Интенсификация притока газа путем репрессионно-депрессионного воздействия пенными системами на продуктивные отложения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С.Б. Бекетов, 2003

УЛК 661.185.1.004.14

С.Б. Бекетов

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРИТОКА ГАЗА ПУТЕМ РЕПРЕССИОННО-ЛЕПРЕССИОННОГО ВОЗЛЕЙСТВИЯ ПЕННЫМИ СИСТЕМАМИ НА ПРОЛУ КТИВНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ

Физико-химические и гидродинамические методы воздействия на призабойную зону пласта (ПЗП) с целью очистки и восстановления ее коллекторских свойств получили широкое распространение в практике добычи нефти и газа. В настоящее время на месторождениях и подземных хранилищах газа (ПХГ) применяется более десятка таких методов. На выбор метода в каждом конкретном случае оказывают влияния многие факторы, в частности:

• тип коллектора;

• значения фильтрационно-емкостных свойств ПЗП;

• величины пластового давления;

• тип фильтра (плотность перфорации, размер и количество щелей и т.д.);

• расположение интервалов воздействия на пласт в пределах вскрытого разреза;

• наличие водоносных интервалов в разрезе;

• техническое состояние скважины;

• прочностные характеристики крепи скважины;

• причины снижения коллекторских свойств ПЗП;

• технические и финансовые возможности предприятия.

Следует отметить, что сегодня последний из перечисленных факторов бывает решающим при выборе того или иного метода интенсификации притока газа. В связи с этим наиболее перспективным в этом направлении следует считать разработку комплексных технологий, включающих в себя сочетание физико-химических и гидродинамических факторов воздействия на ПЗП, позволяющих снизить стоимость работ в целом. При этом многофакторный комплекс воздействия на пласт должен отвечать технологической доступности и простоте осуществления технологических операций.

Одним из перспективных, но, к сожалению, не до конца изученных и малоприменяемых в практике добычи газа, является метод волнового воздействия на пласт. Разновидностью метода воздействия являются гидроудары на пласт переменным давлением.

На практике в настоящее время используются различные устройства (гидравлические пакера, струйные насосы, пустотные камеры, взрывные вещества, электрозаряды и т.д.) и технологии, позволяющие получить гидроудары в режиме низкочастотных или одиночных импульсов [1, 2, 3, 4].

С целью повышения эффективности воздействия на пласт и снижения затрат на проведение ремонтных работ, автором совместно с коллегами разрабо-

тана и внедрена в практику технология интенсификации притока газа с применением двухфазной пены в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД). Технология может осуществляться как непосредственно при промывке песчаноглинистых пробок, так и отдельно при проведении интенсифи-кационных работ [6, 7].

Сущность технологии заключается в применении репрессионно-депрессионной (волновой) обработки ПЗП в импульсном режиме. Отличительной особенностью технологии является многократное инициирование в зоне обработки пласта (путем регулирования забойного давления, создаваемого столбом двухфазной пены) знакопеременных импульсов давления, направленных из пласта в скважину и обратно.

Метод воздействия на пласт переменным давлением дает хороший эффект в условиях высокопрочных пород. При создании знакопеременных давлений происходит очистка пор и трещин ПЗП, возникают усталостные явления в породах пласта и появляется возможность образования и развития трещин [8, 9].

Установлено, что эффективность метода переменных давлений в основном определяется характером депрессий, создаваемых на пласт, которые зависят от темпа изменения забойного давления, т.е. чем резче создается депрессия тем эффективнее воздействие на пласт. По результатам наших лабораторных исследований, а также по мнению авторов работ [10, 11] применение двухфазных пен для воздействия на ПЗП переменными давлениями увеличивает эффективность процесса. Декольматация путем закачки в ПЗП двухфазной пены происходит в результате протекания ряда сложных физикохимических процессов, таких как смачивание твердой поверхности, адсорбция ПАВ и других компонентов пены на кольматирующих веществах, осадках окислов железа и поверхности породы, удержание частиц во взвешенном состоянии.

Декольматация происходит в несколько этапов:

• при нагнетении пены в пласт - контакт пенной системы с обрабатываемой поверхностью, ее смачивание;

• удаление кольматирующих веществ с поверхности породы;

• при вызове притока из пласта - удержание кольматирующих веществ во взвешенном состоянии и вынос их из пласта в ствол скважины с последующим удалением из скважины в процессе ее циркуляции.

Таким образом, закачиваемая в призабойную зону многокомпонентная пена, содержащая анионак-тивные ПАВ и электролиты (хлористый кальций), адсорбируется на поверхности породы и кольматирующих веществ. При создании знакопеременных нагрузок на пласт происходит разрушение и вынос этих осадков вследствие резкого воздействия расширяющихся пузырьков газа и высоких скоростей движения воды в каналах и порах ПЗП [9]. Рядом исследователей выявлен эффект аномального усиле-

ния инициируемых волн в жидкостях, насыщенных газом. Сущность эффекта заключается в том, что при ударных нагрузках гетерогенной системы давление за фронтом волн может во много раз превышать инициируемые первоначальные давления. Эффект усиления давления при этом может достигать 5-6 кратной величины от начального импульса. Эти результаты были получены в диапазоне создаваемых давлений от 0,3 до 6,0 МПа [12]. При волновом воздействии на пласт наибольшему влиянию подвергается ПЗП.

Как уже было отмечено ранее, величина создаваемого избыточного давления в колонне при создании гидроимпульса (а также величина депрессии при вызове притока из пласта) ограничивается, в частности, прочностными характеристиками конструкции скважины. В случае создания избыточного давления на пласт должно выполняться условие:

Ру )) Рпл - Р8Н - Рдоп

где Рпл- пластовое давление, МПа; р - осредненная

плотность пены по стволу скважины, кг/м3; Н - высота столба пены, м; р - давление, необходимое для

доп

преодоления сил гидравлического сопротивления, МПа; р - создаваемое на устье давление, МПа.

у

При вызове притока из пласта, т.е. депрессионного воздействия на пласт, должно быть выполнено условие:

Рпл)Р8Н + Рдоп

При этом при создании депрессии на пласт должна учитываться прочность цементной оболочки крепи эксплуатационной колонны:

АР < Р - (Р ' - аН)

пл V пл '

где АР - депрессия на пласт, МПа; Р - давление в

водоносном горизонте, МПа; Н - высота качественной цементной крепи между ГВК и нижними перфорационными отверстиями, м; а - допустимый градиент давления на крепь обсадной колонны, МПа (не более 2,5 [13).

Допустимая депрессия на пласт с учетом соблюдения условий устойчивости призабойной зоны пласта будет обеспечена при следующем соотношении [14]:

АР <—сж - к (Р - Р )

2 '-г п л

где а ж- предел прочности породы на сжатие, МПа;

Рг - вертикальное горное давление, МПа; к - коэффициент бокового распора.

В случае вызова притока из пласта, сложенного трещиноватыми породами, необходимо учитывать возможность смыкания трещин при создании депрессии и не превышать расчетного давления:

АР =<-3^

41 (1 -и2)

где 3 - величина раскрытия трещин, мм; I - длина

трещин, мм; Е - модуль упругости пород пласта, МПа; и - коэффициент Пуассона.

Необходимо учитывать также то обстоятельство, что минимальная депрессия на пласт должна обеспечивать преодоление сил гидравлического сопротивления движению жидкости в ПЗП для получения притока флюидов:

АР > Рд

до п

где РдоП = 2 - 5 МПа [6].

Ударное воздействие на ПЗП повышается в реальных условиях за счет нарастания силы ударной волны и упругих свойств обсадной колонны и насоснокомпрессорных труб (НКТ). Усиление гидровоздействия носит линейный характер от давления, если создаваемые нагрузки не выходят за пределы интервала упругой деформации металла колонны. Предел допустимого внутреннего давления колонны рассчитывается по известной методике, при этом учитывается остаточная толщина стенок обсадных труб, которая со временем эксплуатации скважины уменьшается [13, 15]). В соответствии с технологией депрессионно-репрессионного воздействия на пласт, проникнув из скважины в ПЗП под действием повышенного давления, пена впоследствии выносится в скважину вследствие резкого создания депрессии путем сброса давления на устье скважины. При этом в пласте происходит расширение существующих пузырьков газа, а также образования новых в соответствии с условием:

Рн = Рпл +АР

где Рн - давление насыщения жидкости газом, МПа;

Рпл - пластовое давление, МПа; АР - избыточное давление внутри пузырьков газа, МПа.

Причем АР описывается уравнением Лапласа:

АР =

2а

где Г - радиус пузырька, м; а - поверхностное напряжение, кг/м.

Время образования пузырька незначительно и составляет порядка 10-10-10-12 с [16]. Затем пузырек растет за счет диффузии в него газа из жидкости.

Таким образом, в процессе движения пены в ПЗП к стволу скважины, растет количество выделившегося газа, а, следовательно, объем притекающей газожидкостной смеси, что ведет к увеличению скорости ее движения и турбулизации потока. Повышение скорости движения газожидкостной смеси также дополнительно положительно влияет на процесс удаления кольматирующих веществ в связи с возникновением эффекта поршневания при движении смеси в порах и трещинах пласта

При воздействии на пласт переменными давлениями одним из важных параметров является выбор оптимального количества гидроударов.

Рядом авторов проводились исследования действия знакопеременных нагрузок на породы слабосцементи-рованных пластов [17]. Выявлена закономерность снижения предельных напряжений при неоднократном гидравлическом нагружении испытуемого образца породы. Максимальное снижение сдвигающих напряжений происходит при втором гидравлическом импульсе. Последующие нагружения дают меньшие изменения и

Г

после 6-7 импульсов изменений сдвигающих напряжений практически не происходит. При давлении гидроимпульса в пределах 4 МПа снижение сдвигающих напряжений составляет около 35%. Сила сцепления резко убывает уже после первого гидроимпульса, а после шести импульсов сила сцепления снижается до 0,05 МПа.

При разработке технологии репрессионно-депрессионного воздействия на пласт нами учтен опыт воздействия на пласт гидроударами, инициируемыми при помощи специальных устройств, спускаемых в скважину. Оптимальность шестикратного воздействия на пласт доказана авторами работы [16], которые провели стендовые испытания и опытно-промышленное внедрение специальных устройств в нефтяных скважинах. Основываясь на результатах данных исследований, а также наших лабораторно-стендовых исследованиях, проведенных на искусственных и натуральных образцах керна, отобранных при бурении на различных месторождениях, оптимальное количество циклов репрессия-депрессия принято равным 6-7.

Широкое применение технология репрессионно-депрессионного воздействия на пласт в процессе промывки песчаных пробок в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД) с целью интенсификации притока газа получила при ремонте скважин на Пун-

1. Яремийчук Р.С., Лесовой Г.А. Технология воздействия на призабойную зону пласта многократными депрессиями / Нефтяное хозяйство, □ 5. 1985. - С. 70 - 73.

2. Рабинович Е.З. Гидравлика - М.: Недра. 1980. С. 278.

3. Усиление ударных волн в неравновесной системе жидкость-пузырьки растворенного газа / Б.Е. Гальфанд,

B.В. Степанов, Е.И. Тимофеев, С.А. Цыганов. - М.: ДАН. 1978. Т. 239.

4. Сизоненко О.Н, Малюшевский Р.А., Максутов Р.А. Особенности взрывного воздействия в условиях скважин / Сборник научных трудов ВНИИнефть. 1981. Вып. 77. - С. 101-106.

5. Обработка ПЗП депрессией в импульсном режиме/ Ю.В. Зуев, В.М. Воронцов, А.Г. Корженевский и др. / Нефтяное хозяйство. 1983, № 9. - С. 42-50.

6. Тагиров К., Бекетов С., Иванов Р. Увеличиване притока на газ в сондажите на газово хранилище “Чирен” / София. Геология и минерални ресурси. № 4. 2000. - С.24-27.

7. Бекетов С.Б, Гасумов Р.А, Пономаренко М.Н. Технология воздействия на призабойную зону пласта с целью интенсификации притока газа в процессе промывки скважин / Сборник научных трудов, серия "Проблемы капитального ремонта скважин и эксплуатации подземных хранилищ газа". Вып. 33. Ставрополь: СевКавНИПИгаз. 2000. -

C. 95-100.

8. Гаврилкевич И.В. Новый метод образования трещин в нефтяных пластах - метод переменных давлений. Труды ГрозНИИ, вып III. М.: Гостоптехиздат. 1958. - С. 159-170.

гинском ПХГ (Россия) и Чиренском газохранилище (Болгария) [6, 7].

Таким образом, анализируя эффективность технологии, следует отметить:

- в настоящее время одним из наиболее перспективных направлений воздействия на пласт с целью интенсификации притока газа следует считать разработку комплексных технологий, включающих в себя сочетание физико-химических и гидродинамических факторов воздействия на ПЗП. При этом многофакторный комплекс воздействия на пласт должен отвечать технологической доступности и простоте осуществления технологических операций;

- технология очистки ПЗП путем воздействия двухфазной пеной в условиях АНПД позволяет эффективно воздействовать на ПЗП путем репрессионно-депрессионной обработки ПЗП в импульсном режиме;

- технология предусматривает проведение последовательно двух различных операций: промывку скважины и поинтервальное воздействие на ПЗП с целью интенсификации притока газа, что снижает в целом затраты на проведение работ в результате уменьшения времени выполнения операций, снижения расходов химреагентов, амортизации спецтехники.

- технология широко применяется при ремонте скважин на подземных хранилищах газа в нашей стране и за рубежом.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

9. Абдулин Ф.С. Повышение производительности скважин. - М.: Недра. 1975. - С. 264.

10. Обработка ПЗП депрессией в импульсном режиме / Ю.В. Зуев, В.М. Воронцов, А.Г. Корженевский и др. / Нефтяное хозяйство. 1983, № 9. - С. 42-50.

11. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. - М.: Недра. 1990. - С. 138.

12. Нигматулин Р.И, Пыж В.А., Симоненков И.Д. Эффект аномальных колебаний с интенсивными всплесками даления в ударной волне, распространяющихся по водной суспензии бентонитовой глины / Известия ВУЗов. Серия Нефть и газ. 1983. № 11. - С. 45-47.

13. Инструкция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин / О.Д. Даниленко, К.И. Джафа-ров, В.Г. Колесников и др. / РД от 01.07.1997 г., М.: Федеральный горный и промышленный надзор России. 1997. -

С.194.

14. Освоение скважин / А.И. Булатов, Ю.Д. Качмар, П.П. Макаренко, Р.С. Яремийчук / М.: Недра. 1999. С. 472.

15. Инструкция по переаттестации скважин ПХГ с целью определения их возможной эксплуатации / А.Е. Арутюнов, К.М. Тагиров, С.Б. Бекетов и др./ Ставрополь.: СевКавНИПИгаз. 2001. - С. 29.

16. Кудинов В.И., Сучков Б.М. Методы повышения производительности скважин / Самара: Самарское книжное издательство. 1996. - С. 414.

17. Совершенствование конструкций забоев скважин / М.О. Ашрафьян, О.А. Лебедев, Н.М. Саркисов и др. - М.: Недра. 1987. - С. 183.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Бекетов Сергей Борисович - кандидат технических наук, главный геолог ООО "Кавказтрансгаз"

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Ш

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания:

Число сохранений:

Дата сохранения:

Сохранил:

Полное время правки: 6 мин.

Дата печати: 08.11.2008 23:52:00

При последней печати страниц: 3

слов: 2 260 (прибл.)

знаков: 12 883 (прибл.)

БЕКЕТОВ

G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB7_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do Технология промывки песчаных пробок в скважинах в S

04.06.2003 11:45:00 6

08.11.2008 22:53:00 Таня