Раздел 4. Функции и назначение буровых растворов
 Скачать 3.16 Mb.
|
|
ГИДРОПЕСКОСТРУЙНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ Гидропескоструйная перфорация при вторичном вскрытии продуктивного пласта осуществляется размывом отверстий или щелей в обсадной колонне, цементном кольце и горной породе смесью песка с жидкостью, выходящей под высоким давлением из насадок гидропескоструйного перфоратора. Гидропескоструйная перфорация подразделяется на точечную перфорацию, с образованием отверстий в обсадной колонне и горной породе, и щелевую, с образованием щелей в обсадной колонне и горной породе. Песчаная смесь содержит 50–100 кг песка на 1м3 жидкости, фракционный состав песка может изменяться от 0,2мм до 1мм. Смесь вытекает из насадок перфоратора с большой скоростью и промывает в обсадной колонне, цементном кольце и породе продуктивного пласта каналы длиной до 1м и диаметром до 60мм. Диаметр отверстий насадок может составлять: 3,0мм; 4,5мм; 6,0мм; 9мм. 8 ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ЩЕЛЕВАЯ ПЕРФОРАЦИЯ Гидромеханическая щелевая перфорация осуществляется путем создания механическим способом щелей в обсадной колонне с последующим размывом каналов в цементном кольце и горной породе гидромониторным методом через прорезанные щели. Гидромеханическим перфоратором, спущенным в скважину на НКТ в интервал продуктивного пласта, создаются механическим путем непрерывные длинные продольные щели. После создания щелей в обсадной колонне, через перфорированные щели под воздействием гидромониторной струи жидкости, выходящей под высоким давлением на цементное кольцо и горную породу через насадки перфоратора, вымываются сплошные каверны Затем, через определенную протяженность интервала продуктивного пласта (например, 0,5м) осуществляется создание следующих щелевых перфорационных каналов. Длина продольных щелей составляет до 3м. Глубина набитой каверны достигает до 1м. По данной технологии производится вторичное вскрытие продуктивного пласта в виде создания 2-х или 4-х щелей на одном метре ствола скважины. После прорезания щелей в колонне, через них, с помощью гидромониторных насадок в перфораторе, происходит размывание цементного камня и создание каверн в породе продуктивного пласта. 9 Некоторые способы освоения скважин основаны на снижении давления гидростатического столба жидкости ниже пластового и создании тем самым депрессии на продуктивный пласт (разницы между пластовым и забойным давлениями), достаточной для преодоления сопротивлений фильтрационному потоку жидкости или газа из пласта к забою скважины. Уменьшение противодавления на пласт достигают либо снижением уровня жидкости в эксплуатационной колонне, либо уменьшением ее плотности, либо комбинацией обоих этих способов. Депрессию на пласт для получения притока выбирают в зависимости от коллекторских свойств пород пласта. В случае создания депрессии на пласт путем замены бурового раствора на другую жидкость меньшей плотностью первоначально рассчитывается создание требуемой депрессии на пласт, затем по известным формулам определяют требуемый объем облегченной жидкости. После чего через затрубное пространство подают рассчитанный объем жидкости в скважину. Тем самым происходит замена тяжелого раствора на облегченный(создается депрессия) в скважине и получаем приток флюида к забою скважины и далее по лифтовой на поверхность. 10 В случае когда приток флюида из пласта начинается до окончания процесса, давление на выкиде насосов уменьшается, и их подачи может не хватить для поддержания притока, на выкидной линии устанавливают штуцер, которым регулируют скорость потока и давление. (при испытании слабосцементированных и подверженных разрушению коллекторов). Простейшим способом снижения уровня в скважине для ее запуска с помощью газлифта является вытеснение жидкости через НКТ под действием нагнетания сжатого газа в затрубное пространство между обсадной колонной и подъемными трубами. Однако на практике для освоения этим способом глубоких и сверхглубоких скважин требуются очень высокие давления. Широкого распространения данный способ не получил в виду больших затрат связанных с установкой дополнительного скважинного оборудования (газлифтный подъемник, газлифтный клапан), а так же подвода газового агента. 11 Поэтому в современной практике нефтедобычи уровень жидкости в скважине снижают в несколько этапов через пусковые клапаны, установленные по высоте подъемной колонны труб. Клапаны обеспечивают плавный пуск и стабильную работу при требуемых депрессиях на пласт. Перед пуском в скважину на колонне НКТ размещают в предварительно рассчитанных местах специальные пусковые клапаны. Используя агрегат, в затрубное пространство нагнетают газ и снижают уровень жидкости. Число пусковых клапанов зависит от значения депрессии, которую необходимо получить для вызова притока пластовой жидкости. Установка пусковых клапанов на подъемной колонне труб позволяет осваивать глубокие скважины при депрессии до 8 МПа . 12 Теоретические основы работы струйных аппаратов Вызов притока при помощи струйных аппаратов обеспечивается путем снижения давления в подпакерной зоне до значения, меньше гидростатического. В струйных аппаратах происходит смешение и обмен энергии двух потоков с разными давлениями, в результате чего образуется смешанный поток с переменным давлением. Поток, соединяющийся с рабочим потоком называется инжектируемым. В струйных аппаратах происходит превращение потенциальной энергии потока в кинетическую, которая частично передается инжектируемому потоку. Во время протекания жидкости через струйный аппарат выравниваются скорости потоков и снова происходит превращение кинетической энергии смешанного потока в потенциальную. 13 Все струйные насосы, применяемые в освоении скважин, принадлежат к высоконапорным, у которых соотношение площадей камеры смешивания fc и рабочей насадки fp меньше четырех (fc/fp<4). Рабочая жидкость подается с поверхности по колонне НКТ к рабочей насадке струйного насоса. Далее поток проходит через камеру смешивания с диффузором и через затрубное пространство направляется к устью скважины. Инжектированный поток (пластовая жидкость) по всасывающей линии поступает в камеру смешивания аппарата, где смешивается с рабочим потоком. Всасывающая линия образована находящейся ниже насоса колонной НКТ. 14 Струйные насосы различаются по конструктивным решениям и в последнее время применяются: • вставные – насос опускается в скважину после спуска колонны НКТ • невставные – насос опускается в скважину на колонне НКТ • проходные – имеется канал для пропуска геофизической аппаратуры через насос • непроходные – канал для пропуска аппаратуры отсутствует • прямой промывки – нагнетание рабочей жидкости осуществляется в колонну НКТ • обратной промывки – нагнетание рабочей жидкости осуществляется в затрубное пространство • однорядные – рабочий орган (насадка+приемная камера) один • многорядные – рабочих органов несколько • Возможны конструкции насосов, комбинированные из вышеперечисленных. 15 ОБОРУДОВАНИЕ Пакеры Пакеры – специальные технологические устройства, предназначенные для разобщения отдельных участков ствола скважины. По способу установки различают пакеры с опорой на забой и с опорой на стенку скважины, а по способу создания усилия на деформирующийся уплотнительный элемент – механического и гидравлического действия. При работе со струйным насосом применяют пакеры механического действия, так как пакеры гидравлического действия приводятся в рабочее положение изменением давления в скважине, в то время как изменение давления в скважине при использовании струйного насоса уже используется для технологических целей. Возможно применение пакеров как с опорой на забой, так и с опорой на стенку скважины. 16 Глубинные приборы и специальные клапаны Для контроля за процессом освоения и проведения гидродинамических исследований в поднасосную часть компоновки испытательного инструмента устанавливаются глубинные манометры. Допускается применение любых автономных глубинных манометров с временем записи свыше 48 часов. Для записи КВД с закрытием скважины на забое под струйным насосом устанавливается стандартный тарельчатый или шаровой клапан, который срабатывает под действием гидростатического давления во время прекращения циркуляции наземными установками. 17 Насосно-компрессорные трубы и фонтанная арматура Спуск подземного оборудования осуществляется на насосно-компрессорных трубах. При работе со струйными насосами используется стандартная фонтанная арматура. Тип фонтанной арматуры выбирается в зависимости от ожидаемого максимального давления на устье и размеров установленного фланца колонной головки. Рабочее давление фонтанной арматуры должно быть равно или больше максимального давления на устье. 18 Шламовые фильтры Для предотвращения загрязнения рабочих узлов струйного насоса шламом и другими мехпримесями на нагнетательной линии устанавливается фильтр ФП-1. Допускается применение щелевого фильтра, который отличается от фильтра ФП-1 тем, что фильтровая труба перфорирована не круглыми отверстиями, а щелями шириной 3 мм, расположенными в шахматном порядке. 19 Технологии освоения и исследования скважин с помощью струйных насосов • Сначала спускают компоновку НКТ на внешнем лифте; • Затем устанавливают пакер ниже струйного насоса; • После этого происходит запуск струйного насоса, стабилизация динамического уровня и депресии(когда пластовое давление больше, чем на забое). Затем исследуют скважину на приток. 20 Внутренний диаметр эксплуатационной колонны должен обеспечивать прохождение подземного оборудования. Эксплуатационная колона должна быть герметичной при пробном давлении. Цементное кольцо должно быть качественным (определяется по данным ГИС). Близлежащие продуктивные пласты должны отстоять от перфорированного интервала не менее, чем на 15 метров. При невыполнении оного из перечисленных условий применение струйного насоса не допускается. В этом случае насосно-компрессорные трубы спускают на глубину 750 – 800 м, исходя из того, что гидростатическое давление столба жидкости и сопротивление движению ее и газа не превышали 8 МПа. В кольцевое пространство компрессором нагнетают газ, вытесняющий жидкость в колонну НКТ. Нагнетание газа продолжают до полного вытеснения жидкости в интервале спуска НТК. Если скважина не начала фонтанировать, а уровень жидкости поднимается медленно, то допускают НКТ на определенную глубину или до кровли пласта. 1 ОСВОЕНИЕ МОРСКИХ СКВАЖИН Под освоением понимают комплекс работ для вызова промышленного притока пластовой жидкости или газа в скважину. Когда естественная проницаемость пород призабойной зоны скважины ухудшена вследствие бурения, работы по освоению скважины, прежде всего, предназначены для очистки приствольной зоны продуктивного пласта от загрязнения. Вскрытие продуктивных пластов проводят дважды: первичное — в процессе бурения, вторичное — перфорацией после крепления скважины эксплуатационной колонной. Вскрытие пласта перфорацией в обсаженных скважинах — одна из наиболее важных операций при их строительстве, поскольку от нее зависит дальнейший успех испытания, получения притока пластового флюида. В общем случае при вторичном вскрытии пластов перфорацией необходимо преодолеть слой скважинной жидкости 5-10 мм, стенку стальной трубы 6-12мм, толщину цементного камня (в зависимости от фактического диаметра скважины 25-50мм) , а также толщину зоны призабойной закупорки коллектора. Таким образом, главное предназначение процесса перфорации – преодолеть указанные препятствия и установить гидродинамическую связь со скважиной. Рассмотрим методы вторичного вскрытия пласта. 2 ПУЛЕВАЯ ПЕРФОРАЦИЯ Начнем с пулевой перфорации. Пулевая перфорация осуществляется путем прострела из пулевых перфораторов, в корпус которых встроены пороховые заряды с пулями. Пулевой перфоратор спускается на геофизическом кабеле в интервал продуктивного пласта. После получения электрического импульса с поверхности, заряды взрываются, передавая пулям высокую скорость и пробивную способность, и создаются перфорационные каналы в системе «скважина-пласт». Диаметры отверстий в зависимости от типа перфоратора составляют 11мм, 12мм, 20мм, 22 мм. Пули в перфораторах простреливаются из прямолинейного горизонтального (типа АПХ) или вертикально-наклонного (типа ПВН) стволов перфоратора. При этом, глубина создаваемых перфорационных каналов перфораторами с прямолинейном горизонтальным стволом, в основном, небольшая и составляет 50-70мм. Пулевая перфорация применяется в основном вертикально-наклонными перфораторами (типа ПВН), в которых длина создаваемых каналов за счет вертикально-наклонного ствола увеличена. Например, для ПВН-90 длина перфорационных каналов составляет 140мм. 3 При этом в результате пулевого прострела, осуществляется воздействие на обсадную колонну и зацементированное затрубное пространство, что необходимо учитывать при планировании проведения пулевой перфорации, на основе данных геологического строения продуктивной залежи и близкорасположенных пластов. 4 КУМУЛЯТИВНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ. Основной объем применяемой технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов относится к кумулятивной перфорации. Технология создания гидродинамических каналов в системе «скважина– пласт» взрывной струей осуществляется кумулятивной перфорацией, при которой, образующая в процессе взрыва установленного в перфораторе заряда, кумулятивная струя прорезает обсадную колонну, зацементированное пространство и создает перфорационный канал в продуктивном пласте. Корпусные перфораторы многократного действия используются неоднократно. После проведения перфорации и подъема перфоратора из скважины в корпус перфоратора устанавливается новый заряд, что позволяет вновь использовать корпус перфоратора для выполнения следующей перфорации. Перфораторы спускаются на геофизическом кабеле, жестком геофизическом кабеле, гибкой трубе. 5 К перфораторам многократного действия относятся перфораторы типа ПК-105СМ-02 (глубина перфорационных каналов, в зависимости от установленного заряда, 271-722мм), ПК-95 и другие аппараты, изготавливаемые отечественными и зарубежными фирмами. Несмотря на высокие технологические достоинства кумулятивной перфорации, недостатком является то, что при создании кумулятивных струй осуществляется также взрывное воздействие на обсадную колонну и крепь скважины. В связи с этим, были разработаны щадящие технологии вторичного вскрытия, исключающие фугасное воздействие на обсадную колонну и крепь скважины. В целях совершенствования технологий щадящей перфорации были разработаны более современные технологии вторичного вскрытия продуктивного пласта сверлящей перфорацией. 6 СВЕРЛЯЩАЯ ПЕРФОРАЦИЯ Перфораторы спускаются на геофизическом кабеле. Перфоратор представляет собой электродвигатель с редуктором, благодаря которому осуществляется сверление обсадной трубы и горной породы. Устройство упирается в стенки обсадной трубы и начинается сверление. Сверлящая перфорация предпочтительней при вскрытии продуктивных пластов, расположенных в зоне водонефтяных и водогазовых залежей продуктивных горизонтов, т.к. она обеспечивает щадящий режим вторичного вскрытия. Перфорация с помощью комплекса УФПК-1 имеет ряд следующих преимуществ: вскрывать тонкослоистые и маломощные пласты мощностью от 0,5м и более; контроль прямыми и косвенными (графическими) методами глубину пробуренного канала; Создавать канал строго под 90° относительно оси скважины за счет жесткого соединения буровых втулок; Производить вскрытие многоколонной конструкции скважины, т.е. вторичное вскрытие пласта через эксплуатационную и техническую колонны. 7 ГИДРОПЕСКОСТРУЙНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ Гидропескоструйная перфорация при вторичном вскрытии продуктивного пласта осуществляется размывом отверстий или щелей в обсадной колонне, цементном кольце и горной породе смесью песка с жидкостью, выходящей под высоким давлением из насадок гидропескоструйного перфоратора. Гидропескоструйная перфорация подразделяется на точечную перфорацию, с образованием отверстий в обсадной колонне и горной породе, и щелевую, с образованием щелей в обсадной колонне и горной породе. Песчаная смесь содержит 50–100 кг песка на 1м3 жидкости, фракционный состав песка может изменяться от 0,2мм до 1мм. Смесь вытекает из насадок перфоратора с большой скоростью и промывает в обсадной колонне, цементном кольце и породе продуктивного пласта каналы длиной до 1м и диаметром до 60мм. Диаметр отверстий насадок может составлять: 3,0мм; 4,5мм; 6,0мм; 9мм. 8 ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ЩЕЛЕВАЯ ПЕРФОРАЦИЯ Гидромеханическая щелевая перфорация осуществляется путем создания механическим способом щелей в обсадной колонне с последующим размывом каналов в цементном кольце и горной породе гидромониторным методом через прорезанные щели. Гидромеханическим перфоратором, спущенным в скважину на НКТ в интервал продуктивного пласта, создаются механическим путем непрерывные длинные продольные щели. После создания щелей в обсадной колонне, через перфорированные щели под воздействием гидромониторной струи жидкости, выходящей под высоким давлением на цементное кольцо и горную породу через насадки перфоратора, вымываются сплошные каверны Затем, через определенную протяженность интервала продуктивного пласта (например, 0,5м) осуществляется создание следующих щелевых перфорационных каналов. Длина продольных щелей составляет до 3м. Глубина набитой каверны достигает до 1м. По данной технологии производится вторичное вскрытие продуктивного пласта в виде создания 2-х или 4-х щелей на одном метре ствола скважины. После прорезания щелей в колонне, через них, с помощью гидромониторных насадок в перфораторе, происходит размывание цементного камня и создание каверн в породе продуктивного пласта. 9 Некоторые способы освоения скважин основаны на снижении давления гидростатического столба жидкости ниже пластового и создании тем самым депрессии на продуктивный пласт (разницы между пластовым и забойным давлениями), достаточной для преодоления сопротивлений фильтрационному потоку жидкости или газа из пласта к забою скважины. Уменьшение противодавления на пласт достигают либо снижением уровня жидкости в эксплуатационной колонне, либо уменьшением ее плотности, либо комбинацией обоих этих способов. Депрессию на пласт для получения притока выбирают в зависимости от коллекторских свойств пород пласта. В случае создания депрессии на пласт путем замены бурового раствора на другую жидкость меньшей плотностью первоначально рассчитывается создание требуемой депрессии на пласт, затем по известным формулам определяют требуемый объем облегченной жидкости. После чего через затрубное пространство подают рассчитанный объем жидкости в скважину. Тем самым происходит замена тяжелого раствора на облегченный(создается депрессия) в скважине и получаем приток флюида к забою скважины и далее по лифтовой на поверхность. 10 В случае когда приток флюида из пласта начинается до окончания процесса, давление на выкиде насосов уменьшается, и их подачи может не хватить для поддержания притока, на выкидной линии устанавливают штуцер, которым регулируют скорость потока и давление. (при испытании слабосцементированных и подверженных разрушению коллекторов). Простейшим способом снижения уровня в скважине для ее запуска с помощью газлифта является вытеснение жидкости через НКТ под действием нагнетания сжатого газа в затрубное пространство между обсадной колонной и подъемными трубами. Однако на практике для освоения этим способом глубоких и сверхглубоких скважин требуются очень высокие давления. Широкого распространения данный способ не получил в виду больших затрат связанных с установкой дополнительного скважинного оборудования (газлифтный подъемник, газлифтный клапан), а так же подвода газового агента. 11 Поэтому в современной практике нефтедобычи уровень жидкости в скважине снижают в несколько этапов через пусковые клапаны, установленные по высоте подъемной колонны труб. Клапаны обеспечивают плавный пуск и стабильную работу при требуемых депрессиях на пласт. Перед пуском в скважину на колонне НКТ размещают в предварительно рассчитанных местах специальные пусковые клапаны. Используя агрегат, в затрубное пространство нагнетают газ и снижают уровень жидкости. Число пусковых клапанов зависит от значения депрессии, которую необходимо получить для вызова притока пластовой жидкости. Установка пусковых клапанов на подъемной колонне труб позволяет осваивать глубокие скважины при депрессии до 8 МПа . 12 Теоретические основы работы струйных аппаратов Вызов притока при помощи струйных аппаратов обеспечивается путем снижения давления в подпакерной зоне до значения, меньше гидростатического. В струйных аппаратах происходит смешение и обмен энергии двух потоков с разными давлениями, в результате чего образуется смешанный поток с переменным давлением. Поток, соединяющийся с рабочим потоком называется инжектируемым. В струйных аппаратах происходит превращение потенциальной энергии потока в кинетическую, которая частично передается инжектируемому потоку. Во время протекания жидкости через струйный аппарат выравниваются скорости потоков и снова происходит превращение кинетической энергии смешанного потока в потенциальную. 13 Все струйные насосы, применяемые в освоении скважин, принадлежат к высоконапорным, у которых соотношение площадей камеры смешивания fc и рабочей насадки fp меньше четырех (fc/fp<4). Рабочая жидкость подается с поверхности по колонне НКТ к рабочей насадке струйного насоса. Далее поток проходит через камеру смешивания с диффузором и через затрубное пространство направляется к устью скважины. Инжектированный поток (пластовая жидкость) по всасывающей линии поступает в камеру смешивания аппарата, где смешивается с рабочим потоком. Всасывающая линия образована находящейся ниже насоса колонной НКТ. 14 Струйные насосы различаются по конструктивным решениям и в последнее время применяются: • вставные – насос опускается в скважину после спуска колонны НКТ • невставные – насос опускается в скважину на колонне НКТ • проходные – имеется канал для пропуска геофизической аппаратуры через насос • непроходные – канал для пропуска аппаратуры отсутствует • прямой промывки – нагнетание рабочей жидкости осуществляется в колонну НКТ • обратной промывки – нагнетание рабочей жидкости осуществляется в затрубное пространство • однорядные – рабочий орган (насадка+приемная камера) один • многорядные – рабочих органов несколько • Возможны конструкции насосов, комбинированные из вышеперечисленных. 15 ОБОРУДОВАНИЕ Пакеры Пакеры – специальные технологические устройства, предназначенные для разобщения отдельных участков ствола скважины. По способу установки различают пакеры с опорой на забой и с опорой на стенку скважины, а по способу создания усилия на деформирующийся уплотнительный элемент – механического и гидравлического действия. При работе со струйным насосом применяют пакеры механического действия, так как пакеры гидравлического действия приводятся в рабочее положение изменением давления в скважине, в то время как изменение давления в скважине при использовании струйного насоса уже используется для технологических целей. Возможно применение пакеров как с опорой на забой, так и с опорой на стенку скважины. 16 Глубинные приборы и специальные клапаны Для контроля за процессом освоения и проведения гидродинамических исследований в поднасосную часть компоновки испытательного инструмента устанавливаются глубинные манометры. Допускается применение любых автономных глубинных манометров с временем записи свыше 48 часов. Для записи КВД с закрытием скважины на забое под струйным насосом устанавливается стандартный тарельчатый или шаровой клапан, который срабатывает под действием гидростатического давления во время прекращения циркуляции наземными установками. 17 Насосно-компрессорные трубы и фонтанная арматура Спуск подземного оборудования осуществляется на насосно-компрессорных трубах. При работе со струйными насосами используется стандартная фонтанная арматура. Тип фонтанной арматуры выбирается в зависимости от ожидаемого максимального давления на устье и размеров установленного фланца колонной головки. Рабочее давление фонтанной арматуры должно быть равно или больше максимального давления на устье. 18 Шламовые фильтры Для предотвращения загрязнения рабочих узлов струйного насоса шламом и другими мехпримесями на нагнетательной линии устанавливается фильтр ФП-1. Допускается применение щелевого фильтра, который отличается от фильтра ФП-1 тем, что фильтровая труба перфорирована не круглыми отверстиями, а щелями шириной 3 мм, расположенными в шахматном порядке. 19 Технологии освоения и исследования скважин с помощью струйных насосов • Сначала спускают компоновку НКТ на внешнем лифте; • Затем устанавливают пакер ниже струйного насоса; • После этого происходит запуск струйного насоса, стабилизация динамического уровня и депресии(когда пластовое давление больше, чем на забое). Затем исследуют скважину на приток. 20 Внутренний диаметр эксплуатационной колонны должен обеспечивать прохождение подземного оборудования. Эксплуатационная колона должна быть герметичной при пробном давлении. Цементное кольцо должно быть качественным (определяется по данным ГИС). Близлежащие продуктивные пласты должны отстоять от перфорированного интервала не менее, чем на 15 метров. При невыполнении оного из перечисленных условий применение струйного насоса не допускается. В этом случае насосно-компрессорные трубы спускают на глубину 750 – 800 м, исходя из того, что гидростатическое давление столба жидкости и сопротивление движению ее и газа не превышали 8 МПа. В кольцевое пространство компрессором нагнетают газ, вытесняющий жидкость в колонну НКТ. Нагнетание газа продолжают до полного вытеснения жидкости в интервале спуска НТК. Если скважина не начала фонтанировать, а уровень жидкости поднимается медленно, то допускают НКТ на определенную глубину или до кровли пласта. |