мыми горизонтами, пластовых давлений и др.) выбирается соответствующее оборудование забоя газовой скважины. Если призабойная зона сложена устойчивыми породами (песчаниками, известняками, ангидритами), то сообщение продуктивного пласта со скважиной осуществляется открытым забоем (см. рис. 1.1, а, б).
1.2. Перфорация газовых скважин
Основным методом сообщения ствола с пластом на газовых скважинах является перфорация, осуществляемая с помощью специальных стреляющих аппаратов, называемых перфораторами. Спуск и подъем перфоратора из скважины производится на бронированном каротажном кабеле при помощи подъемника, смонтированного на автомобиле. Выстрел из перфоратора вызывается электрическим током, подводимым по кабелю с пульта управления каротажной станции. Современное оборудование допускает селективную работу по одной пуле, отдельными группами или залповую работу всеми снарядами одновременно.
Перед перфорацией эксплуатационную колонну в скважине опрессовывают с целью проверки ее герметичности. В большинстве случаев перфорация осуществляется в скважинах, заполненных промывочной жидкостью или водой. При перфорации каналы пробиваются пулями, торпедами (снарядами) и кумулятивной струей, образующейся за счет истечения металла с внутренней поверхности облицовки заряда. Действие перфораторов различного типа характеризуется их пробивной способностью.
Размеры перфорационных каналов, получаемых при применении различных перфораторов, показаны на рис. 1.2.
По сравнению с пулевыми, более эффективными являются торпедные перфораторы, принципиальным отличием которых является использование вместо пули-болванки снаряда диаметром
22–32 мм.
Помимо конструктивных особенностей перфораторов, глубина перфорационного канала зависит от гидростатического давления, температуры, плотности среды, толщины слоя жидкости между перфоратором и стенкой скважины, твердости металла и цементного камня и др. Исследованиями установлено, что с увеличением пористости и проницаемости породы глубина перфорационного канала растет.
9
Рис. 1.2. Каналы, образующиеся в породе при вскрытии пластов. Перфорация: а – пулевая; б – торпедная (ТПК-22);
в– кумулятивная (ПК-103); г – гидропескоструйная
Сувеличением прочности породы размеры перфорационного канала уменьшаются.
Перфораторы пулевые (ППЗ) выпускаются диаметром 65, 80 и 98 мм и рассчитаны на максимальное давление 50,0 МПа и температуру среды 115 °С. Для глубоких скважин с высокой температурой на забое выпускаются специальные перфораторы ППТ-90 и ППТ-105, для которых допускается температура 165 °С.
Проникая на определенную глубину, такой снаряд, взрываясь, создает каверны и разветвленную систему трещин, которые служат дополнительными каналами для притока газа в скважину. Перфорацию проводят в плотных породах, так как в рыхлых породах могут образовываться песчаные пробки на забое.
Снарядные перфораторы изготовляются различных размеров: ТПК-22 для спуска в 5" колонну и ТПК -32 для спуска в 6" обсадную колонну.
Для обеспечения большей глубины прострела, особенно в твердых породах, широкое распространение нашла кумулятивная (беспулевая) перфорация. Эта перфорация основана на принципе осевой кумуляции. Отверстия в колонне создаются не пулями,
афокусированными струями газов, которые возникают при взрыве кумулятивных зарядов. При взрыве образуется направленная струя
10
газов. Скорость струи газов достигает 9 км/с, а давление, оказываемое ею на поверхность ствола, составляет порядка 30 000 МПа.
При кумулятивной перфорации создаются отверстия без повреждения колонны и цементного кольца.
Кумулятивный заряд массой 30 г пробивает в плотных породах канал глубиной 200–250 мм (пуля обычного перфоратора образует канал глубиной не более 20 – 25 мм). Бескорпусные кумулятивные перфораторы дают возможность увеличить массу заряда до 200– 250 г, благодаря чему глубина каналов вырастает до 400 мми более.
Диаметр пробиваемого отверстия прямо пропорционален калибру кумулятивного заряда и зависит от формы кумулятивной выемки. Заряд кумулятивного перфоратора представляет собой шапку взрывчатого вещества, имеющего специальную конусообразную выемку, расположенную со стороны, противоположной месту детонации взрыва.
Диаметр перфоратора максимально приближается к диаметру перфорируемой колонны с целью снижения бесполезного расхода энергии заряда на прохождение пространства между перфораторами и перфорируемой колонной.
Изготовляются кумулятивные перфораторы различных видов: корпусные ПК-103 и бескорпусные ПКС-80 и ПКС-105. Бескорпусные кумулятивные перфораторы ПКС являются более мощными и производительными по сравнению с кумулятивными корпусными перфораторами ПК-103.
Кумулятивную перфорацию как наиболее эффективную целесообразно применять в твердых породах в условиях наиболее трудного сообщения призабойной зоны скважин с продуктивным пластом.
Однако в тех скважинах, где может быть обеспечено хорошее вскрытие продуктивного пласта пулевой перфорацией, следует применять ее как наиболее дешевую по сравнению с перфорацией других видов.
Перфорацию обычно осуществляют в скважине, заполненной глинистым раствором, и на устье устанавливается противовыбросовая задвижка высокого давления, позволяющая закрыть скважину при аварийном проявлении пласта после перфорации.
В середине 50-х годов применялась перфорация газовых скважин в газовой среде под давлением с целью предохранения от засо-
11
рения глинистым раствором призабойной зоны в процессе и после перфорации. Перфорация в газовой среде под давлением, осуществляемая через лубрикатор, была предложена во ВНИИГазе. Она начала находить применение на газовых месторождениях Западной Украины и Северо-Ставропольского месторождения и обычно использовалась на скважинах, в которых отсутствовали фонтанные трубы. Из-за необходимости последующей задавки скважин для спуска НКТ и ряда самопроизвольных прострелов на устье в лубрикаторе в дальнейшем эта перфорация применения не нашла.
При разработке модифицированной технологии перфорации в газовой среде при спущенных НКТ или последующем спуске НКТ под давлением ее можно использовать как один из методов интенсификации притока газа, в том числе в плотных низкопроницаемых коллекторах, для которых большое значение имеют эффективные условия вскрытия пласта.
Вкачестве метода интенсификации притока находит применение гидроабразивный – гидропескоструйная перфорация. Гидроабразивный метод основан на использовании кинетической энергии струи жидкости с абразивными частицами (песком), истекающей с большой скоростью из насадок, спускаемых в скважину на колонне НКТ.
Вкачестве основного оборудования гидропескоструйной перфорации служит струйный аппарат, состоящий из корпуса и сопел. Для нагнетания жидкости обычно используют цементировочные агрегаты. Сущность гидропескоструйной перфорации состоит в том, что при нагнетании в трубы под большим давлением жидкость с песком с большой скоростью выходит из сопел и песок разрушает колонну, цементное кольцо и породу.
Гидроабразивный метод имеет ряд преимуществ перед другими методами: отверстие в колонне и в цементном кольце не имеет трещин, интервал вскрытия устанавливается более точно, имеются возможности регулировать диаметр и глубину отверстий, можно создать горизонтальные и вертикальные надрезы и трещины.
Гидропескоструйная перфорация применяется для вскрытия пластов при опробовании разведочных и эксплуатационных скважин, в том числе с ухудшенными фильтрационными параметрами призабойной зоны, для вскрытия пластов в скважинах, оборудуемых для раздельной эксплуатации двух и более пластов в одной
12
скважине, вскрытия пластов с трещиноватыми и плотными низко проницаемыми коллекторами.
Гидропескоструйное вскрытие обычно не дает должного эффекта в интервалах, ранее обработанных соляной кислотой, или после гидроразрыва, а также при повторном вскрытии высокопроницаемых пластов с низким пластовым давлением.
Кроме того, применяется комбинированное вскрытие перфорацией (или открытым забоем) и последующей соляно-кислотной обработкой (например, на Вуктыльском, Оренбургском месторождениях и др.) или перфорацией и гидравлическим разрывом пласта и т. д.
Ранее (в большей степени за рубежом и в меньшей у нас) применяли ядерные взрывы для глушения аварийных газовых фонтанов, вскрытия и интенсификации газовых и нефтяных пластов, перевода непромышленных залежей в промышленные, а также для увеличения дебита скважин. После объявления моратория на ядерные взрывы этот вид работ был прекращен. (В частности, ядерным взрывом в пробуренной специально наклонной скважине был погашен аварийный фонтан на месторождении Ур- та-Булак, дебит которого по данным акустико-гидродинамических исследований превышал 18 млн м3/сут).
После вскрытия продуктивного пласта одним из указанных выше способов в скважину спускают насосно-компрессорные трубы и приступают к промывке со спуском труб до нижней отметки забоя и освоению скважины на приток газа. После возбуждения для очистки призабойной зоны проводится продувка скважины. В процессе продувки выносятся вода и глинистый раствор, поступившие в призабойную зону при бурении и перфорации. В случае применения глинистых растворов с большой плотностью, значительно превышающей пластовое давление, что имеет место, например, при вскрытии пластов большой толщины (Карачаганакское месторождение и др.), часть интервалов пласта в призабойной зоне может быть запечатана из-за поступления в них значительного количества раствора. В результате этого будет получен небольшой дебит газа. В этом случае необходимо для очистки от глинистого раствора, если продувка не дает должного эффекта, закачать в призабойную зону воду с добавками ПАВ, метанол или конденсат и повторить продувку. Кроме того, в случае необходимости
13