СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СКВАЖИНУ И ПРИЗАБОЙНУЮ ЗОНУ
METHOD OF COMPLEX WAVE ACTION ON WELL AND BOTTOM-HOLE ZONE

Предлагаемое изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для освоения и увеличения дебита нагнетательных и эксплуатационных скважин.
Известен способ (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М., Недра, 1990 г., с.46-47) очистки призабойных зон скважин импульсным дренированием, включающий формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью НКТ путем спуска в скважину герметичной колонны НКТ, заполненной воздухом при атмосферном давлении, с прерывателем и пакером на нижнем конце, установки пакера в скважине выше, а прерывателя напротив перфорации, стравливание давления при интенсивном передвижении флюида из призабойной зоны пласта по НКТ к дневной поверхности при открытии прерывателя, создание периодических импульсов давления в призабойной зоне пласта путем коммутации прерывателем потока жидкости.
Известен также способ (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М., Недра, 1990 г., с.108-109) очистки призабойных зон скважин импульсным дренированием, включающий формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью НКТ путем спуска в обсадную колонну скважины НКТ с прерывателем и пакером на нижнем конце, установки пакера в скважине выше, а прерывателя напротив интервала перфорации, спуска в НКТ плунжера с клапаном на канате и создания разрежения в НКТ при подъеме плунжера наземным тяговым устройством внутри полости прерывателя, стравливание давления при интенсивном передвижении флюида из призабойной зоны пласта по НКТ к дневной поверхности в момент открытия плунжером отверстий в прерывателе, создание периодичных импульсов давления в призабойной зоне пласта путем коммутации прерывателем потока жидкости при возвратно-поступательном движении плунжера.
Недостатками приведенных способов являются невозможность контроля и регулирования процесса освоения или очистки призабойной зоны скважины.
Известен способ очистки скважины от отложений в процессе ее эксплуатации (Велиев Ф.Г., Курбанов Р.А-И., Алиев Э.Н. А.с. №1700207, кл. E21B 37/00, опубликованный 23.12.91, бюл. №47), в котором периодически создают на устье скважины волны отрицательного давления, для чего перекрывают задвижки на выкидной линии и выдерживают ее в перекрытом состоянии, затем открывают. При этом утверждается, что в скважине от устья к призабойной зоне распространяется со скоростью звука отрицательная волна давления, достигающая амплитуды 1,5 МПа и приводящая к образованию эффективной ударной депрессии, очищающей НКТ и призабойную зону.
Однако на установке, использовавшейся для проведения экспериментов, была установлена не совершенная система измерения импульсного давления на основе тензоэлектрического датчика. Поэтому авторам не удалось проследить действительную динамику волн давления, а недостаточная длина установки не позволила достаточно точно выявить эффективность способа.
Известен способ освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием (Носов П.И., Сеночкин П.Д., Нурисламов Н.Б. и др. Патент №2159326, кл. E21B 43/25), в котором формирование депрессионного перепада давления между прискважинной зоной пласта и полостью скважины производится путем предварительной закачки флюида в скважину, создание периодических импульсов давления в прискважинной зоне пласта в виде затухающей стоячей волны, перемещающейся по полости скважины, и стравливания давления при перемещении флюида по скважине из прискважинной зоны пласта к дневной поверхности при резком открытии полости скважины.
Однако контроль за быстрыми волновыми процессами производят по манометрам, установленными на устье скважины. Они дают противоречивые показания (рис.2 и рис.3 описания патента), хотя волновой процесс начинается с «предварительной закачки флюида в скважину» и последующего «стравливания давления». Тогда в скважину в первой фазе рабочего цикла распространяется волна разгрузки, что и отражено на рис.2 описания. А из рис.3 может сложиться ошибочное мнение о том, что в призабойную зону распространяется волна давления, которую в последующих патентах, без проведения измерений, ошибочно именуют ударной волной.
Известен способ обработки прискважинной зоны пласта (Шипулин А.В. Патент №2266404, кл. E21B 43/25), включающий создание периодических импульсов давления в прискважинной зоне пласта в виде перемещающейся по полости скважины ударной волны, образующейся при периодическом открывании полости скважины на устье с применением вентилей, один из которых соединяет полость скважины со сливной емкостью, второй - с источником жидкости, находящейся под давлением.
Однако при «периодическом открывании полости скважины на устье для вытекания скважиной жидкости, находящейся под давлением» в НКТ не образуются «ударные волны», а формируется волна разрежения, распространяющаяся от устья к призабойной зоне.
Известен способ, взятый за прототип, и устройство освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием (Гурьянов А.И., Фассахов Р.Х., Файзуллин И.К. и др. Патент №2272902, кл. E21B 43/25), в которых стравливают давление при передвижении флюида из призабойной зоны к дневной поверхности для создания периодических импульсов давления в призабойной зоне пласта. Депрессионный перепад давления между призабойной зоной пласта и полостью НКТ и формирование периодических импульсов создают путем закачки флюида в трубное пространство скважины при нагнетании заданного давления. Стравливание до заданного давления производят при открытии клапана управления через полость затрубного пространства, повторяют этапы стравливания и создания импульсов давления.
1
2
1
2
Однако периодические импульсы давления создают путем закачки флюида в трубное пространство скважины при создании заданного давления в течение времени T, а стравливание до заданного давления производят при открытии клапана управления в течение времени Т. Времена T и Т заранее задаются и контролируются считывающим электронным устройством, хотя контроль за эффективностью метода надежнее вести измеряя импульсные давления, которые и оказывают волновое воздействие.
В известном методе был использован датчик давления в призабойной зоне, который измерял величину волны разрежения, распространяющуюся от устья до забоя скважины, фиксируя возможность достижения волн разгрузки забоя скважины. Но разрешение по времени использованного датчика не позволяет судить ни о скорости волны, ни о крутизне фронта давления, лишая тем самым возможности полностью контролировать процесс и успешно влиять на результаты проводимой работы.
1
Кроме того, поскольку депрессионный перепад в призабойной зоне скважины зависит от перепада давления в волне разрежения, создаваемого на устье как разница между начальным давлением в скважине при нагнетании заданного давления в течение времени T и давлением на устье скважины, то задавать фиксированное заранее давление и обрабатывать коллектор в течение нескольких суток крайне не эффективно. Дело в том, что проницаемость коллектора при успешном воздействии применяемого способа будет изменяться по времени. А именно, от этого параметра зависит дебит скважины, который и определяет продолжительность волнового воздействия на призабойную зону скважины.
Стравливание давления из скважины эффективнее производить через НКТ, чем через полость затрубного пространства по тем соображениям, что НКТ имеет меньший диаметр и величина скорости истечения флюида будет значительно больше, а отсюда и процесс выноса кольматантов в дренажную емкость будет происходить эффективнее. Кроме того, скорость истечения влияет на величину волны разрежения, формирующуюся при резком открытии быстродействующего клапана и распространяющегося от устья к забою скважины.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности волнового воздействия на скважину и призабойную зону и тем самым снижению сопротивления движению флюида призабойной зоны.
Для получения указанного технического результата в предлагаемом способе освоения и очистки призабойной зоны скважин, включающем формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью насосно-компрессорных труб путем закачки флюида, стравливание давления при движении флюида из забойной зоны к дневной поверхности при резком открытии быстродействующего клапана полости НКТ, создание периодических импульсов давления в призабойной зоне пласта, повторение этапов стравливания и создания импульсов давления, контроль за этими этапами на каждом цикле при одной и той же производительности закачки флюида, нагнетание заданного давления и стравливание флюида при открытии клапана организуют максимальное увеличение перепада давления между призабойной зоной и скважиной вследствие снижения давления в перфорационной зоне при встречном взаимодействии волн разрежения в данной зоне за счет установки на расчетной глубине в затрубном пространстве пакера и ведут контроль за волновыми процессами с помощью вычислительного комплекса на основе показаний манометров и импульсных датчиков давления, оттарированных на установке типа «ударная труба» и детально отслеживают динамику волнового воздействия в реальном масштабе времени и эффективно управляют им.
Такой способ позволяет сформировать депрессионный перепад давления между перфорационной зоной и полостью скважины в виде волны разрежения путем резкого открывания быстродействующего клапана. При этом волна разрежения, двигаясь в направлении от устья, достигает зумпфа скважины, отражается, в максимуме удваиваясь по амплитуде, и создает в перфорационной зоне мощную волну разрежения, обеспечивая раскачку, ослабление сцепления и имплозионное извлечение кольматантов из перфорационных отверстий и пор пласта, а волна разгрузки, двигаясь вверх по затрубному пространству, достигает пакера, отражается, удваивается по амплитуде и возвращается в перфорационную зону, стряхивает адсорбционные отложения со стенок скважины и разрушает асфальто-смолопарафиновые отложения (АСПО) в перфорационной зоне и прилегающих порах пласта. А в это время волна разрежения, отраженная от зумпфа скважины, распространяясь по НКТ вверх, достигает уже закрытого быстродействующего клапана, достигает зумпфа, удваивается по амплитуде и отражается в зону перфорации, и цикл повторяется. Волны разряжения движутся по жидкости со скоростью звука, поэтому достигают дна скважины, глубиной 2 км за 1,3 сек. Полный цикл колебания - от устья до зумпфа и обратно, совершается примерно за 3 сек. Предлагается вести контроль за волновными процессами в многокомпонентной среде с помощью импульсных датчиков давления, предварительно оттарированных на установке типа «ударная труба» и выведенных на компьютер, что позволяет детально отслеживать динамику волн в реальном масштабе времени и оперативно управлять волновым воздействием. Например, так организовать движение обратных волн разрежения вниз по затрубному пространству и по НКТ, чтобы они встретились и взаимодействовали, например, в интервале перфорации. Такое регулирование можно осуществить различными способами, например регулированием глубины установки пакера в затрубном пространстве. Встреча волн разгрузки позволяет получить в зоне перфорации разрыв жидкости, который характеризуется ударным вскипанием и интенсивным ростом кавитационных пузырьков в области значительного снижения давления жидкости. Последнее позволит идеально очистить, например, перфорационную зону и извлечь кольматант из пор породы пласта, прилегающих к перфорационным отверстиям за счет мощного очистительного впрыска жидкости, находящейся в пластовых условиях под давлением свыше 20,0 МПа, в перфорационную зону скважины через поровые капилляры и перфорационные отверстия. При этом необходимо учесть, что волна разрежения движется в пласт в очищаемой перфорационной зоне также со скоростью звука и успевает достичь значительной глубины проникновения в пласт, что содействует импульсному впрыску. При этом управление волновыми процессами в скважине позволит регулировать амплитуду волн разрежения, их периодичность и крайне важный параметр при волновом воздействии - крутизну волн, которая определяет динамическую эффективность волнового воздействия.
На рис.1 приведена принципиальная схема для осуществления предложенного комплексного способа волнового воздействия на скважину и призабойную зону. На устье скважины 1 устанавливают пакер 16 и быстродействующий клапан 15, который соединяет полость НКТ 2 со сливной емкостью 9 через отсекающий вентиль 7 и патрубок 8. Насосным агрегатом 4 или от нагнетательной линии через патрубки, оснащенные вентилями 5 и 12, жидкость закачивают в скважину и надпакерную зону. На патрубок перед отсекающим вентилем устанавливают манометр 6 для контроля давления. Для регулирования давления в затрубном пространстве и слива жидкости установлены манометр 10 и вентили 3 и 12. Показания манометров считываются вычислительным комплексом 13. Быстродействующий клапан и вентили оснащены приводами 11, управление которыми осуществляется вычислительным комплексом 13. Контроль и управление волновыми процессами осуществляется также вычислительным комплексом с помощью оттарированных импульсных датчиков давления 14, установленных на НКТ. Сигналы с датчиков поступают в вычислительный комплекс по электрическим кабелям. Перед проведением волнового воздействия тщательно обследуют состояние скважины, герметичность вентилей, узлов и соединений.
Способ реализуют следующим образом. В скважину опускают трубы НКТ и устанавливают на расчетную глубину пакер. Установку приводят в рабочее состояние. Для этого закрывают вентили 3 и 7, включают насосную установку 4, открывают клапан 15 и открывают вентили 5 и по мере необходимости 12. По показаниям манометров 6 и 10 контролируют давление в системе. При необходимости излишки жидкости сливают через вентиль 3. Жидкость в скважину через НКТ закачивают до технологически допустимого значения. Затем останавливают насос 4 и закрывают вентиль 5. Выдерживают скважину под давлением, фиксируя его изменение по времени, закрывают клапан 15 и открывают вентиль 7. Далее проводят волновую обработку скважины - резко открывают быстродействующий клапан 15. В момент открывания быстродействующего клапана скважная жидкость начинает изливаться в сливную емкость 9, давление жидкости на устье резко падает до атмосферного, а по НКТ вниз к забою распространяется волна разрежения. Затем клапан 15 закрывают. Амплитуда волны разрежения зависит от начальных условий и может достигать отрицательных значений (Велиев Ф.Г, Курбанов Р.А-И., Алиев Э.Н. А.с. №1700207, кл. E21B 37/00). Динамика волн разрежения представлена на рис.2. Волна разрежения, двигаясь от устья, достигает зумпфа скважины, отражается, в максимуме удваивается по амплитуде и создает в перфорационной зоне волну разрежения, обеспечивая раскачку и частичное имплозионное извлечение кольматантов из перфорационных пор пласта. При этом отраженная волна разрежения разделяется на две волны. Волна разгрузки, распространяясь вверх по затрубному пространству, достигает пакера, при отражении удваивается и возвращается в перфорационную зону и отражается от дна. А волна разрежения, двигающаяся вверх по НКТ, достигает уже закрытого клапана 15 и отражается от него вниз, также удваиваясь по амплитуде. На расчетном уровне происходит встречное взаимодействие волн разрежения. На этом уровне происходит значительное снижение давления. Флюид, заполняющий скважину, приводится в метастабильное состояние, при котором происходит разрыв жидкости, спонтанное газопарообразование с образованием кавитационных пузырьков. Происходит эффектная ударная депрессия и кавитационное разрушение АСПО и других отложений на заранее рассчитанной глубине, например в перфорационной зоне. В дальнейшем волны разрежения распространяются по НКТ и затрубному пространству и цикл повторяется. Динамику волн фиксируют с помощью импульсных датчиков давления, заранее оттарированных на ударной трубе и установленных на устье скважины, сигналы с которых подаются на компьютер. Последний фиксирует и анализирует динамику волн разрежения. Программа работы составлена таким образом, чтобы давать оператору конкретные предложения по эффективному использованию локального воздействия волновых процессов. Параметры волновых импульсов определяются с учетом особенностей строения продуктивного пласта, допустимого давления, состояния колонны труб и др. Работы по освоению и увеличению дебита нагнетательных и эксплуатационных скважин могут быть проведены совместно с другими видами обработки призабойной зоны: тепловой, химической, виброимпульсной, акустической и т.д.
Извлеченные с помощью описанного способа кольматанты, песок и остатки АСПО удаляются промывкой.
Преимущества предлагаемого технического решения заключаются в том, что:
- оно позволяет добиться максимального увеличения перепада давления между призабойной зоной и скважиной;
- вести контроль за волновыми процессами с помощью вычислительного комплекса на основе показаний манометров и импульсных датчиков давления;
- детально отслеживать динамику волнового воздействия в реальном масштабе времени и эффективно управлять им;
- проводить волновое воздействие совместно с другими видами обработки призабойной зоны: тепловой, химической, виброимпульсной, акустической и др.