Интенсификация работы скважин водоснабжения, газо и нефтедобычи с использованием технических средств скважинной гидротехнологии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

АЖИННАЯ: ГИДРОДОБЫЧА :

■

^ Н.И. Бабичев, Ю.В. Либер, Г.Ю. Абрамов, 2000 -

Т

УДК 622.485:622.276

Н.И. Бабичев, Ю.В. Либер, Г.Ю. Абрамов

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОТЫ СКВАЖИН ВОДОСНАБЖЕНИЯ, ГАЗО И НЕФТЕДОБЫЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СКВАЖИННОЙ ГИДРОТЕХНОЛОГИИ

• простоту и снижение времени сооружения скважин;

• большую (в 2-3 раза) производительность;

• экономическую эффективность (снижение стоимости воды при резком снижении обслуживания).

Однако такие скважины сооружались лишь в благоприятных горно-геологических условиях -устойчивая кровля, представленная известняками, мергелем или плотными глинами и слабосвязный песчаный водоносный горизонт [1].

Разработанный в рамках выполнения программы ВПК технические средства скважинной гидротехнологии, обеспечивающие проходку подземных полостей в

Таблица 1

радиционные скважины водоснабжения, нефте- и газодобычи, оборудованные фильтрами, спускаемыми на колонне обсадных труб или сооружаемыми на контакте с продуктивным пластом путем перфорации стенок обсадных колонн, часто не обеспечивают нужной производительности из-за больших гидравлических сопротивлений фильтра и прилегающей за глинизированной зоны, в результате химической и механической кальматации, а также из-за увеличения выноса песка через фильтр при превышении предельной нагрузки.

Значительно повысить производительность таких скважин (в 2-3 раза) при снижении стоимости строительства и обслуживания позволяют скважины с увеличенной приемной зоной, водоприемником в которых является большая полость, формируемая в продуктивном пласте техническими средствами СГТ. Опыт эксплуатации таких скважин в России и Белоруссии для добычи воды, названных без-фильтровыми, показывает, что они обеспечивают:

• меньшую материалоемкость (отпадает необходимость установки фильтра, снижается диаметр обсадных труб);

породах любой прочности и сооружение на любой глубине искусственных перекрытий, позволяют оборудовать скважины с увеличенной приемной зоной в любых условиях [2].

Так, при неустойчивых породах в кровле и достаточной устойчивости пород самого водовмещающего пласта водоприемная полость приобретает вид вертикального цилиндра, заполняемого для предотвращения деформации стенок крупнозернистым песком и гравием (рис. 1).

При неустойчивых породах кровли и неустойчивых породах водовмещающего пласта после завершения бурения скважины в нее опускается колонна труб, перфорированная в интервале от кровли до почвы пласта и после спуска в нее скважинного снаряда начинается размыв пород за стенками перфорированной трубы с образованием цилиндрической полости, заполняемой пе-реотложенными крупными фракциями водовмещающего пласта, или при отсутствии таких фракций - крупнозернистым кварцевым песком, подающимся с поверхности (рис. 2). Такой же способ увеличения приемной зоны эффективен при переоборудовании фильтровых скважин в скважины с увеличенной приемной зоной.

№ им Название скважины, район бурения Глубина залегания водоносного горизонта, м/м Дебит скважин Отно- шение но- вый/ста рый

Дебит до начала работ Реальный дебит скважин после бурения или восстановления

1 Госпиталь -1 город Пурификасьон Департамент Толима 80/10 Средняя по району 2 Скважина новая -4 2,7

2 Порвенир Г ранада департамента МЕТА 140/29 До чистки 7 После чистки 27 3,9

3 ЭЛ Ампара город Г ранада департамента МЕТА 165/55 До чистки 37 После чистки 95 2.6

4 "Корвивир" город Вилла Лиссенсио департамента МЕТА 60/20 Средняя по району 3 новая -12 4

5 Турмеке департамент Бояка 40/4 Средняя по району 0,5 новая -1,3 3

Рис. 1. Скважина с увеличенной приемной зоной для водоносных залежей с устойчивы-ми водовмещающими породами

1 - обсадная колонна; 2 - затрубная це-ментоция; 3 - искусственная кров-ля; 4

- удаление пульпы; 5 - водопо-дающая колонна; 6 - воздухопа-дающая колонна; 7 - гидромонитор-ный узел; 8 - водовы-дачная колон-на; 9 - погружной насос;

10 - гра-вийная засыпка

Рис. 2. Скважина с увеличенной приемной зоной для водоносных залежей с неустойчи-вой кровлей и неустойчивыми разнозернистыми породами водовмещающего горизонта

1 - направляющая колонна труб; 2 - за-трубная цементоция; 3 - колонна обсадных труб с перфорированной нижней зоной (4); 5 - став водопо-дающих труб; 6

- став воздухопа-дающих труб; 7 - гидромониторный узел; 8 - водовыдачный став; 9 - погружной насос; 10 - гравийная засыпка

При устойчивых породах кровли и неустойчивых водовмещающих породах водоприемная полость выполняется в виде перевернутого конуса с углом заложения боковой поверхности меньше или равной углу естественного откоса водовмещающих пород под водой. При недостаточной устойчивости пород осуществляется их крепление различными способами [3,4,5]. Скважины с такой конфигурацией водоприемной зоны получили название -"бесфильтровых".

Все виды вышеприведенных конструкций скважин с увеличенной водоприемной зоной, предложенные сотрудниками НПЦ "Геотехнология" прошли пробные испытания в регионах республики Колумбия. Результаты этих работ приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы, увеличение приемной зоны позволило поднять дебит не менее чем в 2-3 раза и повысить качество откачиваемой воды за счет снижения содержания твердых взвесей. Вода стала практически прозрачной.

Использование технологии и технических средств СГТ для восстановления газодобычных скважин было осуществлено в США в угольном бассейне Сан Хуан, штат Нью Мексико.

Угольный пласт мощностью около 1 м залегает на глубине 1 км содержит в больших объемах метан. В 1993 году в НПЦ "Геотехнология", владеющей лицензией на право проектирования объектов добычи полезных ископаемых с применением технологии скважинной гидродобычи, обратилась фирма "Ресурс-Девелпмент" по вопросу создания подземных полостей в забойной зоне газодобычных скважин для восстановления их дебита. Работы были выполнены в течение года по предложенному НПЦ "Геотехнология" проекту на 5 скважинах, выведенных из добычи из-за падения дебита.

В результате проведенных работ производительность скважин возросла в 4^6 раз по сравнению с первоначальным. (рис. 3)

Комплект оборудования применяемого для работ по созда-нию коллекторов состоял из поршневого высоконапорного насоса PZ-8 Гарднер Денвер ис-пользуемого при бурении нефте-газовых скважин и передвижной

компрессорной станции.

Коллектора проходились скважинным добычным снарядом СГС-14 (патент США 4934466 от 19 июня 1992 г.) [4]. В забое скважины размещали снаряд скважинной гидродобычи и подачей высоконапорной воды разрушали горный массив на горизонте газоносности выполняя в нем радиальные выработки шириной до одного метра на глубину до трех метров и по

Рис. 3. Результаты работ по интенсификации добычи газа в штате Нью-Мексико США с помощью технических средств СГТ

высоте равные мощности газоносного пласта (средний диаметр каверны 5 м).

Снаряд скважинной гидродобычи изготовлялся по разработанным в НПЦ "Геотехнология" чертежам на заводе в г. Денвер. Двухтрубный став собирался из труб нефтяного сортамента.

Большой интерес для промышленности разных стран мира в ближайшие десятилетия будет представлять интенсификация нефтеотдачи скважин проходкой протяженных коллек-торов с использованием гидро-перфораторов с эжектирова-нием абразивных материалов.

Выбор рационального способа вскрытия продуктивных пластов при использовании вращательного способа бурения, предусматривающего применение промывочной жидкости, является одной из сложнейших проблем современной техники и технологии добычи нефти и газа.

В настоящее время наиболее применяемыми способами вскрытия пластов является перфорация пулевыми, торпедными и кумулятивными перфораторами.

Однако, все они обладают следующими недостатками:

• относительно небольшой вскрытой поверхностью (менее 1 % от поверхности труб в пределах пласта);

• уплотнением пород в местах вскрытия );

• возможностью разрушения из-за большой мощности взрыва, обсадной колонны и выхода скважины из числа действующих.

Этих недостатков лишен гидропескоструйный способ вскрытия, основанный на местном эрозионном разрушении обсадной колонны, цементного кольца и продуктивных пород струей жидкости с песком, истекающей с большой скоростью из насадок, направлен-

ных в сторону скважины. За короткое время струя жидкости с песком образует отверстие или щелевидную прорезь в обсадной колонне, цементном камне и разрушает продуктивные породы за стенкой на относительно большом расстоянии с выносом разрушенных частиц из образуемой полости. Других опасных нарушений обсадных труб и цементного камня при этом не происходит. Однако высокая абразивная способность песка приводит к износу насосного оборудования и труб по которым эта смесь прокачивается. Этого недостатка лишена новая технология вскрытия продуктивных пластов, [2] с использованием гидроперфораторов с эжектировани-ем абразивного материала, при которой насосы подают промывочную жидкость (без добавки глинистого материала) в специальное смесительное устройство, где формируемая струя сама эжектирует абразивный материал и направляет его на объект разрушения (рис. 4). Сжатый воздуха подающийся под давлением большим, чем давление столба жидкости в местах перфорации, отжимает уровень пульпы ниже оси струи, обеспечивая ей дальность полета 2-3 метра от оси скважины. По мере разрушения пород в забое происходит их классификация по крупности. При этом наиболее крупные фракции вме-

Рис. 4. Вскрытие продуктивных слоев перфораторами различных типов а) гидроперфоратором с эфектированием абразива; б) кумулятивным перфоратором

I - буровая скважина с затрубной цементацией; 2 - обсадная колонна; 3 -колонна труб для подачи абразива в струю сжатого воздуха; 4 - водоподающая колонна; 5 - гидромониторный узел; 6 - струя гидромонитора; 7 - щелевые отверстия проперфорированные в осадной колонне и цементном стакане; 8 -полость, заполненная абразивом крупными фракциями из залежи; 9 - кумулятивный заряд; 10 - детонирующий шнур;

II - перфорация в обсадной колонне и цементном кольце; 12 - геофизический кабель; 13 - слой непрницаемых пород; 14 - продуктивный слой

сте с частью абразивного материала оседает на дно образующейся щелевой выработки, предотвращая деформацию стенок. Мелкий материал вместе с потоком отработанной жидкости поступает снова в ствол скважины, где по межтрубному пространству выдается на поверхность. В комплект оборудования применяемого для пескоструйной перфорации входят высоконапорный поршневой насос и компрессор.

Таким образом, вокруг ствола скважины образуется зона повы-

шенной проницаемости, обеспечивающая приток нефти к скважине. Это позволяет поднять дебит откачки и общее извлечение из скважины, т.к. при прострелочных работах перфорируется только зона, составляющая менее 1 процента от общей поверхности трубы, контактирующей с продуктивным пластом.

При применении новой технологии вскрытия продуктивных пластов между взаимодействующими скважиной и самим пластом в зоне повышенной проницаемости создается

буферная емкость объемом в десятки кубометров, позволяющая интенсифицировать процесс нефтеотдачи пласта. Это позволяет на первом этапе рекомендовать такую технологию вскрытия прежде всего для восстановления дебита старых скважин и на новых скважинах, вскрывающие пласты с низкими фильтрационными свойствами.

Технология резания стальных труб и цемента путем эжектирова-ния абразива прошла опытные испытания на стенде в городе Гранада штата Мета (Колумбия).

1. Справочник по бурению скважин на воду" Д.Н. Башкатов, С.С. Сулакшин, С.Л. Драхлис и др. М., Недра,1979.

2. Бабичев Н.И. Николаев А.И. " Способ вскрытия текучих полезных ископаемых и устройство для его осуществления". Патент РФ "Изобретение №2123579 от 22 11. 1998 г.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. "Устройство для крепления кровли добычных камер", Бабичев Н.И., Николаев А.Н., и др. Патент на изобретение №2101507 от 10 01. 1998.

4. "Устройство для скважинной гидродобычи" Павельев В.А. Абрамов Г.М., Бабичев Н.И. Дмитриев В.А., Патент США №4934466 от 19 июня. 1990

і!:!*"

Бабичев Николай Игоревич — профессор, доктор технических наук, генеральный директор НЦП «Геотехнология».

Либер Ю.В. — зам. генерального директора НЦП «Геотехнология».

Абрамов Г Ю — кянлмлят технических наук гопный мнженеп