На сегодняшний день необходимо применение нестандартных методов увеличения нефтеотдачи, отличающихся повышенной управляемостью, энергоэффективностью и экологичностью, как на поздних стадиях разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами нефти, так и на ранних стадиях разработки с физически обусловленными трудноизвлекаемыми запасами. Для трудноизвлекаемых запасов нефти, обусловленных геологическими особенностями залегания, выраженными в макронеоднородности коллекторов, множественных водонефтяных контактах, разломах, тектонических экранах, управляемое физическое воздействие на фильтрационные процессы позволит адресно воздействовать на зоны с отстаточными запасами. Для месторождений с физически обусловленными затруднениями вытеснения, вызванными высокой вязкостью нефти, реологическими свойствами, высокой долей микрокапилляров, требуется прямое длительное действие на флюиды для стимуляции фильтрационных процессов за счет снижения вязкости, градиента сдвига и капиллярных сил.

Электромагнитное воздействие (ЭМВ) – воздействие, оказываемое колебаниями волн различных диапазонов с целью влияния на нефтесодержащий пласт и пластовый флюид, для изменения их свойств, которые повлияют на дополнительное извлечение нефти.

Выполненные лабораторные исследования ученых Тюменского Индустриального института выявили, что воздействие на модель пласта и пластового флюида электромагнитными волнами значительно увеличивает показатели фильтрационно-емкостных свойств пласта и способствует дополнительному нефтеизвлечению. При закачке в модель пласта электролита (солевой раствор) наблюдалось многократное увеличение эффекта.

Солевой раствор способствует повышению температуры в продуктивном пласте под воздействием электромагнитного поля, т.к. является хорошим проводником электрического тока. Усиление термического эффекта, в особенности в приближенной к призабойной зоне пласта, провоцирует уменьшение вязкости и очистки от тяжелых углеводородов порового пространства пласта под воздействием давления.

Также осуществляется практически полное снижение фильтрационных потенциалов статического электричества, которые возникают в нефтесодержащих коллекторах и препятствуют течению нефти.

Находясь в области действия переменного электрического поля, скопления молекул жидких углеводородов начинают колебаться с частотой, зависящей от источника электроэнергии. Это приводит к снижению вязкости нефти, способствующему увеличению добычи.

Подобный метод был внедрен на Усть-Балыкском месторождении «Юганскнефтегаз». Электроды, прикрепленные к оголенным концам высоковольтных кабелей, спускаются в экспериментальные скважины на колонне насосно-компрессорных труб. В качестве электрода использовалась часть утяжеленной бурильной трубы длинной 1 метр с внешним диаметром 140 мм. В нижней части трубы равномерно по окружности сверлятся 3 отверстия диаметром 10 мм, в которых нарезается резьба, и с внутренней стороны вворачиваются винты, на которых закрепляются луженные наконечники питающего кабеля. В результате осуществляется «запараллеливание» жил на теле электрода. Нижняя часть электрода располагается у подошвы продуктивного пласта. Конструкция предполагает ограничение по суммарному току в используемом кабеле – 230 А с учетом поправочного коэффициента на пластовую температуру. Для поддержания такого тока необходимая максимальная мощность источника электроэнергии составляет 216 кВт. При этом полезная мощность в призабойной зоне пласта составляет 100 кВт (рисунок 2).

Рис.1. Схема электровоздействия на призабойную зону пласта

Данное направление требует изучения и поэтому в ТюмГНГУ была собрана лабораторная установка, состоящая из электротехнической и гидродинамической части. Установка позволяет проводить эксперименты по электромагнитному воздействию на физическую модель керна. В основе установки лежит резонансный трансформатор переменного электрического тока. От обычных трансформаторов он отличается тем, что в конструкции отсутствует ферромагнитный сердечник. Это позволяет многократно снижать взаимоиндукцию между двумя катушками.

1 – источник переменного тока (50 Гц, 220 В), 2 – счетчик электрической энергии, 3 – емкость с повышающими микроволновыми трансформаторами, погруженными в моторное масло, 4 – амперметр, 5 – высоковольтные конденсаторы Capacitor, 6 – катушки фильтров ВЧ, 7 – динамический разрядник, 8 – батарея конденсаторов К-75-25 первичного контура, 9 – первичная катушка, 10 – вторичная катушка, 11 – электрод, погруженный в модель керна, 12 – медная пластинная, 13 – стеклянная колба, 14 – мерная колба.

Рис.2. Схема лабораторной научно-исследовательской установки по электромагнитному воздействию

Плазменно-импульсное воздействие (ПИВ) – один из методов интенсификации добычи нефти, основанный на использовании резонансных свойств пласта. В основе технологии лежат принципы нелинейных систем, к которым относятся среды со значительным энергосодержанием и энерговыделением, высокоскоростные, высокотемпературные процессы, колебания и волны со значительной амплитудой.

При этом в пласте происходят такие процессы, как:

-разогрев прискважинной зоны;

- ускорение (до 1000 раз) гравитационной агрегации нефти и газа;

- увеличение относительных фазовых проницаемостей для нефти в большей степени, чем для воды;

- увеличение скорости и полноты капиллярного вытеснения нефти и водой:

- возникновение сейсмоакустической эмиссии в породах коллектора, сопровождающейся образованием микротрещин;

- изменение напряженного состояния горных пород коллектора и связанное с этим изменение структуры порового пространства (дилатансия).

Ток высокого напряжения (от 3 000 В) пропускают через электроды разрядника в рабочий интервал внутри скважины. Электрическая дуга, характеризующаяся высокой степенью разложения молекул и ионизацией, приводит к образованию плазмы с мгновенным повышением температуры (порядка 28 000 °С). Благодаря этому в течение нескольких микросекунд развивается высокое давление (около 10 000 кг/см²). Мгновенная ударная волна со скоростью выше скорости звука передаётся окружающей жидкости в скважине, что приводит к образованию скачка уплотнения.

В среднем энергия небольшая (500 Ватт), однако за счёт крайне короткого времени разряда максимальная энергия достигает 20 МВт. Мгновенное расширение плазмы создаёт ударную волну, и последующее охлаждение и сжатие плазмы вызывает обратный приток в скважину через перфорационные отверстия в обсадной колонне, что на начальном этапе обработки скважины способствует выносу кольматирующих веществ в ствол скважины.

При многократных повторениях разряда энергия ударной волны распространяется по твёрдому скелету пласта и в жидкости, превращаясь затем в продольные и поперечные (сдвиговые) волны.

При использовании плазменно-импульсного воздействия увеличивается проницаемость призабойной зоны скважины, увеличивается гидродинамическая связь нефтяного пласта с забоем скважины за счет очистки старых и создания новых фильтрационных каналов, происходит очищение порового пространства и формирование новых микротрещин в призабойной зоне скважины и фильтрационных каналах пласта.

Во время воздействия появляется ударная волна, которая, выходя через перфорационные отверстия в зону проникновения в упругую среду, вызывает ее движение, быстро затухает, превращаясь в ряд последовательных колебаний, распространяющихся со скоростью упругих волн.

На базе ТюмГНГУ была создана лабораторная установка для проведения исследований (рис. 1).

1 – источник переменного тока, 2 – ЛАТР, 3 – повышающий трансформатор, 4 – выпрямитель тока, 5 – высоковольтные конденсаторы, 6 – высоковольтные резисторы, 7 – искровой промежуток, 8 – выходы для подключения к объекту плазменно-импульсное воздействия

Рис.3. Схема лабораторно-исследовательской установки

Инфразвуковое воздействие. Инфразвук – звуковые волны, частота которых лежит ниже диапазона, воспринимаемого человеческим ухом (от 16 до 20 000 Гц). Нижняя граница инфразвукового диапазона принята за 0,001 Гц. Как и слышимый звук, инфразвук представляет собой распространение в среде механических колебаний в форме упругих волн. Поэтому для инфразвука характерны свойства звуковых волн, а также определенный набор особенностей, таких как большие амплитуды колебаний, дальнее распространение в воздушной среде. Вступая в резонанс с крупными объектами, инфразвук вызывает в них вибрацию. Большая длина волны позволяет инфразвуковым волнам распространяться на большие расстояния в жидкостях, газах и твердых телах.

Инфразвук используется в качестве средства, обнаруживающего землетрясения и приближающиеся штормы. Инфразвук, распространяющийся в жидкой среде, используют для ускорения процессов диффузии и растворения.

Значительное расстояние распространения инфразвуковых колебаний, вибрационные эффекты, оказываемые на массивные объекты, могут послужить полезными свойствами для применения инфразвука в качестве способа извлечения дополнительной нефти, за счет расположения источника излучения волн в нагнетательной скважине, а также повышения ее приемистости.

Инфразвуковые колебания предположительно будут способствовать увеличению скорости и выравниванию фронта вытеснения нефти водой. Вибрации, передаваемые скелету горной породы, могут привести к освобождению капиллярно-удерживаемой нефти, тем самым способствуя повышению коэффициента извлечения нефти.

В ТюмГНГУ ведется разработка лабораторной научно-исследовательской установки по инфразвуковому воздействию на насыпную модель керна.

Вышеописанные методы воздействия на нефтесодержащий пласт физическими полями представляют большой интерес и перспективу.

Рецензенты:

Грачев С.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», Институт геологии и нефтегазодобычи, ФГБОУ ТюмГНГУ, г.Тюмень;

Сохошко С.К., д.т.н., заведующий кафедры «Моделирования и управления процесcами нефтегазодобычи», Институт геологии и нефтегазодобычи, ФГБОУ ТюмГНГУ, г.Тюмень.