Doslidjenya

розпорошувальним процесом, який створює отвори, що проходять через обсадну трубу і цемент у пласт. Об'єм перфораційного каналу створюється за рахунок ущільнення навколишньогоматеріалу. Залишкивідперфораційногозаряду проникають у породу і змішуються з подрібненим матеріалом пласта (рис. 4.1). За даними випробувань, об'єм і глибина проникнення перфораційного каналу починають проявлятися тільки після того, як із каналу зворотнім промиванням або іншими способами видаляються уламки і подрібнена порода.

1 - обсадна колона; 2 - цемент; 3 - ущільнена зона; 4 - уламковий матеріал; 5 - перфораційний канал; 6 - постійно

існуюча ущільнена зона Рисунок 4.1 - Фактичний перфораційний канал до (а) і після

(б) видалення уламкового матеріалу

Якщо здійснювати перфорацію при депресії тиску на пласт, то можна добитися вимивання уламків із усього перфораційного каналу в незцементованих пісках. Цей метод найкраще застосовувати в наступних випадках:

а) достатнястійкістьпластадаєзмогу створюватипевний перепад тиску між пластом і стовбуром свердловини і отримувати об'єм припливу із пласта, достатній для вимивання

73

уламківперфораціїіглинистоїкіркиізусіхканалівперфорації, проте не викликаючи при цьому винесення піску;

б) пластовий тиск близький до початкового гідростатичного тиску, так що задану депресію можна отримати в результаті заповнення свердловини дизельним паливом;

в) перфорація здійснюється за один спуск перфоратора через ліфтову колону, а слідом за перфорацією здійснюється оброблення порід смолою.

Методом імпульсного вакуумного промивання перфораційні канали піддаються дії миттєового зниження тиску до атмосферного для вимивання уламків перфорації, пластового піску і бурового розчину. Для цього використовується спеціальний інструмент, який містить пакер, повітряні камери об'ємом 4 л на один канал перфорації при атмосферному тиску (у вигляді однієї або декількох труб) і два клапани (один над повітряною камерою, другий під повітряною камерою). Нижній клапан інструменту різко відкривається у випадку переміщення труб або під дією тиску в затрубному просторі і зона під пакером отримує сполучення

зкамерою атмосферного тиску. Потік рідини регульованого об'єму видаляє уламки із перфораційних каналів. Після цього відкривається верхній клапан, через який здійснюється оброблення привибійної зони, відбір флюїду із пласта або циркуляціярідини. Цьомуметодувіддаютьперевагупорівняно

зпримусовим промиванням у випадках, коли інтервал перфорації має порівняно невелику довжину, пласти в інтервалі перфорації мають низький тиск і очікується надмірне поглинання робочої рідини пластом.

Відомо також апарат для кумулятивної перфорації з одночаснимзакріпленнямпластапластмасою. Опускаютьйого у свердловину на кабелі. Після встановлення апарата на необхідній глибині колону прострілюють двома

74

кумулятивними зарядами. Робочі рідини (тампонажний агент для тимчасового кріплення, робоча рідина, пластмаса, каталізатор), які знаходяться в контейнері апарата, в певній послідовності і з певною витратою видавлюються у пласт генератором тиску. У результаті навколо кожного перфораційного каналу утворюється сферична зона із закріпленого піску діаметром близько 45 см (успішність промислових робіт щодо відсутності винесення піску складає близько 80%).

Наступне, в ході розробки покладу, обводнення привибійної зони пласта також сприяє посиленню процесу її руйнування.

У разі слабозцементованих колекторів величина депресії тиску та, особливо, плавність зміни вибійного тиску під час пуску свердловин відіграють вирішальну роль у запобіганні руйнування привибійної зони. Промисловий досвід показує, що дуже важливо враховувати це від самого початку розробки покладутаексплуатаціїпершихсвердловин. Тодізначнолегше плавною зміною вибійного тиску і обмеженими відборами рідини забезпечити зберігання цілісності привибійної зони пласта, ніж призупинити руйнування, яке вже почалося.

Освоєння пробкоутворювальних свердловин, як показує практика, слід здійснювати методом плавного запускання. В іншому випадку під час швидкого створення великої депресії тиску неминучим є руйнування привибійної зони та поступлення значної кількості піску у свердловину. Величину допустимої депресії тиску на слабозцементований колектор покищоневдаєтьсянадійнорозрахуватианалітичнимшляхом, а запропоновані формули для розрахунку допустимої депресії тиску містять величини, які визначаються дослідженням свердловин цього ж конкретного покладу на різних режимах (з різними дебітами).

Найдоцільнішим способом освоєння таких свердловин у початковий період розробки слід вважати застосування пін,

75

які, внаслідок широкого діапазону зміни густин, дають змогу досить плавно викликати приплив рідини з пласта. Одночасно піни запобігають фільтрації води в привибійну зону, що зберігає проникність колектора. На пізній стадії розробки енергетично виснаженого родовища плавний приплив рідини з пласта можна забезпечити свердловинним насосом.

Оскільки причиною руйнування колектора є напруження в породі, яке виникає під час фільтрації рідин, то зі зменшенням швидкості фільтрації (дебіту свердловини) в результаті зменшення депресії тиску на пласт напруження знижуються. Тому уникнути руйнування порід можна зменшенням дебіту до певного допустимого рівня, при цьому зменшуються швидкість фільтрації, депресія тиску і, як правило, напруження в породі (гідродинамічний метод).

Однак за умов слабозцементованих порід експлуатація свердловин за таких режимів часто виявляється економічно нерентабельною. Внаслідок цього до обмеження дебітів вдаютьсядужерідко. Тому, восновному, використовуютьрізні вибійні фільтри (механічний метод) або здійснюють кріплення порід у привибійній зоні (хімічний метод), тобто на шляху міграції частинок (у випадку дифузії) створюють різні перешкоди. Такі роботи з кріплення привибійної зони повинні проводитися зразу ж, у процесі розкриття продуктивних пластів.

До механічного методу належать технологічні процеси обладнання свердловин різними вибійними протипіщаними фільтрами або ж утворення фільтрів на вибої шляхом намивання фільтрувальних матеріалів. Цей метод відомий давно, є найбільш простим, однак широкого технологічного застосування в практиці газонафтовидобування не знаходив. У зв'язку із введенням у розробку родовищ із високов'язкими нафтами та розвитком термічних методів дії на пласт необхідність застосування фільтрів для попередження винесення піску з пласта набула актуальності.

76

Хімічний метод ґрунтується на штучному закріпленні гірських порід різними в'язкими речовинами, в основному полімерного типу (водорозчинна фенолформальдегідна смола СФЖ - 3012, компоненти на основі сланцевих фенолів, компонент на основі спінених синтетичних смол, тощо), але відноситьсядодорогих, хочінайбільшперспективнихметодів.

До фізико-хімічних методів можна віднести спосіб кріплення колекторів шляхом коксування нафти в привибійній зоні в результаті її полімеризації та спосіб термохімічного кріплення з застосуванням гранульованого магнію. Перший спосіб здійснюється запомповуванням через фільтр гарячого повітря і рекомендується до застосування під час видобування високов'язких нафт з неглибоко залеглих пластів. Такі експерименти проведено на родовищі Павлова Гора (Краснодарський край). Однак застосування фізико-хімічних методів боротьби з винесенням піску ще не вийшло за межі експериментальних робіт і не знайшло широкого розповсюдження.

Свердловини, які обладнують засобами затримування піску, можуть мати в продуктивному інтервалі або відкритий вибій, або перфоровану обсадну колону. У випадку відкритого вибою доцільно застосовувати фільтри-хвостовики і намивні гравійні фільтри, а у свердловинах з обсадженим продуктивним інтервалом - намивний гравійний фільтр всередині обсадної колони або здійснити кріплення привибійної зони смолою.

Для закінчування свердловин у продуктивних пластах із слабозцементованими породами (сипкими пісками) з метою боротьби з винесенням піску необхідно:

а) застосування дірчастих фільтрів або труб з просверленими в них отворами;

б) використання намивного вибійного фільтру, виготовленого із піску (гравію) або іншого матеріалу;

в) заповнення затрубного простору в інтервалі залягання

77

продуктивного пласта гравієм; г) штучне кріплення піску в продуктивному пласті

(консолідація порід).

При цьому перші два заходи зводяться до затримування уже винесеного із пласта піску різними фільтрувальними пристроями, а других два - до штучного закріплення порід у привибійній зоні шляхом створення перешкоди між пластом і колоною труб або обробка пласта спеціальним в'язким матеріалом.

Застосування ефективних способів кріплення слабозцементованих колекторів і методів боротьби з винесенням піску під час експлуатації свердловин дає змогу підвищити темпи розробки нафтових і газових родовищ на шельфах морів та океанів та зекономити значні кошти.

4.2 Особливості застосування вибійних фільтрів

Екранування поверхні продуктивного пласта у свердловині, точніше на її стінці, вибійним фільтром вважається найефективнішим методом запобігання дифузії (механічний метод). Суть методу полягає в затримуванні частинок піску продуктивного пласта навколо отворів штучного фільтра.

Фільтр повинен затримувати 70-80% (за масою) великих частинок породи пласта і пропускати дрібних частинок не більше 20-30%. За цієї умови буде збережено механічну стійкість скелету пласта. За конструкцією і технологією виготовлення розрізняють трубні, гравійні і металокерамічні фільтри.

Проектування вибою перепускних свердловин майкопського продуктивного горизонту (М-V) займає особливе місце в проектуванні розробки Архангельського родовища. Сьогодні на вибої свердловин, що експлуатують

78

майкопський горизонт Архангельського газоконденсатного родовища використовуються фільтри різної конструкції: титаномагнієві, щілисті, лавсанові, склопластикові із зернистим наповнювачем, склопластикові на алюмінієвому каркасі, склопластикові, проти піщані, гравійні (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 - Титаномагнієвий фільтр, лавсановий фільтр, склопластиковий фільтр (перелік зліва на право)

Але досвід експлуатації свердловин майкопських відкладів показує на недостатню ефективність різних конструкцій фільтрів. В процесі експлуатації більшість з них забиваються породою або руйнуються, що призводить до зниження дебітів свердловин та скорочення міжремонтного періоду. Тому ефективність роботи фільтру можна підвищити комплексом заходів, що зменшують перемінні навантаження на привибійну зону свердловини протягом тривалого періоду експлуатації.

4.3 Гравійні фільтри

Гравійні фільтри можуть бути: а) підвісні гравійнотрубні, які створені на поверхні (шар гравію в зазорі між двома концентричними перфорованими трубами); б)

79

гравійно-намивні, які створені у свердловині (намивання шару твердих частинок за стінки перфорованої труби).

Гравійні фільтри можуть ефективно працювати тільки у випадку правильно підібраної ширини щілин або розмірів зерен (точніше пор) гравію (конкретніше, піску з більшими розмірамичастинок) зурахуваннямгранулометричногоскладу пластового піску. Важливими є й інші параметри, зокрема характеристики гравію, ступінь ущільнення і якість матеріалу, конфігурація щілин і конструкція фільтрів. Крім того, спеціальну увагу слід приділяти, особливо під час застосування теплових методів видобування нафти або у свердловинах для скидання промстоків, вибору матеріалів для боротьби з корозією під дією агресивних рідин. Необхідно відмітити, що в нетипових ситуаціях, коли інформації виявляється недостатньо для всебічного наукового підходу, вибір оптимальних конструктивних параметрів потребує досвіду і практики.

Розміри щілин та зерен гравію. Щоб правильно вибрати розміри зерен механічних засобів затримування піску, забезпечуючи при цьому ефект аркоутворення і повне припинення винесення піску без надмірного обмеження пропускної здатності, необхідно знати розміри зерен пластового піску. Ці дані отримують за допомогою ситового аналізу відібраних взірців пластової породи. Взірці порід пластаможнаотриматизадопомогоюбоковогоґрунтоносуабо з кернів, відібраних перед закінчуванням свердловини. Взірці з бокового ґрунтоносу можуть містити подрібнені зерна або забруднювачі із бурового розчину, і, крім того, не завжди вдаєтьсявитягнутикрихку породуздосліджуваногоінтервалу. Після запуску видобувної свердловини в експлуатацію можна відбирати проби за допомогою желонки чи піскоуловлювачів або інших засобів очищення видобувної рідини від механічних домішок. Недоліки таких проб - відсутність у них тонких або грубих частинок (під час руху відбувається гравітаційне

80

розміщення частинок за розмірами), змішаність частинок з різних інтервалів та потрапляння частинок із нетипової зони, а також відбирання частинок з інших інтервалів.

Для проектування засобів затримування піску краще брати керни, що відібрані з усього продуктивного інтервалу за допомогою колонкових доліт з гумовими оболонками, з точним прив'язуванням їх до глибин. Цей метод, незважаючи на високі витрати з відбирання керна, слід застосовувати в нових районах, де існує ймовірність ускладнень, пов'язаних з винесенням піску.

Для відбирання взірців сипких пісковиків застосовують ґрунтонос з гумовим шлангом або звичайні керновідбирачі. Ґрунтонос з гумовим шлангом дає змогу здійснювати безперервне відбирання керну із цілком незцементованих піщаних пластів, коли зберігається природне розміщення частинок і насиченість флюїдом для лабораторних досліджень. Ґрунтонос встановлюють у нижній частині бурового інструменту, а відбирання керну довжиною до 6 м і діаметром 76 мм здійснюється в гумовий гофрований шланг з обтисканням, що забезпечує збереженість керну під час піднімання його на поверхню. Піднятий керн заливають парафіном або поміщають у скраплений азот, в якому він замерзає. У лабораторії із нього вирізають взірці, які зберігають у холодоагенті. Для дослідження з метою оцінки впливу гірничого тиску на проникність і пористість керн поміщаютьукернотримачірозморожуютьзметоюдосліджень у більш-менш ущільненому вигляді .

Якщо в якості засобу затримування піску використовувати щілинні або дротяні фільтри без гравійного обсипання, то треба правильно вибирати ширину щілин з урахуванням розмірів частинок пластового піску, які необхідно затримати. Там, де пісок має широкий фракційний склад, задовільні результати дає критерій Коберлі, згідно з яким ширина щілин має в 2 рази перевищувати діаметр D90

81

(персентільний діаметр) частинок 90% відсіву пластового піску за масою частинок, тобто 2D90 . У даному випадку

діаметр D90 частинок 90% відсіву означає розмір вічка сита, через яке проходить 90% маси піску від загальної маси проби пластовоїпороди. Якщопіскиодноріднітаокатні, тодіширина щілинмаєдорівнювати діаметручастинок85-90%-ноговідсіву пластового піску.

Там, де щілинні та дротяні фільтри не можуть затримати частинки дуже тонкозернистого піску і де такі фільтри з дуже малим розкриттям щілин легко забиваються, широко розповсюдженим і ефективним засобом затримування піску є щілинні фільтри із зовнішнім гравійним обсипанням. Гравій запобігає поступленню пластового піску, стабілізуючи та підтримуючи поверхню каверни в пласті і не даючи піску рухатися. Затримування піску забезпечується правильним підбором діаметра порових проходів у гравійному масиві відносно до діаметра частинок пластового піску. Під час проектування гравійних фільтрів рекомендується діаметр зерен гравію вибирати за наступним емпіричним виразом:

де D50, D90, D10 - діаметри зерен гравію, які відповідають 50%, 90% і 100%-ним точкам гранулометричної кривої розподілу діаметрів;

d50, d90, d10 - аналогічно діаметр зерен пластового піску. Коберлі показав, що ефективно затримувати пісок буде гравій, найбільший діаметр частинок якого в 10 разів більший за діаметр частинок 90%-ного відсіву на кумулятивній кривій гранулометричного складу пластового піску. Хілл, розглянувши вплив цього співвідношення на проникність, знизив його до восьми.

Пізніше Тауш і Корлей висунули припущення, що

82