкости, плотности и температуры начала кипения (см. табл. 2). Совокупность полученных результатов свидетельствует о том, что при воздействии на пласт вибросейсмическими колебаний малой амплитуды пластовая нефть частично разгазируется, несмотря на то, что давление жидкости в пласте «П», а также забойные давления в действующих добывающих скважинах превышают давление насыщения нефти газом соответственно на 6.4 МПа и не менее чем на 1.2 МПа.

Поскольку растворимость метана в нефти ниже, чем у его гомологов, то газ, выделяющийся из пластовой нефти в период виброобработки пласта, должен быть обогащен метаном, в меньшей степени этаном и некоторыми другими газами. В период вибровоздействия на пласт «П» пробы попутного газа не были отобраны, но именно такой характер изменений в компонентном составе попутного газа наблюдался при виброобработке нефтепродуктивного пласта месторождения Абузы.

После окончания вибросейсмического воздействия состав попутного газа определяется остаточным газом, растворенным в частично разгазированной нефти. В этот период попутный газ, по сравнению с периодом до виброобработки пласта, имеет пониженное содержание метана, пониженное значение отношения содержания метана к суммарному содержанию его гомологов и повышенное значение плотности газа относительно воздуха (см. табл. 2).

В третий месяц после окончания виброобработки пласта свойства и состав как нефти, так и попутного газа почти восстанавливаются до состояния перед началом воздействия.

Увеличение вязкости нефти вследствие её частичной дегазации под влиянием вибросейсмических колебаний неблагоприятно влияет на эффективность вибросейсмического воздействия в первые три + четыре месяца после его начала. По нашим данным относительное увеличение добычи нефти по блоку №1 пласта «П» в этот период равно нулю, а после восстановления свойств нефти - составляет 17%.

Дегазация . пластовой нефти под влиянием вибросейсмических колебаний малой амплитуды объясняет наблюдаемые изменения дебита попутного газа, компонентного состава попутного газа, вязкости, температуры начала кипения, содержания низкотемпературной фракции и частично плотности нефти, то есть параметров, изменения которых выражены наиболее отчетливо.

Содержание силикагелевых смол, асфальтенов и парафинов, имеет другой характер изменений (см. табл. 2). Объяснением наблюдаемой

динамики содержания этих компонент нефти, обладающих повышенной способностью к адсорбированию горной породой, является частичная очистка призабойной зоны добывающих скважин за счет механических колебаний горных пород.

Этот процесс наиболее интенсивно происходит в скважинах, забои которых расположены наиболее близко к эпицентру вибросейсмического воздействия на пласт. При этом дебит жидкости и коэффициент продуктивности таких скважин увеличивается под влиянием вибросейсмического воздействия на пласт в большей степени, чем для более удаленных скважин (см. рис.5).

Изменение свойств и состава нефти через год -5- полтора после окончания вибросейсмического воздействия на пласт не связано с непосредственным влиянием вибросейсмических колебаний на свойства нефти и попутного газа. Близость свойств и состава нефти, отбираемой из пласта в этот период, к свойствам и составу нефти до начала разработки блока №1, а также снижение обводнённости добываемой жидкости свидетельствуют о подключении к процессу разработки запасов нефти, расположенных в недренируемых до этого объемах нефтепродуктивных пластов.

В четвёртой главе рассмотрены результаты промышленных испытаний и основные технологические приёмы вибросейсмического способа воздействия с дневной поверхности на нефтепродуктивный пласт БСб Правдинского месторождения. Дана оценка эффективности виброобработки блока Б5В этого пласта несколькими методами.

интервал обводненности добываемой жидкости, %

Рис. 7. Гистограмма распределения замеров обводнённости добывающих скважин участка виброобработки пласта БСб.

Показано, что на вибросейсмическое воздействие положительно отреагировало 13 из 18 наблюдаемых скважин, по которым после воздействия обводненность добываемой жидкости снизилась, а дебит жидкости либо не изменился, либо возрос.

Гистограмма распределения относительного количества замеров обводненности по 10%-м интервалам до и после качала вибровоздействия на пласт БС0 по одиннадцати скважинам блока, имевшим примерно одинаковую фоновую обводненность продукции (выше 90%), приведена на рис. 7.

Эта гистограмма, построенная по большому количеству замеров обводненности до и после начала виброобработки залежи, наглядно показывает снижение обводненности продукции скважин под влиянием вибросейсмических колебаний.

До начала воздействия мода замеров обводненности (54% замеров) лежала в интервале обводненности 99 * 100% с экспоненциальным спадом относительного количества замеров последовательно по интервалам обводненности 90 4- 99%, 80 - 90% и 70 н- 80%. После виброобработки пластов мода замеров обводненности (25% замеров) лежит в интервале обводненности 80 90% с примерно нормальным видом распределения относительного качества замеров по соседним интервалам с некоторой асимметрией в сторону интервалов более высоких значений обводненности.

Последнее связано с тем, что часть скважин отреагировала на вибросейсмическое воздействие с задержкой во времени, другие - имели длительность эффекта ниже периода анализа.

Под влиянием вибрации по одиннадцати скважинам относительное количество замеров в интервале обводненности 99 ч- 100% снизилось с 54 до 15%, в то время как относительное количество замеров в интервале обводненности 70 ч- 90% выросло с 10 до 46%.

По группе из двенадцати добывающих скважин, оборудованных средствами замера дебита жидкости, оценки эффективности вибросейсмического воздействия на пласт БСб составляют:

- по методу сравнения средних дебитов нефти за периоды до и после

начала воздействия - 12688 т

- по динамике среднесуточной добычи нефти - 12762 т

- по характеристике вытеснения нефти водой вида

+ (3)

где Qn, - расчетная накопленная добыча нефти, 0/, - фактическая накопленная добыча жидкости, накопленная с начала разработки залежи, а и Ь - коэффициенты линейной регрессии, определенные на интервале обучения модели (3) в восьмимесячный период до начала воздействия на залежь, 1 -индекс месяца, - 11290 т.

За счет вибросейсмического воздействия на пласт БС6 за девять месяцев по группе из двенадцати скважин дополнительно добыто 12762 т нефти, из них за счет повышения нефтеотдачи 11290 т и за счет интенсификации процесса разработки объекта 1472 т (как разница оценок вторым и третьим методами).

По скважинам, не оборудованным средствами замера дебита жидкости (6 малопродуктивных скважин), дополнительная добыча нефти за счет вибросейсмического воздействия на пласт БСб оценена только первым методом и составляет 342 т нефти.

Всего, по 18-ти анализируемым скважинам за счет вибросейсмического воздействия на пласт БСб в период длительностью 9 месяцев дополнительно добыто 13104 т нефти. Погрешность оценки не превышает 470 т. Всего за этот период этими скважинами добыто 29180 т нефти, то есть за счет виброобработки залежи получено около 45% всей добычи нефти. Налицо почти двукратное увеличение добычи нефти за счет вибросейсмического воздействия на пласт БС6. .

Затраты на проведение работ по вибровоздействию составили около 100 тыс. долларов США или, примерно, 8.5 долларов на тонну дополнительно добытой нефти при стоимости нефти на внутреннем рынке в период проведения работ около 50 долларов США за тонну.

Распределение стоимости нефти $655000,

добытой за счет ВСВ ($50 за топну): $275 "00

S200 ООО

Рис. 8. Экономические показатели эффективности вибросейсмического воздействия с дневной поверхности (ВСВ) на участок пласта БСб-

На рис. 8 приведены экономические показатели эффективности вибросейсмического воздействия (ВСВ) на пласт БСб Правдинского месторождения за девятимесячный период. Размер условно-переменных

затрат объединения ОАО "Юганскнефтегаз" по добыче нефти вибросейсмическим способом согласован с планово-экономическим департаментом объединения. Амортизационные расходы определены исходя из 5-ти летнего срока службы оборудования. Рентабельность работ составила 44%.

Таким образом, в ходе проведения промышленных испытаний впервые доказана технико-экономическая эффективность вибросейсмического способа воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

В приложении приведены документы по результатам применения вибросейсмического способа воздействия с дневной поверхности на нефтепродуктивные пласты Северо-Салымского (1995г.) и Суторминского (1996г.) месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены научно-обоснованные технические и технологические разработки по созданию вибросейсмического способа воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности, обеспечивающие решение важной прикладной задачи повышения нефтеотдачи продуктивных пластов.

Основные результаты состоят в следующем:

1. Вибросейсмические колебания пластов с амплитудой несколько нанометров и длительностью несколько десятков минут вызывают в нефтепродуктивном пласте вторичное излучение упругих волн в низкочастотном сейсмическом и акустическом диапазонах частот.

Усиление акустической эмиссии нефтенасыщенных песчаников происходит во всём исследованном диапазоне частот 1 + 25 кГц, достигая 11 + 18 дБ на частотах 10 + 11 кГц (основной максимум) и 2 + 3 кГц.

Реакция низкочастотной сейсмической эмиссии нефтепродуктивных пластов на вибросейсмическое воздействие имеет резонансный характер, проявляющийся в том, что её усиление происходит интенсивно на отдельных (доминантных) частотах, начиная с порогового значения, ниже которого такое усиление отсутствует. Для глубин до 3-х км значение нижней доминантной частоты нефтепродуктивных пластов лежит в интервале 10 + 20 Гц.

После прекращения виброобработки нефтепродуктивного пласта в первые 9+14 мин происходит усиление сейсмического эмиссионного излучения горных пород на доминантных частотах, а затем падение до фонового уровня со временем релаксации 20 + 30 мин.

2. При частоте вибрации близкой к доминантной частоте пласта, но отличной от неё не более, чем на 0.7 Гц, происходит усиление поглощения вибросейсмических колебаний горными породами нефтепродуктивного

пласта, а в случае совпадения этих частот - энергетическая подпитка вибросейсмических волн со стороны среды их распространения.

Коэффициент поглощения массивом горных пород вибросейсмических монохроматических сигналов длительностью несколько десятков минутв4 + 5 раз превышает значение данного параметра для импульсных сейсмических сигналов. Причиной этого является трансформация энергии вибросейсмических сигналов в колебания горных пород на доминантных частотах пластов.

3. При вибросейсмическом воздействии на нефтепродуктивный пласт с дневной поверхности происходит увеличение до 1.5 2 раз проницаемости, гидропроводности и пьезопроводности нефтяного коллектора, подъём на первые сотни метров динамических и статических уровней жидкости в эксплутационных скважинах, увеличение до 4-х раз их коэффициентов продуктивности и до 2-х раз дебитов жидкости. Изменение фильтрационных свойств коллектора происходит на удалении до 1.5 км от эпицентра его виброобработки.

4. Вибросейсмические колебания нефтепродуктивного пласта с амплитудой несколько нанометров изменяют до 30% кинематическую вязкость, до 10% плотность, до 1.2 раз температуру начала кипения нефти, до 1.3 раз плотность попутного газа и до 1.5 единиц отношение содержания в нём метана к его гомологам, а также фракционный и компонентный состав нефти, компонентный состав попутного газа, увеличивают до 2-х раз дебит попутного газа по добывающим скважинам.

Основной причиной изменения компонентного состава и дебита попутного газа, вязкости, температуры начала кипения и фракционного состава нефти при вибросейсмическом воздействии с дневной поверхности на пласт с разницей между забойными давлениями в скважинах и давлением насыщения нефти газом не менее 1.5 МПа является частичная дегазация пластовой нефти.

Дегазация нефти в вибросейсмическом поле наземного источника неблагоприятно влияет на эффективность виброобработки пласта с начала и в течение трёх четырёх месяцев после её окончания.

5. Оптимальным, с точки зрения интенсификации выделения внутренней энергии нефтепродуктивного пласта в вибросейсмическом поле наземного источника и эффективности воздействия на пласт, являются режимы его виброобработки в течение 2 мес. на одной из доминантных частот пласта сеансами длительностью 20 30 мин с 20 30 мин перерывами между ними.

6. Вибросейсмический способ воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности осуществлён на 3-х месторождениях ЗападноСибирского региона. Дополнительная добыча нефти составила до 45% от общей добычи нефти по участкам пластов, подвергнутым виброобработке.

На вибросейсмическое воздействие положительно отреагировало до 72% добывающих скважин в радиусе до 1.5 -=- 3-х км от эпицентра воздействия на пласт.

Основной объём дополнительной нефти получен в период после вибросейсмического воздействия на пласт с дневной поверхности длительностью не менее 6 месяцев за счёт, в основном, снижения средней обводнённости жидкости, добываемой по участку воздействия, на величину до 6 н- 8%.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Сердюков C.B., Кривопуцкий B.C., Гамзатов С.М. Исследования сейсмических и акустических полей при низкочастотном вибрационном воздействии на нефтяной пласт. - Новосибирск, 1991. - Препр. ИГД СО АН СССР, №43.

2. Симонов Б.Ф., Сердюков C.B., Чередников E.H. Результаты опытно-промысловых работ по повышению нефтеотдачи вибросейсмическим методом // Нефтяное хозяйство. - 1996. -№3.

3. Патент РФ №2078913. Способ разработки нефтегазового месторождения / C.B. Сердюков, Б.Ф. Симонов, E.H. Чередников. - Опубл. в БИ, 1997, №13.

4. Тех. условия ТУ-004-03533961-97. Технология повышения нефтеотдачи и интенсификации нефтедобычи методом вибросейсмического воздействия с дневной поверхности (ВСВ) / Симонов Б.Ф., Чередников E.H., Сердюков C.B. и др. - Новосибирск: ИГД СО РАН, 1997.

5. Курленя М.В., Симонов Б.Ф., Сердюков C.B. и др. Об эффективности вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности // ФТПРПИ. - 1998. - № 2.

6. Сердюков C.B. Методика оценки эффективности вибросейсмического воздействия на нефтепродуктивные пласты с дневной поверхности. - Новосибирск, 1998. - Препр. ИГД СО РАН.

7. Симонов Б.Ф., Чередников E.H., Сердюков C.B. и др. Технология вибросейсмического воздействия на нефтяные пласты с земной поверхности (ВСВ) для повышения нефтеотдачи пластов // Нефтяное хозяйство. - 1998. -№4.

i