Применение пескоструйных насосов для вскрытия нефтяных пластов

Т.П. Яковлева

ПРИМЕНЕНИЕ ПЕСКОСТРУЙНЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ВСКРЫТИЯ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ

Сделан обзор методов вскрытия продуктивных пластов в нефтяных скважинах и описаны основные виды перфорации скважин.

Ключевые слова: продуктивный нефтяной пласт, гидроструйная перфорация, перфоратор, аппарат пескоструйный.

Я а этапе разведки и освоения месторождений западной части Сибирской платформы одной из первостепенных задач является выбор способа вскрытия продуктивных пластов в нефтяных скважинах. Бурение скважины заканчивается вскрытием нефтяного пласта, это делается для того, чтобы обеспечить сообщение между собственно скважиной и потенциально насыщенным пластом. Этот этап является весьма ответственным по следующим основным причинам. Нефтегазовая смесь в пласте находится под большим давлением, величина которого может быть заранее неизвестной. При давлении, превышающем давление столба жидкости, заполняющей скважину, может произойти выброс жидкости из ствола скважины и возникнет открытое фонтанирование. При низком пластовом давлении может произойти смыкание отрытых сообщающихся пор коллектора, что может отрицательно отразиться на фильтрационных характеристиках пласта.

После первичного вскрытия нефтяного пласта в ходе бурения в скважину спускают обсадную колонну и цементируют ее, тем самым перекрывая и нефтяной пласт. Возникает необходимость в так называемом повторном вскрытии пласта [2]. Этого достигают, как правило, посредством прострела колонны в интервале пласта специальными перфораторами. Вскрытие пласта перфорацией в обсаженных скважинах - одна из наиболее важных операций при строительстве скважины, поскольку от нее во многом зависит дальнейший успех испытания и получения притока пластового флюида. Процесс перфорации в упрощенном виде представляет собой процесс преодоления зарядом слоя скважинной жидкости, стенку стальной трубы, толщину цементного камня, а также толщину зоны призабойной закупорки коллектора, которая в зависи-

Рис. 1. Схема перфорации в скважине гидропескоструйным методом: 1 - обсадная колонна, 2 - труба насосно-

комрессорная; 3 - аппарат пескоструйный; 5 - пласт; 6 - каналы гидропескоструйной перфорации; 7 - сальник

мости от типа коллектора и влияющих на него факторов может варьироваться в пределах от 40-50 до 100-150 мм и более [1]. Таким образом, главное предназначение процесса перфорации - преодолеть обозначенные препятствия и установить гидродинамическую связь пласта со скважиной. Через перфорационные отверстия происходит приток из пласта в скважину нефти, газа и воды. В настоящее время освоены и наиболее часто применяются следующие основные виды перфорации скважин: пулевая, торпедная, кумулятивная, сверлящая. Каждое месторождение, каждый продуктивный пласт обладает индивидуальными характеристиками и присущими только ему особенностями, обусловленными естественными и техногенными факторами [3]. Данный факт предопределяет индивидуальный подход для выбора и обоснования рациональной технологии извлечения углеводородов.

Следует отметить, что наибольшие перспективы в условиях Восточной Сибири имеет метод гидропескоструйной перфорации, что обосновывается геологическими условиями месторождений. Он состоит в образовании каналов, которые проходят через колонну труб, цементное кольцо и углубляются в породу под действием кинетической энергии потока жидкости с песком, сформированного в насадках. Каналы, образованные пи этом имеют достаточно большую площадь фильтрации. Поскольку поверхность таких каналов в несколько десятков раз больше, чем у возникших в результате кумулятивной или пулевой перфораций, то гидропескоструйная перфорация особенно полезна при вторичном вскрытии трещинных коллекторов. Технологическая схема организации работ

по проведению гидропескоструйной перфорации приведена на рис. 1.

Усовершенствованным видом гидропескоструйной перфорации является щелевая гидропескоструйная перфорация, этот метод вскрытия продуктивного пласта был разработан в 1970 годах, но до сих пор по причине его достаточно высокой стоимости и сложности оборудования применяется относительно редко. Метод щелевой гидропескоструйной перфорации заключается в формировании (с помощью забойного оборудования — перфоратора) в продуктивном пласте вертикальных щелевидных каналов, способствующих разгрузке сложнонапряженного состояния пород в прискважин-ной зоне, увеличению площади фильтрации. Тем самым создаются условия для улучшения проницаемости коллекторов и, в конечном итоге, образуется глубокая устойчивая гидродинамическая связь скважины с пластом. Перед перфорацией в обязательном порядке производится комплекс геофизических исследований (ГИС) для уточнения выбора объекта и его привязки к разрезу (в поисковых скважинах). Перфоратор устанавливается в кровлю заданного интервала по геофизической привязке. Рассчитываются и задаются технологические параметры операции вскрытия (время, скорость, давление, вытяжка колонны под действием давления, необходимые условия безопасности, концентрация песка в пульпе, расходы жидкости и т. д.). С помощью насосных агрегатов песчано-жидкостная пульпа закачивается по насосно-компрессорным трубам в скважину под большим давлением и подается на забойный гидравлический двигатель, через который обеспечивается движение перфоратора (снабженного высокопрочными насадками) вдоль колонны. На практике при проведении гидропескоструйной перфорации применяются, как правило, насосные установки типа УНБ или ЦА, оборудованные поршневыми насосами типа 9Т или плунжерными СИН32 (давление от 40 до 105 МПа, подача от 36 до 52 л/с, полезная мощность 105/143-378-380 кВт/л.с.).Перфоратор при перепаде давления на насадках 18-22 МПа с помощью воздействия высоконапорных абразивных струй жидкости вскрывает колонну, цемент и вырабатывает в пласте две разнонаправленные щелевые каверны значительного объема. В качестве жидкости, обрабатывающей пласт, используется пластовая вода или нейтральные

Рис. 2. Схема обвязки оборудования при проведении гидропескоструйной перфорации: 1 -гидропескоструйный аппарат; 2 - муфта-репер; 3 - обсадная колонна; 4 - труба насоснокомпрессорная; 5 - сальник устьевой; 6 - обратный клапан; 7 - фильтр для песка; 8 - насосные агрегаты высоконапорные; 9 - блок манифольда; 10 - пескосмеситель; 11 - насосные агрегаты низкого давления; 12 - выкидная линия в емкость; 13 - сито для улавливания шлама; 14 - емкость для жидкости

растворы, не оказывающие существенного влияния на свойства породы и флюида.

При применении специально подобранных растворов для обработки пласта одновременно с его вскрытием происходит воздействие на призабойную зону пласта (ПЗП) с целью улучшения физикохимических и фильтрационных свойств. Абразивом в рабочей жидкости служит кварцевый песок. Принципиальная схема расположения оборудования при проведении щелевой гидропескоструйной перфорации приведена на рис. 2.

Работа оборудования в процессе операции контролируется и управляется по показаниям приборов, компьютерных графиков процесса, с помощью изучения поступающего на поверхность шлама из вскрываемого интервала, дающего представление о литологии и характере насыщения породы. Одновременно фиксируются: притоки, поглощения, нефте-, газо-, водопроявления. Наличие

щелей в скважине, их параметры подтверждаются показаниями скважинного акустического телевизора (САТ).

Существующее оборудование позволяет применять метод щелевой гидропескоструйной перфорации при любых значениях глубины залегания пластов, давления, температуры, состава флюида, агрессивности среды и т. д.

Рассмотрим некоторые особенности вскрытия продуктивных пластов посредством применения гидропескоструйной перфорации (ГПП) и щелевой гидропескоструйной перфорации.

Опыт вскрытия продуктивного пласта методом гидропескоструйной перфорации в рассматриваемом районе впервые был получен в 1979 г.при вскрытии продуктивных отложений скважины Куюмбинская-2. Этот способ был применен по случайному стечению обстоятельств: необходимо было завершить испытание скважины, но использование взрывчатых веществ не представлялось возможным по причине того, что склад взрывчатых веществ был опечатан ввиду серьезных нарушенийусловий их хранения. Рифей-ские отложения вскрывались с помощью гидропескоструйных перфораторов с использованием НКТ-73 (гладких), перфоратора АП6М с одной насадкой диаметром 4,5 мм, насосного агрегата ЦА-320 (обеспечившего производительность около 24 л/с) и глинистого раствора плотностью 1,08-1,12г/см3, вязкостью 25-30 с, с содержанием песка 5-7% (весовых). Фракционный состав мелкозерни-стогокварцевого песка 0,1-0,2 мм.

После ГПП скважина Куюмбинская-2 была промыта технической водой. Вызов притока осуществлялся промывкой скважины нефтью. Получен фонтанный приток нефти. После очистки скважины выполнены исследования методами восстановления давления и установившихся отборов. Результатом явился дебит нефти на штуцере 8,0 мм - 47,9 м3/сут., газовый фактор по глубинной пробе 520 м3/м3, плотность сепарированной нефти 0,82 г/см3. Продуктивные горизонты, выявленные в разрезе рассматриваемого района, приурочены преимущественно к карбонатным и терригенным породам, обладающими низкими фильтрационно-емкостными свойствами. В этих условиях наблюдается резкое различие в величине притоков в скважинах и их отсутствие из терригенно-карбонатных коллекторов. Так, например, в скважине Юрубченская-72 был получен приток нефти 86 м3/сутки (после солянокислотной обработки - СКО). В тоже время в скважине Шушукская-1 после проведения

СКО произошло обводнение притока, отмечалось заколонное движение жидкости из вышележащего водоносного пласта. Недостаточное качество крепления и близость водонасыщенного высокопроницаемого пласта не позволили восстановить проницаемость призабойной зоны. Можно утверждать, что в скважине Шушук-ская-1 при вторичном вскрытии вендских отложений, которое осуществлялось посредством кумулятивной перфорации, была нарушена целостность цементного камня (что в дальнейшем было усугублено проведением СКО) и произошел прорыв пластовой воды из вышележащего водонасыщенного пласта, что не позволило качественно испытать нефтенасыщенный объект. Можно предположить, что применив более затратный, но щадящий метод вскрытия, например щелевую гидропескоструйную перфорацию можно было избежать обводнения нефтяного притока и провести качественное испытание скважины Шушукская-1.

В то же время на отдельных площадях даже с заведомо выявленными залежами далеко не из всех скважин при испытании удается получить притоки углеводородов, не смотря на то, что применялись различные методы по их интенсификации. Например, на Верхнечонском месторождении из разведанной залежи нефти (литологически и тектонически экранированной) в преображенском горизонте в скважине 123 получен приток нефти 5,4 т/сут. (после СКО: нефть —9,6 т/сут.). Находящиеся рядом скважины 12, 36, 44, 51 при испытании пластов притоков не показали, и только после обработки СКО, некоторые из них дали промышленные притоки (скважины 34, 35, 38, 100). Основная часть скважин дала незначительные притоки, некоторые скважины были «сухие». Данное обстоятельство можно объяснить как низкими фильтрационными характеристиками пород, вскрытых скважинами, так и несовершенством вскрытия скважин, не обеспечившим гидродинамическую связь с пластом, или плохим состоянием ПЗП. Неполучение прогнозируемых притоков из продуктивных горизонтов при испытании отдельных скважин различного назначения не означает отсутствия в них углеводородов.

Таким образом, необходимо очень ответственно подходить к вопросу о выборе метода вскрытия продуктивных пластов, т.к. он во многом предопределяет вероятность успеха при освоении скважины. В тех случаях, когда необходимо вскрывать и осваивать за-кольматированные коллекторы с низкими фильтрационно-

емкостными свойствами и пласты, которые расположены в непосредственной близости от водонефтяного контакта целесообразно применять технологию щелевой гидропескоструйной перфорации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Булатов А.И., Качмар Ю.Д. и др. Освоение скважин, справочное пособие // М., Недра - Бизнесцентр, 1999 г.

2. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин // М., Академия,

3. Семенович В.В., Высоцкий И.В. и др. Основы геологии горючих ископаемых // М., Недра, 1997 г.

T.P. Yakovleva

THE IMPLEMENTATION OF THE SAND JET PUMPS FOR OIL POOL EXPLORATION

The overview of techniques for exploration of productive formations in the oil wells is carried out; the main kinds of borehole perforation are described.

Key words: productive oil formation, borehole perforation

— Коротко об авторе -----------------------------------------------

Яковлева Т.П. - студентка Московского государственного горного университета, ud@msmu.ru

2003 г.