Исследования процессов разрушения слабоконсолидированного пласта и разработка технологии предотвращения пескопроявления

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ Долгов С.В.

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ СЛАБОКОНСОЛИДИРОВАННОГО ПЛАСТА И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЯ

Кубанский государственный технологический университет

Ключевые слова: разрушение пласта, слабоконсолидированный пласт, технология предотвращения пескопроявления, месторождение.

Аннотация: В статье на примере IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения определяются причины и механизм разрушения пород призабойной зоны пласта (ПЗП), приводится модель текущего (разуплотненного) состояния ПЗП скважин, способ оценки ее геометрических параметров, а также способ крепления слабоконсолидированного пласта.

Key words: fracture of the reservoir, weakly consolidated formation, sand control technology, deposit.

Abstract: In the article, the causes and mechanism of fracture of bottomhole formation zones are defined in the article on the example of the IV horizon of the Anastasievo-Troitskoye field, the model of the current (decompacted) state of the wells is described, the method for estimating its geometric parameters, and the method for securing the weakly consolidated formation.

Вынос породы с продукцией добывающих скважин при эксплуатации в подавляющем числе случаев носит негативный характер, вызывая ряд факторов усложняющих и удорожающих разработку месторождения. Поэтому работы направленные на разработку эффективной технологии борьбы с выносом породы всегда были и остаются весьма актуальными.

Анастасиевско-Троицкое месторождение (АТМ) Краснодарского края находится в разработке с 1954 года. Основным объектом разработки является IV горизонт (рисунок 1).

К характерным особенностям месторождения можно отнести следующие:

1. Литологическая однородность и высокая проницаемость коллектора.

2. Коллектор представлен слабоконсолидированным песчаником, основным связующий элементом которого является насыщающая его нефть.

3. Малая толщина нефтенасыщенного слоя (до 3 метров) при массивной газовой шапке.

4. Высокая плотность сетки скважин, до 23 скв./га.

5. Мелкодисперсный состав пластового песка (фракция 0,01-0,25 мм составляет 70%).

ОБОЗНАЧЕНИЯ Нефте-газоконденсатное м-ие О Районный центр

Нефтяное м-ие - Река

- Дорога

Рисунок 1 - Географическое расположение и структура Анастасиевско-Троицкого месторождения

Такие особенности коллектора обуславливают основную проблему месторождения - вынос пластового песка с продукцией добывающих скважин, которая сопутствует всему периоду разработки месторождения.

За более чем 60-ти летний срок разработки месторождения применялись практически все существующие на сегодняшний день способы борьбы с выносом песка. Начиная от простых - механических фильтров различной конструкции и заканчивая более сложными химическими способами крепления - коксование нефти, применение вяжущих составов и смол различного состава [2].В последнее время наиболее часто применяется способ предотвращения выноса песка путем крепления ПЗП закачкой полимеризированного проппанта под давлением [4]. Это подтверждается результатами анализа капитальных ремонтов скважин (КРС) проведенных с 2008 по 2012 годы (рисунок 2).

другое

Ликвидация прияша, песчаной пробки и коепление ПЗП

Рисунок 2 - Распределение видов КРС по скважинам Анастасиевско-Троицкого месторождения

На диаграмме видно, что число ремонтов, связанных с выносом песка из года в год растет, это говорит о снижении эффективности применяемых способов, и необходимости разработки нового, более эффективного.

Для разработки эффективной технологии борьбы с выносом песка необходимо, в первую очередь, определить основные причины этого явления. С этой целью был проведен анализ работы скважин Анастасиевско-Троицкого месторождения, который показал, что с увеличением обводненности добываемой продукции интенсивность выноса песка растет.

Другой, не менее важной причиной является суффозия. Расчеты граничных условий действия суффозии для зерен песка АТМ с использованием методики Васильева В.А. [1], показали, что суффозия возможна только для частиц диаметром менее 0,16 мм и должна прекращаться, как только все частицы указанного диаметра будут вынесены потоком жидкости из призабойной зоны. На практике такого не происходит, вынос песка носит постоянный характер. Следовательно, к призабойной зоне пласта происходит постоянный приток частиц, который возможен только при сползании разуплотненного песчаника к забою скважины под действием горного давления.

Таким образом, если порода пластаразуплотнена и подвержена суффозии, то основным направлением борьбы с ее разрушением

должно быть ее уплотнение до первоначального состояния с последующим закреплением.

В последнее время для борьбы с выносом песка наАТМ используется способ крепления породы призабойной зоны пласта полимеризованным проппантом под давлением, при реализации которого в пласт нагнетается сшитый гель с проппантом под давлением близким, а иногда и превышающим давление ГРП. Для расчета необходимых объемов закачки пользуются методикой, разработанной для операции ГРП.

Классический вид кривой давления закачки геля в пласт при образовании трещины представлен на рисунке 3 а, на котором отчетливо виден характерный для инициации трещины пик роста давления, последующее его резкое падение и последующая стабилизация давления закачки, отражающая рост трещины.

Проведя анализ результатов более чем 300 операций крепления ПЗП, выполненных в период с 2010 по 2014 год, было отмечено, что в ряде случаев, форма кривых давления закачки геля с проппантом, характерна для операции ГРП. Это свидетельствует о несоответствии расчетных объемов закачки требуемым для крепления ПЗП, при этом наблюдается отрицательный эффект, характеризующийся повышением выноса песка после проведения операции. Только в 43 % случаев форма кривой давления закачки геля имеет вид (рисунок 3б), кардинально отличающийся от кривой закачки при операции ГРП. В этих случаях отсутствуют резкие перепады давления, сигнализирующие об образовании трещины. Кривая давления отражает ее плавный рост, переходящий в перегиб и последующее падение давления закачки.

Следовательно, в этих случаях при таких темпах закачки геля трещины не образуются. Такое поведение кривой давления закачки схоже с поведением кривой напряжения на стенке подземной полости для вязкопластической среды, полученной экспериментально и описанной Николаевским Н.В. и Рабиновичем Н.Р. (рисунок 4) [3, 7]. Отсутствие скачка давления на графике закачки можно интерпретировать как пластическое течение породы при разрушении контактных связей в ее матрице.

Таким образом, можно сделать вывод, что в призабойной зоне скважин IV горизонта АТМ за долгие годы эксплуатации с выносом песка, образовались разуплотненные зоны, в которых порода ведет себя не как упругая, а как пластичная среда.

а

Рисунок 3 - Характер поведения кривой давления закачки геля в пласт

У \

/ /

» 1

1 »

\

1 3 ч

0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 ?

Рисунок 4 - Кривые напряжения на стенке подземной полости:

1 - упруго-пластичная среда, 2- упругая среда, 3 - упруго-вязкопластическая среда

Под термином разуплотненная зона следует понимать область пласта, в которой отсутствует матрица породы, фактически не существует природного цементировочного материала. Взаимодействие между частицами происходит за счет сил поверхностного трения зерен друг о друга, и связывающего действия нефти. При этом возникает возможность переноса массива частиц в границах разуплотненной породы под действием и в направлении градиента давления.

С учетом предположения о существовании разуплотненной зоны, в ПЗП работающей скважины можно выделить три области (рисунок 5):

- зона текучей породы, для которой характерна высокая скорость потока пластовой жидкости, в связи с чем, зерна породы подвержены суффозии и выносу в наибольшей степени;

- зона разуплотненной породы - с характерным пластичным поведением горной породы при уплотнении, в которой значения пористости и проницаемости несколько выше, чем в уплотненной породе;

- зона уплотненной породы - зона, не дренируемая эксплуатационной скважиной.

Рисунок 5 - Структура ПЗП сразуплотненной породой

Для устранения или уменьшения выноса песка необходимо уплотнить и укрепить породу разуплотненной зоны, для чего необходимо оценить ее размеры, объем закачки уплотняющего и расклинивающего агента, чтобы не допустить переуплотнения и разрушения породы.

С этой целью была разработана модель состояния ПЗП, которая позволяет определить объем разуплотненной зоны и его изменение при уплотнении, а также максимально допустимое давление закачки,

Работающая скважина Зона «текучей» породы Разуплотненная зона Уплотненная порода

исключающее разрушение уплотненного слоя [5]. На основе модели был разработан новый способ предотвращения выноса песка, учитывающий разуплотненное состояние породы ПЗП и геометрические параметры разуплотненной зоны [6]. Промышленное применение разработанного способа позволило добиться уменьшения количества выносимых твердых частиц в среднем в восемь раз.

Список литературы

1. Васильев. В.А. Модель переноса песка в пористой среде. Строительство газовых и газоконденсатных скважин. В.А. Васильев, В.Е. Дубенко // Сб.научн. трудов ВНИИгаза. - М.: ВНИИгаз,, 1996, с.84-99.;

2. Жихор П.С., Вартумян Г.Т., Кошелев А.Т., Пустовой П.А.: Эволюция методов крепления призабойной зоны скважин IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2010. - №6, с. 47-49;

3. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. - М.: Недра, 1996. - 447 с.: ил;

4. Патент РФ № 2393339. Способ создания гравийного фильтра в скважине / В.Н. Климовец, Ю.К.Федоров, А.Д. Четверик. - М. кл. Е21В 43/04, заявл. 06.04.2009, опубл. 27.06.2010 Б.И. №1;

5. Патент РФ № 2548629. Способ определения параметров разуплотненной зоны продуктивного пласта / С.В. Долгов, П.С. Жихор. - М. кл. Е21В 43/04, заявл. 28.01.2014, опубл. 20.04.2015 Бюл. № 11.

6. Патент РФ № 2558080. Способ крепления слабосцементированного пласта /С.В. Долгов, П.С. Жихор. - М. кл. Е21В 43/04, заявл. 05.06.2014, опубл. 27.07.2015 Бюл. № 21;

7. Рабинович Н.Р. Инженерные задачи механики сплошной среды в бурении, - М.: Недра, 1989. - 270 с.;

Жураева Н.А.

ОПТИМАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЕ ПАРАМЕТРЫ ГЕРКОНА КОРОТКОЗАМКНУТЫМ ВИТКОМ

Ташкентский государственный технический университет

Ключевые слова: геркон, реле переменного тока, вибрация, короткозамкнутый виток, коэффициент возврата.