ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СВЕРЛЯЩИХ КЕРНООТБОРНИКОВ И ПЕРФОРАТОРОВ

Одним из методов, получивших развитие в НПП “ВНИИГИС”, является отбор образцов горных пород из стенок скважин приборами на кабеле. За прошедший период разработано несколько поколений сверлящих керноотборников, конструкция которых совершенствова­ лась, улучшались технические характеристики и эксплуатационные качества [4]. На первых образцах аппаратуры в качестве породо­ разрушающего инструмента применялись коронки, оснащенные твердосплавными резцами промышленного сортамента. Проведен­ ные исследования позволили оптимизировать геометрию режущих элементов, что обеспечило снижение энергоемкости инструмента. Были разработаны алмазные коронки для бурения прочных высокоаб­ разивных пород, а впоследствии коронки, оснащенные двухслойными пластинами сверхтвердого материала белбор. При этом неизменными оставались геометрические параметры коронок, формирующие диа­ метр керна - 22 лш, диаметр выработки в массиве пород - 35 мм. Максимальная длина керна, отбираемого аппаратурой ранних типов, составляла 40 лш, а последних модификаций - 55 мм, что удовлет­ воряло требованиям стандарта определения коллекторских свойств горных пород.

Важным моментом в процессе отбора образца горной породы из стенки скважины является получение целостного керна, так как его разрушение может стать причиной невозможности исследования фильтрационных и емкостных свойств. Предпосылки для разрушения формируемого керна возникают, когда крутящий момент на коронке превышает момент сопротивления сечения керна на скручивание [1]. Как показывает практика, разрушению способствует применение операторами режимов бурения с повышенными осевыми нагрузками при отборе из слабосцементированных и хрупких трещиноватых пород [1,6].

С целью повышения качества кернового материала в технологию отбора и конструкцию аппаратуры были внесены некоторые измене­ ния, направленные на минимизацию влияния человеческого фактора, то есть действий оператора, приводящих к применению некорректных режимов бурения, а также на увеличение момента сопротивления керна на скручивание путем изменения его диаметра.

Что касается первой части поставленных задач, ее реализация осуществлялась введением автоматизации управления режимом бурения. Электронная система, управляющая работой гидравлики

баростойкость остались неизменными. Экспериментальный образец модернизированного прибора получил обозначение СКТ-ЗМ-2.

В настоящее время продолжены работы по созданию малогаба­ ритного сверлящего керноотборника, предназначенного для отбора образцов горных пород из стенок необсаженных скважин и отбора образцов металла обсадных труб и цементного камня из обсаженных скважин. Технические характеристики сверлящих керноотборников приведены в табл. 1.

Сверлящие керноотборники могут применяться при решении ши­ рокого круга задач [7]. При исследовании необсаженных скважин - точная привязка получаемых материалов к данным геофизических методов; проведение отбора образцов в интересующем интервале после ГИС, дающее возможность обоснованного выбора точек отбора в интервалах, не освещенных керном колонкового бурения; возмож­ ность отбора образцов в пластах, физико-механические свойства

которых и технические возможности снарядов колонкового бурения обуславливают низкий вынос керна либо полное его отсутствие.

Исследование керна, взятого сверлящим перфоратором, обеспе­ чивает возможность детального исследования пласта и позволяет эффективно решать следующие геологические задачи:

-изучение стратиграфического возраста, структурных и текстур­ ных особенностей, химического состава, гранулометрических и петрофизических свойств вскрытых скважиной пород;

-уточнение нефтенасыщенности пластов и определение их границ в объектах, где однозначная интерпретация данных ГИС затруднена;

-определение остаточной нефте-, водонасыщенности и свойств пород пласта;

-изучение пород, слагающих отдельные стратиграфические комп­

лексы в новых районах, а также на старых площадях в случае их аномального строения.

Технические возможности сверлящих керноотборников позволяют проводить отбор образцов и в обсаженных скважинах. Эти работы могут проводиться в обсадных трубах основного размерного ряда. Данные анализа образцов обсадных труб и цементного камня могут быть существенным дополнением для ГИС-контроля при проведении детальной оценки состояния элементов крепления, выполняемой при определении допустимых сроков эксплуатации скважин [2]. Также керноотборники могут использоваться для выполнения в обсадных трубах калиброванных отверстий большого диаметра (35 мм), в сква­ жинах многоколонной конструкции, с целью заливки тампонажной смеси в межтрубное пространство при проведении ремонтных работ.

В практике вторичного вскрытия, при вводе в эксплуатацию ма­ ломощных продуктивных объектов в сложных геолого-технических условиях, проблемы возможного образования заколонных перетоков диктуют необходимость применения щадящих технологий, обеспе­ чивающих сохранение качества разобщения пластов, достигнутого в процессе крепления скважин. Одной из таких технологий является метод сверления перфорационных отверстий приборами на каротаж­ ном кабеле. Хорошо известны перфораторы серии ПС-112, разрабо­ танные в ОАО НПП “ВНИИГИС” . Опыт их применения в различных регионах страны и за рубежом показал высокую эффективность при вскрытии маломощных нефтяных пластов с подошвенной водой, а

также объектов, где нефтеносная часть пласта отделена от водо- и газоносной тонкой неустойчивой-перемычкой.

Всего было разработано три модификации этой серии [3]. Конс­ труктивно эти перфораторы выполнены по схеме “сверло в плоскости, перпендикулярной продольной оси прибора”, чем и объясняется ог­ раничение величины выхода инструмента до 70 мм [7]. Незначитель­ ная глубина формируемых перфорационных каналов в кавернозных участках, глубококольматированых пластах, в зонах эксцентричного положения обсадных труб и т. п. может приводить к снижению эф­ фективности гидродинамической связи пласта со скважиной.

Для работы в подобных условиях был разработан сверлящий пер­ форатор ПГСП, в котором увеличение глубины сверления достигалось размещением гибкого бура в криволинейной направляющей. Гидравли­ ческая система выполнена по двухконтурной схеме, обеспечивающей фиксированное положение прибора у стенки скважины, при очистке полости канала от шлама, выполняемой возвратным перемещением вращающегося сверла. По результатам производственной эксплуата­ ции была проведена модернизация, в результате которой изменена кинематическая схема прижимной системы, увеличена глубина свер­ ления канала, повышены термобаростойкость и эксплуатационная надежность. Модифицированный прибор выпускается под маркой ПГСП-2 [5].

Следующей разработкой стал перфоратор ПГСП-3, предназна­ ченный для создания более протяженных каналов при вскрытии глубококольматированых продуктивных объектов и карбонатных коллекторов с ухудшенными фильтрационными свойствами. Здесь необходимо отметить, что одним из факторов, влияющих на техни­ ческие параметры проектируемой аппаратуры, является ограничен­ ная способность передачи витым многослойным валом крутящего момента на режущий инструмент. Проведенными исследованиями было выяснено, что при определенном увеличении длины гибкого вала сверла происходит рост амплитуды крутильных колебаний на режущей головке, способных вызывать разрушение режущих элемен­ тов на переходных зонах, падение механической скорости бурения и преждевременный слом силовой оплетки вала. Это позволило ус­ тановить, что максимально допустимая длина гибкого вала сверла, обеспечивающая оптимальную работу инструмента, а следовательно,

и экономически целесообразную кратность действия прибора за спуск, позволяет формировать перфорационный канал глубиной до 300 м м . Для реализации этих решений потребовалось внесение существенных изменений в конструкцию исполнительных механизмов, гидравлики и прижимной системы, что повлекло некоторое увеличение длины и массы скважинного прибора.

Основные характеристики сверлящих перфораторов приведены в табл. 2.

Необходимо отметить, что с увеличением глубины канала возрас­ тают время на его бурение и износ режущих кромок инструмента за счет абразивного воздействия, приводящий к снижению количества каналов, выполняемых за спуск; увеличивается общее время, затрачи­ ваемое на проведение перфорационных работ. Возрастают и стоимос­ тные показатели. Параметры и возможности приборов аппаратурного ряда сверлящих перфораторов позволяют с учетом характеристик вскрываемого объекта, технологических особенностей проводки сква­ жины, ее конструкции и экономической целесообразности выбрать тип, наиболее полно отвечающий требованиям решаемой задачи.