Устьевой герметизатор для ведения ремонтных работ в скважинах в условиях аномально низких пластовых давлений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С. Б. Бекетов, 2004

УДК 622.276 С.Б. Бекетов

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕНОКИСЛОТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОДУКТИВНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРИТОКА ФЛЮИДОВ

1ГЛ ак свидетельствует практика разработки газовых и газоконденсатных месторождениях, а также подземных хранилищах газа (ПХГ), производительность эксплуатационных скважин со временем может снижаться в связи с ухудшением фильтрационноемкостных свойств призабойной зоны пласта (ПЗП) под действием целого комплекса причин (кольматация ПЗП в процессе проведении ремонтных работ, разбухание глинистых частиц при контакте с пластовой водой, выпадение в осадок солей из пластовой воды и т.д.)

С целью восстановления фильтрационноемкостных свойств ПЗП применяются различные методы воздействия. Одним из направлений повышения эффективности воздействия на пласт являются пенокислотные обработки (ПКО). Такие обработки позволяют производить углубленную обработку пласта кислотой и расширить профиль проницаемости во время нагнетания кислотного раствора в пласт по сравнению с обычными кислотными обработками. Повышенная эффективность ПКО обусловлена еще и тем, что поверхностноактивное вещество (ПАВ), присутствующее в пенокислотной эмульсии (ПКЭ) и пузырьки пены являются диспергаторами, предотвращающими уплотнение в призабойной зоне продуктов реакции. При вызове притока из пласта присутствие газовой фазы содействует выносу продуктов реакции, а следовательно лучшему очищению призабойной зоны. Этому способствует также эффект флотации - прилипание частиц продуктов реакции к пузырькам газа. В результате возрастает эффективность

Рис. 1. Схема формирования зоны проникновения пены в пласт: Як - радиус контура питания; Я0 - заданный радиус зоны обработки пласта; Тс - радиус скважины; Ту -радиус проникновения пены в пласт в момент времени Т

воздействия на пласт, происходит приобщение к работе не работавших ранее продуктивных пропластков, увеличивается дебит работающих мощностей, расширяется радиус охвата кислотой пласта. Для ПКО в зависимости от конкретных горно-геологических условий месторождения или ПХГ, необходимо применение различных по составу пенокислотных эмульсий. В качестве газовой фазы для образования пенокислоты возможно применение природных или инертных газов [1, 2, 3].

Высокую эффективность ПКО показали при интенсификации притока газа в карбонатных коллекторах, но применение таких обработок в глинизированных отложениях также увеличивает эффективность воздействия на пласт.

Важным является подбор рецептуры ПКЭ применительно к конкретным горно-геологическим условиям отдельных месторождений и ПХГ, а также математическое моделирование процесса воздействия на пласт.

Процесс закачки пены в пласт на расстояние Яа от ствола скважины с целью обработки

заданной зоны (рис. 1) в течение заданного времени Тзак характеризуется рядом управляемых технологических параметров, в частности:

- давлением закачки Рзак;

- плотностью пены (степенью аэрации

а).

Примем во внимание обстоятельство, что пену в пластовых условиях с допущениями можно считать слабо сжимаемой жидкостью (СЖ). Для определения данных технологических параметров закачки применимо решение задачи о движении границы раздела СЖ и газа (Г) в условиях плоскорадиального установившегося движения по закону Дарси в пласте [4].

На контуре питания радиусом Ях выполняется условие:

Р = Р

-‘■к ± пл

где Рк - давление на контуре питания, Па; Рпл -пластовое давление, Па.

На забое скважины радиусом гс выполняется условие:

Рс = Рзаб

где Рс - давление на стенке скважины в интервале фильтра, Па; _Рза6 - давление на забое скважины, Па.

Причем _Рза6 > Рш (условие закачки). Мощность пласта к, его проницаемость к и открытая пористость т постоянны в процессе закачки.

Давление на границе раздела СЖ-Г находится из условия равенства массовых скоростей фильтрации пены и газа на этой границе, и после определенных математических преобразований получаем выражение:

р = р _л0• 1п(7/г)• (Р2-Р2)

/

(1)

2 -роРат 1п(К / у})

Рп

Ра =

- градиент давления в зоне заполнения пены;

- скорость фильтрации пены в пласте;

- закон движения границы раздела СЖ-Г (время продвижения границы раздела СЖ-Г от гс до Я0).

Требуемое давление закачки и необходимая плотность закачиваемой пены (степень аэрации) определяются из условия равенства времени закачки и продвижения фронта по газоносному пласту, согласно выражениям:

• необходимое давление закачки при известных Яа, Q, р„

Рс = = (2)

Q-7*-Р. ■ Р,ш

К -1п(К /К0) - с -1п(К/гс) 1

' ' 2

(К - с) Qг ■ Рг

+РІ

Рот ' к 'П' к

при этом: Q — Q +

пож

где 2 - расход пены в забойных условиях, м /с; Qпкэ - расход ПКЭ, м3/с; 2г - расход газа, м3/с; Ргзак - давление закачки газа, м3/с; рп - плотность пены, кг/м3;

• необходимая плотность пены при известных значениях Рзаб, Яа, 2

2 2 (3)

(Рс - Рш) ■ Р.Ш ■ к-л-к

Р„ =-

Q ’П, ■ Ра,

К • 1п(К / К0) - гс2 • 1п(К / гс) 1

+ 2

необходимая степень аэрации пены:

а = -

Рпкэ -Рп

(4)

при ЭТОМ ^ _ !п

0 л/ " Рг где Р] - давление на границе раздела, Па; рг -плотность газа в н.у., кг/м3; рп - плотность пены в пластовых условиях, кг/м3; Т]г - динамический коэффициент вязкости газа, Па с; т]п - динамический коэффициент вязкости пены, Па с; Рат - атмосферное давление, Па, Г] - текущее положение границы закачиваемой пены, м.

Полученное уравнение (1) распределения давления на границе потока СЖ-Г дает возможность определить основные характеристики рассматриваемого процесса закачки порции пены в призабойную зону газоносного пласта:

- распределение давления в зоне заполнения пены;

(1/ЯТ)Рат - 2Рпкэ + Рп

где Рпкэ - плотность ПКЭ, кг/м3.

Практический интерес представляет возможность определения радиуса и толщины зоны проникновения в газоносный пласт пены заданного объема в течение определенного времени закачки. Выражая толщину пласта через радиус зоны проникновения пены в полученном уравнении (2), можно определить радиус Я0 и толщину к зоны проникновения пены в газоносный пласт для конкретных геологотехнологических условий обработки пласта.

Одним из преимуществ ПКО является возможность проведения обработки пласта в газовой (газоконденсатной) скважине без ее предварительного глушения. После обработки освоение скважины происходит в течение нескольких десятков минут и при этом не требуется применения компрессора.

Реализация технологии пенокислотного воздействия на продуктивные отложения пре-

дусматривает выполнение серии последовательных операций:

- завезти на скважину необходимое оборудование и материалы;

- провести с буровой бригадой инструктаж на рабочем месте по характеру и видам выполняемых работ и требованиям техники безопасности при этом;

- отключить скважину от шлейфа;

- смонтировать оборудование в соответствии с технологической схемой проведения работ (рис. 2), опрессовать обвязку агрегат 10 -фонтанная арматура 5 жидкостью на давление, превышающее на 50 % ожидаемое при проведении работ;

- приготовить на скважине в емкости 11 необходимое количество ПКЭ (из расчета 0,5-1 м3 эмульсии на 1 м перфорации пласта). После приготовления эмульсии в емкости, необходимо обеспечить ее постоянное перемешивание агрегатом 12 до окончания закачки ПКЭ в скважину (с целью предотвращения расслаивания эмульсии в емкости);

- произвести обработку продуктивного пласта 1 скважины 2 пенокислотой, для чего агрегатом 10 из емкости 11 закачать ПКЭ через газожидкостный эжектор 9 по нагнетательной линии 8 в НКТ 3. Приготовление пены происходит в эжекторе 9 при подаче в него одновременно с эмульсией дозированного объема газа из шлейфа 7 через блок распределения газа 13. Давление нагнетания пены в скважину контролируется манометром 6;

- продавить пенокислоту в пласт, для чего включить скважину в работу (на закачку газа, время выдержки кислоты в пласте определяет-

ся расчетным путем, согласно проведенным предварительным лабораторно-стендовым исследованиям по подбору рецептуры ПКЭ и условий обработки пласта);

- после нейтрализации кислоты отключить подачу газа в скважину. Демонтировать технологическое оборудование;

- смонтировать факельную линию, обвязать линию с НКТ скважины, провести отработку скважины в атмосферу по факельной линии;

- после отработки демонтировать факельную линию. Включить скважину в работу.

С целью определения эффективности выполненных работ, замеряется производительность скважины до ПКО и после.

Взаимодействие ПКЭ с карбонатными породами в начальный момент протекает с большей скоростью. Затем на границе раздела жидкой и твердой фаз образуется слой насыщенного карбоната и нерастворимых продуктов реакции, поступление свежих порций эмульсии к породе затрудняется, что приводит к замедлению скорости реакции. Со временем растворение породы за счет описанного механизма может прекратиться, несмотря на то, что через поры и трещины породы будут прокачиваться свежие порции ПКЭ.

В условиях статического взаимодействия ПКЭ с карбонатными породами происходит насыщение жидкости углекислотой. Реакция взаимодействия кислоты с карбонатами имеет вид:

СаС03 + 2НС1 _С^С12 + Н20+

+ со2

В соответствии с принципом Ле-Шателье химическая реакция протекает до полной нейтрализации кислоты только при условии удаления из зоны реакции одного из продуктов реакции. При обработке пласта пенокислотой такой процесс протекает без помех при создании условия движения по пласту пено-кислоты.

Выделение газа в процессе реакции приводит к сдвигу реакции вправо. Однако после нагнетания всего

Рис. 2. Технологическая схема пенокислотной обработки продуктивного пласта: 1 - пласт; 2 - скважина; 3 - НКТ; 4 -пакер; 5 - фонтанная арматура; 6 - манометр; 7 - шлейф; 8 - нагнетательная линия; 9 - эжектор; 10 - насосный агрегат; 11 - емкость; 12 - насосный агрегат; 13 - блок распределения газа

объема ПКЭ в пласт может произойти возникновение метастабильного состояния взаимодействующих веществ. Такое состояния может возникнуть в результате того, что образующаяся в результате реакции углекислота перестанет растворяться в жидкости вследствие насыщения жидкости при существующих термобарических условиях. Те. произойдет равновесие между левой и правой частями уравнения реакции. Чтобы реакция протекала нормально, необходимо создать движение пенокислоты в пласте после полного нагнетания в скважину эмульсии. Передвижение пенокислоты способствует смене условий реакции, перемешивании пены, что приводит к разложению углекислоты на Н20 и С02. Движение пены по пласту, в соответствии с разработанной нами технологией интенсификации, обеспечивается включением скважины в работу (под закачку газа) на время реагирования кислоты с породой.

Следует также неукоснительно выполнять условие очистки пласта от нейтрализованной ПКЭ и продуктов реакции путем немедленного вызова притока газа из скважины после реагирования ПКЭ с пластом. С увеличением времени нахождения продуктов реакции в пласте происходит увеличение количества нерастворимых компонентов и их закрепление в порах и трещинах породы.

Как показали результаты многочисленных обработок газовых скважин на ПХГ в нашей стране и за рубежом [5], ПКО позволяют уве-

1. Освоение скважин. Булатов А.И., Качмар Ю.Д., Макаренко П.П., Яремийчук P.C. - М.: Недра. - 1999. -С. 472.

2. Амиян В.А., Амиян A.B., Васильева Н.П. Вскрытие и освоение нефтегазовых пластов - М.: Недра. - 1980. -С. 380.

3. Иванов Р., Долгов С., Бекетов С. Проверка на ек-сплоатационния сондажен фонд на подземното газохра-

личить производительность скважин в среднем на 50-80 % при 100 % успешности операций, что является очень хорошим результатом работ.

Таким образом, пенокислотное воздействие на продуктивный пласт имеет следующие преимущества:

- применение ПКО позволяет охватить больший объем пласта, чем обычные кислотные обработки;

- присутствие газовой фазы способствует лучшему удалению из ПЗП продуктов реакции при вызове притока флюидов, а ПАВ улучшают вынос мелких частиц из скважины;

- до проведения работ на скважинах необходимо выполнить подбор рецептуры ПКЭ применительно к конкретным горногеологическим условиям отдельных месторождений и ПХГ, а также математическое моделирование процесса воздействия на пласт;

- разработан математический аппарат, позволяющий прогнозировать технологические параметры процесса ПКО и характер распространения фронта продвижения пенокислоты в пласте;

- применение пенокислотного воздействия на продуктивные отложения на подземных хранилищах газа в нашей стране и за рубежом позволило увеличить производительность скважин в среднем на 50-80 % при 100 % успешности операций.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

нилище «Чирен». София. Минно дело и геология. 1994. № 6. - С. 33-37.

4. Басниев К.С., Кочина ИИ, Максимов В.М. Подземная гидромеханика. - М.: Недра. 1993.

5. Долгов С., Бекетов С., Иванов Р. Интензификация на добива на газ в сондажите на «Чирен». София. Геология и минерални ресурси. 1994. № 3-4. - С. 16-18.

— Коротко об авторах ----------------------------------------

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