Файл: Механические методы воздействия на призабойную зону пласта.docx

Проведение гидроразрыва преследует две главные цели: 1) повысить продуктивность пласта путем увеличения эффективного радиуса дренирования скважины. В пластах с относительно низкой проницаемостью гидроразрыв — лучший способ повышения продуктивности; 2) создать канал притока в приствольной зоне нарушенной проницаемости.

Нарушение проницаемости продуктивного пласта — важное для понимания понятие, поскольку тип и масштаб процесса разрыва проектируется именно с целью исправления этого нарушения. Если есть возможность создать проходящую сквозь зону повреждения трещину, заполненную проппантом, и привести падение давления до нормальной величины градиента гидродинамического давления, то продуктивность скважины возрастет. Нарушение проницаемости продуктивного пласта. Обычно нарушение проницаемости продуктивного пласта отождествляется со «скиновым повреждением», то есть с нарушением проницаемости призабойной зоны. Однако эту величину не всегда можно определить через измерения или расчет «скина».

Обычно принимают скин-фактор (коэффициент, определяющий степень нарушения коллекторских свойств пласта) равным нулю, чтобы указать, что нарушения проницаемости пласта нет, однако это фактически не означает, что повреждения нет. Например, кислотная обработка может проникнуть достаточно глубоко в пласт на участке в несколько метров в верхней части 20 — метрового интервала перфорации, чтобы при исследованиях было обнаружено устранение положительного скина. Однако при этом положительная часть интервала может быть частично забита механическими примесями или буровым раствором.Подлинная потенциальная продуктивность этой скважины может оказаться во много раз больше, чем ее производительность при замеренном нулевом скине.



Рис.1. Образование трещин в результате ГРП сланцевых пород.

Технология ГРП заключается в создании высокопроводимой трещины в целевом пласте под действием подаваемой в него под давлением жидкости для обеспечения притока добываемого флюида (природный газ, вода, конденсат, нефть или их смесь) к забою скважины.

Преимущества ГРП:

1)дебит скважины, как правило, резко возрастает или существенно снижается депрессия.2)позволяет «оживить» простаивающие скважины, на которых добыча нефти или газа традиционными способами уже невозможна или малорентабельна.3)может также использоваться для дегазации угольных пластов, подземной газификации, и тд. 4)применяется для разработки новых нефтяных пластов, извлечение нефти из которых традиционными способами нерентабельно ввиду низкого дебита.

---

Проницаемость пласта может быть нарушена в результате воздействия физических или химических факторов или их совместного действия: закупорки пор раствором, изменения смачиваемости пласта из-за вторжения воды из постороннего источника. Обыкновенный водяной барьер, вызванный избыточным поглощением жидкости, является разновидностью нарушения проницаемости.

Аналогичный результат вызывает вторжение пластовой воды из другой зоны или из другого участка коллектора. Вот некоторые формы нарушения проницаемости пласта: 1) вторжение в пласт частиц бурового раствора; 2) вторжение в пласт фильтрата бурового раствора; 3) вторжение в пласт фильтрата цемента; 4) несоответствие перфорации по размеру, количеству и глубине проникновения отверстий; 5) разрушение перфорации и уплотнение материнской породы; 6) мехпримеси в жидкости заканчивания или жидкости глушения, проникающие в пласт или забивающие перфорацию; 7) вторжение в пласт жидкостей заканчивания или глушения; 8) закупоривание пласта природными глинами; 9) отложения асфальтенов или парафинов в пласте или перфорации; 10) отложения солей в пласте или перфорации; 11) образование или закачка эмульсии в пласт; 12) закачка кислот или растворителей с мехпримесями или отложения мехпримесей в пласте.Все это может привести к снижению продуктивности, а в тяжелых случаях — к полному прекращению добычи из скважины. Помочь могут некоторые виды стимуляционного воздействия. Влияние нарушенной проницаемости на продуктивность скважин. Большинство видов нарушения проницаемости понижает начальную проницаемость пласта. Влияние этого понижения на продуктивность зависит от глубины повреждения зоны, окружающей ствол. Если, например, имеет место снижение проницаемости на 50 % в слое толщиной 5 см, то это приведет к снижению продуктивности всего на 14 %. Если же снижение проницаемости охватило 30-сантиметровый слой, продуктивность понизится на 40 %. Снижение на 75 % проницаемости в 30-сантиметровой толще приведет к потере продуктивности в 64 %. Поэтому скважина, которая должна давать 100 кубометров в сутки, но проницаемость пласта в радиусе 30 см от ствола составляет лишь 25 % от начальной добычи, нефти составит только 36 м³ /сутки. Для изучения влияния повреждения пласта на продуктивность можно использовать модели пласта (как математические, так и физические лабораторные модели). Важно помнить, что для минимизации глубины и степени тяжести повреждения пласта не нужно жалеть усилий. Низкая проницаемость. Первоначально гидроразрыв внедрялся как экономическое средство повышения добычи газа из пластов с относительно низким давлением. В низкопроницаемых (до 10 мд) пластах создается высоко — проницаемый канал (100-1000 дарси) притока. Этим обеспечиваются большие площади дренирования, в которые и осуществляется медленная подпитка углеводородами из пласта с очень низкой проницаемостью. Таким образом, вся энергия пласта используется максимально. Значительное влияние на ожидаемые результаты гидроразрывов различных типов и размеров оказывает несущая способность пластовой жидкости. Гидропескоструйную перфорацию (ГПП) применяют при вскрытииплотных, как однородных, так и неоднородных по проницаемости, коллекторов перед ГРП для образования трещин в заданном интервале пласта, а также для обрезания труб в скважине при проведении ремонтных работ. Не допускается проведение ГПП в условиях поглощения жидкости пластом. Различают два варианта ГПП — точечная и щелевая. При точечной ГПП канал образуют при неподвижном перфораторе. Щелевую – при движении перфоратора в вертикальном направлении. Профиль и плотность ГПП определяют в зависимости от геолого-эксплуатационной характеристики коллектора.

---

При осуществлении ГПП емкости для жидкости, сальниковую головку или превентор, а также жидкость-носитель и кварцевый песок. В качестве жидкости-носителя используют дегазированную нефть, 5-6 %-ный раствор соляной кислоты, воду (соленую или пресную) с добавками ПАВ, промывочный раствор, незагрязняющий коллектор. При работах в интервале непродуктивного пласта используют пресную воду или промывочную жидкость. Концентрация песка в жидкости-носителе должна составлять от 50 до 100 г/л.

Продолжительность процесса при точечном вскрытии составляет 15 мин, при щелевом – не более 2-3 мин на каждый сантиметр длины цели. Перепад давления жидкости на насадке (без учета потерь на трение в НКТ) составляет: при диаметре насадки 6мм – от 10 до 12 МПа; при диаметре насадки 4,5 мм – от 18 до 20 МПа. Процесс ГПП осуществляют при движении НКТ снизу вверх. При непредвиденных продолжительных остановках немедленно промывают скважину при обратной циркуляции. После ГПП при обратной промывке вымывают шаровой клапан, промывают скважину до забоя до полного удаления песка из скважины, поднимают перфоратор и оборудуют скважину для освоения и эксплуатации. Освоение фонтанных скважин допускается без подъема перфоратора.

При гидропескоструйной перфорации разрушение преграды происходит в результате использования абразивного и гидромониторного эффектов высокоскоростных песчано-жидкостных струй, вылетающих из насадок специального аппарата - пескоструйного перфоратора, прикрепленного к нижнему концу насосно-компрессорных труб. Песчано-жидкостная смесь закачивается в НКТ насосными агрегатами высокого давления, смонтированными на шасси тяжелых автомашин, поднимается из скважины на поверхность по кольцевому пространству. Это сравнительно новый метод вскрытия пласта. В настоящее время ежегодно обрабатываются около 1500 скважин этим методом.

Область и масштабы применения гидропескоструйного метода обработки скважин постоянно расширяются, и кроме вскрытия пласта он нашел применение при капитальных ремонтах, вырезке колонн и в сочетании с другими методами воздействия. При гидропескоструйной перфорации (ГПП) создание отверстий в колонне, цементном камне и канала в породе достигается приданием песчано-жидкостной струе очень большой скорости, достигающей нескольких сотен метров в секунду. Перепад давления при этом составляет 15 - 30 МПа. В породе вымывается каверна грушеобразной формы, обращенной узким конусом к перфорационному отверстию в колонне. Размеры каверны зависят от прочности горных пород, продолжительности воздействия и мощности песчано-жидкостной струи.

---

Рис.2. Устройство для ГПП. 1 - перфоратора; 2 - осевой канал; 3 - боковое отверстие; 4 - насадка 5- двухступенчатая втулка; 6 - двухступенчатая муфта, 7 - кольцевая герметичная полость; 8,9 - уплотнительные элементы; 10 - узел центрирующих элементов; 11 - канал с седлом; 12 - рабочий шар; 13,14 - сдвоенные вертикальные ребра; 15,16 - вертикальные пазы; 18 - упругие дугообразные пластины; 19 -обсадная колонна; 20 - втулка; 21- удлиненная колонна НКТ.

Является единственным методом, позволяющим снять напряженное состояние пород в прискважинной зоне, что способствует повышению фильтрационно-емкостных свойств и, как следствие, продуктивности скважины (на 40-50 % и более). В результате, имеет место восстановление потенциальных дебитов нефтедобывающих и значительное повышение результативности основных методов воздействия на пласт нагнетательных скважин.Является, также, единственным методом, позволяющим производить вторичное вскрытие продуктивных пластов при критическом состоянии состоянии цементного камня за счет щадящих режимов ее выполнения. Разработанный метод ЩГПП позволяет формировать протяженные и глубокие щели (длинной 0,25 м, глубиной 0,4 м и шириной 0,04 м), в результате достигнуто увеличение площади фильтрации, составляющей 68,9- 81,4 % от площади открытого ствола скважины. ЩГПП выгодно отличается от других методов перфорации, таких как сверление и гидромеханическая перфорация. Многократное по сравнению с другими методами перфорации увеличение площади вскрытия пласта. Удельная площадь вскрытия продуктивного пласта на 80-90% больше, а радиус проникновения в 2 раза выше, чем при кумулятивной перфорации.

ЩГПП предполагает сверление перфорационных отверстий большого диаметра с их оптимальным пространственным расположением, прорезание в обсадной колонне продольных щелей с последующим размывом цементного камня и породы-коллектора высоконапорной струей скважинной жидкости - перспективная альтернатива стреляющим перфораторам, вызывающим катастрофическое разрушение крепи скважин не только в интервале перфорации, но и на несколько метров за его пределами. Кроме перфорации скважин, гидропескоструйная перфорация применяется для создания каналов, соединяющих ствол скважины с пластом, при кислотной обработке скважин и других методах воздействия на призабойную зону. Вместе с тем, для увеличения производительности добывающих скважин, гидропескоструйную перфорацию применяют для:

---

• выполнения глубоких кольцевых и вертикальных щелей,
способствующих образованию трещин при гидроразрыве пласта;
• срезания обсадных, бурильных и насосно-компрессорных труб;
• разрушения металла на забое, а также твёрдых пробок в
скважине;
• расширения диаметра в необсаженой части скважины;



Рис.3. Зависимость расхода водопесчаной смеси qж и глубины образующихся каналов lк от перепада давления ΔР в насадке для трех ее диаметров.

Пример конструкции гидропескоструйного перфоратора Головка перфорационная состоит из толстостенного корпуса, в который ввинчивается до десяти насадок из абразивно-стойкого материала (керамики, твердых сплавов). Нагнетаемая жидкость с песком выходит только через насадки. Насадки перфоратора диаметром 4,5 мм и длиной 20 мм, изготовляемые из абразивостойких сплавов, установлены под углом 2 - 3° к горизонтальной плоскости. Это повышает абразивное действие струи в результате изменения направления и снижения отрицательного действия отраженной струи, а также исключает разрушение корпуса насадок.

В зависимости от вида перфорации насадки в перфораторе устанавливают различно. Для вскрытия пласта путем создания горизонтальной круглой щели четыре насадки размещаются в одной горизонтальной плоскости, в остальные гнезда ввинчиваются заглушки. При создании диаметрально противоположных вертикальных щелей насадки размещаются в вертикальной плоскости по две или три с каждой стороны перфоратора. Число и размещение насадок при создании каналов в породе определяется геолого-промысловыми условиями.



Рис.4. Гидропескоструйный перфоратор: 1 - корпус; 2 - держатель;3 - струйная насадка; 4 - шаровой клапан; 5 - направляющая насадка

Насадки диаметром 3 мм применяются для вырезки прихваченных труб в обсаженной скважине, когда глубина резания должна быть минимальной. Насадки диаметром 4,5 мм используются для перфорации обсадных колонн, а также при других работах, когда возможный расход жидкости ограничен. Насадки диаметром 6 мм применяют для получения максимальной глубины каналов и при ограничении процесса по давлению.

Медленно вращая пескоструйный аппарат, или вертикально перемещая его, можно получить горизонтальные или вертикальные надрезы и каналы. Однако практически проделывать операции вращения и контролировать положение аппарата не представляется возможным, когда глубина достигает 2500 метров и больше. Опасность операции связана с большой энергией струи и возникающими при достижении высоких уровней перепадов давлений вибрациями. Поэтому нами разработана головка перфоратора с самофиксацией в стволе скважины. Фиксация срабатывает при достижении рабочего перепада давления, при этом перемещение головки, вызванное удлинением НКТ, практически завершается.

---