Способы вторичного вскрытия продуктивного пласта

МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Классификация и назначение скважин

Конструкция скважин

Влияние факторов на конструкцию скважин

Физические процессы в призабойной зоне

Приток жидкости в скважину

Гидродинамическое совершенство скважин

Типовые конструкции забоев скважин

Основы вторичного вскрытия пласта

Взрывные методы перфорации

Гидропескоструйная перфорация

Классификация методов перфорации

Скважины с перфорированным забоем доминируют в нефтедобывающей отрасли, в связи с чем представляется разумным рассмотреть основные методы перфорации скважин. По принципу действия технических средств и технологий, применяемых для перфорации скважин, все методы можно разделить на следующие:

1. Взрывные.
2. Гидродинамические.
3. Механические.
4. Химические.

Взрывные методы перфорации

К взрывным методам относятся пулевая, торпедная и кумулятивная перфорация.

Пулевая перфорация осуществляется так называемым пулевым перфоратором, в котором имеются каморы с взрывчатым веществом, детонатором и пулей диаметром 12,5 мм. В результате практически мгновенного сгорания заряда давление на пулю достигает 2000 МПа; под действием этого давления пуля пробивает обсадную колонну, цементный камень и может внедряться в породу, образуя перфорационный канал длиной до 150 мм, диаметр которого равен 12 мм. Если применяется перфоратор другой конструкции, то давление при взрыве существенно ниже 2000 МПа (0,6-0,8 МПа), но время его действия на пулю длительнее, что увеличивает начальную скорость вылета пули и ее пробивную способность; длина перфорационных каналов достигает 350 мм. Существуют пулевые перфораторы с горизонтальными и вертикальными стволами.

Торпедная перфорация осуществляется разрывными снарядами диаметром 32 или 22 мм. При попадании снаряда в горную породу после выстрела происходит взрыв внутреннего заряда снаряда и дополнительное воздействие на горную породу в виде образования системы трещин. Длина перфорационных каналов при торпедной перфорации достигает 160 мм. Торпедная перфорация осуществляется аппаратами с горизонтальными стволами.

Кумулятивная (беспулевая) перфорация осуществляется за счет фокусирования продуктов взрыва заряда специальной формы, как правило, конической. Заряд конической формы облицован тонким медным листовым покрытием. При подрыве заряда медная облицовка заряда расплавляется, смешивается с газами и в виде газометаллической фокусированной струи прорезает канал в колонне, цементном камне и горной породе. Давление в струе достигает 0,3·10 6 МПа, а скорость ее — 8 км/с. При этом образуется перфорационный канал длиной до 350 мм и диаметром до 14 мм. Кумулятивные перфораторы делятся на корпусные и бескорпусные (ленточные), но снаряды в них располагаются всегда горизонтально. В настоящее время кумулятивная перфорация является наиболее распространенной, т.к. позволяет в широком диапазоне регулировать характеристики зарядов, подбирая наилучшие для каждого конкретного продуктивного горизонта.

Вместе с тем всем взрывным методам присущи определенные недостатки, некоторые из которых являются весьма существенными. Так как при взрыве создается высокое давление и возникает ударная волна, в обсадной колонне и особенно в цементном камне возникают нарушения, связанные с трещинообразованием, нарушением связи цементного камня с горными породами и обсадной колонной и потерей герметичности заколонного пространства. В процессе эксплуатации скважины это приводит к заколонным перетокам. Перфорационные каналы, создаваемые при взрывных методах, имеют уплотненные стенки, а сами каналы засорены не только продуктами взрыва, но и различными разрушающимися деталями (герметизирующая резина, фрагменты ленты ленточных перфораторов и др.). При удачной пулевой перфорации в конце перфорационного канала находится пуля, что снижает эффективность фильтрации флюида. При неудачной пулевой перфорации пули застревают в колонне или цементном камне. В любом случае при взрывных методах перфорации на внутренней поверхности обсадной колонны образуются заусенцы, осложняющие или делающие невозможным проведение исследовательских работ в скважине спускаемыми измерительными приборами.

Гидродинамические методы перфорации

Среди возможных гидродинамических методов вторичного вскрытия наиболее интересной на сегодня является гидропескоструйная перфорация, входящая в арсенал средств и методов нефтегазодобывающего предприятия. Так как этот метод является не только методом перфорации, но и методом искусственного воздействия на призабойную зону ствола.

Гидропескоструйная перфорация относится не только к методам вторичного вскрытия, но и к эффективным методам искусственного воздействия на призабойные зоны скважин с целью управления продуктивностью или приемистостью. Основой гидропескоструйной перфорации является использование кинетической энергии жидкостно-песчаных струй, формируемых в насадках специального аппарата — гидропескоструйного перфоратора. Высокоскоростные (до n 100 м/с) жидкостно-песчаные струи обладают абразивным действием, что позволяет направленно и эффективно воздействовать на обсадную колонну, цементный камень и горные породы, создавая в них каналы различной ориентации. Гидропескоструйный перфоратор закрепляется на нижнем конце колонны НКТ и спускается в скважину на заданную глубину. На поверхности используется специальное оборудование: устьевая арматура, насосные и пескосмесительные агрегаты и др. Жидкостно-песчаная смесь закачивается в НКТ насосным агрегатом под высоким давлением.

При фиксированном положении гидропескоструйного перфоратора в скважине в обсадной колонне и цементном камне образуются крупные отверстия, а в породе — грушеобразные каверны, форма которых представлена на рисунке справа. Форма и размеры каверны зависят не только от прочности горной породы, но и от скорости жидкостно-песчаных струй; содержания в ней песка, его количества и размеров песчинок; продолжительности воздействия и фильтруемости жидкости. В начальный момент времени каверна формируется достаточно эффективно; по мере расширения каверны скорость активной струи в каверне снижается, а возвратный поток жидкости тормозит активную струю дополнительно — эффективность формирования каверны резко снижается. Как правило, каверна заполнена песком.

По существу, формирование каверны происходит за счет турбулентной затопленной струи, бьющей в тупик.

Механический метод перфорации

Данный метод перфорации является сравнительно новым и осуществляется сверлящим перфоратором, представляющим из себя, по существу, электрическую дрель. Этот перфоратор представляет собой корпус с электромотором. Сверло расположено в корпусе горизонтально. В связи с этим выход сверла определяется диаметром корпуса, что в ряде случаев является недостаточным.

При этом методе вторичное вскрытие осуществляется сверлением отверстий диаметром 14-16 мм; при сверлении обсадной колонны давление на цементный камень является малым, и он не повреждается. При соответствующем выходе сверла просверливаются не только обсадная колонна и цементный камень, но и часть горной породы. Поверхность такого канала является гладкой, а горная порода не уплотненной. Отсутствуют заусенцы и на внутренней поверхности обсадной колонны.

Как показало промышленное использование сверлящих перфораторов, они не повреждают цементного камня и не нарушают герметичности заколонного пространства, позволяя эффективно вскрывать продуктивные горизонты вблизи водонефтяного потока, избегая преждевременного обводнения скважин, которое неизбежно при взрывных методах. Недостатком сверлящего перфоратора является ограниченный выход сверла. Это не всегда обеспечивает эффективное вскрытие, особенно при эксцентричном расположении обсадной колонны в цементном камне, что характерно для наклонно-направленных скважин.

Химические методы перфорации

К химическим методам перфорации можно отнести такие, при которых вторичное вскрытие происходит за счет химической реакции, например, металла с кислотой. Рассмотрим следующую технологию вторичного вскрытия.

Обсадная колонна длиной, равной толщине продуктивного горизонта или необходимому интервалу вскрытия, просверливается в соответствии с выбранной плотностью перфорации до спуска ее в скважину (на поверхности). Просверленные отверстия закрываются, например, магниевыми пробками, длина которых равна сумме толщины обсадной колонны и толщины цементного кольца. Затем обсадная колонна спускается в скважину и производится ее цементирование. После схватывания цементного раствора в скважину закачивается расчетное количество раствора соляной кислоты, которое продавливается до интервала вскрытия. Взаимодействие солянокислотного раствора с магниевыми пробками приводит к их растворению, и через определенное время магниевые пробки растворяются полностью, раскрывая просверленные в обсадной колонне отверстия и отверстия, образовавшиеся в цементном камне. В результате этого создается хорошая гидродинамическая связь призабойной зоны с полостью скважины.

Источник

Современные технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов

Давайте с вами немного углубимся в тему нашей статьи. Рассмотрим более детальную информацию по вскрытию пластов. Например, для того, чтобы вы имели представление что это? И с чем его едят? Расскажем о двух вариантах вскрытия пластов. Первый вариант — вскрытие при помощи бура. Второй вариант вскрытия пласта – это при помощи перфоратора. Сейчас более детально поговорим о каждом из этих вариантов.

Каким образом произвести вскрытие пласта с помощью бура?

При первичном вскрытии продуктового пласта буром обязательно:

• всё правильно рассчитать.
• измерить гидродинамическое давление.
• обязательно чётко знать размеры ствола скважины, и как его превышение от среднестатистического, может сказаться на бурении.
• учитывайте тот момент, если скважина сужена, это может значительно снизить давление.
• просчитайте тот факт, что возможно буду каверны. Они способствуют образованию сальников и шлама. Соответственно вся установка и все ей полагающиеся устройства. Советуем иметь большой запас сменного долота и двигателей.

Примечание: Каверны очень часто встречаются на Западе Сибири. Именно по этой причине сам бур приходится опускать более 14 раз, что сказывается на гидродинамическом давлении скважины. К сожалению, весь процесс спуска и подъёма бура занимает не только время и силы, но и к отрицательным результатам. Каверность ствола скважины не меняется. Ведь не всегда количество переходит в качество.

Вывод: для более результативного бурения скважины понадобиться забойный двигатель более 1000 м.

Если вы хотите сохранить проницания пласта при вскрытии, вам необходимо снизить давление на него. Также обязательно учитывайте вибрации, которые происходят при работе бура, которые идут по стенкам скважины, а воспроизводятся бурильной колонной и долотом.

Некоторые люди, занимающиеся бурением скважин, во многом пренебрегают этими данными, до того момента, пока нижняя часть бурильного аппарата не выходит из строя. Она просто ломается и её починка не всегда возможна. Зарубежные СМИ отмечают, что в момент работы забойного долота вибрация может достигать 5 МПА. Эти исследования проводились непосредственно во время работы бура.

Особо стоит уделить внимание скорости подъёма долота и соблюдению технологической дисциплины при вскрытии продуктивного пласта.

Что такое вторичное вскрытие пласта?

При создании скважин главной целью ставится профессионально вскрыть продуктивный пласт. От правильности вскрытия скважины будет зависеть не только продолжительность её работы, но и производительность. Что именно представляет собой вскрытие? Если вкратце, то пересечение продуктивного пласта стволом скважины забоя.

Вторичное вскрытие продуктивного пласта воздействует на дальнейшее использование скважины.

Около 90% всех вскрытых пластов на данный момент производится кумулятивной перфорацией. Этот способ наиболее приемлем и предпочитаем всеми владельцами нефтяных и газовых скважин за счет своей простоты использования, экономии времени и доступность материалов не только наличием их в продаже, но и материалами, применяемыми в процессе бурения.

Недостатки данного вида перфорации заключаются в:

• есть вероятность появления заколонного перетока. Их количество может доходить до 8 штук.
• во время воздействия перфоратором может появиться блокирующий участок, его состав будет состоять из песчаника.
• после ряда взрывных операций по бокам от канала будет полностью отсутствовать фильтрация.

Как вы уже поняли, хоть это доступный и малобюджетный вариант, но после него вам придётся выполнить ряд дополнительных операций. Соответственно, выигранное время, материальные вложения вы направите на них. Наверно, на фоне этого создаются более приемлемые способы. Современный способ использует сверлящий и щелевый перфоратор.

Более актуальные способы вторичного вскрытия

В данный момент все доступные способы вторичного вскрытия можно разделить на несколько пунктов:

• вскрытие без ударов, подразумевает под собой вскрытие сплошным и точечным методом перфорации.
• Ударные и взрывные совмещают в себе кумулятивную перфорацию и пулевую перфорацию.
• Щелевая перфорация, освоенная совсем недавно.

Щелевой метод обеспечивает высокую производительность скважины, в сравнении с другими методами. Но есть недостаток данного вида разработки скважины. Он заключается в дополнительных сутках освоения этой скважины. Да они в последующем очень быстро окупаются, но не все желают ждать дольше и работать больше. Временами владельцы скважин ставят условия нефтедобытчикам, при которых данный метод взаимоисключается.

Что такое сверлящая перфорация?

К щадящим методам вторичного вскрытия относят также сверлящие перфораторы. Вращение долота происходит за счёт гидропривода. Наземные блоки управления размещаются на геофизической станции. Использует сверлящий перфоратор. Если по каким-то техническим причинам наземная станция перестанет подавать питание на буровую установку, тогда гидроаккамулятор позволит продолжить работу в прежнем режиме, что даст необходимое время на устранение неполадки в наземной станции.

Как влияет промывочная жидкость на процесс бурения скважины?

Для чего предназначены буровые растворы и очистные агенты.

1. Гидростатистическая функциия:
2. Гидродинамика и её функции.
3. Коркообразование и её функция.
4. Дополнительные функции.

• Придаёт антикоррозионные свойства буровому раствору вскрытия продуктивных пластов.
• Сохраняет температурный режим в норме во время обработки мерзлой многолетней породы.

Возле скважины образуется несколько зон:

1. Кальмотационная зона. Глубина их проникновения зависит от размера частиц и величины пор в стенках скважины.
2. Фильтрационная зона взаимодействует с водой.

В качестве жидкости для проведения вторичного вскрытия используют 14%HCL. После сбрасывают шар клапан и продолжают процесс замены жидкости в скважине.

Закачку производят двумя насосными агрегатами УНЦ-125*32К.

После модернизации в процессе стендовых исследований были опробованы несколько видов промывочной жидкости.

Технология бурения с радиальным бурением

Технология бурение каналов большей протяженности была разработана за рубежом одной из американских компаний под названием «RadTech International Inc» и сразу приобрела широкую известность среди тех, кто занимается добычей нефти и газа. С 2002 года, данная технология покоряет российский рынок нефтедобычи. Данная технология в основном применима к:

• глубокому вскрытию карбонатного пласта.
• вскрытию предварительно изолированной, тампонажным материалом, скважины если есть в наличии заколонный переток.
• вскрытию нагнетательной скважины с терригеновой породой и загрязненной сточной водой.

Данная технология использовалась небезызвестной фирмой Лукойл. Результаты были неоднозначными. Эта технология была незаменима на карбонатном коллекторе. Но если взять за основу терригеновые коллекторы, то результаты довольно печальные. Дело в том, что глина разбухает под воздействием пресной воды, что приводит к закупориванию пробуренного канала, диаметр которого составляет от 22 до 30 мм. Эту проблему можно решить при помощи полимерной добавки к буровому раствору. Он будет значительно препятствовать разбуханию глины. Что самое интересное, данный метод добычи увеличивает объём нефти примерно на 8 тонн в час, а на очень продуктивных пластах даже до — сорока тонн в сутки. Работа основывается на гидроэрозионном разрушении твёрдой породы.

В связи с тем, что мы предлагаем применять забойный двигатель с большей заходностью системы ротор-статор, поставим новую задачу. Представим искомую функцию в виде зависимости механической скорости бурения от следующих факторов: момента и перепада давления.

Перфорационная система компании «PetroJET»

Данная компания занимается выпуском перфорационных систем, которые не только воздействуют на породу, разрушая её струйной гидравлической насадкой, но и глубина самой скважины может достигать более сотни метром. В её основе лежит использование специального отклонителя, способного трансформироваться, из прямого состояния в криволинейное, и обратно.

В радиальный канал устанавливается гибкий щелевой фильтр.

Вывод по вторичной обработке продуктивного пласта

Проанализировав все вышеперечисленные способы вскрытия продуктивного коллектора, открывает закономерность разработки и совершенствования техники, и самой технологической работы с перфорацией скважин:

• в большинстве случаев они направлены на сохранение в целостности цементного камня, увеличивают глубину до 2500м и позволяют сузить диаметр бурения канала. Эти способы можно смело назвать более щадящими методами.
• есть уникальная возможность совместить несколько методов в перфорационной машине. Механическое, гидравлическое и химическое воздействие стало доступно в комплексе, а не по отдельности.
• у нефтяников будет шанс следить и управлять направлением каналов, и следить за их очисткой. Вы можете укреплять отцепные фильтры, с некоторыми преимуществами в виде экономии времени монтажных работ и СПО.
• перфобур можно изготовить в одно-, двух- и многосекционном вариантах. (Разработана техническая система «Перфобур».)
• применение технологии перфобурения даст возможность продолжить бурение скважин, которые давно простаивают без дела. Это увеличит их отдачу в тоннах.
• согласно технологическим операциям входящих в ранее разработанную технологию строительства глубоких перфорационных каналов были проведены подготовительные работы по вырезанию «окна» в обсадной колонне диаметром 146 мм с применением универсального вырезающего устройства УВУ-146 и созданию цементной пробки.
• может отказать система перфорации, но это связано только с временным износом самой установки и отдельных частей, в частности. Это может произойти в нескольких случаях. В первом инженер не предусмотрел этот факт. Во втором отказала незначительная деталь, и вся буровая установка не смогла выдержать давления и мощности, без неё.

Примечание: перед началом работ по вторичному вскрытию вам необходимо как минимум создать план работ и рассчитать все факторы работы. Дело в том, что немаловажной частью добычи являются погодные условия, сейсмические зоны и ещё масса факторов, которые могут повлиять на работу техники. Имейте в виду, что чем точнее будут расчеты, тем плодотворнее пройдёт добыча.

Вам необходимо проделать огромную работу, чтобы повторная добычи была не только больших объёмов, но и долгоиграющей. Если вы прочитали приведенные выше данные, вы имеете представления, как сильно объём нефти, может различаться в зависимости от метода добычи. Максимальный размер объёма добываемого ископаемого по всему миру варьируется от 40 тонн в сутки. Согласитесь, это приятное добавление к среднестатистической норме в 20 тонн. Главное всё правильно рассчитать, и не забывать о форс — мажорных обстоятельствах, которые значительно могут осложнить жизнь.

Источник