CC BY
65УДК 622.276.6
КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ
И РЕАНИМАЦИИ СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИБРОВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
INTEGRATED TECHNOLOGY TO INCREASE PRODUCTIVITY AND RESUSCITATION WELLS USING VIBROWAVE EXPOSURE
©Яковлев А. Л.
ООО «КНГК-Групп» г. Краснодар, Россия yakovlev@i-npz. ru ©Yakovlev A.
LLC "NGK-Group" Krasnodar, Russia [email protected] ©Шамара Ю. А. канд. экон. наук ООО «КНГК-Групп», г. Краснодар, Россия ©Shamara Yu.
PhD
LLC "KNGK-Group", Krasnodar, Russia ©Савенок О. В. д-р техн. наук
Кубанский государственный технологический университет
г. Краснодар, Россия olgasavenok@mail. ru ©Savenok O.
Dr. habil.
Kuban State Technological University Krasnodar, Russia [email protected]
Аннотация. При всей перспективности и обнадеживающих результатах виброволновых обработок скважин их внедрение происходило с переменным вниманием со стороны нефтегазодобывающих предприятий из-за недостаточно высокой успешности и эффективности предлагаемых различными авторами технических решений и методов. Главной причиной этого являлась недостаточная обоснованность амплитудно-частотных параметров существующих скважинных генераторов и технологических режимов обработок призабойной зоны пласта.
Всестороннее изучение процессов, происходящих при виброволновом воздействии в насыщенных коллекторах, заложило основу как для создания новых надежных, высокоэффективных генераторов колебаний и других технических средств, так и для разработки рациональных технологий, использующих научно обоснованные операционные параметры.
Abstract. For all prospects and encouraging results vibrowave wells treatments their implementation took place with varying emphasis on the part of oil and gas companies due to a lack
of success and the high efficiency offered by the various authors of technical solutions and methods. The main reason for this was the lack of validity of the amplitude-frequency parameters of the existing downhole generators and technological modes of treatments bottomhole formation zone.
A comprehensive study of the processes occurring in vibrowave exposure to saturated reservoirs, laid the foundation for the creation of new reliable, high-performance oscillator and other technical means, as well as for the development of sustainable technologies, using science-based operating parameters.
Ключевые слова: технология виброволнового и депрессионно-химического воздействий, технология виброволнового и пенного воздействий, очистка призабойной зоны скважины, специальное скважинное оборудование, схема размещения оборудования.
Keywords: technology vibrowave depression and chemical influences, technology vibrowave and foam effects, cleaning of bottomhole zone, special downhole equipment, equipment layout.
Обоснование и промысловое обеспечение технологических операций
Согласно исследованиям [1], воздействие упругими колебаниями в условиях обратной фильтрации совместно с правильно подобранным физико-химическим компонентом воздействия приводит к резкой интенсификации очистки пористой среды, загрязненной различными кольматантами. В связи с этим сочетание виброволнового воздействия с созданием депрессий на продуктивном интервале скважины является одним из необходимых условий эффективной очистки призабойной зоны пласта (ПЗП), в особенности для скважин с низким пластовым давлением.
Для достижения данной цели разработано два основных варианта технологий — технология виброволнового и депрессионно-химического воздействий (ВДХВ) и технология виброволнового и пенного воздействий (ВПВ) [1].
Требуемая энергонапряженность колебательного поля на продуктивном интервале скважины создается благодаря использованию гидродинамического вихревого генератора типа ГД2В, который развивает высокоамплитудные низкочастотные колебания давления (610 МПа с учетом резонансных систем) при относительно небольших расходах рабочей жидкости 2-6 дм3/с. Это позволяет создавать регулируемое и достаточно глубокое снижение давления на забое скважины путем откачки пластовой и рабочей жидкостей посредством совместно работающего с генератором колебаний специально разработанного струйного насоса.
Технологии ВДХВ и ВПВ предназначены:
1) для очистки призабойной зоны скважин от фильтрата и глинистых остатков бурового раствора, повышения качества освоения после бурения и вызова притока нефти из пласта;
2) для очистки ПЗП от кольматирующих материалов, внесенных в процессе проведения ремонтных работ или действия других техногенных факторов;
3) для повышения эффективности освоения под закачку воды при переводе добывающих скважин в фонд нагнетательных;
4) для оценки нефтегазоносности при испытании разведочных скважин;
5) для доосвоения и повышения производительности, реанимации, увеличения профиля притока добывающих и приемистости нагнетательных скважин, производительность которых после освоения стала ниже потенциально возможной или снизилась в процессе эксплуатации.
Технологические решения направлены на вовлечение в активную разработку трудноизвлекаемых запасов. Благодаря комплексному действию технологических факторов в низкопроницаемых и загрязненных терригенных коллекторах происходит:
-разупрочнение кольматирующего материала, глинистых включений и очистка поровых каналов коллекторов, устранение блокирующего влияния остаточных фаз газа,
нефти и воды, инициирование фильтрации флюидов в неохваченных пропластках и зонах, повышение охвата пласта как по толщине, так и по простиранию;
-улучшение фильтрационных характеристик заглинизированных коллекторов; -более быстрое и глубокое проникновение растворов химических реагентов, пен и эмульсий в пласт;
-выравнивание скоростей реакции в зонах с различной фазовой насыщенностью; -эффективное растворение и вынос карбонатного цемента и глинистого вещества, а также вторичных продуктов реакции из ПЗП;
-повышение эффективности взаимодействия растворителей с поверхностью скелета породы и очистка ПЗП от асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО). В карбонатных коллекторах происходит:
-более быстрое и глубокое проникновение растворов химических реагентов, пен и эмульсий в пласт, при этом за счет ускорения проникновения их в поры и трещины продуктивных пород происходит увеличение глубины и эффективности обработки пласта без применения специальных химических замедлителей реакции;
-выравнивание скоростей реакций в водо- и нефтяных зонах; -расширение существующих и создание новых микротрещин в ПЗП; -эффективное взаимодействие реагентов и растворителей с поверхностью скелета породы;
-очистка ПЗП от АСПО;
-растворение и вынос карбонатной составляющей без накопления нерастворимых вторичных продуктов реакций в порах пласта;
-выравнивание профиля притока и приемистости.
Вариант технологии с использованием струйного насоса (ВДХВ) Основная область применения — нефтяные залежи с осложненными геолого-физическими условиями разработки (терригенные коллекторы с пониженной проницаемостью, повышенной глинистостью; слоисто-неоднородные пласты; карбонатные продуктивные пласты).
Основными объектами для применения технологии ВДХВ являются вертикальные, условно вертикальные, наклонно-направленные скважины с наклоном ствола до 45°.
Сущность технологии состоит в воздействии на ПЗП упругими колебаниями путем возбуждения их на забое скважин гидродинамическим генератором при одновременном создании длительных депрессий на пласт с помощью струйного насоса, которые чередуются с повышением забойного давления выше пластового для создания репрессии, не превышающей давления гидроразрыва пласта, с продолжительностью, достаточной для накопления высокого потенциального запаса упругой энергии сжатия жидкости и породы в наиболее загрязненной области ПЗП вблизи скважины. При необходимости производят сочетание с воздействием химреагентами.
Такое чередование данных операций позволяет в наиболее загрязненной зоне вблизи ствола скважины создавать направленные из пласта к забою большие локальные градиенты давления, которые могут по абсолютному значению достигать давления гидроразрыва пласта. Благодаря наложению колебательных упругих деформаций интенсифицируется образование дополнительных трещин, при этом происходит перераспределение и ослабление остаточных упругих напряжений, что уменьшает их смыкание после сброса давления. Знакопеременные упругие деформации пласта в приствольной зоне и на перфорационных каналах приводят к появлению сети микротрещин как на поверхности перфорационных каналов, так и по радиусу от них вглубь пласта, что увеличивает количество открытых каналов для притока жидкости.
Упругие колебания способствуют интенсифицированию фильтрации жидкости и инициируют вынос из ПЗП кольматирующего материала, в результате чего очищаются
естественные поровые каналы и увеличивается гидропроводность и пьезопроводность приствольной зоны коллектора.
В процессе проведения циклов чередований репрессии и депрессии на пласт воздействию подвергаются все более отдаленные от ствола скважины зоны ПЗП. В результате осуществляется глубокая очистка ПЗП и восстанавливается естественная проницаемость коллектора вблизи скважины.
При отложениях в ПЗП солей или АСПО, техногенном засорении при закачке воды, глушении, проведении ремонтных операций виброволновая обработка сочетается с реагентным воздействием путем добавления химреагентов в рабочую жидкость или закачкой их в пласт в виде оторочек в процессе создания репрессий. Виброволновое воздействие интенсифицирует действие реагентов и способствует выносу как жидких, так и твердых или гелеобразных продуктов реакции, тем самым обеспечивается высокая степень очистки ПЗП и последующая продолжительная эксплуатация скважин.
Последовательность операций, рациональная глубина, объем и вид закачиваемых растворов химреагентов, время их выдержки на реагирование определяются на основании анализа результатов гидродинамических и геофизических исследований с учетом геолого-физических параметров пласта, категории и типа объекта — скважины, предыстории эксплуатации и проведенных ранее мероприятий, а также накопленного промыслового опыта обработок. Кроме того, используется прогнозное моделирование с применением компьютерных программ. В процессе проведения обработок ведется контроль:
- над притоком жидкости из пласта по увеличению объема жидкости в желобной емкости;
- при создании репрессий определяется приемистость для сравнительной проверки изменения фильтрационных свойств околоскважинной зоны;
- отбором проб изливаемой жидкости контролируется вынос кольматанта и оценивается его природа.
По результатам исследований корректируются продолжительность операций, объемы и виды химического воздействия. Качество и эффективность контроля за технологическим процессом существенно повышаются с применением автоматизированной системы контроля.
Технологией ВДХВ предусматривается применение специального скважинного оборудования: генератора колебаний типа ГД2В, установленного в интервале перфорации, адаптированного к нему струйного насоса типа ИС, спецфильтра, а также штатного нефтепромыслового оборудования: подземного (механического пакера, например, типа ПВМ, и вставного фильтра); наземного (агрегата для проведения спускоподъемных операций типа А-50 или ПТМТ, желобной емкости, насосных агрегатов типа СИН-31, 4АН-700 или АЧФ, автоцистерн); химреагентов: ПАВ, кислот, растворителей и др.
На Рисунке 1 приведена схема размещения оборудования для виброволновой обработки скважины с использованием генератора колебаний типа ГД2В и струйного насоса типа ИС, а на Рисунке 2 — схема компоновки этого оборудования, на которой представлены генератор 1 с резонатором 2, струйный насос 3, закрепленный в седле 4, спецфильтр 5, пакер механического типа 6, вставной фильтр 7. Генератор установлен внутри трубы НКТ 8.
Данную компоновку оборудования спускают на НКТ в скважину и устанавливают на заданной глубине. Далее производят посадку пакера.
В первой стадии работы, при повышении давления, рабочую жидкость (вода, растворы реагентов, нефть) закачивают в скважину с небольшим расходом, струйный насос и генератор работают только на пропускание жидкости, не выходя на рабочий режим.
Во второй стадии, при открывании затрубного пространства и подаче режимного расхода жидкости, струйный насос и генератор выходят на рабочий режим, происходит быстрое снижение давления под пакером и осуществляют виброволновую обработку продуктивного интервала ПЗП в условиях депрессии.
Особенности конструкции струйного аппарата позволяют в зависимости от продуктивности скважины изменять режим работы для осуществления максимального отбора пластовой жидкости или для создания на забое требуемого снижения давления и обеспечения оптимальной работы гидродинамического генератора.
Рисунок 1. Схема размещения оборудования для обработки ПЗП по технологии ВДХВ: 1 — генератор колебаний давления; 2 — резонатор; 3 — струйный насос; 4 — пакер; 5 — спецфильтр; 6 — фильтр вставной; 7 — насосные агрегаты; 8 — емкость; 9 — сепаратор; 10-18 — вентили; 19-21 — манометры; 22 — штуцер; 23 — фильтр; 24 — тройник БРС; 25 — амбар; 26 — емкость для рабочей жидкости; 27 — жидкость глушения; 28 — расходомер
Рисунок 2. Схема компоновки скважинного оборудования.
Вариант технологии с использованием пенных систем (ВПВ)
Основная область применения — нефтяные залежи с осложненными геолого-физическими условиями разработки (низкая проницаемость, повышенная глинистость и др., слоисто-неоднородные пласты, карбонатные коллекторы), с пластовым давлением не ниже половины и не выше гидростатического давления столба нефти в скважине.
Основными объектами для применения данной технологии являются преимущественно горизонтальные скважины (ГС) и вторые стволы действующих скважин, традиционные методы освоения которых после бурения и повышения продуктивности малоэффективны или технически невозможны, но при необходимости она может использоваться и для обработки вертикальных и наклонно-направленных скважин глубиной до 6000 м.
Сущность данного варианта технологии состоит в возбуждении в ПЗП упругих колебаний достаточной мощности с помощью гидродинамического генератора колебаний давления типа ГД2В, работающего при прокачке через него жидкостей (а также их смесей с газами), создании необходимого значения длительной депрессии на забое и вызове притока в скважину путем приготовления пенных систем на забое, пропускании их через межтрубное пространство с целью облегчения столба жидкости в скважине и создания условий для выноса кольматанта из ПЗП и на устье скважины. При этом предусмотрена возможность комбинирования с физико-химическим воздействием — закачкой в пласт растворителей, ПАВ, кислот и их композиций.
Важное достоинство данного варианта состоит в том, что он позволяет осуществлять комплексную виброволновую технологию в горизонтальных, наклонно-горизонтальных скважинах и вторых стволах скважин — на объектах, где технические операции посадки пакера невозможны или крайне затруднены, что исключает применение струйного насоса для создания депрессий на пласт. Помимо этого, присущие пенным системам упругие свойства, а также их повышенная вязкость и удерживающая способность позволяют весьма эффективно, в отличие от традиционных технологий, производить очистку продуктивного интервала горизонтальных скважин от бурового раствора в зазоре между нецементированным фильтром и стенкой открытого ствола, а также удалять глинистую корку, образующуюся на стенке скважины, сильно уплотненную за счет адсорбционных и молекулярных связей между глинистыми частицами.
Особенностью данного технологического процесса является то, что имеется возможность достаточно длительное время создавать заданную депрессию на пласт и при необходимости управлять ее значением. Последнее позволяет производить обработки скважин, вскрывающих неоднородные пласты со слабосцементированными коллекторами, с близкорасположенными к продуктивному горизонту подошвенной водой или газовой шапкой.
На рисунке 3 приведена схема размещения оборудования для виброволновой обработки скважины с использованием генератора типа ГД2В и пенных систем.
Рисунок 3. Схема размещения оборудования для освоения и повышения продуктивности скважин по технологии ВПВ: 1 — генератор; 2 — резонатор; 3 — отражатель; 4 — фильтр вставной; 5 — аэратор; 6 — фильтр; 7 — насосный агрегат; 8 — компрессор; 9, 10 — емкость;
11 — сепаратор; 12 — желобная емкость; 13-20 — задвижки; 21-23 — манометры; 24 — штуцер; 25 — амбар; 26 — расходомер; 27-39 — задвижки.
На Рисунке 4 показана схема компоновки скважинного виброволнового оборудования для технологии ВПВ.
В подготовительные мероприятия входят: -промывка скважины от бурового раствора; -гидродинамические и геофизические исследования; -отбивка забоя;
-спуск в скважину на колонне НКТ генератора типа ГД2В с резонатором.
После этого устанавливают на устье арматуру и обвязывают согласно схеме насосные агрегаты типа ЦА-320, компрессор типа СД9-101 или СД9-200 и желобную емкость. Обработку ПЗП производят в следующей последовательности. Сначала в скважину при открытом затрубе закачивают раствор ПАВ. При прокачке воды через генератор на забое возбуждаются пульсации давления. Затем включают компрессор и одновременно с подачей воды в НКТ нагнетают воздух. Водовоздушная смесь проходит через генератор, и в его каналах за счет динамических вихревых и колебательных процессов происходят интенсивное перемешивание воздуха с водой и образование высокодисперсной пены, которая заполняет межтрубное пространство и через выкидную линию изливается в желобную емкость. С помощью сепаратора пену разрушают, и отделенный от воздуха раствор ПАВ после оседания частиц грязи на дно емкости вновь забирают насосным агрегатом и подают на аэратор, а далее вместе с воздухом опять закачивают через НКТ в скважину.
Под действием депрессионного перепада давления загрязняющие частицы выносятся из пласта в ствол скважины, попадают в газоводяную пену и обратным потоком
97
по межтрубному пространству эффективно выносятся на устье, а затем удаляются. Продолжительность прокачки пены составляет 4-6 часов и зависит от степени загрязнения ПЗП и интенсивности выноса кольматанта. Контроль за его выносом ведется по количеству взвешенных частиц в пробах изливающейся жидкости.
Рисунок 4. Схема компоновки скважинного виброволнового оборудования для технологии ВПВ: 1 — НКТ диаметром 2,5"; 2 — репер-патрубок; 3 — вставной фильтр; 4 — генератор; 5 — переводник 2,5" к НКТ диаметром 3"; 6 — резонатор НКТ диаметром 3"; 7 — отражатель-заглушка; 8 — хвостовик из НКТ диаметром 3".
В целях улучшения условий работы генератора при выполнении операции прокачки пены производят чередование прокачки воды и пены в количестве двух-четырех циклов.
Далее, после остановки прокачки, происходит самоизлив пены до полной разрядки скважины. После этого производят установку генератора на другой интервал перфорации и повторяют описанные выше операции по прокачке пены.
Закачку растворов реагентов осуществляют через НКТ и установленное подземное оборудование. После выдержки скважины на реагирование производится вибропенное воздействие с целью выноса из ПЗП продуктов реакции и остатков кольматирующего материала.
По окончании обработки ПЗП производят заключительные мероприятия: промывку забоя от скопившегося там кольматанта, комплекс гидродинамических и геофизических исследований, а также работы по пуску скважины в эксплуатацию.
При выполнении вышерассмотренных технологических операций возможно снижение забойного давления до 25-30 % от гидростатического, а после остановки на самоизлив до 15-20%. Давление на забое скважин может регулироваться повышением давления на выходе (с помощью устьевых задвижек), ограничением объема закачки пены, увеличением расхода жидкости или уменьшением расхода газа, т. е. путем уменьшения газосодержания
в пене (степени аэрации), при этом средневзвешенная по высоте плотность пены может регулироваться от 0,15-0,20 до 0,80-0,90 г/см3.
Степень снижения давления определяется динамикой движения упругой и вязкой пены по скважинному межтрубному пространству. Вязкость двухфазной пены зависит от концентрации ПАВ, температуры, скорости сдвига. При больших скоростях она на порядок выше, чем вязкость пенообразующего раствора, а при малых скоростях может быть больше на 2-3 порядка. Высокая вязкость обеспечивает восходящему потоку пены повышенную способность выноса шлама и частиц во время промывки. При газосодержании больше 50-55% у пены начинают проявляться и усиливаются структурно-механические и вязкопластичные свойства, что ведет, в отличие от простой аэрации воды, к отсутствию проскальзывания газа. При использовании компрессоров с рабочим давлением 8-10 МПа и подачей до 7-9 м3/мин. возможно освоение скважин глубиной 5000-6000 м.
Одним из важных свойств пены является ее упругость. Вследствие сжатия газовой фазы столб двухфазной пены обладает большим запасом упругой энергии. После прекращения закачки, в момент остановки течения и исчезновения гидравлического сопротивления, связанного с вязкостным трением, равновесие системы нарушается. Этому способствуют также поднимающиеся вверх пузырьки газа из нижней части столба пены, а также выделение растворенного в нефти газа при снижении забойного давления ниже давления насыщения. Высвобождение упругой энергии выражается в возникновении самоизлива пены. Процесс идет с нарастанием и сопровождается значительным (до 30%) выносом жидкости из скважины.
Важными преимуществами использования пенных систем являются возможность прокачки пены и создание депрессии в условиях большого поглощения. Пена, попадая в поглощающий интервал пласта, оказывает блокирующее действие за счет повышенной вязкости и ее внедрения в крупные поровые каналы и трещины, что снижает фазовую проницаемость по жидкости.
На заданных режимах и уровнях депрессии можно работать достаточно длительное время и производить длительную откачку проникшей в пласт воды и эмульсий, продуктов реакции после реагентных обработок. Кроме того, за счет перераспределения давления в ПЗП появляется возможность увеличивать зону охвата депрессионным воздействием.
Благодаря свойствам пен выделяющийся из пласта растворенный в нефти газ не смешивается с воздухом, что исключает возможность образования в стволе взрывоопасных газовоздушных смесей.
Список литературы:
1. Дыбленко В. П., Камалов Р. Н., Шариффулин Р. Я., Туфанов И. А. Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением виброволнового воздействия. М.: Недра, 2000. 381 с.
2. Ахметшин Э. А., Нургалеев Р. М., Мавлютов М. Р., Фазлутдинов К. С. Опыт применения вибровоздействия на призабойную зону скважин // НТС. Текущая информация. Серия «Нефтепромысловое дело», 1970. Вып. 8.
3. Гадиев С. М., Рабинович Е. З., Карандашева В. М. Влияние вибрации на реологические свойства жидкостей // Азербайджанское нефтяное хозяйство. 1981. №1. С. 43-46.
4. Дыбленко В. П., Туфанов И. А., Сулейманов Г. А., Лысенков А. П. Фильтрационные явления и процессы в насыщенных пористых средах при виброволновом воздействии // Труды института «БашНИПИнефть», 1989. Вып. 80. С. 45-51.
5. Кузнецов О. Л., Ефимова С. А. Применение ультразвука в нефтяной промышленности. М.: Недра, 1983. 192 с.
6. Попов А. А. Ударное воздействие на призабойную зону скважин. М.: Недра, 1990.
157 с.
References:
1. Dyblenko V. P., Kamalov R. N., Shariffulin R. Ya., Tufanov I. A. Povyshenie produktivnosti i reanimacija skvazhin s primeneniem vibrovolnovogo vozdejstvija. Moscow, Nedra, 2000. 381 p.
2. Ahmetshin Ye. A., Nurgaleev R. M., Mavljutov M. R., Fazlutdinov K. S. Opyt primenenija vibrovozdejstvija na prizabojnuju zonu skvazhin. NTS. Tekushhaja informacija. Serija «Neftepromyslovoe delo», 1970, issue 8.
3. Gadiev S. M., Rabinovich E. Z., Karandasheva V. M. Vlijanie vibracii na reologicheskie svojstva zhidkostej. Azerbajdzhanskoe neftjanoe hozjajstvo, 1981, no. 1. pp. 43-46.
4. Dyblenko V. P., Tufanov I. A., Sulejmanov G. A., Lysenkov A. P. Fil'tracionnye javlenija i processy v nasyshhennyh poristyh sredah pri vibrovolnovom vozdejstvii. Trudy instituta «BashNIPIneft», 1989, issue. 80. pp. 45-51.
5. Kuznetsov O. L., Efimova S. A. Primenenie ul'trazvuka v neftjanoj promyshlennosti. Moscow, Nedra, 1983, 192 p.
6. Popov A. A. Udarnoe vozdejstvie na prizabojnuju zonu skvazhin. Moscow, Nedra, 1990, 157 p.
Работа поступила в редакцию Принята к публикации
15.04.2016 г. 18.04.2016 г.
