Технология опробования перспективных горизонтов

Лекция 14

Тема: .

План: 1. Технология опробования перспективных горизонтов.

            2. Цели и способы крепления скважин.

            3.Принципы проектирования конструкции скважины.

1. Технология опробования перспективных горизонтов.

Для оценки промышленной нефтегазоносности вскрытого сква­жиной геологического разреза проводит специальные исследования, объем и методы которых зависят от целевого назначения скважины. Эти ис­следования направлены на решение следующих задач: определение нефте­газоносности отдельных интервалов и предварительную оценку их про­мышленной значимости, получение достоверных данных для подсчета запа­сов и последующего проектирования системы разработки месторождений, определение эксплуатационных характеристик пласта.

Для оценки продуктивности разреза применяю! косвенные и прямые методы. Косвенные методы позволяют получить характеристики, косвен­ным образом указывающие на присутствие нефти или газа в исследо­ванном интервале. К косвенным методам относят оперативный геологи­ческий контроль в процессе бурения и геофизические методы исследова­ния в скважине. Прямые методы базируются на непосредственных свиде­тельствах о присутствии нефти или газа (отбор пробы, получение при­тока и т.д.). Прямые методы требуют вызова притока нефти или газа из пласта.

Наиболее полную информацию об исследуемых нефтегазовых объек­тах можно получить при использовании прямых методов, т.е. основанных на вызове притока из пласта. В задачу исследования прямым методом входят такие вопросы, как выявление возможности получении притока нефти или газа из исследуемого объекта, отбор проб пластовой жидкости для изучения ее состава и свойств, установления соотношения компонен­тов в пластовом флюиде, оценка возможного дебита из исследуемого объ­екта, измерение пластового давлении, получение исходных данных для первоначальной оценки коллекторских свойств объекта, вскрытого сква­жиной.

Рекомендуемые материалы

В группе прямых методов выделяют стационарные и экс пресс-методы. Стационарные методы предполагают, что исследование проводят на установившемся режиме фильтрации. Например, метод пробной эксплуатации предусматривает наблюдения в течение длительного времени (до 1 мес и более), при использовании метода установившихся отборов наблюдение и измерения проводят на нескольких режимах, доведенных до стабилизации притока, позволяют получить характеристику пласта и эксплуатационных возможностей скважины.

Исследования по экспресс-методу требуют значительно меньше вре­мени. В его основе лежит контроль за восстановлением давления в ограни­ченном объеме, сообщающемся с продуктивным пластом после вызова при­тока из него.

Иногда для малодебитных скважин применяют экспресс-метод иссле­дования на приток, когда его контролируют по восстановлению предвари­тельно сниженного уровня жидкости в скважине.

По технологии, применяемым техническим средствам и объему полу­чаемой информации исследования по экс пресс-метод у можно подразделить на испытание и опробование.

Задача опробования — вызвать приток флюида из пласта, отобрать его пробу дли анализа, определить свободный дебит скважины. При проведе­нии испытаний ставятся более широкие задачи.

Практикуют два метода испытания скважин: «снизу вверх» и «сверху вниз».

При использовании метода «снизу вверх» скважину доводят до про­ектной глубины, закрепляют обсадной колонной и цементной оболочкой за ней. Испытания начинают с нижнего объекта, для чего обсадную колонну против этого пласта перфорируют, осуществляют вызов притока, отбирают пробы пластовой жидкости и проводят необходимые измерения. После за­вершения испытания нижнего объекта устанавливают цементный мост или резиновый тампон выше перфорированного участка, рассчитанный на пе­репад давления до 25 МПа. Затем перфорируют обсадную колонну напро­тив выше расположенного объекта, испытывают его и переходят к сле­дующему объекту, перемещаясь вверх. Отсюда и название метода «снизу вверх».

Этот метод продолжают применять в настоящее время, хотя он имеет существенные недостатки: загрязняются в открытом стволе пройденные при добуривании скважины пласты; возможны искажение результатов ис­следования, а иногда и пропуски продуктивных горизонтов с низким пла­стовым давлением; необходимо спускать и цементировать обсадную колон­ну для разобщения опробуемых объектов.

Для устранения отмеченных недостатков созданы специальные изме­рительные инструменты, которые позволяют опробовать и испытать каж­дый объект в открытом стволе скважины сразу же после вскрытия. С со­зданием таких инструментов появился новый способ, получивший название метода «сверху вниз».

Для его реализации используют различные глубинные инструменты, которые по конструктивному исполнению, особенностям применения и назначению можно условно разделить на три типа: 1) пласто испытатели, спускаемые в скважину на колонне труб; 2) аппараты, сбрасывае­мые внутрь колонны бурильных труб сразу после вскрытия бурением на­меченною объекта; 3) аппараты, спускаемые в скважину на каротажном кабеле.

Наиболее полную информацию об исследуемом пласте получают с помощью пласто испытателя на колонне труб. Аппараты второго и третьего типов позволяют выполнить лишь опробование пласта, поэтому их обычно называют опробователями.

Сбрасываемый внутрь бурильной колонны опробователь позволяет вызывать приток сразу после вскрытия продуктивного пласта и отбирать пробу пластовой жидкости. Для этого над долотом устанавливают специ­альное пакерующее устройство, которое при промывке скважины не пре­пятствует циркуляции бурового раствора по затрубному кольцевому зазору (рис.  10.1, этан /).

После спуска опробователя в пакерующее устройство открываются каналы, по которым буровой раствор под давлением подается под паке-рующий элемент и вызывает ею расширение вплоть до полного контакта со стенками ствола скважины и перекрытия кольцевою зазора; происходит изоляции призабойной зоны скважины от остального ствола (рис. 10.1, этап //). С повышением давлении внутри бурильной колонны открывается кла­пан в опробователе и давление в подпакерной зоне резко понижается, в результате чего пластовый флюид проникает в скважину (рис. 10.1, этап III) и попадает в опробователь. Одновременно регистрирующим маномет­ром записывается кривая восстановлении давлении.

По истечении времени, отъеденною для опробования пласта, давление в бурильной колонне снижают, в результате чего закрывается клапан в опробователе и пакер постепенно возвращается в исходное положение.    Опробователь захватывают овершотом и поднимают с помощью каната на по­верхность. Иногда его извлекают на поверхность вместе с бурильной ко­лонной.

Опробователь, спускаемый на каротажном кабеле, применяют тогда, когда необходимо исследовать пласт на отдельных уровнях, например, для оценки изменения проницаемости пласт по мощности, для определения положения границы пластовой воды и нефти и т.п.

Рис. 10.1. Этапы (/-///) работы опро-бо в а теля, сбрасываемою внутрь бу­рильной колонны:

1 — шлипсовая головка; 2 — грунто-носка; 3 — седло запорного устройст­ва; 4 — впускное окно; 5 — отсекатель; б — пакерующее устройство; 7 — нижнее седло опробователя; 8 — впу­скной клапан; 9 — долото

Из экспресс-методов, применяемых при исследованиях в сква­жине, наиболее распространен способ с использованием испытателя пла­стов, спускаемого на колонне труб.

Его применяют дли испытания объектов сразу после их вскрытия, и поэтому при соблюдении правильной технологии испытания он позволяет получить наиболее достоверную оценку незагрязненного буровым раство­ром пласта.

Испытатель пластов применяют и в обсаженных скважинах, в част­ности, при испытании пластов с низким пластовым давлением, для очист­ки призабойной зоны, дли испытания обсадных колонн на герметичность и выявления в них участков нарушения герметичности и при других рабо­тах, когда в ограниченном объеме ствола скважины надо создать депрес­сию.

Современный пласто испытатель включает инструменты, аппараты и приборы, скомпонованные воедино дли выполнения функций, необходи­мых при испытании пласта и проведении измерений. Такой испытатель на­зывают комплектом испытательных инструментов (КИИ). Применяю­щиеся в настоящее время комплекты пласт о испытателей разработаны со­вместно Грозненским и Уфимским нефтяными научно-исследовательскими институтами и носят название КИИ — ГрозУфНИИ. Имеется несколько типоразмеров пластоиспытателей, которые охватываю! весь диапазон диа­метров скважин от 76 до 295,3 мм

   2. Цели и способы крепления скважин.

С углублением ствола скважины по мере необ­ходимости проводят работы по его креплению. Понятие крепления скважины охватывает работы по спуску в скважи­ну обсадной колонны и ее цементированию. Спущенная в ствол обсадная колонна — составной элемент конструкции скважины. Под конструкцией скважины понимается ее ствол со всеми габаритными размерами и его техническое оснаще­ние, являющееся неотъемлемым оформлением скважины как горно-технического сооружения в массиве горных пород.

В понятие конструкции скважины включают следующие характеристики: глубину скважины; диаметр ствола скважи­ны, который можно оценивать по диаметру породоразрушающего инструмента (долота, бурильные головки и т.п.), при­меняемого для бурения каждого отдельного интервала, и уточнять на основе замеров профилеметрии и кавернометрии; число обсадных колонн, спускаемых в скважину, глуби­ну их спуска, протяженность, номинальный диаметр обсад­ных колонн и интервалы их цементирования.

Конструкцию скважины разрабатывают и уточняют в со­ответствии с конкретными геологическими условиями буре­ния в заданном районе. Она должна обеспечить выполнение поставленной задачи, т.е. достижение запроектированной глубины и выполнение всего намеченного комплекса исследо­ваний и работ в скважине.

Конструкция скважины зависит от степени изученности геологического разреза, способа бурения, назначения сква­жины, способа вскрытия продуктивного горизонта и других факторов. При ее разработке необходимо учитывать требо­вания по охране недр и защите окружающей среды.

Определяющими факторами являются допустимая протя­женность интервалов, где возможно бурение без крепления, и конечный диаметр ствола скважины или рекомендуемый диаметр последней [эксплуатационной) колонны.

Крепление скважины проводят с различными целями: за­крепление стенок скважины в интервалах неустойчивых по­род; изоляция зон катастрофического поглощения промывоч­ной жидкости и зон возможных перетоков пластовой жид­кости по стволу; разделение интервалов, где геологические условия требуют применения промывочной жидкости с весь­ма различной плотностью'; разобщение продуктивных гори­зонтов и изоляция их от водоносных пластов; образование надежного канала в скважине для извлечения нефти или газа или подачи закачиваемой в пласт жидкости; создание надеж­ного основания для установки устьевого оборудования.

На практике в глубокие скважины обычно спускают не­сколько обсадных колонн, которые различаются по назначе­нию и глубине спуска (рис. 9.1):

1 — направление — служит для закрепления устья скважи­ны и отвода выходящего из скважины бурового раствора в циркуляционную систему, обычно спускается на глубину 3-10м;

2  — кондуктор — устанавливается для закрепления стенок скважины в интервалах, представленных разрушенными и выветрелыми породами, и предохранения водоносных гори­зонтов — источников водоснабжения и от загрязнения; глу­бина спуска до нескольких сот метров;

3  — промежуточная колонна — служит для изоляции ин­тервалов слабосвязанных неустойчивых пород и зон погло­щения промывочной жидкости; глубина спуска колонны за­висит от местоположения осложненных интервалов;

4  — эксплуатационная колонна — образует надежный ка­нал в скважине дя извлечения пластовых флюидов или за­качки агентов в пласт; глубина ее спуска определяется поло­жением продуктивного объекта. В интервале продуктивного пласта эксплуатационную колонну перфорируют или оснаща­ют фильтром;

5  — потайная колонна — служит для перекрытия некото­рого интервала в стволе скважины; верхний конец колонны не достигает поверхности и размещается внутри расположен­ной выше обсадной колонны. Если она не имеет связи с пре­дыдущей колонной, то называется "летучкой".

Спущенную обсадную колонну цементируют в стволе скважины по всей длине или в некотором интервале, начина­ющемся от нижнего конца колонны. Если необходимо, то в отдельных интервалах против продуктивного пласта обсадная колонна может оставаться незацементированной. Промежу­точная колонна в отдельных случаях, когда имеется опас­ность чрезмерного ее износа при бурении нижерасположен­ного интервала, может быть съемной или проворачиваемой. В этом случае ее не цементируют.

При бурении скважин на морских акваториях с опорных или плавучих средств от водяной поверхности к донному ус­тью скважины устанавливают подвесную водоизолирующую колонну, которая служит для подъема промывочной жидкос­ти к поверхности и является направлением для бурильной ко­лонны во время ее спуска в скважину.

В проектно-технической документации существует опреде­ленный порядок представления конструкции скважины на схеме [рис. 9.2).

3.Принципы проектирования конструкции скважины.

В проекте строительства скважины разработка ее конструкции — очень ответственный раздел. От правиль­ного учета характера нагружения, условий работы и износа колонн за период существования скважины зависит надеж­ность конструкции. Вместе с тем выбранная конструкция предопределяет объем работ в скважине и расход материалов и поэтому существенным образом влияет на стоимостные показатели строительства и эксплуатации скважины.

Разработка конструкции скважины начинается с решения двух проблем: определения требуемого количества обсадных колонн и глубины спуска каждой из них; обоснования рас­четным путем номинальных диаметров обсадных колонн и диаметров породоразрушающего инструмента.

Число обсадных колонн определяется на основании анали­за геологического разреза в месте заложения скважины, на­личия зон, где бурение сопряжено с большими осложнения­ми, анализа картины изменения коэффициентов аномальности пластового давления и индексов поглощения, а также на­копленного практическою опыта проводки скважин. Резуль­таты изучения конкретной геологической обстановки позво­ляют сделать вывод о несовместимости условий бурения и на этом основании выделить отдельные интервалы, подлежащие изоляции. По имеющимся данным строят график изменения коэффициента аномальности пластового давления к_г и индек­са давления поглощения к_а с глубиной и на нем выделяют ин­тервалы, которые можно проходить с использованием рас­твора одной плотности (рис. 9.3).

В отдельных случаях, когда имеющихся геологических све­дений недостаточно для обоснования количества колонн и у проектировщиков имеются серьезные опасения, что в сква­жине могут возникнуть непредвиденные осложнения, в кон­струкции первых поисковых и поисково-разведочных сква­жин может быть предусмотрена резервная колонна.

Глубину спуска каждой обсадной колонны уточняют с та­ким расчетом, чтобы ее нижний конец находился в интерва­ле устойчивых, монолитных, слабопроницаемых пород и чтобы она полностью перекрывала интервалы слабых пород, в которых могут произойти гидроразрывы при вскрытии зон АВПД в нижележащем интервале.

Определив число обсадных колонн и глубину их спуска, приступают к согласованию расчетным путем нормализованных диаметров обсадных колонн и породоразрушающего ин­струмента. Исходным для расчета является диаметр эксплуа­тационной колонны, который устанавливают в зависимости от ожидаемого дебита скважины, либо конечный диаметр скважины, определяемый размером инструментов и прибо­ров, которые будут использоваться в скважине.

Риг. 9.3. График изме­нения К_а (1) и К_п (2) для обосновании конст­рукции скважины

Контрольные вопросы:

1.Что представляет собой стационарный метод?

2. Что понимается под конструкцией скважины?

3. Что такое эксплутационная колонна?

Литература

1. Аскеров М.М., Сулейманов А.Б. Ремонт скважин: Справ, пособие. — : Недра, 1993.

2. Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М., Аваков Б.Э. Буровые растворы для осложненных условий. — М.: Недра, 1988.

3. Броун СИ. Нефть, газ и эргономика. — М: Недра, 1988.

4. Броун СИ. Охрана труда в бурении. — М: Недра, 1981.

Бесплатная лекция: "10.3 Вычислительная категория" также доступна.

5. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению: В 3 т.: 2-е изд., перераб. и доп. - М: Недра, 1993-1995. - Т. 1-3.

6.Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважи­на, Недра, 1990.

7.Варламов П.С Испытатели пластов многоциклового действия. — М: Недра, 1982.

8.Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложне­ний в бурении. 2-е изд., перераб. и доп. — М: Недра, 1984.

9. Геолого-технологические исследования скважин / Л.М. Чекалин, А.С. Моисеенко, А.Ф. Шакиров и др. — М: Недра, 1993.

10.Геолого-технологические исследования в процессе бурения. РД 39-0147716-102-87. ВНИИпромгеофизика, 1987.