CC BY
94
© Ю.В. Шульев, С.Б. Бекетов, Ю.К. Димитриади, 2006
УДК 661.185.1.004.14
Ю.В. Шульев, С.Б. Бекетов, Ю.К. Димитриади
ТЕХНОЛОГИЯ ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ С ЦЕЛЬЮ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРИТОКА УГЛЕВОДОРОДОВ
~П процессе эксплуатации и ремон-
X# та скважин на месторождениях нефти и газа, подземных хранилищах газа (ПХГ), обычно происходит снижение фильтрационно-емкостных свойств призабойной зоны пласта (ПЗП) под действием ряда причин. С целью сохранения производительности скважин обычно применяется метод увеличения депрессии на пласт при отборе углеводородов (что часто отрицательно сказывается на состояние ПЗП), а также различные физикохимические и гидродинамические методы воздействия на ПЗП для восстановления коллекторских свойств в этой зоне.
Физико-химические и гидродинамические методы воздействия на ПЗП с целью очистки и восстановления ее коллекторских свойств получили широкое распространение в практике добычи и хранения газа. В настоящее время широко применяется более десятка таких методов. Выбор применяемого метода интенсификации в каждом конкретном случае зависит от многих факторов, в частности:
- типа коллектора;
- значений фильтрационно-емкост-ных свойств ПЗП;
- величины пластового давления;
- расположения интервалов воздействия в пределах вскрытого разреза;
- наличия водоносных интервалов в разрезе;
- технического состояния скважины;
- причин снижения коллекторских свойств ПЗП
- технических и финансовых возможностей эксплуатирующего предприятия.
Как показывает опыт, наиболее перспективным в этом направлении следует считать разработку комплексных технологий, включающих в себя сочетание физико-химических и гидродинамических факторов воздействия на ПЗП. При этом многофакторный комплекс воздействия на пласт должен отвечать технологической доступности и простоте осуществления технологических операций.
Перспективной в этом отношении является технология очистки ПЗП, выполняемая в процессе промывки песчаноглинистых пробок в скважинах с применением двухфазной пены в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД).
Сущность технологии заключается в применении репрессионно-депрессион-
ной (волновой) обработки ПЗП в импульсном режиме. Отличительной особенностью технологии является многократное создание в зоне обработки пласта (путем регулирования забойного давления, создаваемого столбом двухфазной пены) знакопеременных импульсов давления, направленных из пласта в скважину и обратно. При этом воздействие на пласт осуществляется непосредственно в процессе промывки песчано-глинистой пробки в стволе скважины.
Метод воздействия на пласт переменным давлением дает хороший эффект в условиях высокопрочных пород. При создании знакопеременных давлений происходит очистка
пор и трещин ПЗП, возникают усталостные явления в породах пласта и появляется возможность образования и развития трещин [1, 2].
Установлено, что эффективность метода переменных давлений в основном определяется характером депрессий, создаваемых на пласт, которые зависят от темпа изменения забойного давления, т.е. чем резче создается депрессия тем эффективнее воздействие на пласт.
По результатам наших лабораторных исследований, а также по мнению авторов работ [3, 4] применение двухфазных пен для воздействия на ПЗП переменными давлениями увеличивает эффективность процесса. Декольматация путем закачки в ПЗП двухфазной пены происходит в результате протекания ряда сложных физико-химических процессов, таких как смачивание твердой поверхности, адсорбция ПАВ и других компонентов пены на коль-матирующих веществах, осадках окислов железа и поверхности породы, удержание частиц во взвешенном состоянии. Соответственно стадиями процесса декольма-тации являются: приведение в контакт пенной системы с обрабатываемой поверхностью, сопровождающееся её смачиванием; удаление кольматирующих веществ с поверхности породы, удержание частиц кольматирующего вещества во взвешенном состоянии с целью предупреждения вторичного осаждения на подвергаемой декольматации поверхности. При создании знакопеременных нагрузок на пласт происходит разрушение и вынос этих осадков вследствие резкого воздействия расширяющихся пузырьков газа и высоких скоростей движения воды в каналах и порах ПЗП [2].
Рядом исследователей выявлен эффект аномального усиления инициируемых волн в жидкостях, насыщенных газом. Сущность эффекта заключается в том, что при ударных нагрузках гетерогенной системы давление за фронтом волн может во много раз превышать инициируемые первоначальные давления. Эффект усиления
давления при этом может достигать 5 - 6 кратной величины от начального импульса. Эти результаты были получены в диапазоне инициируемых давлений от 0,3 до 6,0 МПа [5].
При инициировании волн воздействия на пласт наибольшему влиянию подвергается ПЗП, так как гидродинамический импульс в породах затухает в зависимости от свойств насыщающих флюидов и удалении от ствола скважины вследствие упругости системы и гидравлических сопротивлений в фильтровой части скважины и порах и трещинах породы.
Как уже было отмечено ранее, величина создаваемого избыточного давления в колонне при создании гидроимпульса (а также величина депрессии при вызове притока из пласта) ограничивается, в частности, прочностными характеристиками конструкции скважины.
В случае создания гидроимпульса давления должно выполняться условие:
ру »Рпл - Р9Н - Рдоп
где Рт - пластовое давление, МПа; р -
осредненная плотность пены по стволу скважины, кг/м3; Н - высота столба пены,
м; Рдоп - давление, необходимое для преодоления сил гидравлического сопротивления, МПа; Ру - создаваемое на устье
давление, МПа.
При вызове притока из пласта, т.е. де-прессионного воздействия на пласт, должно быть выполнено условие:
Рпл >РЕН + Рдоп .
При этом при создании депрессии на пласт должна учитываться прочность цементной оболочки крепи эксплуатационной колонны:
ЛР < Рпл - (РпЛ- оИ),
где ЛР - депрессия на пласт, МПа; - Рт
- давление в водоносном горизонте, МПа;
И - высота качественной це-ментной крепи между ГВК и нижними перфорационными отверстиями, м; а - допустимый градиент давления на крепь обсадной колонны, МПа (не более 2,5 [7]).
Допустимая депрессия на пласт с учетом соблюдения условий устойчивости призабойной зоны пласта будет обеспечена при следующем соотношении [6]:
7
АР <—Сж
- к (Рг - Рп )
где 7сж - предел прочности породы на сжатие, МПа; Рг - вертикальное горное
давление, МПа; к - коэффициент бокового распора.
В случае вызова притока из пласта, сложенного трещиноватыми породами, необходимо учитывать возможность смыкания трещин при создании депрессии и не превышать расчетного давления:
АР =<■ Ж
4/(1 -и2)
где б - величина раскрытия трещин, мм;
I - длина трещин, мм; Е - модуль упругости пород пласта, МПа; и - коэффициент Пуассона.
Необходимо учитывать также то обстоятельство, что минимальная депрессия на пласт должна обеспечивать преодоление сил гидравлического сопротивления движению жидкости в ПЗП для получения притока флюидов:
ЛР > Рооп,
где Рдоп = 2 - 5 МПа [6].
Ударное воздействие на ПЗП повышается в реальных условиях за счет нарастания силы ударной волны и упругих свойств обсадной колонны и НКТ. Усиление гидровоздействия носит линейный характер от давления, если создаваемые нагрузки не выходят за пределы интервала упругой деформации металла колонны
Рден. Предел допустимого внутреннего
давления колонны рассчитывается по известной методике, при этом учитывается остаточная толщина стенок обсадных труб, которая со временем эксплуатации скважины уменьшается [7, 8]).
В соответствии с технологией депрес-сионно-репрессионного воздействия на пласт, проникнув из скважины в ПЗП под действием повышенного давления, пена впоследствии выносится в скважину вследствие резкого создания депрессии путем сброса давления на устье скважины. При этом в пласте происходит расширение существующих пузырьков газа, а также образования новых в соответствии с условием:
Р = Р +ЛР
н пл
где Рн - давление насыщения жидкости газом, МПа; Рт - пластовое давление,
МПа; ЛР - избыточное давление внутри пузырьков газа, МПа.
Причем ЛР описывается уравнением Лапласа:
2а
АР = ■
г
где г - радиус пузырька, м; а - поверхностное напряжение, кг/м.
Время образования пузырька незначительно и составляет порядка 10-10-10-12 с [9]. Затем пузырек растет за счет диффузии в него газа из жидкости.
Таким образом, в процессе движения пены в ПЗП к стволу скважины, растет количество выделившегося газа, а, следовательно, объем притекающей газожидкостной смеси, что ведет к увеличению скорости ее движения и турбулизации потока. Повышение скорости движения газожидкостной смеси также дополнительно положительно влияет на процесс удаления кольматирующих веществ в связи с возникновением эффекта поршневания при движении смеси в порах и трещинах ПЗП.
При воздействии на пласт переменными давлениями одним из важных параметров является выбор оптимального количества гидроударов.
Рядом авторов проводились исследования действия знакопеременных нагрузок на породы слабосцементированных пластов [10]. Выявлена закономерность снижения предельных напряжений при неоднократном гидравлическом нагружении испытуемого образца породы. Максимальное снижение сдвигающих напряжений происходит при втором гидравлическом импульсе. Последующие нагружения дают меньшие изменения и после 67 импульсов изменений сдвигающих напряжений практически не происходит. При давлении гидроимпульса в пределах 4 МПа снижение сдвигающих напряжений составляет около 35 %. Сила сцепления резко убывает уже после первого гидроимпульса, а после шести импульсов сила сцепления снижается до 0,05 МПа.
При разработке технологии репресси-онно-депрессионного воздействия на пласт нами учтен опыт воздействия на пласт гидроударами, инициируемыми при помощи специальных устройств, спускаемых в скважину. Оптимальность шестикратного воздействия на пласт доказана авторами работы [9], которые провели стендовые испытания и опытнопромышленное внедрение специальных устройств в нефтяных скважинах. Основываясь на результатах данных исследований, а также наших лабораторностендовых исследованиях оптимальное количество циклов репрессия-депрессия принято равным 6-7.
Как показали опыты, в гидравлических системах при быстрых сбросах давления в жидкой среде, находящейся под определенным начальным давлением, происходит образование волны отрицательного давления. Отрицательное давление является одним из метастабильных состояний, при котором проявляется эффект растяже-
ния и последующий разрыв жидкости, значительный перегрев - ударное вскипание и газовыделение растворенного газа и интенсивный рост пузырьков, что приводит к образованию эффективной ударной депрессии [9].
Технологическая схема осуществления процесса репрессионно-депрессии-онного воздействия на пласт представлена на рисунке. После промывки пробки допуском инструмента 1, в скважине производится полная замена пены, применявшейся при промывке на более легкую (заданной степени аэрации), что позволяет достичь создания планируемой депрессии на пласт при снятии устьевого давления. При этом чтобы не создавать преждевременной депрессии на пласт, дроссельной задвижкой 15 плавно перекрывается поток выходящей из затрубья пены, что позволяет по известным номограммам давления столба пены на забой в зависимости от ее степени аэрации [11], регулировать забойное давление, зная давление на устье и распределение давления столба аэрированной пены в стволе скважины. После полного заполнения скважины легкой пеной, дроссельной задвижкой выходящий из затрубья поток пены перекрывается. Работа агрегата 9 и подача газа в эжектор 11 через блок распределения 10 при этом остаются неизменными. Давление в затрубном пространстве начинает расти до тех пор, пока на забое не будет достигнуто давления приемистости пласта.
Как показывает опыт проведения работ, давление приемистости может изменяться в пределах одного месторождения в различных скважинах в пределах нескольких МПа. При проведении работ обычно производится корректировка расчетного давления опытным путем [12, 13].
После достижения давления поглощения пены продуктивным пластом, производится закачка пены в пласт. Оптимальным является закачка 0,5-1 м3 ПОЖ на 1 м вскрытых отложений.
Технологическая схема репрессионно-депрессионного воздействия на призабойную зону пласта: 1 -
НКТ; 2 - крестовина фонтанной арматуры; 3 - переходная катушка; 4 - превентор с глухими плашками; 5 - превентор с плашками под НКТ; 6 - устьевой герметизатор; 7 - дегазационная емкость; 8 - дегазационный желоб; 9 - насосный агрегат; 10 - блок распределения газа; 11 - эжектор; 12 - емкости с жидкостью глушения; 13 - вертлюг; 14 - кран шаровой; 15 - дроссельная задвижка; 16 - емкость с ПОЖ; 17 - перфорационные отверстия; 18 - продуктивный пласт
После закачки заданного количества пены в пласт дроссельная задвижка резко открывается, устьевое давление в затрубье снижается до нуля, что обеспечивает создание депрессии на пласт, т.к. скважина
заполнена пеной со степенью аэрации, обеспечивающей создание гидростатического забойного давления ниже пластового.
В скважину из пласта происходит приток пены, выносящей из пор и трещин пелитовые частицы, соли и другие коль-матирующие вещества. Выходящий поток пены по факельной линии направляется в амбар и в дальнейшей работе данная жидкость не используется. Восполнение жидкости в циркуляционной системе производится из емкости 16.
После очистки заданного интервала пласта производится замена в скважине легкой пены на более тяжелую, обеспечивающую создание заданной репрессии на пласт. После полной замены пены в скважину закачивается порция блокирующей жидкости из емкости 12 агрегатом 9 с целью блокирования открытого интервала пласта.
Перед наращиванием очередной трубы прекращают подачу газа в эжектор и прокачивают ПОЖ в объеме, равном сумме объемов обвязки скважины и рабочего инструмента до обратного клапана, установленного в компоновке спущенного инструмента. Затем закрывается КШЦ 14 и отсоединяется ведущая труба от колонны инструмента 1. После этого производится наращивание очередной трубы. Затем подсоединяется ведущая труба и продолжается процесс промывки скважины.
Восстановление циркуляции осуществляется в следующей последовательности: вначале включается в работу насосный агрегат 9, а затем подается газ в эжектор
11 из блока распределения газа 10.
После окончания промывки пробки скважина промывается не менее 2-х циклов, что обеспечивает полное удаление выбуренной породы из ствола.
Затем проводится третий этап работ -блокирование продуктивного пласта после промывки. С этой целью производится замена 2-х фазной пены технологической жидкостью, закачка блокирующего состава в скважину агрегатом из емкости 12 и
1. Гаврилкевич И.В. Новый метод образования трещин в нефтяных пластах - метод пере-
продавка его в фильтровую зону, что обеспечивает глушение скважины.
Широкое применение технология ре-прессионно-депрессионного воздействия на пласт в процессе промывки песчаных пробок с целью интенсификации притока газа получила при ремонте скважин на Пунгинском подземном хранилище газа (Россия) и Чиренском газохранилище (Болгария) [12, 13], Ватинском, Южно-Локосовском, Покамасовском нефтяных месторождениях (ХМАО).
Таким образом, анализируя эффективность технологии, следует отметить:
- в настоящее время одним из наиболее перспективных направлений воздействия на пласт с целью интенсификации притока газа следует считать разработку комплексных технологий, включающих в себя сочетание физико-химических и гидродинамических факторов воздействия на ПЗП. При этом многофакторный комплекс воздействия на пласт должен отвечать технологической доступности и простоте осуществления технологических операций;
- технология очистки ПЗП путем воздействия двухфазной пеной в условиях АНПД, позволяет эффективно воздействовать на ПЗП путем репрессионно-депрессионной обработки ПЗП в импульсном режиме;
- технология предусматривает проведение последовательно двух различных операций: промывку скважины и поинтер-вальное воздействие на ПЗП с целью интенсификации притока газа, что снижает в целом затраты на проведение работ в результате уменьшения времени проведения операций, снижения расходов химреагентов, амортизации спец. техники.
- технология широко применяется при ремонте скважин на Пунгинском и Чирен-ском подземных хранилищах газа.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
менных давлений. Труды ГрозНИИ, вып III. М.: Гостоптехиздат. 1958. - С. 159-170.
2. Абдулин Ф.С. Повышение производительности скважин. - М.: Недра. 1975. - С. 264.
3. Обработка ПЗП депрессией в импульсном режиме / Ю.В. Зуев, В.М. Воронцов, А.Г. Корже-невский и др. / Нефтяное хозяйство. 1983, № 9. С. 42 - 50.
4. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин - М.: Недра. 1990. - С. 138.
5. Нигматулин Р.И., Пыж В.А., Симоненков И.Д. Эффект аномальных колебаний с интенсивными всплесками даления в ударной волне, распространяющихся по водной суспензии бентонитовой глины / Известия ВУЗов. Серия Нефть и газ. 1983. № 11. - С. 45-47.
6. Освоение скважин / А.И. Булатов, Ю.Д. Качмар, П.П. Макаренко, Р.С. Яремийчук - М.: Недра. 1999. - С. 472.
7. Инструкция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин / О.Д. Данилен-ко, К.И. Джафаров, В.Г. Колесников и др. / РД от 01.07.1997 г., М.: Федеральный горный и промышленный надзор России. 1997. - С.194.
8. Инструкция по переаттестации скважин ПХГ с целью определения их возможной эксплуатации / А.Е. Арутюнов, К.М. Тагиров, С.Б. Беке-
тов и др./ Ставрополь.: СевКавНИПИгаз. 2001. -С. 29.
9. Кудинов В.И., Сучков Б.М. Методы повышения производительности скважин / Самара: Самарское книжное издательство. 1996. - С. 414.
10. Совершенствование конструкций забоев скважин / М.О. Ашрафьян, О.А. Лебедев, Н.М. Саркисов и др. - М.: Недра. 1987. -С. 183.
11. Тагиров К.М., Гноевыых А.Н., Лобкин А.Н. Вскрытие продуктивных нефтегазовых пластов с аномальными давлениями. - М.: Недра, 1996. - С. 183.
12. Тагиров К., Бекетов С., Иванов Р. Увели-чиване притока на газ в сондажите на газово хранилище “Чирен” / София. Геология и минерални ресурси. № 4. 2000. - С. 24 - 27.
13. Бекетов С.Б., Гасумов Р.А., Пономаренко М.Н. Технология воздействия на призабойную зону пласта с целью интенсификации притока газа в процессе промывки скважин / Сборник научных трудов, серия "Проблемы капитального ремонта скважин и эксплуатации подземных хранилищ газа". Вып. 33. Ставрополь. СевКавНИПИгаз. 2000. - С. 95 - 100.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------
Шульев Ю.В. - генеральный директор ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз», г. Мегион ХМАО, Тюменской области.
Бекетов С.Б. - кандидат технических наук, заместитель генерального директора ЗАО «Газ-технология».
Димитриади Ю.К. - доцент СевКавГТУ.
