13.2 Вторине розкриття продуктивного пласта перфорацією

Для гідродинамічного зв’язку експлуатаційної колони з продуктивним пластом після затвердіння тампонажного розчину необхідно пробити достатню кількість отворів через обсадну колону, тампонажний камінь і кольматаційний шар. Операцію по створенню таких отворів називають вторинним розкриттям продуктивного пласта.

Вторинне розкриття здійснюють з допомогою спеціальних апаратів, які називаються перфораторами. Застосовують такі види перфорації: кульова, торпеда, кумулятивна і гідропіскоструминна (гідроабразивна).

Координати ділянки, в якій повинні бути пробиті отвори, уточнюють за даними геофізичних досліджень, що проводяться перед спуском колони. Для створення нормальних умов припливу пластового флюїду у свердловину щільність прострілу експлуатаційної колони стріляючими перфораторами (кульові, кумулятивні, торпедні) повинна бути від 10 до 20 отворів на довжині 1 м. За один рейс, залежно від типорозміру перфоратора, можна простріляти від 2 до 10 отворів на такій довжині. Тому перфоратор необхідно спускати в свердловину декілька разів.

Кульовий перфоратор являє собою багатозарядний стріляючий пристрій, який спускається в свердловину на каротажному кабелі. Перфоратор складається з корпуса, ствола з зарядом і кулею, електрозапалу та кабеля (одножильного броньованого). З кульового перфоратора при вибухові заряду утворювані гази (температура 3000⁰С, тиск 2000 МПа) виштовхують кулю, яка пробиває обсадну трубу, цементний камінь і заглиблюється в породу.

Кульові перфоратори бувають селективної (розділювальної) та залпової дії (перфоратори-кулемети). Випускаються перфоратори і напівселективної дії.

При кульовій перфорації в обсадній колоні, цементній оболонці і гірській породі утворюються тріщини. Виникнення тріщин в цементній оболонці і колоні може призвести до обводнення свердловини по заколонному простору водами із вище- або нижчезалягаючих горизонтів. Утворення тріщин у породі слід розглядати як позитивний фактор, якщо немає небезпеки обводнення ними.

Найбільшого поширення одержали кульові перфоратори типу ПБ2-100 і ПБ2-85, а також потужні перфоратори ПВН-90, у яких пробивна здатність вища, ніж у кумулятивних при таких же габаритних розмірах.

Торпедні перфоратори відрізняються від кульових тим, що вони стріляють снарядами, які розриваються в пласті.

Торпедування, як метод розкриття пластів, застосовується рідко. У деяких випадках його застосовували після проведення кумулятивної або кульової перфорації, якщо після них не одержували припливу або не досягали гідродинамічного зв’язку з пластом. Враховуючи те, що терпедування майже завжди веде до руйнування обсадної колони і цементної оболонки, його вважали крайнім засобом для одержання припливу із пласта. Після впровадження гідропіскоструминної перфорації описаний спосіб практично не застосовують.

Кумулятивна перфорація є ефективнішою. Кумулятивні перфоратори відрізняються застосуванням спеціально сформованих зарядів вибухової речовини. Принцип їх дії полягає в тому, що вгнута форма поверхні заряду створює ефект концентрації енергії завдяки направленому витоку продуктів вибуху (розжареного газу). Газ фокусується по осі виїмки, утворюючи кумулятивну струмину. Кумулятивний заряд характеризується фокусною віддаллю (віддаль до найвищої пробивної здатності струмини). Висока пробивна здатність кумулятивних перфораторів забезпечується великою швидкістю струмини (8-10 тис. м/с), яка при зустрічі з перешкодою розвиває тиск до 30000 МПа і пропалює в ній отвір.

Кумулятивні перфоратори поділяються на корпусні і безкорпусні. У свою чергу корпусні діляться на перфоратори багаторазового використання (ПК) і одноразового використання (ПКО, ПИК). Безкорпусні бувають такі, що частково руйнуються або стрічкові (ПКС) і такі, що повністю руйнуються. Останні бувають з незмінним діаметром (КПР) і такі, що розкриваються (ПКР).

Корпусні перфоратори сприймають ударну хвилю і забезпечують повне збереження від пошкоджень колони і цементного каменю. Безкорпусні перфоратори простіші, дешевші, легші, мають суцільніший заряд, але часто при їх застосуванні появляються тріщини в обсадній колоні.

При кумулятивній перфорації в пласті пробиваються глибші канали , ніж при кульовій. Основною вадою кумулятивної перфорації є спікання породи на стінках перфорованих отворів, що зменшує їх проникність.

Всі стріляючі перфоратори можна поділити на три групи: перфоратори, що спускають в колону при відсутності в ній НКТ; перфоратори, що спускаються через колону НКТ; перфоратори, що спускаються на колоні НКТ. Від того, який вид перфоратора буде використаний для вторинного розкриття, залежить характер і об’єм робіт для підготовки свердловини до перфорації, необхідна кількість рейсів з перфоратором і тривалість перфораційних робіт, ефективність вторинного розкриття, а також негативні наслідки, які можуть виникнути в процесі прострілювальних робіт.

Перед перфорацією свердловину ретельно промивають і заповнюють промивальною рідиною, яка повинна задовільняти вимоги первинного розкриття пласта. При проведенні перфорації необхідно виключити зниження фільтраційно-ємносних властивостей колектора або незворотне закупорення перфораційних каналів. Під час перфорації свердловина в зоні перфораційних об’єктів повинна бути заповнена спеціальною перфораційною рідиною, що має низьку закупорювальну дію (без вмісту твердої фази, води тощо), або перфорацію слід проводити при депресії. Так, при коефіцієнті аномальності К_а = 0,4-0,8 як спеціальну рідину слід використовувати дизельне паливо, гас, нафту, конденсат; при К_а= 0,8-1,05 - важку нафту, гідрофобно-емульсійний розчин без твердої фази, а при К_а > 1,05 - гідрофобно-емульсійний розчин, обважнений хімічно осадженою крейдою, водні розчини солей кальцію, заліза та ін., оброблені неіоногенними ПАР.

Устя свердловини повинно бути герметизовано спеціальною засувкою високого тиску. Над устям при підготовці до перфорації встановлюють спеціальний лубрикатор, який дозволяє проводити багаторазові спуски перфоратора в обсадну колону під тиском.

Гідроабразивна перфорація грунтується на використанні енергії струмини рідини, в якій змулена деяка кількість (50-100 кг/м³) високоабразивних частинок (діаметром 0,2-2,0 мм) кварцового піску. Щоб пробити отвір в обсадній колоні, цементному камені і гірській породі, струмина рідини в насадках повинна мати швидкість не менше 120-150 м/c. Перепад тиску в насадці досягає 15-20 МПа і більше. Як рідину-пісконосій використовують системи, які не погіршують колекторські властивості продуктивного пласта, але створюють протитиск, достатній для попередження припливу в свердловину пластової рідини в період робіт, зв’язаних з перфорацією. Такими рідинами можуть бути дегазована нафта, розчини на нафтовій основі, пластова вода, оброблена неіоногенною ПАР, водний розчин хлористого кальцію і т.д.

З допомогою гідроабразивного перфоратора можна пробити отвори як круглого поперечного перерізу, так і горизонтальні (при повільному обертанні перфоратора навколо вертикальної осі) або вертикальні (при повільному вертикальному переміщенні щілини). Гідроабразивна перфорація найефективніша з усіх відомих видів перфорації.

Гідроабразивна перфорація проводиться при безперевній циркуляції рідини. Після того, як кінетична енергія струмини витрачена, абразивновміщувальна рідина витікає із пробитого нею каналу в обсадну колону і видаляється на денну поверхню. При цьому деяка кількість піску осідає на вибій, тому після закінчення перфорації цей осад вимивають із обсадної колони зворотною циркуляцією.

Гідроабразивна перфорація є досить ефективним способом сполучення продуктивного пласта з експлуатаційною колоною. При цьому способі цементний камінь і обсадна колона не розтріскуються. Проте вартість гідроабразивної перфорації більша, ніж при застосуванні стріляючих перфораторів. Для гідроабразивної перфорації необхідні насосні агрегати, піскозмішувальні машини, складна система обв’язки машин з устям, а також спеціальна бригада кваліфікованих працівників. Цей спосіб доцільно використовувати в тих випадках, коли продуктивний пласт перекритий двома і більше колонами, при малій проникності продуктивного пласта, при значному забрудненні приствольної зони пласта в процесі буріння, при невдалих результатах після кумулятивної перфорації в тріщинних колекторах, при розкритті пластів з високою температурою, при відсутності термостійких стріляючих перфораторів, а також перед проведенням гідророзриву пласта.

Область застосування перфораторів різних типів залежить від їх технічних характеристик. Кульові і торпедні перфоратори можна застосовувати при температурі до 110⁰С, тиску 50-80 МПа, а кумулятивні - при температурі 130-200⁰С і тиску 60-120 МПа. Пробивна здатність стріляючих перфораторів залежить від міцності гірської породи, тиску середовища, густини і товщини шару між перфоратором і обсадною колоною.