Застосування струменевих апаратів у освоєнні свердловин

Одними з найбільш трудомістких операцій в освоєнні свердловин є виклик припливу з пласта, оцінка фільтраційних властивостей порід у приствольній та віддаленій зонах сверд­ловин, очистка приствольних зон пласта з метою відновлення та поліпшення їх фільтраційних властивостей. В Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу розроблено комплекс вибійного обладнання, в основу роботи якого покладено принцип дії ежектора. На основі цього принципу розроблені струминні апарати стаціонарного або вставного типу (ПОС та ПЕОС і ПГДП).

За допомогою цього обладнання частково або повністю можна виконувати такі операції: миттєве зняття тиску над пластом, забезпечення припливу у вибій свердловини пластового флюїду, миттєве відновлення тиску над пластом до гідростатичного, багаторазове повторен­ня цих операцій, фіксація в зоні пласта процесу відновлення тиску (КВТ - кривих відновлення тиску) та одержання даних для побудови індикаторних кривих і встановлення режиму експлуатації свердловин. Тут - депресія на пласт, _ — приплив рідини з пласта за фіксований час. Під терміном "миттєве" зняття тиску і його відновлення мається на увазі час від 10 до 120 с залежно від глибини та ряду інших факторів.

Отримання КВТ до і після операцій очистки привибійної зони дає змогу оцінювати зміну фільтраційних властивостей породи і при необхідності планувати ті чи інші методи штучної дії на породу. Створення ступінчастих депресій з фіксацією їх величин та кількості приплилої рідини з пласта дає змогу побудувати індикаторну криву. Миттєве зняття тиску над пластом і його відновлення приводить до виникнення високих швидкостей фільтрації з

боку пласта до свердловини і навпаки. При цьому в момент зменшення тиску відсутні сили, які притискають дисперсні частини до скелету пласта. Зміна напрямку фільтрації дозволяє уникнути закупорювання пор або звивистих тріщин. Внаслідок цього активізується процес руйнування зони кольматації та її винос у свердловину.

А.Х.Мірзаджанзаде та його учні довели також, що в момент миттєвого зменшення тиску на пласт у пластовій рідині виникають від'ємні тиски, які істотно змінюють їх властивості, внаслідок чого ще більше інтенсифікується процес очистки привибійної зони. Що сто­сується напруженого стану порід, то багаторазова зміна тиску в зоні пласта дає змогу змінювати загальний напружений стан породи і може призвести до появи , за рахунок вто­ми, системи тріщин.

Відомо, що в зоні продуктивної товщі пласта є прошарки з різною проникністю, які в процесі буріння забруднюються по-різному. Для одних прошарків достатньо створити 4-6 циклів депресій-репресій~ щоб очистити привибійну зону, іншим же прошаркам для цього треба 40-50 циклів. В цілому при очистці всієї товщини потрібно орієнтуватись на очистку найбільш закупорених прошарків. Струменеві апарати спускають в свердловину на розра­хункову глибину на насосно-компресорних трубах (НКТ) разом з пакером, обпресовуючим сідлом, циркуляційним клапаном та фільтром-хвостовиком. Пакер встановлюють над пла­стом, який треба випробувати. Циркуляційний клапан розміщують вище місця встановлен­ня струминного апарата на одну трубу колони НКТ, а обпресовуюче сідло - над цирку­ляційним клапаном.

За допомогою насосних агрегатів ЩА=320, ЦА=400, 4АН=700 та інших) робоча рідина (вода або дегазована нафта) подається по НКТ до струминного апарата. Витікаючи з великою швидкістю (200-280 м/с) із насадки ежектора, струмінь робочої рідини частково розширюється, тому там створюється зона зниженого тиску, куди в ка­меру інжекції втягується рідина з підпаркерної зони. В камері змішування струминного апарата відбувається енергообмін між струменями робочої та інжектованої рідин, тут же вирівнюються профілі швидкостей по перерізу камери змішування. Змішаний струмінь потрапляє в дифузор, де кінетична енергія перетворюється в потенціальну енергію ста­тичного тиску. Рідина, яка виходить із дифузора струминного апарата, рухається до гир­ла свердловини по затрубному простору.

Таким чином, в підпаркерній зоні створюється тиск, менший від гідростатичного. Вели­чина зниження тиску залежить від витрати рідини при закачуванні та від поточного дебіту пластових флюїдів, що надходять з пласта. При припиненні закачування рідини тиск сто­впа рідини з міжтрубного простору через дифузор та камеру змішування апарата пере­дається на пласт.

Тиск на гирлі свердловини при роботі струминного апарата потрібний для досягнен­ня заданого зниження тиску в камері інжекції визначають за формулою

де - тиск стовпа змішаної рідини в затрубному просторі; - втрати тиску під час руху змішаної рідини в затрубному просторі над апаратом; - тиск стовпа робочої рідини на глибині встановленого апарата; — втрата тиску під час руху робочої рідини від агрегата до апарата; - відносний перепад тиску, причому і . де і — статичні тиски струменів відповідно робочої та інжектованої рідини у вхідному перерізі та змішаної рідини у вихідному перерізі камери змішування.

Для застосування високонапірних струминних апаратів коефіцієнти ежекції невеликі и=0,1.. .0,4 і відповідають, наприклад, таким значенням при діаметрі робочого насадка 5,6 мм, а при діаметрі камери змішування 9 мм:и = 0,1 - = 0,46 і далі 0,2—0,43; 0,3 —0,39; 0,4 — 0,35.

Технологічний процес складається з підготовки свердловини, надземного та підземного обладнань, вибору режиму роботи струминного апарата, визначення порядку проведення робіт циклічної дії на пласт, проведення завершальних робіт. Технологічний процес може бути реалізованим на свердловинах з такими характеристиками: значення пористості та проникності продуктивних відкладів не нижче граничних для даного родовища; продуктив­ний пласт складається зі стійких порід, які не мають здатності до руйнування при багатора­зовому створенні депресій-репресій з їх граничними значеннями; величину граничної де­пресії слід контролювати по відстані до водяного пласта, по можливості не допускати виділення газу з нафти безпосередньо в привибійній зоні; внутрішній діаметр обсадної коло­ни не менше 118 мм; викривлення стовбура свердловини не більше 1° на 10 м.

Кількість циклів, які необхідно створити для відновлення або поліпшення фільтраційних властивостей, коливається від 2-3 до 30-40 залежно від забруднення при-вибійної зони пласта.

Розроблені з метою освоєння свердловин струминні апарати належать до високо-напірних, в яких відношення площ поперечних перерізів камери змішування і робочого на­садка звичайно витримуються в межах 2,4...2,7. Коефіцієнт інжекції може змінюватися від 0 до 1. В практику освоєння свердловин ввійшло багато конструкцій струменевих апаратів, їх продовжують вдосконалювати, але найбільш вживаними є конструкції стаціонарного струминного апарата ПОС та вставних ПЕОС і ПГДС. При цьому вставні ПЕОС випуска­ються з нижнім зворотним клапаном або без нього Калуським об'єднанням "Карпатнафто-маш". На рис. 16.5,а показано конструкцію струминного апарата ПОС, який складається з корпуса 1 з поздовжнім прохідним каналом і встановленим в ньому твердосплавним насад­ком 4, який вставляється в запресоване гніздо 3 і зворотній клапан 2, а також камери змішування 5 з технологічною заглушкою 6. Зовнішній діаметр пристрою 96мм, довжина 460мм, маса 11кг. На рис. 16.5,6 показано конструкцію вставного струминного апарату ПЕ­ОС, який складається із корпуса 5 та вставного струминного насоса б. В нижній частині струминного насоса розміщено зворотний клапан, який з'єднується з струменевим насосом через перехідних 7. Клапанний вузол включає сідло 2 та кулю 9, обмежувач переміщення 4, захисний кожух 8, скеровуючу втулку 3, наконечник 1 з манжетами 11. Ущільнення сідла 2 забезпечується кільцями 10. Внизу струминного апарата і оберненого клапана є різьба для приєднання глибинного манометра. Для заміру кривих відновлення тиску стру­минний апарат з'єднується зі зворотним клапаном, внизу якого розміщується глибинний манометр. При подачі робочої рідини до насадка струминного апарата в камері інжекції Створюється область зниженого тиску, куля 9 струменем рідини з вибою піднімається і та­ким чином здійснюється відпомпування рідини і подача її через камеру змішування і дифу­зор в міжтрубний простір. При припиненні циркуляції рідина із затрубного простору повер­тає кулю в гніздо, чим ізолюються підпаркерна і надпаркерна зони, а глибинний манометр фіксує значення відновлюваного тиску.

Для створення миттєвих депресій-репресій на пласт вузол зворотного клапана від'єднують від струминного апарата, попередньо піднявши весь апарат на поверхню канатною технікою або зворотною циркуляцією. Глибинний манометр для фіксації величин депресій-репресій і їх кількості з'єднується безпосередньо зі струменевим насосом. Після цього вставний струминний апарат потоком робочої рідини транспортується через НКТ до посадки в корпус.

Пристрій для гідродинамічних досліджень пласта ПГДП показано на рис. 16.6. Цей пристрій, як і ПЕОС, може записувати криві відновлення тиску, створювати і фіксувати де­пресію на пласт. Пристрій спускається у свердловину на кабелі. В самому пристрої змонто-

ваний тензометричний датчик тиску, сигнали якого передаються по кабелю на осцилограф каротажної станції.

Технологія дії на пласт шляхом створення миттєвих багаторазових депресій та репресій складається з таких основних етапів: підготовка свердловини, підземного та надземного об­ладнання, вибір режиму роботи струминного апарата, визначення порядку проведення робіт за циклічною дією на пласт, проведення завершальних робіт. При цьому слід чітко до­тримуватися основних вимог техніки безпеки. У свердловину спускають НКТ з пакером ме­ханічної дії (для ПОС) або гідромеханічної дії (для ПЕОС та ПГДП) та встановленим над пакером струминним апаратом. Встановлений під пристроєм пакер виключає при роботі струминного апарату передачу на пласт, який досліджується чи освоюється, гідро­статичного тиску рідини, що заповнює свердловину. Для включення в роботу струминного апарата насосними агрегатами з поверхні через НКТ закачується під заданим тиском робо­ча рідина. Якщо припинити подачу робочої рідини до струминного апарата, то рідина із міжтрубного простору через дифузор та камеру змішування потрапляє в підпаркерну зону, внаслідок чого відновлюється гідростатичний тиск на пласт.

За період 1985-1990рр. струминні апарати застосовувались на 3000 свердловин в об'єднаннях Західного Сибіру. Успішність операцій в середньому становить 70%. При цьо­му дебіти свердловин зростають від 1,5 до 10 та більше разів. Ефективна товща працюючих пластів збільшується на 40-50%. Одержані результати свідчать про те, що застосування струменевих апаратів є перспективним з точки зору підвищення продуктивності нафтових або приймальності нагнітальних свердловин.

Рис.16.6. Схема розташування в сверд­ловині пристрою для гідродинамічних досліджень: 1-НКТ;2-каротажнии кабель; 3-корпус;4-ПГДП; 5-пакер; 6-обернений клапан з датчиком тиску; 7-глибинний манометр; 8-сІдло оберненого клапана; 9-пробовідбірник

Рис. 16.5. Конструкції струминного апарата ПОС (а) І ПЕОС (б)