Щелевая разгрузка пласта, эффективные преимущества и недостатки
Гидродинамическая характеристика ПЗП зависит от целого ряда факторов и в течение всего периода эксплуатации скважины постоянно меняется. Наибольшие изменения происходят во время первичного вскрытия пласта. Значительное уменьшение проницаемости пород в ПЗП в процессе бурения может привести к полной изоляции скважины от пласта.
Основной причиной снижения проницаемости ПЗП во время вскрытия продуктивного пласта является нарушение его равновесно-нагруженного состояния. В зависимости от литолого-петрографической характеристики горных пород и глубины залегания пласта тангенциальные напряжения в прифильтровой зоне могут возрасти в несколько раз. Под действием таких высоких нагрузок гидропроводность ПЗП существенно снижается не только за счет смыкания микротрещин в порово-трещинном коллекторе, но и за счет защемления в них кольматационного материала бурового раствора. Поэтому нередки случаи, когда даже при наличии достаточно хорошего коллектора приток нефти отсутствует.
Для приведения в соответствие проницаемости пород ПЗП с естественной проницаемостью самого пласта прибегают к интенсивным или силовым методам ОПЗ. К первым из них можно отнести и метод увеличения диаметра скважин (кавернообразование) в зоне продуктивного пласта. Из числа силовых методов повышения проницаемости ПЗП наибольшее применение нашли гидроударный метод воздействия, торпедирование скважин, гидравлический разрыв пласта. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Для обоснования необходимости разработки высокоэффективного метода щелевой разгрузки пород отметим лишь некоторые из недостатков перечисленных силовых методов.
Что касается гидравлических ударов и торпедирования скважин с помощью химических взрывчатых веществ, то величина трещин во многом зависит от типа коллекторов и, как правило, не является столь значительной. Гидравлический разрыв пласта (ГРП) лишен этого недостатка. В то же время существенным недостатком ГРП является отсутствие действенных способов контроля и управления созданием трещины, методом ее возникновения. Непредсказуемость трещинообразования при ГРП, особенно на вновь разрабатываемых месторождениях, может привести к прорыву вод за счет выхода трещины в зону ВНК или подошвенных вод. Кроме того, применение ГРП на больших глубинах, требующих высоких давлений, ограничено техническими возможностями и надежностью оборудования.
Метод щелевой разгрузки продуктивного пласта, заключающийся в создании двух вертикальных диаметрально противоположных щелей, свободен от указанных недостатков. Одним из авторов метода является В. И. Кудинов.
Метод обеспечивает надежную гидродинамическую связь скважины с пластом, снижение напряжений и увеличение проницаемости пород в прискважинной зоне, увеличение размеров фильтрационной зоны, высокое совершенство вскрытия и, в конечном счете, повышение нефтеотдачи пласта. Метод может быть применен в сочетании с кислотными и другими обработками ПЗП как в добывающих, так и нагнетательных скважинах. В многопластовых и неоднородных по проницаемости коллекторах может быть использован для выравнивания профиля приемистости скважин.
Выбор объекта воздействия для щелевой разгрузки пласта. Наиболее благоприятными для использования метода являются терригенные поровые коллектора с низкой проницаемостью и высокой глинистостью. В то же время вскрытие и освоение таких коллекторов традиционными методами часто весьма затруднено.
Вторая группа коллекторов, благоприятных для щелевой разгрузки, - поровотрещинные и трещинные коллектора, карбонатные и терригенные с вертикально и наклонно ориентированными трещинами. Проницаемость трещинных коллекторов в значительно большей степени зависит от напряжений, чем поровых. В трещинных коллекторах размеры ПЗ обычно значительно больше, чем в поровых, поэтому проведение щелевой разгрузки пласта целесообразно комбинировать с последующей кислотной обработкой для увеличения глубины воздействия на пласт. Предварительное проведение щелевой разгрузки позволит снизить давление, необходимое для закачки реагентов в пласт при кислотной обработке.
При выборе объекта для щелевой разгрузки необходимо учитывать наличие зумпфа (не менее 30-40 м). Создание вертикальных щелей, так же как точечная гидропескоструйная перфорация, характеризуется минимальным нарушением герметичности цементного кольца выше и ниже интервала вскрытия пласта, что позволяет рекомендовать метод щелевой разгрузки при малом расстоянии между интервалом вскрытия и водонефтяным контактом.
Оптимизация условий пескоструйной перфорации. Образование щелей в прискважинной зоне стало возможным благодаря применению гидропескоструйной перфорации. Гидропескоструйный способ вскрытия пласта обеспечивает сохранение естественной проницаемости пород, не приводит к уплотнению пород в зоне перфорации, не деформирует цементный камень и колонну, и, наконец, обладает наибольшей глубиной проникновения в пласт по сравнению с другими видами перфорации.
Особую значимость приобретают конструктивные особенности сопла, его направленность, диаметр отверстия или ширина щели и оптимизация режима перфорации.
На стадии опытно-промышленных испытаний метода, проведенных на скважинах месторождений Удмуртии, удалось существенно изменить конструкцию перфоратора, что снизило величину противотока. Глубина каналов при этом увеличилась в 1,5-2 раза при прочих равных условиях (абразивная твердость породы, давление нагнетания рабочей жидкости, скорость ядра потока струи и т.д.).
Наиболее эффективной формой, обеспечивающей снижение гидравлических сопротивлений в перфорационных отверстиях и способствующей увеличению глубины проникновения абразивной жидкости в пласт, являются вертикальные щели. При расчете ширины щели учитывались не только требования по снижению сопротивления гидравлической струи, но и необходимость разгрузки горных пород. Наиболее оптимальной является ширина щели 15 мм. Оптимальность этой величины основана на том, что при разгрузке горных пород в ПЗП не происходит полного смыкания трещины. При дальнейшем же увеличении ширины щели не наблюдается увеличения эффективности разгрузки.
Оборудование, применяемое при осуществлении метода.Оборудование, используемое при щелевой разгрузке пласта, можно разделить на подземное и наземное.
Подземное оборудование включает гидропескоструйный перфоратор, двигатель перфоратора и колонну НКТ. В настоящее время при проведении щелевой разгрузки используются гидропескоструйные (абразивные) перфораторы.: АП-6м, ПЗК, БГПМД. При создании одиночных щелей используется перфоратор АП-6м, в котором обычно устанавливают четыре насадки, причем одна пара насадок расположена диаметрально противоположно другой. Расстояние между насадками в паре 10 см, что обеспечивает наиболее высокий к.п.д. щелевой перфорации. Использование перфораторов ПЗК и БГПМД обеспечивает последовательное включение нескольких пар насадок, гарантирующее более длительную работу перфоратора без подъема его на поверхность. Перфоратор БГПМД, в отличие от ПЗК, позволяет проводить прямую и обратную промывку скважины в процессе спуска инструмента и при подготовительных работах.
Для вертикального перемещения гидропескоструйного перфоратора в скважине используются забойные двигатели ДП, ГДП или гидроподъемные конструкции ВНИГНИ. В настоящее время проведена модификация двигателя перфоратора ДП, позволившая увеличить его рабочий ход от 450 до 1700 мм. Можно считать наиболее целесообразным использование для приведения в движение гидропескоструйного перфоратора при проведении щелевой разгрузки пласта гидроподъемника при малых глубинах скважин и использование модернизированного забойного двигателя при значительных глубинах.
Поверхностное оборудование, используемое при проведении щелевой разгрузки пласта, включает насосные агрегаты, пескосмесительный агрегат или смесительную цементировочную воронку, блока манифольдов БМ-700, устьевую арматуру АУ-700 и фильтры ФП.
Для нагнетания песчано-жидкостной смеси используются насосные агрегаты 2АН-500 или 4АН-700. Создание вертикальных щелей с помощью гидроперфоратора требует работы насосных агрегатов в течение длительного времени с давлениями 300-500 кг/см2. Учитывая низкий ресурс работы насосных агрегатов на песчано-жидкостной смеси и недопустимость остановок в ходе процесса, рекомендуется иметь резервные агрегаты, в количестве, равном обычному числу рабочих агрегатов.
Рабочая песчано-жидкостная смесь приготавливается в пескосмесительных агрегатах ЗПА или 4ОД. Можно также использовать смесительную цементировочную воронку. Рабочие, резервные, питающие насосные агрегаты и пескосмесительный агрегат обвязываются с помощью блока манифольдов с устьевой арматурой, смонтированной на скважине. В нагнетательную и обратную линии монтируют фильтры ФП, обеспечивающие очистку циркулирующей песчано-жидкостной смеси от крупных частиц шлама, способных закупорить насадки перфоратора.
Материалы, используемые при щелевой пескоструйной перфорации. В качестве абразивного материала при создании щелей в ПЗП используется обычно кварцевый песок с размерами зерен 0,2-1,0 мм и содержанием кварца не менее 50%. При выборе жидкости-песконосителя учитываются физико-химические свойства пласта и насыщающих его флюидов, а также технологические параметры процессов. Жидкость должна удовлетворять следующим основным требованиям: абразивная жидкость не должна ухудшать коллекторских свойств пласта; проведение операции не должно сопровождаться выбросом нефти или газа, вызывающими открытое фонтанирование; жидкость не должна быть дефицитной и дорогой.
Состав жидкости-песконосителя подбирают в лаборатории для конкретных условий. При щелевой разгрузке пласта в терригенных коллекторах обычно в качестве рабочей жидкости используют дегазированную нефть, водные растворы хлористого натрия, хлористого кальция и хлористого магния с добавлением 0,3-0,5% поверхностно-активных веществ (сульфанол, диссолван) и 3,5-5% карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). На основе водного раствора хлористого кальция и хлористого магния могут быть получены растворы с плотностью до 1200-1300 кг/м3.
При проведении щелевой перфорации в карбонатных коллекторах рабочую жидкость готовят на пластовой воде.
Последовательность проведения технологических операций при щелевой разгрузке ПЗП
Основное наземное оборудование, применяемое для щелевого вскрытия пласта, включает: блок манифольдов БМ-700, насосные агрегаты 4АН-700, ЦА-320, пескосмеситель УСП-50.
Операции по щелевой гидропескоструйной перфорации (ГПП) проводятся в следующей последовательности. 1). Подготовка скв.: промывка забоя и щаблонирование обсадных труб. 2). Опрессовка двигателя ГПП и определение скорости перемещения штока при прдложенном перепаде давления. 3) Спуск перфоратора в скв. 4) Оборудование скв. устьевым сальником. 5) Обвязка оборудования. После проведения указанных работ осуществляют прямую промывку через перфоратор агрегатом. В рабочую жидкость вводят песок. Песчано-жидкая смесь забирается агрегатами и подается через блок манифольдов и фильтр в скважину. После окончания цикла щелевого вскрытия первого интервала переходят к следующему.
Первые промысловые испытания метода щелевой разгрузки ПЗП на месторождениях Удмуртии были проведены в Воткинском НГДУ. Было отмечено, что эффективность метода щелевой разгрузки пород ПЗП значительно возрастает, если после завершения операций проводится СКО. Отмечена также большая продолжительность эффекта, которая достигла четырех с половиной лет. Средний дебит скважины за весь этот период составил 5 т/сут при дебите до обработки в 1 т/сут. Метод внедрен на добывающих и нагнетательных скважинах (более 50) различных месторождений Удмуртии.