Спосіб видовбування газу з водоносних пластів

1. Способ извлечения газа из водоносных пластов, включающий бурение одной или более скважин в район водоносного пласта и понижение в нем давления путем откачки воды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на водоносный паст воздействуют упругими колебаниями ( изменением их частоты от 0,1 до 300 Гц и от ?00 до 0,1 Гц, сопровождая их импульсными воздействиями 2 Способ п о п 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что частоту воздействия упругими колебаниями изменяют от 1 до 80 Гц и от 80 до 1 Гц, сопровождая их импульсными воздействиями через 20-40 мин 3 Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что воздействие упругими колебаниями сопровождают одиночными импульсами и/или пакетами импульсов, и/или цугами упругих волн 4. Способ по одному из пп. 1 -3, о т л и ч а гощ и й с я тем, что частоту от 0,1 до 300 Гц и от 300 до 0,1 Гц, преимущественно от 1 до 80 и от 80 до 1 Гц изменяют монотонно. 5 Способ поодному из пп 1-3, отл ичающ и й с я тем, что частоту от 0,1 до 300 Гц и от 300 до 0,1 Гц, преимущественно от 1 до 80 и от 80 до 1 Гц, изменяют скачкообразно через 10-50 Гц. 6. Способ по п 5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что скачкообразное изменение частоты сопровождают увеличением амплитуды колебаний. 7 Способ по одному из пп 1-6, о т л и ч а ю щ и й с я тем что предварительно определяют характерное время протекания процесса выделения газовой фазы, динамику роста и движения газовых пузырьков, или диапазон частот релаксации, и воздействие ведут в диапазоне частот, соответствующем диапазону частот релаксации 8 Способ по одному из пп. 1 -7, о т л и ч а гощ и й с я тем, что воздействие упругими колебаниями осуществляют с помощью одного или нескольких источников колебаний. 9 Способ по п 8, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что генерируемые разными источниками колебания не совпадают по фазе, а, по меньшей мере, два источника колебаний работают в противоположных режимах изменения частоты - один в р е ж и м е ее повышения а другой в режиме ее понижения 10. Способ по п 8или9.отл и ч а ю щ и й с я тем, что один источник колебаний работает в режиме непрерывного изменения частоты, а другой - в режиме скачкообразного изменения частоты. 11 Способ п о п 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что снижение давления в водоносном пласте ведут монотонно. 12. Способ по п.1 или 11, о т л и ч a tout и й с я тем, что откачку воды ведут до достижения в пласте давления ниже давления Насыщения 13 Способ по п 1 или 11, или 12, о т л ич а ю щ и й с я тем, что откачку воды ведут до снижения дааления в пласте на 10% 14 Способ поодному из пп 1,11-13. отл и ч а ю щ и й с я тем, что на начальной стадии понижения давления производят интенсивное воздействие упругими колебани 24998 ями на пласт при создании наиболее високого темпа отбора воды. 15. Способ по одному из пп.1-14, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что воздействие упругими колебаниями на пласт осуществляют периодически. 16. Способ по одному из пп.1-15, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что перед осуществлением воздействия упругими колебаниями над гэзонасыщенным водоносным пластом формируют, по крайней мере, одну емкостьнакопитель для сбора выделяющегося газа. увеличении объемов добычи газа и повышеИзобретение относится к способам изнии эффективности его извлечения из водовлечения газа из газосодержащих пластов и носных пластов. может быть использовано в газодобывэющих отраслях промышленности. Указанный технический результат доИзвестно, что извлечение газа ведется 5 стигается следующим образом. В район газонасыщенного водоносного пласта буря; из газовых, газоконденсатних месторождеодну или более скважин. Затем на пласт ний в местах их природного образования. воздействуют упругими колебаниями, измеМесторождения эти истощаются, а на обраняя их частоту от 0,1 Гц до 300 Гц и от 300 зование новых требуется геологическое время. Однако, наряду с уже сформировав- Ю Гц до 0,1 Гц, преимущественно от 1 до 80 Гц и от 80 Гц до 1 Гц. Изменение частоты прошимися газовыми залежами значительные изводят или плавно и монотонно, или дискзапасы газа содержатся в водоносных пларетно через, предпочтительно, 10-50 Гц. стах - в растворенной, диспергированной Скачкообразное изменение частоты сопроили выделенной в виде линз формах. Также, часто значительные объемы газа в указан- 15 вождают увеличением амплитуд колебаний. Воздействие колебаниями в режиме изменых формах содержатся в ранее разрабатынения их частоты дополняют импульсным ваемых месторождениях, добыча газа из воздействием, например, в режиме одиночкоторых прекращена из-за поступления воных импульсов, и/или пакетов импульсов, а ды в скважины. Известен способ добычи газа [1 ] предус- 20 также цугами упругих волн, следующих, преимущественно, через 20-40 мин. матривающий его транспортировку вместе с пластовой жидкостью на поверхность с Воздействие можно осуществлять с попоследующей его сепарацией. мощью, например, сейсмоисточников или виброисточников колебаний, размещенных Недостатками его являются нерентабельность, длитепьность процесса извлече- 25 на поверхности или в шахтах над водоносным пластом, или в скважинах в районе вония, связанные с транспортировкой доносного пласта. С помощью таких большого количества жидкости, неполный источников колебаний, называемых также выход из пластов, трудности и экологичевибромодулями, можно воздействовать на ские потери, обусловленные необходимостью утилизации высокоминерализованной 30 водоносный горизонт как в режиме непрерывной генерации колебаний с изменяюпластовой жидкости. щейся частотой, так и в импульсных Известен способ увеличения добычи режимах с чередующейся их последовательприродного газа из водоносного горизонта ностью. под пластовым давлением [2], предусматривающий бурение скважины в район водо- 35 Кроме того, колебания можно генерироносного пласта и извлечение газа за счет вать с помощью вибрации колонны труб, понижения давления в пласте путем частичвозбуждения столба жидкости в скважине, ной откачки пластовой воды. а также другими методами и устройствами. Этому способу присущи те же недостатДля импульсных воздействий возможно ки, что и предыдущему. Кроме того, он мо- 40 также применение молотов, устанавливаежет быть использован фактически только мых на поверхности или в скважинах, для залежей со значительным пластовым взрывных устройств, электроразрядных [Падавлением тенты США N 41695Q3, кл. 166/65. 1979, и e № 5004050, кл. 166/248, 1991] или другие Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи, связанной с 45 способы и устройства. добычей газа из газонасыщенных водоносВо всех указанных случаях воздействие ных пластов, и достижение при этом технибудет происходить разгазирование водоческого результата, выражающегося в носного пласта и выделяющийся газ будет 24998 подниматься наверх по скважинам. Упомянутые выше режимы экспериментально получены как наиболее эффективные для этой цели. Кроме того, например, импульсные воздействия, приводящие к возникновению ударных волн, способствуют не только более интенсивному выделению газа из пластов, но и приводят к растрескиванию пород, увеличению поровых каналов, проницаемости пластов Использование более одного источника колебаний позволяет увеличить как область воздействия по площади и глубине залегания пластов, так и еще более повысить эффективность способа. Это наиболее полно проявляется, если, по крайней мере, два источника одновременно работают в противоположных режимах изменения частоты: один в режиме ее повышения, вто время как другой - в режиме понижения, причем один, преимущественно, в режиме непрерывного изменения частоты, а другой - дискретного (скачкообразного). Оба источника при этом могут работать с увеличением амплитуды (интенсивности) колебаний при ее монотонном и/или дискретном изменении Кроме того, для повышения эффективности способа и снижения энергозатрат предварительно, например, в лабораторных условиях определяют характерное время протекания процесса, в данном случае, дегазации (или характеристическую частоту процесса). Характеристическая частота процесса, которую можно считать релаксационной частотой, зависит от многих факторов: состава и свойств флюидов, давления, температуры, коллекторских свойств пласта и т.д. Определение ее и воздействие в диапазоне ее изменения позволяет увеличить эффективность воздействия и сузить диапазон частот воздействия, снизить его интенсивность. Кроме того, эта частота может быть искусственно смещена в удобный (рентабельный) диапазон частот путем, например, нагрева формации (ее локальной зоны, в которую канализируется энергия воздействия) известными методами 5 10 15 20 25 30 35 40 новых воздействиях для достижения требуемого результата достаточно снизить давление в пласте на 10% по отношению к первоначальному давлению Наиболее интенсивно воздействие ведут на начальной стадии понижения давления, при этом задают наиболее высокий темп отбора воды Это приводит к стремительному разгазированию пласта, созданию в нем газовой шапки и оттеснению воды от газодобывных скважин. Воздействие на водоносный пласт целесообразно вести периодически, что продиктовано снижением затрат на реализацию способа Периодичность воздействия зависит от многих факторов и может, например, определяться степенью и скоростью отбора газа. Прирост газового фактора в результате воздействия сопровождается изменениями перепада давления (часто - резкими колебаниями перепада) и неравномерностью его выхода из пласта Также вместе с газом добывными скважинами часто захватывается и пластовая жидкость. Для повышения эффективности и надежности способа, обеспечения стабильности отбора газа, предотвращения попадания воды в газодобывные скважины, хранения добытого газа и т д над газонасыщенным водоносным пластом известными методами создают емкость накопитель. Это могут быть взрывные работы, оттаивание многолетнемерзлых пород, вымывание каверн в соляных отложениях, глинах Возможно создание нескольких емкостей-накопителей над разными газонасыщенными водоносными горизонтами, причем емкости могут быть выполнены с гидродинамической сообщаемостью. Для формирования емкостей целесообразно использовать также естественные экранированные структурные поднятия Преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что он позволяет увели45 чить объемы добываемого газа при наиболее полном его выходе из водоносного пласта, в том числе из пластов с высоким пластовым давлением, причем за сущестОтбор воды из скважины во многих слувенно более короткое время по сравнению чаях не обязателен, но тем не менее, повышает эффективность воздействия, а в 50 с извести ыми методами Способ или вообще не требует откачки воды, или же она ведется условиях высоких пластовых давлений - сув значительно меньших объемах (в і ом числе щественно. не регулярно, и в течение меньшего времеСнижение давления в пласте можно вени), Кроме того, способ позволяет добывать сти монотонно и, например, путем отбора воды. С понижением давления повышается 55 остаточный газ из обводненных залежей с низким пластовым давлением, не позволяювыход растворенного в водоносном пласте щим вести откачку воды под ее естественгаза. Наиболее эффективно это происходит, ным напором. Выполненные эксперименты когда воздействие ведут при достижении показывают, что фильтрация флюидов, и, в давления насыщения и дальнейшем понипервую очередь, газовой фазы, при воздейжении давления Во многих случаях при вол 24998 ствии упругими колебаниями возможна и без создания градиента давления. Кроме того, способ фактически позволяет создать новые газовые залежи, в том числе м а к с и м а л ь н о приближенные к потребителю при соответствующем наличии в местах потребления газа газонасыщенного бассейна. На чертеже представлена схема варианта реализации способа. П р и м е р реализации способа. В районе города Ханта-Мансийска характеристики газонасыщенного водоносного бассейна позволяют считать целесообразным применение способа. Параметры бассейна следующие: Глубина залегания, м 1000-1500 Мощность водоносного бассейна, м.куб. 500 Удельный обьем рас* творенного газа, м/куб.м 1,5-2 Состав растворенного газа, % С Щ - 95-98 С2Н6-С5Н120,5-0.3 Пластовое давление, МПа 10-15 Пластовая температура, °С 20 Плотность воды, кг/куб.м, 1011 Для реализации способа в водоносный пласт 1, на глубину 1200 бурится, по крайней мере, одна скважина 2 в зону структурного поднятия. Известными методами создают емкость - накопитель 3 на границе глинистых и песочных пластов. Для проведения взрывных работ бурят зарядные скважины 4. Также в водоносный пласт на большую глубину на некотором расстоянии от емкости-накопителя бурят, по крайней мере, еще одну скважину 5. На поверхности устанавливают источники сейсмических колебаний б и в скважину 2 на кабель-канате опускают в зону водоносного пласта электроразрядное устройство. После окончания формирования емкости-накопителя зарядные скважины 4 продолжают в зону водоносного пласта и закладывают в них заряды. Затем по скважине 5 ведут отбор воды с целью понижения давления в пласте 1 и воздействуют на пласт 1 источниками сейсмических колебаний 6 таким образом, что изменяют непрерывно частоту синусоидальных колебаний одного из них от 0,1 до 300 Гц и обратно скачкообразно через 30 Гц (с повышением амплитуды в момент каждого скачка), а другим 5 10 15 20 25 30 35 40 8 монотонно изменяя частоту от 1 до 80 Гц и обратно. С помощью электроразрядника 7 на пласт воздействуют импульсами и пакетами импульсов в произвольной последовательности. При этом, на начальной стадии разработки, сопровождающейся высоким темпом отбора пластовой воды и интенсивными воздействиями, интервал между импульсами может составлять порядка 20-30 сек. с последующим его увеличением, предпочтительно до 20-40 мин. Также в скважинах 4 в районе водоносного пласта 1 взрывают заложенные заряды. В результате описанных операций из водоносного пласта начинает выделяться газ и заполнять емкость-накопитель 3. Поступающий в емкость-на ко питель З из водоносного бассейна газ отжимает за счет повышения давления газа в емкости 3 воду, не позволяя ей вторгнуться в район скважины 2. Через перфорированные участки скважины 2 в районе емкости 3 ведется отбор газа потребителю. В зависимости от скорости и степени заполнения емкости, прекращают воздействия ударными волнами за счет взрывов, которые предпочтительно вести только на первой стадии разработки, когда необходимо создать определенный объем газа в емкости 3. Затем увеличивают интервалы импульсных воздействий с электроразрядника 7, снижают темп отбора воды по скважине 5 и совсем прекращают транспортировку воды на поверхность. Также затем прекращают воздействие с помощью сейсмаисточников 6. Периодичность дальнейшего воздействия определяют, исходя из интенсивности отбора и поступления газа в емкость 3. Эффективность способа характеризуют следующие показатели. Прирост газового фактора за счет дегазации водоносного пласта по сравнению со 45 способом, предусматривающим понижение давления, увеличился на 25-35% (в некоторых случаях достигал 40%). Процесс роста газового фактора ускорял от 1,5 до 7,3 раза, обеспечивалось дости50 жение максимальных значений газового фактора при давлениях в 1,5-2,5 раза больших, чем при понижении давления без воздействия. Использование способа позволяет: вов55 лечь в эксплуатацию объемы газа, ранее не используемые, возобновить добычу газа на месторождениях, где она прекращена, повысить полноту его извлечения, создать новые газовые залежи, втом числе максимально приближенные к потребителю; сократить ма 24998 териальные, энергетические, финансовые и др. затраты, экологические потери. Способ содержит и другие преимущества, вытекаю 10 щие из представленного описания и очевидные для специалистов в данной области техники 1 Упорядник Замовлення 4620 Техред М.Келемеш Коректор М Керецман Тираж ' Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл.. 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м Ужгород, вул.Гагаріна, 101