Современные технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов

Contemporary technologies of the second dissection of productive layers

I. GAIVORONSKIY, A. MERKULOV, A. LIKUTOV, «VNIPIvzruvgeophizika» JSC

Работа посвящена созданию аппаратуры, основанной на использовании технологий газодинамического разрыва пластов (ГДРП) на базе современных высокоэнергетических конденсированных систем (ВЭКС) с разными параметрами газообразования. Продукты горения оказывают влияние и на перфорационные каналы, обеспечивая их дальнейшее «углубление» за счет образования «магистральной» трещины с одновременным дренированием уплотненной стенки канала «боковыми» трещинами, и эффективную систему очистки перфорационных каналов от шлама. Использование перфосистем «Спарка» позволяет повысить эффективность вторичного вскрытия за счет образования несмыкающихся трещин между пробитыми перфорационными каналами. Трещины дополнительно дренируют вскрываемый пласт, увеличивая площадь контакта с его поверхностью. Дополнительным эффектом «Спарки» является очистка стенок канала от уплотненной «корочки» породы и песта и разрушение остатков порошковой облицовки заряда.

The work is devoted to the development of the equipment based on the use of technologies of gas-dynamic fracturing (GDF) on the basis of modern high-energy condensed systems (VEKS) with different parameters of gassing. The products of combustion affect the perforation channels, providing a further «deepening» due to the formation of “trunk” cracks with simultaneous drainage of the condensed walls of the canal «lateral» cracks, and effective cleaning of cuttings from the perforation hole. Using perfosystems «Sparka» allows to increase the efficiency of the secondary opening due to the formation of cracks not closed in between the punched perforation channels. Cracks reveal additional drain layer, increasing the contact area with the surface reveal layer. An additional effect of «Sparka», is the purification of the channel walls from the compacted «crust» and the destruction of the powder residues lining the charge.

Основной задачей вторичного вскрытия пласта является обеспечение эффективной гидродинамической связи скважины с пластом. Более 90% скважин вскрывается кумулятивными перфораторами. Выбор прострелочно-взрывной аппаратуры (ПВА) и режимов перфорации определяется требованиями, предъявляемыми к скважине и целью перфорации – вскрытия пласта после бурения, дострелов для повышения добычи, создания каналов для закачки жидкости, подготовки скважины к ГРП, ремонтно-изоляционным работам для закачки цементного раствора в межколонное или заколонное пространства при переходе на вышележащие горизонты, восстановления циркуляции в НКТ.

С точки зрения подземной гидродинамики наиболее рациональным и эффективным методом повышения фильтрационных свойств горных пород является создание вокруг скважины сети трещин, которые обеспечивают надежную гидродинамическую связь скважины с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами.


В настоящее время в России достаточное количество предприятий, разрабатывающих и изготавливающих различные перфорационные системы и кумулятивные заряды (КЗ) к ним.
По техническим характеристикам, таким, как плотность перфорации, фазировка кумулятивных зарядов, предельные параметры применения по температуре, максимальному и минимальному давлению, перфорационные системы у всех производителей ПВА примерно одинаковы.
Основным критерием для выбора перфораторов во многих нефтедобывающих компаниях являются показатели пробивной способности кумулятивных зарядов.
Наиболее приемлемой для определения характеристик перфорационной системы в целом является методика американского нефтяного института API RP 19B, в соответствии с которой кумулятивные заряды отстреливаются в составе перфорационной системы с реальной плотностью заряжания и их взаимовлиянием друг на друга.
Однако общепризнано, что и эта методика не совершенна, так как отстрелы производятся по пескобетону на дневной поверхности и, соответственно, без влияния давления, температуры и физико-механических характеристик реальной горной породы на показатели пробития КЗ в перфораторе (рис. 1).
Как показали исследования, проведенные в ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика», глубина пробития также зависит и от величины вертикальной составляющей горного давления. При этом зависимости глубины пробития от прочности породы и давления индивидуальны для каждого конкретного кумулятивного заряда.
На практике достижение увеличения глубины пробития кумулятивных зарядов типа глубокое пробитие (ГП) на каждые 100 мм (после 1000 мм) практически удваивает стоимость зарядов, при этом в реальных горных породах и при реальном горном давлении прирост пробития, как правило, несущественен.

В ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика»
для интенсификации притоков
в нефтяных и газовых скважинах разработаны технологии газодинамического разрыва пласта (ГДРП) с использованием твердотопливных генераторов давления и комплексных аппаратов, совмещающих в одной конструкции функции перфоратора
и газогенератора.
Современные твердотопливные генераторы давления разработаны на основе новых высокоэнергетических конденсированных систем (ВЭКС) с разными параметрами газообразования.


С точки зрения подземной гидродинамики, наиболее рациональным и эффективным методом повышения фильтрационных свойств горных пород является создание вокруг скважины сети трещин, которые обеспечивают надежную гидродинамическую связь скважины с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами.
В ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика» для интенсификации притоков в нефтяных и газовых скважинах разработаны технологии газодинамического разрыва пласта (ГДРП) с использованием твердотопливных генераторов давления и комплексных аппаратов, совмещающих в одной конструкции функции перфоратора и газогенератора.
Современные твердотопливные генераторы давления разработаны на основе новых высокоэнергетических конденсированных систем (ВЭКС) с разными параметрами газообразования (рис. 2).
Горение ВЭКС в скважине, полностью или частично заполненной жидкостью, сопровождается образованием газообразных продуктов горения, повышением давления и температуры, При этом околоскважинная зона пласта (ОЗП) подвергается комплексному механическому, тепловому и физико-химическому воздействию продуктов горения.
Основным стимулирующим действием на объект обработки является механическое воздействие, способствующее созданию в околоскважинном пространстве системы трещин, которые обеспечивают надежную гидродинамическую связь скважины с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами.
Продукты горения оказывают влияние и на перфорационные каналы, обеспечивая их дальнейшее «углубление» в 1,5 – 2,0 раза за счет образования «магистральной» трещины, с одновременным раздренированием уплотненной стенки канала «боковыми» трещинами и эффективную очистку от шлама перфорационного канала за счет пульсаций газового пузыря, создаваемого ВЭКС генератора.
Не менее перспективным является применение для вторичного вскрытия перфораторов типа «Спарка», снаряженных обычными, не сверхглубокого пробития кумулятивными зарядами.
Конструкция перфораторов типа «Спарка» отличается от классической расположением кумулятивных зарядов в корпусе перфоратора. В обычных перфораторах кумулятивные заряды расположены по спирали с фазировкой относительно друг друга 30°, 45°, 60°, 90°. В перфораторах типа «Спарка» соседние заряды, (два, три или четыре) расположены с фазировкой относительно друг друга 0°, а группы этих зарядов могут располагаться с фазировкой 30°, 45°, 60°, 90°.
Повышение эффективности вторичного вскрытия перфораторами типа «Спарка» достигается за счет образования несмыкающихся трещин между пробитыми перфорационными каналами. Трещины образуются за счет интерференции детонационных волн сжатия и разряжения от кумулятивной струи заряда, причем не только между соседними перфорационными каналами, но и в противоположном направлении на расстояние, примерно, равном расстоянию между этими зарядами. Трещины дополнительно способствуют дренированию вскрываемого пласта, увеличивая площадь контакта с его поверхностью.
При отстреле параллельно расположенных зарядов по бетонной мишени, находящейся под давлением, глубина пробития, как уже отмечалось, ниже, чем в нормальных условиях, но трещины между перфорационными каналами все равно образуются (рис. 3).
На рис. 4 представлены различные варианты расположения зарядов в перфораторах типа «Спарка». Спаренные или строенные кумулятивные заряды могут располагаться не только перпендикулярно к оси перфоратора, но и с углом наклона от 5° до 20° по восходящей, нисходящей или по сходящимся линиям. Наибольший эффект спаренного расположения зарядов достигается для зарядов типа ГП или для тройственного расположения по схеме заряд ГП – БО – ГП.
Опытная эксплуатация аппаратов с положительными результатами проведена на месторождениях Западной Сибири, Оренбурга и Калининградской области.
Достигнутые параметры перфосистем – глубина пробития, диаметр перфорационного канала, фазировка зарядов и плотность перфорации – обеспечивают, в основном, получение необходимого качества гидродинамической связи скважины с пластом. Исследованиями В.И. Щурова на электролитических моделях (еще в 50-е годы) с последующим уточнением математических расчетов установлено, что для получения коэффициента гидродинамического совершенст­ва скважины, близкого к единице, достаточно, чтобы перфораторы обеспечивали глубину пробития не менее 200 мм, диаметр отвер­стия в колонне не менее 10 – 12 мм, плотность перфорации не менее 12 – 15 отв/м при оптимальной фазировке 60°, в предположении, что околоскважинная зона пласта не загрязнена.
Кроме того, в процессе образования перфорационного канала порода вокруг него может быть существенно уплотнена, что может значительно уменьшить приток флюида из пласта в скважину [1]. Больше того, сам канал может быть серьезно закупорен остатками разрушенной породы пласта и кумулятивной струи и для его очистки, возможно, потребуется интенсивный импульсный приток флюида из пласта в скважину.
Так, по данным американских ученых, импульсный приток (backsurge) для полной очистки каналa должен быть не менее 1 галлона на одно отверстие [2], что может быть достигнуто за счет дополнительных (кроме корпуса перфоратора) пустотелых полостей (имплозия). И конечно же на эффективность вторичного вскрытия пластов очень большое влияние оказывает технология перфорации. Там, где позволяют геолого-технические условия, необходимо предусматривать проведение перфорации на депрессии. Как показано выше, аппаратура для проведения работ на депрессии имеется как при спуске на кабеле, так и при спуске на насосно-компрессорных трубах (в американской аббревиатуре – ТТР и ТСР), что во многих случаях позволяет исключить глушение скважин, также пагубно влияющее на качество сообщения скважин с пластом. При этом тип перфорационной жидкости не играет существенной роли. Как показал опыт работы по вскрытию пластов на большом количестве скважин, существуют оптимальные величины депрессии для различных условий [2]. Это те величины, после которых не требуются кислотные обработки для дополнительной очистки призабойной зоны.
Во многих случаях технически нецелесообразно, а иногда и невозможно проводить перфорацию на депрессии. В этом случае необходимо очень тщательно подбирать жидкость, на которой производится перфорация. Во-первых, как показали наши исследования [3], она не должна содержать твердой фазы. Во-вторых, поскольку при последующей эксплуатации скважины жидкость должна быть как можно полнее вытеснена из пласта, в нее необходимо добавлять ПАВы-интенсификаторы, способствующие выносу внедренной жидкости. Растворы без твердой фазы – это растворы хлористого кальция, бромиды цинка и брома и др.
Ну и, разумеется, технология вторичного вскрытия должна определяться целями последующих работ, которые предусматриваются проектом работ на строительство скважин. Так, если предполагается после перфорации скважину сразу же переводить в эксплуатацию, необходимо подбирать технологию и аппаратуру, обеспечивающие максимальное качество сообщения со скважиной (perforation for production). Это и глубокое пробитие, и повышенная плотность перфорации, и фазировка зарядов в 60°, если не предусмотрена азимутальная ориентированность перфоратора. Если же предполагается интенсификация притока, то технология перфорации строится под стимуляцию (perforation for stimulation). В частности, если предусматривается проведение гидроразрыва на протяженном интервале пласта, нецелесообразно по всему интервалу создавать максимально густую сеть перфорационных отверстий, т.к. это потребует большого количества насосных агрегатов при проведении ГРП. Целесообразнее провести перфорацию зарядами глубокого пробития по всей длине пласта и только в средней части дострелять зарядами большого диаметра. Кроме того, для облегчения процесса перед ГРП желательно провести обработку пласта твердотопливными генераторами давления. В некоторых случаях после ГДРП проведение ГРП может и не потребоваться. Такая схема работ приведена в [4].
Разумеется, все вышеизложенные аспекты технологии вторичного вскрытия пласта должны быть подобраны индивидуально для каждого объекта, о чем очень подробно изложено в [5].
И в заключение следует отметить, что все вышеописанные аппаратурные и технологические разработки имеются в арсенале ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика».

Литература

1. Гайворонский И.Н,. Меркулов А.А,. Балдин А.В., Улунцев Ю.Г. Обеспечение эффективной гидродинамической связи скважины с пластом при вторичном вскрытии // НТВ Каротажник. 2006. №10 – 11. С. 153 – 169.
2. W.T. Bell, R.A. Sukup and S.M. Tarig. Perforating, Richardson, Texas, 1995, С. 102.
3. Гайворонский И.Н., Григорян Н.Г., Ахметшин М.А. Эффективность вскрытия пластов перфорацией в зависимости от типа бурового раствора // Нефтяное хозяйство. 1973. №11. С. 20 – 22.
4. Меркулов А.А. Импульсные технологии интенсификации и гидроразрыва пласта // Нефтяное хозяйство. Ч 1. 2007. № 9. С. 127 – 129. Ч. 2. Нефтяное хозяйство. 2008. № 1. С. 86 – 88.
5. Гайворонский И.Н., Меркулов А.А., Шумилов А.В., Савич А.Д., Черных И.А., Шуров В.М. О выборе стратегии заканчивания нефтегазовых скважин // Нефтяное хозяйство. 2015. № 11. С. 105 – 108.

References

1. Gaivoronskiy I.N., Merkulov A.A., Baldin A.V., Uluntsev Yu.G. Ensuring of the effective hydrodynamic connection wells with reservoir at the secondary opening // NTV Karotazhnik. 2006. No. 10 – 11. Pp. 153 – 169.
2. W.T. Bell, R.A. Sukup and S.M. Tarig. Perforating, Richardson, Texas, 1995, P. 102.
3. Gaivoronskiy I.N., Grigoryan N.G., Akhmetshin M.A. The effectiveness of opening the layers perforated depending on the type of drilling mud // Oil industry. 1973. No. 11. Pp. 20 – 22.
4. Merkulov A.A. Impulse technologies and the intensification of hydraulic fracturing // Oil industry. Part 1. 2007. No. 9, Pp. 127 – 129. Part 2. Oil industry. 2008. No. 1. Pp. 86 – 88.
5. Gaivoronskiy I.N., Merkulov A.A., Shumilov A.V., Savich A.D., Chernykh I.A., Shurov V.M. Regarding choice of strategy completion oil and gas wells // Oil industry. 2015. No. 11. Pp. 105 – 108.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Гайворонский И.Н.

    Гайворонский И.Н.

    д.т.н., профессор, советник генерального директора

    ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика»

    Меркулов А.А.

    Меркулов А.А.

    к.т.н., генеральный директор

    ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика»

    Ликутов А.Ю.

    Ликутов А.Ю.

    к.т.н., главный конструктор перфосистем

    Просмотров статьи: 5759

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru