Освоение нефтяных и газовых скважин

Лекция 16

Тема: Освоение нефтяных и газовых скважин.

План: 1. Подготовка скважин к освоению.

          2. Вторичное вскрытие продуктивного пласта перфорацией.

          3. Виды перфорации и их эффективность.

1. Подготовка скважин к освоению.

ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗООБРАЗНЫХ АГЕНТОВ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН. ОСВОЕНИЕ СКВАЖИН АЗОТОМ

Применение газообразных агентов — наиболее перспективное направление развития методов снижения уровня в скважинах. При этом способе освоения обеспечиваются простота и надежность контроля и регу­лирования процесса в широких пределах расходов и давлений. Газообраз­ные агенты могут обеспечивать быстрое опорожнение глубоких скважин, быстрое и резкое или медленное и плавное снижение давления в скважи­не, дренирование пласта с подпиткой сжатым газом для обеспечения фон­танирования и др.

Рекомендуемые материалы

Сначала в качестве газообразных агентов повсеместно применяли воз­дух. Однако практикой освоения и исследования скважин выявлены серь­езные недостатки при использовании передвижных воздушных компрессо­ров. Закачка воздуха в скважину с помощью последних часто приводит к взрывам, которые, как правило, сопровождаются травмированием людей, создают условия для открытого фонтанирования скважин, причиняют значительный материальный ущерб народному хозяйству. После аварий мно­гие скважины обычно ликвидируются из-за невозможности их восстанов­ления.

Основная причина аварий — нарушение технологии работ (закрытие скважины со сжатым воздухом на длительное время и последующий спуск или подъем глубинных приборов в ней, зажигание факела при продувке скважины воздухом); 30 % аварий — результат выпуска газовоздушной смеси из скважины в атмосферу или перепуска ее из скважины в замк­нутую полость в устьевом оборудовании (лубрикатор, манифольдная ли­ния) от разряда статического электричества и ударной волны сжатия. Ава­рии возникали также в связи с нарушением технологии вызова притока — закрытия скважины со сжатым воздухом на длительное время, приводяще­го к образованию взрывчатой смеси в больших объемах и под высоким давлением.

Для устранения этой группы аварий необходимо сразу же после окон­чания закачки удалить воздух из скважины. Поскольку определенное коли­чество взрывчатой смеси образуется в процессе закачки воздуха, удалять ее из скважины следует через специальное устройство в целях ис­ключения возможности воспламенения от разряда статического электри­чества, ударного сжатия и открытого огня.

Более 50 % аварий происходило в процессе закачки воздуха в сква­жину в результате самовозгорания нагаромасляных отложений в коммуни­кациях компрессора, а также самовозгорания пирофорных соединений сульфидов железа в оборудовании скважины.

Образование нагаромасляных отложений и их самовозгорание обу­словливаются применением некачественного компрессорного масла, нару­шением правил эксплуатации и обслуживания компрессоров, а также не­достатками самих компрессоров (отсутствие холодильника и маслоотде­лителя после четвертой ступени сжатия). В связи с этим практически пол­ное устранение этой группы аварий не представляется возможным. В скважинах, в которых вследствие сероводородной коррозии образуются пирофорные отложения, опасность взрыва при обработке компрессором еще более усугубляется.

Следовательно, применение способа вызова притока жидкости из неф­тяных скважин с помощью передвижных воздушных компрессоров не от­вечает требованиям охраны труда и охраны природы. Отсюда возникает необходимость отказаться от этого способа и перейти к безопасных мето­дам вызова притока жидкости с использованием в качестве рабочего агента инертных газов, в частности азота. До внедрения безопасных способов ос­воения скважин с помощью инертных газов можно допустить освоение воздушной пеной с использованием передвижного компрессора.

Опыт объединения «Укрнефть» показывает, что технические и техно­логические вопросы, связанные с переходом на освоение скважин с помо­щью азота, в принципе решены. В качестве транспортного и техноло­гического оборудования предложена выпускаемая Одесским заводом уста­новка АГУ-8К, применяемая в химической промышленности для транс­портирования и газификации жидкого азота.

Применение азотных газификационных установок предусматривается при освоении скважин, содержащих сероводород, в условиях малопрони­цаемых коллекторов и низких пластовых давлений, в зоне влияния подзем­ного горения и других случаях, где существующие методы освоения мало-эффективны и не обеспечивают взрывобезопасности работ, а также при освоении скважин в суровых климатических условиях при температурах окружающего воздуха от — 30 до + 50 °С.

Технология вызова притока нефти и газа из пласта с использованием передвижных азотных газификационных установок заключается в том, что газообразный азот или газированная им жидкость (пена) нагнетаются в скважину и замещают находящуюся в ней жидкость (буровой раствор, воду или нефть). В результате регулирования плотности закачиваемой в скважину системы и использования упругих свойств газа и пены по мере их удаления из скважины противодавление на пласт можно снизить в не­обходимых пределах.

Область применения различных азотосодержащих циркуляционных агентов (газообразного азота, газированной им жидкости — пены) для вы­зова притока нефти и газа из пласта зависит от геолого-технических и дру­гих условий освоения скважин.

Для создания глубоких депрессий на пласт, вплоть до осушения глубо­ких скважин (если это допустимо), при плавном темпе снижения забойного давления целесообразно комбинированное применение азотосодержащих систем: последовательная в один цикл и более промывка скважин газиро­ванной азотом жидкостью (пеной), которая при необходимости может быть вытеснена из скважины азотом.

2. Вторичное вскрытие продуктивного пласта перфорацией.

Вскрытие продуктивных пластов проводят дважды: первич­ное — в процессе бурения, вторичное — перфорацией после крепления скважины эксплуатационной колонной. Вскрытие пласта перфорацией в обсаженных скважинах — одна из наиболее важных операций при их строительстве, поскольку от нее зависит дальнейший успех испытания, по­лучения притока пластового флюида и освоения скважины как объекта эксплуатации.

ПЕРФОРАЦИЯ ПРИ ДЕПРЕССИИ НА ПЛАСТ

Эта перфорация — наиболее прогрессивный способ вторичного вскрытия пласта, так как в момент создания перфорационных каналов по,а воздействием больших градиентов давлений возникает интенсивный при­ток нефти или газа из пласта в скважину, вследствие чего происходит са­моочищение перфорационных каналов и породы в призабойной зоне. Од­новременно процесс вторичного вскрытия пластов совмещается с процес­сом вызова притока нефти или газа. Эту перфорацию в настоящее время осуществляют по двум вариантам.

По первому варианту применяют перфораторы типа КПРУ65, ПР54, ПР43. До спуска перфоратора скважину оборудуют колонной НКТ, а на устье монтируют фонтанную арматуру. На месте буферного патрубка устанавливают лубрикатор — устройство, позволяющее спускать и подни­мать в работающей скважине любые приборы при наличии давления на устье.

Путем снижения уровня раствора в скважине, замены на более легкий раствор, полного удаления раствора из скважины и заполнения ее возду­хом, природным газом или азотом создается необходимый перепад между пластовым и забойным давлениями. В скважину через лубрикатор необхо­димой длины (максимальное число кумулятивных зарядов, спускаемых од­новременно, не должно превышать 300) на каротажном кабеле спускают малогабаритный перфоратор с установкой его напротив интервала, кото­рый надо перфорировать. После срабатывания перфоратора пласт начинает сразу же себя проявлять, происходит интенсивный процесс очищения перфорационных каналов и породы пласта вокруг скважины. В высокопродуктивных нефтяных и особенно в газовых добывающих сква­жинах по мере заполнения ствола скважины пластовым флюидом наблюда­ется интенсивный рост давления на устье. Конструкция лубрикатора по­зволяет вывести каротажный кабель из скважины, а при необходимости его можно опять спустить в скважину для дострела необходимого ин­тервала.

При использовании малогабаритных перфораторов кумулятивной струе приходится преодолеть большое расстояние до удара с перегород­кой — обсадной колонной, причем известно, что длина канала зависит и от толщины слоя жидкости. Поэтому наибольший эффект получают от при­менения таких перфораторов в газовой среде.

Так, на месторождениях Северного Кавказа вследствие вскрытия при депрессии в газовой среде перфораторами ПР54 обеспечивается увеличе­ние дебитов скважин в 2 — 3 раза и сокращение времени освоения скважин в среднем на 8 сут по сравнению с вскрытием пластов при репрессии даже намного более мощными перфораторами типа ПК и ПКО.

По второму варианту перфорации используют перфораторы, спускае­мые в скважину на НКТ. Это корпусные перфораторы одноразового дейст­вия типа ПКО, срабатывающие от механизма ударного действия при на­жиме на него резинового шара, вбрасываемого в колонну труб с поверхно­сти и дальше движущегося вниз под воздействием потока жидкости. Такие перфораторы имеют шифр ПНКТ89 и ПНКТ73. Эти перфораторы снабже­ны приспособлениями для передачи детонации от секции к секции, что по­зволяет соединять их друг с другом для одновременного вскрытия пласта толщиной 50 м и более. После срабатывания перфоратора и создания гид­родинамической связи пласта и скважины отстрелянный корпус перфора­тора остается в скважине, если она работает фонтанным способом.

Таким образом, перфорация осуществляется в следующем порядке. В скважину, заполненную промывочной жидкостью, спускают колонну НКТ, в нижней части которой напротив продуктивной части пласта размещен перфоратор ПНКТ.

Устье скважины оборудуют фонтанной арматурой на необходимое давление. Путем удаления части жидкости из скважины или замены ее на

более легкую создают заранее выбранную депрессию на пласт, при этом давление на забое должно быть не менее 5 МПа. Через устьевую задвижку внутрь НКТ бросают резиновый шар, который потоком жидкости, пода­ваемой в трубы, движется в НКТ до механизма ударного действия, от которого срабатывает приспособление инициации зарядов. После пер­форации нефть или газ из пласта поступает в колонну НКТ через отвер­стия в корпусе ПНКТ, образовавшиеся после срабатывания зарядов, или через специальные циркуляционные окна, размещенные выше перфо­ратора.

Эти перфораторы являются единственными, для спуска которых в скважину не используется кабель. Их целесообразно применять в скважи­нах с большим углом наклона ствола, где спуск перфоратора на кабеле затруднен. В частности, в горизонтальных скважинах это один из наиболее реальных и эффективных методов перфорации. Эти перфораторы очень эффективны и в том случае, когда надо выполнять вторичное вскрытие в условиях многоколонных конструкций, где требуется повышенная пробив­ная способность зарядов.

3. Виды перфорации и их эффективность.

ПУЛЕВАЯ ПЕРФОРАЦИЯ

Пулевые перфораторы представляют собой короткоствольные пушеч­ные системы, в которых пули разгоняются по стволу благодаря энергии расширения пороховых газов и, получив достаточную кинетическую энер­гию на выходе из нее, пробивают препятствие. Новыми среди пулевых перфораторов являются перфора­торы с вертикально-криволинейными стволами типа ПВН, в которых пули разгоняются по стволам значительной длины, размещенным вдоль оси кор­пуса. При такой конструкции длина ствола увеличивается до 400 — 500 мм против 60 — 70 мм в перфораторах с горизонтальным размещением стволов, а скорость пули на выходе из дула достигает 900—1000 м/с.

Большее предпочтение пулевым перфораторам следует отдавать при вскрытии сыпучих пород. Поскольку воздействие пулевого перфоратора на обсадную колонну несколько больше кумулятив­ного корпусного, применение его нежелательно (при качественном цемен­тировании обсадной колонны), при наличии близких водоносных горизон­тов. Следует также учесть, что продуктивность работ с пулевыми перфора­торами несколько ниже, чем с кумулятивными, так как за один спуск они могут вскрыть лишь до 2 — 3 м пласта с плотностью до пяти отверстий на 1 м.

КУМУЛЯТИВНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ

Механизм образования кумулятивной струи следующий. При взрыве вещества в виде цилиндрического заряда происходит почти мгно­венное превращение его в газоподобные продукты, которые разлетаются во все стороны в направлениях, перпендикулярных к поверхности заряда. Суть эффекта кумуляции в том, что газоподобные продукты детонации части заряда, называющиеся активной частью и движущиеся к оси заряда, концентрируются в мощный поток, который называется кумулятивной струей. Если углубление в заряде облицовано тонким слоем металла, то при детонации заряда вдоль ее оси образуется кумулятивная струя, со­стоящая не только из газоподобных продуктов, но и из размягченного ме­талла, который выделяется из металлической облицовки.

Имея очень высокую скорость в главной части (6 — 8 км/с), при уда­ре о твердую перегородку струя развивает такое давление, под воздействи­ем которого наиболее прочные материалы разрушаются. Для большинства зарядов давление кумулятивной струи на перегородку составляет 20 — 30 ГПа, в то время как граница прочности горных пород в 400 — 600 раз меньше.

Контрольные вопросы:

1.Рассскажите про освоении скважины азотом?

2. Что такое префорация?

3. Что представляет собой пулевая перфорация?

4. Что представляет собой кумулятивная перфорация?

Литература

1. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Заканчивание скважин: Учеб. пособие для

    вузов. — М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 670 с.

2. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учеб. для вузов. — М.: Недра,1988. — 501 с.

Рекомендуем посмотреть лекцию "8. Эволюция этики делового общения".

3. Болденко Д.Ф., Болденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели.  —  М.:Недра,    

    1999. — 375 с

    и газовых скважин: Учеб. для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. —679 с.

4. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технология бурения нефтяных и газовых

    скважин: Учеб. для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. — 679 с.

5. .Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных