Основы нефтегазопромыслового дела. Учебное пособие

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ ВСКРЫТИЯ ПЛАСТА

Техника и технология вскрытия пластов должны быть тесно свя-

заны с геологической и физико-технической характеристиками пла-

стов, особенно в интервалах, вскрываемых конкретными скважинами.

Строгое соблюдение условий вскрытия пластов предопределяет успешное завершение работ по бурению и освоению скважин, полу-

чение из них проектируемых дебитов, а также достижение расчётной приемистости для категории нагнетательных скважин.

В комплексе вопросов по безаварийному и успешному вскрытию нефтегазоносных пластов наиболее важными являются:

1)выбор и рецептура промывочной жидкости;

2)расположение колонны в стволе скважины;

3)конструкция забоя (низа эксплуатационной колонны);

4)процесс цементирования и высота подъёма цемента;

5)методы вскрытия пласта с обсаженной и зацементированной колонной (методы перфорации);

6)оборудование устья скважин (в процессе бурения, при работах по перфорации, в процессе освоения и эксплуатации скважин);

7)осложнения в процессе проводки скважины и др.

Рассмотрим каждый из этих факторов в отдельности. Известно,

что нефтяная и газовая скважина представляет сложное гидротехни-

ческое сооружение. При помощи скважины осуществляются: связь нефтегазового пласта с поверхностью земли; добыча нефти и газа в количествах, предусмотренных технологическим режимом; закачка в пласты воды или сжатого газа(воздуха) при осуществлении процес-

сов искусственного воздействия на залежь и вторичных методов до-

31

бычи нефти; глубинные исследования в процессе бурения, освоения и эксплуатации для изучения параметров пласта и скважины, их дина-

мики во времени; в скважинах осуществляются различные ремонтные работы (текущие и капитальные), связанные с ремонтом колонн, за-

крытием посторонних вод, извлечением аварийного подземного обо-

рудования, ликвидацией песчаных, железистых и других пробок.

Нефтяная и газовая скважина служит многие годы, а в условиях многопластовых месторождений – многие десятилетия. Поэтому в процессе бурения, вскрытия нефтегазосодержащих пластов и освое-

ния скважин должны тщательно соблюдаться технические и техноло-

гические условия ведения работ. Малейшее пренебрежение ими либо нарушение технических и технологических правил проводки, вскры-

тия пластов и освоения скважин может не только привести к потере скважин и человеческим жертвам, но и гибельно отразиться на состо-

янии всей залежи.

Основным условием сокращения сроков освоения скважин, полу-

чения из них высоких дебитов, а также достижения требуемой по расчёту приемистости нагнетательных скважин является тесная взаи-

мосвязь процессов бурения и освоения скважин.

Таким образом, основные требования к процессу вскрытия нефтегазовой залежи сводятся к разработке и осуществлению меро-

приятий по:

а) предупреждению выбросов, открытых фонтанов, грифонов,

пожаров и других осложнений;

б) предупреждению интенсивного поглощения промывочной жидкости пластами (уменьшению фильтрации, водоотдачи в пласт,

глинизации пласта и закупорки пор пласта);

32

в) вскрытию пласта по глубине и диаметру проникновения сква-

жины в пласт, обеспечивающему длительную безводную эксплуата-

цию скважин;

г) всемерному сокращению сроков проходки собственно нефтега-

зоносного пласта, его исследования, спуска эксплуатационной колон-

ны и её цементирования; а также уменьшению количества таких осложнений, как прихваты бурильных (либо насосно-компрессорных)

труб, сломы и смятия эксплуатационных колонн, грифонообразова-

ние, прорывы посторонних вод и др.

Во втором случае, наоборот, могут иметь место интенсивное по-

глощение дренированным (истощённым) пластом промывочной жид-

кости, глинизация пор и всей призабойной зоны пласта, закупорка их гематитом (баритом), выпадающим в пластовых условиях из рабочей жидкости, смятие и слом колонн из-за создаваемых больших депрес-

сий с целью вызова притока жидкости и др.

В основу всех мероприятий по безаварийной проводке скважин,

вскрытию пласта в процессе бурения (и затем перфорации), спуску и цементажу эксплуатационных колонн, их освоению и вводу в эксплу-

атацию должен быть положен инженерный расчёт, базирующийся на данных теории и практики, детальном изучении геолого-технической характеристики данного и аналогичного месторождений, учитываю-

щем возможные проявления, порывы колонн, грифонообразования и другие осложнения.

Правильный выбор промывочной жидкости и рецептуры её компо-

нентов имеет решающее значение для успешной проводки скважин, а

также для успешного их освоения и запуска в эксплуатацию. Поэтому

33

выбору промывочной жидкости, её химической обработке, непрерыв-

ному контролю за её качеством в процессе бурения, особенно при вскрытии основного нефтегазоносного пласта(либо других, вышеле-

жащих нефтегазоносных пластов), следует уделять особое внимание.

Известно, что основной промывочной жидкостью при бурении нефтяных и газовых скважин является глинистый раствор нормаль-

ный (1,16–1,21 г/см3) либо утяжелённый (1,8–2,5 г/см3).

На всех этапах проводки скважин, включая процессы цементи-

ровки, перфорации и освоения, промывочные жидкости должны удо-

влетворять следующим требованиям.

1. В процессе бурения до вскрытия продуктивных пластов– предотвращать осыпи, обвалы, сужение и размыв ствола, образование каверн, выбросов и прорывов воды и газа, обеспечивать полный вы-

нос на поверхность всей выбуриваемой породы.

2. При прохождении нефтегазоносных продуктивных пластов обес-

печивать безопасность проходки, предотвращать выбросы, потерю цир-

куляции, прихваты, сохранять естественную проницаемость этих зон.

3. При цементировочных работах быть нейтральными по отно-

шению к цементным растворам и сохранять естественную проницае-

мость продуктивных горизонтов.

4.При перфорации скважин не проникать в больших количествах

впласт, предотвращать глинизацию призабойной зоны и ухудшение естественной проницаемости пластов.

5.При турбинном бурении (в дополнение к указанным требова-

ниям) промывочные жидкости, являющиеся энергоносителем, долж-

ны иметь необходимые свойства для привода в действие турбобура.

Недостаточное внимание к качеству и рецептуре глинистых рас-

творов отрицательно отражается на состоянии призабойной зоны,

34

приводит к проникновению в пласт больших количеств воды, а в слу-

чае трещиноватости пород– и глинистого раствора, что в сильной степени усложняет запуск и освоение скважин.

В ряде случаев становится невозможным освоение скважин и вы-

зов притока жидкости из них либо дебит их бывает заниженным.

При прохождении дренированных участков, фильтруясь в пори-

стой среде, вода из призабойной зоны проникает в более отдалённые зоны пласта. Соприкасаясь с частицами породы и пластовой жидко-

сти, эта вода вступает с ними в физико-химическое взаимодействие.

Эти и другие физико-химические явления, происходящие при проникновении посторонней воды в пласт, снижают фазовую прони-

цаемость для нефти. В отношении кварцевых песков, из которых сложено большинство нефтяных пластов, отфильтровавшаяся из гли-

нистого раствора вода рассматривается как смачивающая среда.

Посторонняя вода, попадая в нефтяной пласт, вытесняет нефть из песков вокруг ствола скважины. Закупорка пор пласта отфильтровав-

шейся из глинистого раствора водой резко ухудшает проницаемость пласта, удлиняет сроки освоения скважин либо снижает их дебит.

Обратное извлечение на поверхность глинистого раствора, воды,

гематита (барита), попавших в пласт в течение нескольких часов, мо-

жет занять многие месяцы.

На практике бывает немало случаев, когда скважины, пробурен-

ные утяжелёнными растворами, не поддаются освоению. В других случаях проникшая в пласт посторонняя вода(в процессе бурения,

освоения, промывки пробок) образует с нефтью эмульсию.

Извлечение на поверхность посторонней воды и эмульсии также представляет большие трудности.

35

3.1. РАСПОЛОЖЕНИЕ КОЛОННЫ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ

Правильное, строго концентрическое расположение эксплуатаци-

онной колонны в стволе пробуренной скважины имеет чрезвычайно важное значение для осуществления процесса цементирования, рав-

номерного расположения цементного камня вокруг колонны, дости-

жения концентрического цементного кольца вокруг колонны, осо-

бенно в пределах нефтегазоносных объектов, и подъёма цемента за колонной на максимально возможную высоту.

Правильное расположение колонны внутри ствола скважины предотвращает одностороннее расположение цемента и отсутствие его с другой стороны, а также уход цементного раствора на заполне-

ние каверн и пустот, образовавшихся в результате размыва забоя в процессе бурения. А правильное, равномерное, строго концентриче-

ское расположение цементного камня за колонной и подъём цемента за колонной на большую высоту предотвращают прорывы нижних и верхних вод в процессе бурения и эксплуатации скважин, прорывы газа в заколонное пространство, грифоны, размывы резьбовых соеди-

нений колонн и другие осложнения.

3.2. КОНСТРУКЦИЯ ЗАБОЯ

Для обеспечения нормальной эксплуатации газонефтеносного объекта весьма важно правильно установить глубину проникновения скважины в пласт (глубину вскрытия), а также выбрать наиболее ра-

циональную конструкцию забоя (низа эксплуатационной колонны).

Известно, что в целях достижения гидродинамического совершенства скважины рекомендуется добиваться максимальной глубины вскры-

36

тия ею данного конкретного газонефтяного плас, т.ае. следует вскрывать пласт на всю его мощность. Однако при этом следует учи-

тывать местоположение скважины на структуре пласта, расстояние её от водяной части пласта и другие факторы.

Не рекомендуется, например, вскрывать водяную часть пласта при расположении скважины на крыльях складки. При расположении же скважины в достаточном отдалении от водяной оторочки реко-

мендуется вскрывать ею не только газонефтяную часть пласта, но и углубляться ниже в подстилающие глины (зумпф).

3.3. МЕТОДЫ ВСКРЫТИЯ ПЛАСТОВ

Вскрытие пластов в продуктивных интервалах осуществляется электроперфораторами различных конструкций, кумулятивными перфораторами, гидропескоструйным методом и в исключительных случаях торпедированием.

Электроперфораторы различаются по конструкции главным об-

разом своей пробивной способностью, что предопределяет глубину проникновения пули в породу за счёт создаваемого пороховыми -га зами давления.

Принцип кумулятивной перфорации скважин заключается в. том,

что взрывчатое вещество оказывает сосредоточенное кумулятивное

(от латинского «сити»: накопление, соединение) воздействие на не-

большую поверхность колонны.

Заряд кумулятивного действия – это шашка взрывчатого веще-

ства (ВВ), имеющая выемку, расположенную со стороны, противопо-

ложной месту детонации·взрыва. При взрыве тонкая струя полужид-

37

кого металла выбрасывается со скоростью 8 000–10 000 м/с и создаёт давление на преграде до 300 000 атм.

и бескорпусные.

Перфораторы корпусного типа имеют герметически закрытый корпус, в который помещаются группы зарядов. Корпуса таких пер-

фораторов могут быть использованы повторно.

В перфораторах бескорпусной конструкции каждый заряд ВВ за-

купоривается в отдельную герметическую оболочку, разрушающуюся при взрыве.

Взрыв зарядов в кумулятивных перфораторах обеих конструкций осуществляется посредством детонирующего шнура. Последний взрывается от электродетонатора через каротажный кабель, на кото-

ром перфоратор спускается в скважину.

Кумулятивный корпусный перфоратор имеет толстостенный ци-

линдрический герметически закрытый корпус из высоколегирован-

ной стали. Расчёт этого корпуса ведется на давление, превышающее давление ударных волн, движущихся от наружной поверхности заря-

да. Таким образом, обсадная колонна скважины защищается от воз-

действия ударных волн.

Большое развитие при вскрытии пласта получил метод гидропес-

коструйной перфорации. Принцип гидропескоструйной перфорации скважин заключается в использовании кинетической·энергии и абра-

38

зивного воздействия струи жидкости с песком, исходящей с огромной скоростью из насадки снаряда через ряд сопел(до восьми) в направ-

лении стенки скважины под дифференциальным давлением(перепа-

дом) 150–300 атм.

Эта струя (жидкости с песком) интенсивно с высокой скоростью разрушает (рассверливает) металл обсадной колонны, пробивает це-

ментное кольцо за ней и породу. Аппарат, при помощи которого осуществляется перфорация, называется гидропескоструйным (абра-

зивным) перфоратором. Эффективность действия абразивной струи пропорциональна мощности последней.

39

ГЛАВА 4. ОСВОЕНИЕ СКВАЖИН

Освоением скважин называется комплекс работ по вызову прито-

ка из пласта жидкости и газа в скважины(для эксплуатационных) и

достижение максимальной приемистости ими жидкости, газа или сжатого воздуха (для нагнетательных).

Процесс освоения скважин начинается с приёмки законченных бурением скважин и их опрессовки (или испытания снижением уров-

ня) на соответствующее давление.

В комплекс работ по освоению скважин входят - следу щие операции.

1.Приёмка скважины от конторы бурения.

2.Опрессовка (испытание) эксплуатационной колонны.

3.Подготовка скважины к перфорации(установка крестовика,

тройника, прострелочной задвижки; присоединение агрегатов; со-

оружение площадки для перфорации; заполнение ствола скважины глинистым раствором того же удельного веса, который применялся при вскрытии продуктивного пласта; подготовка запасов утяжелён-

ного раствора в количестве 1,5–2,0 объёмов скважины).

4.Отбивка забоя и перфорация.

5.Проведение первого комплекса исследовательских работ(за-

мер пластовых давлений и температур).

6. Спуск лифтовых труб (при фонтанно-компрессорной эксплуа-

тации) и насосных (при глубиннонасосной).

7. Подготовка наземного оборудования(фонтанная арматура,

станок-качалка, выкид, ЛЭП, рабочий и воздушный манифольды,

трапы и т.д.).

40