5.2. Освоение скважин

Освоение скважин – процесс технологических операций воздействия на ПЗП для вызова притока из нефтенасыщенной толщи пласта и обеспечения ее продуктивности при вводе после бурения или ремонта.

Если скважина заполнена перфорационной жидкостью или жидкостью глушения, то ее гидростатическое давление на забой р_з создает репрессию на пласт р_пл:

р_з = gh > р_пл. (5.1)

Для вызова притока необходимо создать депрессию давления

р = р_пл – р_з(р_пл > р_з).

Возможны два варианта вызова притока: за счет уменьшения  или h. При уменьшении  проводят последовательную замену (вытеснение) жидкости большей плотности на жидкость меньшей плотности по технологической схеме буровой раствор – вода – нефть – газоконденсат или аэрирование жидкости вводом в поток газа с добавлением пенообразователей. Следует помнить, что при использовании воздуха образуются взрывоопасные смеси и не исключена вероятность взрывов в скважине.

При снижении h применяют методы свабирования и тартания. При свабировании в скважину опускают насосно-компрессорные трубы (НКТ), в которые на канате лебедкой опускают поршень с клапаном и резиновым манжетом (сваб). При ходе вверх жидкость из скважины по НКТ поднимается на поверхность и выводится в сборную емкость. При тартировании используют желонку (длинная труба с клапаном в нижней части).

Скважины, эксплуатируемые насосными установками, после ремонтных работ перед освоением промывают водой или нефтью и осваивают используемыми насосными установками.

Приток жидкости в скважину, вскрывшую однородный пласт, происходит по радиально сходящимся к ней направлениям. Жидкость проходит последовательно через ряд концентрически расположенных цилиндрических поверхностей между непроницаемыми кровлей и подошвой, причем площади этих поверхностей по мере приближения к скважине постепенно уменьшаются. Такие течения принято называть плоскорадиальными. В этих условиях при постоянном расходе скорость фильтрации движущейся к скважине жидкости должна непрерывно увеличиваться и достигать максимума на стенках скважины. С увеличением скорости возрастают гидравлические сопротивления, и на перемещение единицы объема жидкости непрерывно должны возрастать затраты энергии на единицу длины пути или связанные с этим градиенты давления (перепады давления на единицу длины пути).

При эксплуатации нефтяного месторождения проявляются два основных режима притока – неустановившийся и установившийся. Каждый режим существует в разное время после ввода скважины в эксплуатацию или ее остановки. Характер изменения давления во времени служит критерием режима потока. Для состояния неустановившегося притока dр/dt = f(r,t), а установившегося dр/dt = 0. Изменение объемов добычи или закачки, связанное с выравниванием объемов отбора по элементам системы разработки, увеличение или снижение дебитов, остановка скважины создают условия неустановившегося состояния. Но такой режим будет существовать непродолжительное время, после чего последует новое распределение дебитов и стабилизация притока. Для описания зависимости дебита q скважины от градиента давления (р/L) при плоско-радиальном установившемся ламинарном течении в нефтепромысловой практике успешно применяется закон Дарси, основная часть которого близка к форме других законов переноса материи, в частности к закону Фурье (закон переноса тепловой энергии)

(5.2)

При радиальном потоке площадь фильтрации F уменьшается по направлению к скважине, и на расстоянии r_i от оси скважины при мощности залежи h она будет равна 2r_ih.

Если перепад давления р отнести к бесконечно малому радиальному участку пути r, уравнение (5.2) приводится к виду

, (5.3)

или делением переменных

(5.4)

Интегрируем уравнение (5.4) от забойного давления р_з до пластового давления на контуре р_пл и от радиуса скважины до радиуса контура питания R_к:

,

тогда

. (5.5)

Задаваясь значениями R, не выходящими за пределы ВНК и решая уравнения (5.5) относительно р_пл при р_з = const, получим характер изменения давления вокруг скважины на контуре питания при установившемся притоке.

Решение (5.5) относительно q приводится к уравнению Дюпюи для плоскорадиального установившегося притока однородной жидкости

(5.6)

С учетом гидродинамического несовершенства скважины по характеру и степени вскрытия пласта (С) уравнения Дюпюи можно представить в виде

(5.7)

При неустановившемся движении в упругом режиме для расчета изменения давления во времени в каждой точке пласта при заданном дебите используют основную формулу упругого режима (уравнение пьезопроводности) вида

(5.8)

где r_пр – приведенный радиус скважины.

Уравнение пъезопроводности характеризует изменение давления во времени в любой точке пласта без дополнительных сопротивлений в ПЗП (уравнение Дюпюи с учетом ПЗП), поэтому приведенный радиус скважины эквивалентен гидродинамически совершенной скважине. Учет несовершенства скважины равнозначен замене ее эквивалентной по значению сопротивления ПЗП гидродинамически совершенной скважиной меньшего радиуса. Радиус такой условной совершенной скважины называют приведенным радиусом r_пр.

Уравнение вида (5.8) известно в теории теплопроводности, где роль давления играет температура, а роль коэффициента пьезопроводности – коэффициент температуропроводности, характеризующий быстроту перераспределения температуры в проводнике тепла.