Основные схемы конструкции забоя скважин

Снижение проницаемости при спуске и цементировании обсадной эксплуатационной колонны

   Прокачка цементных растворов по обсадным трубам и продавка по затрубному пространству сопряжены с очень большими затратами давления на трение. Это связано с большой плотностью необлегченных цементных растворов (от 1800 до 2000 кг/м3), получаемых из базовых тампонажных материалов, и их низкой подвижностью. Причем подвижность цементных растворов со временем быстро уменьшается. Возникающие очень большие давления при продавке цементных растворов могут приводить к раскрытию существующих трещин или разрыву продуктивных толщ по наиболее проницаемым слоям и уходу цементных растворов в пласт. В результате наиболее продуктивные интервалы пласта цементируются и совершенно исключаются из числа продуктивных, т.к. восстановить их проницаемость в дальнейшем не представляется возможным. Застывание или твердение цементного раствора сопровождается отфильтровыванием из него лишней воды, которая не участвует в гидратации. Количество этой воды может превышать 20 % от массы используемой твердой фазы (цементного порошка). Эта лишняя жидкость полностью уходит в проницаемые толщи, еще больше увеличивая водонасыщенность породы призабойной зоны. Растворенные в фильтрате цементных растворов вещества при определенных условиях могут выпадать в осадок или кристаллизоваться в поровом пространстве пласта.

Основные схемы конструкции эксплуатационного забоя скважин и условия их применения

   На рис. 2.2 показаны основные схемы конструкции эксплуатационного забоя скважин и условиях их применения. Представленные схемы достаточно наглядны и понятны.
Рассмотрим процесс конструирования эксплуатационного забоя скважин еще с такой позиции. С точки зрения современных способов вскрытия продуктивных пластов резонно выделить два принципиально отличающихся друг от друга варианта первичного вскрытия пласта, также определяющих конструкцию забоя скважин. Эти варианты, принципиально, рассмотрим на примере очень похожих и находящихся рядом схем е и ж (рис. 2.2).
По первому варианту (схема е) продуктивный пласт разбуривают на всю толщину, не перекрывая предварительно вышележащие породы колонной обсадных труб. Технология бурения в этом случае определяется не столько индивидуальными свойствами продуктивного пласта, сколько свойствами и характеристикой вышележащих горизонтов. Наиболее распространенной конструкцией скважины по этому варианту является спущенная обсадная эксплуатационная колонна, зацементированная через башмак на необходимую высоту для перекрытия вышележащих водо-, нефте- или газопроявляющих горизонтов и перфорированная против продуктивного пласта.
Рис. 2.2. Основные конструкции эксплуатационного забоя скважин и условия их применения:
1 - цементный камень; 2 - эксплуатационная колонна; 6 - пакер или устройство для подвески фильтра; 8 - перфорационные отверстия;
Рис. 2.2. (Продолжение) Основные конструкции эксплуатационного забоя скважин и условия их применения:
3 - открытый забой скважины; 4 - пакер; 5 - фильтр; 7 - потайная колонна-фильтр; 9 - потайная обсадная колонна; 10 - гравийный фильтр; 11 - корпус гравийного фильтра; 12 - проницаемый тампонажный материал; 13 - продуктивный пласт; kа - коэффициент аномальности пластового давления.
   Таким образом, осуществить конструкцию перфорированного забоя по первому варианту можно быстрее и дешевле. Однако, из-за трудностей, связанных с освоением такой скважины с загрязненной призабойной зоной пласта, время освоения скважин может превышать время их строительства. Если еще учесть, что такие скважины в течение длительного периода времени эксплуатируются с дебитами, значительно меньшими потенциальных, то становится ясно, что лучше пойти на некоторое усложнение технологии строительства скважины, чем ускоренно сдав недоброкачественную скважину в эксплуатацию, пытаться с большими затратами средств и времени довести ее до расчетной продуктивной характеристики.
Назначение фильтров, являющихся составной частью конструкции забоев скважин, - задерживать механические частицы, сохраняя тем самым призабойную зону пласта от разрушения, обсадную колонну от смятия, скважину от капитального ремонта или, даже, от ликвидации.
В то же время применение фильтров может сопровождаться многими недостатками, основными из которых можно назвать следующие:
- механическое и коррозионное разрушение фильтров требует их замены. При замене требуется проведение глушения скважины и проведение спускоподъемных операций. Глушение скважин часто приводит к значительному снижению их продуктивности;
- механическое засорение и бактериологическое зарастание фильтров приводит к снижению величины притока в скважину;
- некоторые фильтры осложняют проведение ряда технологических операций на скважинах (цементирование, воздействие на призабойную зону, подземный ремонт);
- часто применение фильтров требует установки пакерующих устройств. Последние имеют также много недостатков.
При применении фильтров дорогостоящих (металлокерамических или гравийных с пластмассовыми добавками) необходимо заранее тщательно очистить призабойную зону пласта от загрязняющего породу материала. В противном случае такие фильтры очень быстро забиваются мелкими частицами из пласта.
   Конструкция скважины определяется количеством, диаметром и глубиной спуска обсадных колонн, диаметрами ствола скважины для каждой из обсадных колонн, интервалами цементирования обсадных колонн. В большинстве скважин продуктивные толщи перекрываются обсадной колонной. Заколонное пространство обсадных колонн заполняется специальными цементными растворами, которые со временем затвердевают, чтобы обеспечить герметичное и прочное крепление. Стенки скважины становятся устойчивыми, перетоки флюидов из одних пластов или пропластков в другие предотвращаются, если качество цементирования высокое.
   При спуске обсадных колонн в скважину за счет поршневого эффекта забойное давление возрастает и раствор, заполняющий скважину, будет более интенсивно фильтроваться в пласт. Степень увеличения забойного давления определяется скоростью спуска и компоновкой низа движущейся обсадной колонны (конструкция башмака, наличие или отсутствие обратного клапана).
Для приготовления цементных растворов применяются так называемые тампонажные материалы, из водных суспензий которых при затвердевании образуется практически непроницаемое твердое тело.
   Конструкция забоя должна отвечать требованиям сохранения естественной фильтрационной характеристики породы продуктивного пласта и обеспечивать:
- устойчивость ствола скважины;
- разобщение пропластков, насыщенных разными по составу и свойствам флюидами;
- возможность проведения поинтервального воздействия на породу призабойной и удаленной зон пласта;
- возможность проведения ремонтных работ;
- возможность возврата на пропущенные или законсервированные продуктивные пласты;
- длительную эксплуатацию скважины на оптимальных технологических режимах работы.
   Таким образом, правильно выбранная конструкция эксплуатационного забоя скважины сможет обеспечить оптимальные условия вызова притока из пласта в скважину, потенциальные дебиты на установленном технологическом режиме эксплуатации скважины, а также технологические работы в скважине без осложнений. При конструировании забоев следует учитывать местоположение скважины на залежи и специфические особенности самой залежи.
   Принципиально эксплуатационные забои скважин можно классифицировать следующим образом:
- открытый забой без фильтра;
- открытый забой с фильтром;
- закрытый забой без фильтра;
- закрытый забой с фильтром.
   Закрытый забой, в отличие от открытого, предполагает наличие против продуктивного пласта зацементированной обсадной колонны. В качестве обсадной колонны здесь может выступать хвостовик, если он зацементирован. Под фильтром здесь понимается какое-либо устройство, находящееся на забое (изготовленное на поверхности или на забое скважины) с целью ограничения разрушения слабосцементированных пород продуктивного пласта и предотвращения выноса в скважину частичек породы пласта.
   Одной из составных частей качественной подготовки скважин к эксплуатации является правильный выбор конструкции эксплуатационного забоя для каждой конкретной скважины. На выбор конструкции эксплуатационного забоя оказывают влияние многие факторы. Основными из них являются:
- тип, состав и степень однородности породы пласта;
- тип порового пространства породы;
- устойчивость породы к разрушению;
- величина проницаемости породы;
- наличие или отсутствие подошвенных вод или газовой шапки;
- наличие или отсутствие близко расположенных других напорных пластов;
- технология разбуривания продуктивного пласта.
   Применение открытого забоя целесообразно, если порода пласта однородная и прочная. Если порода прочная, но неоднородная, то уже следует применять закрытый забой.
   По второму варианту скважину бурят до кровли продуктивного пласта по технологии, обеспечивающей ускоренную и безаварийную проводку ствола. Флюидопроявляющие горизонты изолируют обсадной колонной, спускаемой до кровли продуктивного пласта, и цементированием затрубного пространства. После испытания колонны на герметичность разбуривают продуктивный пласт на необходимую глубину. Кроме требования безаварийности такая технология разбуривания продуктивного пласта должна обеспечивать максимальное сохранение естественной проницаемости породы пласта. В зависимости от физических свойств пород конкретная конструкция эксплуатационного забоя может быть различной. Если продуктивный пласт однородный и сложен прочными хорошо сцементированными породами, то скважину можно эксплуатировать с открытым эксплуатационным забоем. Если пласт сложен неоднородными породами, то пласт перекрывают хвостовиком, который часто называют потайной обсадной колонной, цементируют его, а затем скважину вторично сообщают с пластом, применяя какой-либо вид перфорации (схема ж).
Второй вариант наименее распространен, но он наиболее целесообразен, поскольку дает возможность применить технологию и обеспечить условия, которые в наибольшей степени сохраняют естественные фильтрационно-емкостные свойства породы призабойной зоны. Это несколько усложняет процесс строительства скважины, зато устраняет необходимость последующего применения дорогостоящих методов воздействия на призабойную зону с целью восстановления ее проницаемости. Даже без применения специальных технологий вскрытия продуктивного пласта преимущество этого варианта проявляется в меньшей продолжительности контакта бурового раствора с породой пласта.
   Первый вариант имеет подавляющее распространение (примерно 90 % скважин) благодаря дешевизне и простоте его осуществления, возможности селективного сообщения скважины с любым пропластком продуктивной толщи, меньшей стоимости буровых работ. Однако он менее целесообразен с точки зрения качества вскрытия пластов. Недостатки его следующие: длительное воздействие бурового раствора на пласт в условиях больших значений репрессий; при сплошном цементировании обсадной эксплуатационной колонны с подъемом цемента на большую высоту давления закачки и продавки цементного раствора могут превышать давления гидравлического разрыва пластов с уходом в пласт больших количеств цементного раствора; свыше 90 % воды, используемой для приготовления цементного раствора, фильтруется в пласт, при этом радиус зоны проникновения фильтратов цементных растворов часто может превышать длину перфорационных каналов; при вторичном сообщении пласта с обсаженной скважиной с помощью перфорации на репрессии зона вокруг перфорационных каналов может иметь значительно пониженную проницаемость. Широкое распространение схема е получила благодаря своей универсальности и применимости практически при всех геолого-технических условиях. При такой конструкции забоя скважины значительно упрощается борьба с водопроявлениями (например, установка цементных мостов или взрывных пакеров, если вода подошвенная, или установка кольцевых взрывных пакеров, если обоводнились промежуточные пропластки), упрощается регулирование продвижения водонефтяного контакта по пропласткам различной проницаемости и т.д. Это все благодаря тому, что в этом случае все пропластки друг от друга изолированы цементным кольцом.

Снижение проницаемости при освоении скважин

   Подготовка скважины к эксплуатации производится сразу же после перфорации. Однако такая рекомендация на практике часто по разным причинам не выполняется. В ожидании освоения скважины порой простаивают недели и даже месяцы. В течение периода ожидания освоения имеют место два следующих процесса: затухающая фильтрация под действием статического давления задавочного раствора и медленное расформирование зоны проникновения под действием, в первую очередь, гравитационных и молекулярно-поверхностных сил.
Считается, что в течение периода ожидания освоения в поровых каналах малого поперечного сечения происходит дальнейшее упрочнение связей с поверхностью порового пространства фильтрата, проникшего в продуктивную толщу при вскрытии пласта, т.е. поверхность поровых каналов становится более гидрофильной. По крупным порам под действием силы тяжести возможно перераспределение фильтрата от кровли к подошве пласта или к водонефтяному контакту. Чем больше проницаемость породы пласта по нормали к напластованию, тем интенсивнее может происходить это перераспределение. Увеличение периода ожидания освоения скважины приводит, как правило, к дальнейшему росту водонасыщенности породы призабойной зоны, к дальнейшему снижению проницаемости породы для нефти и газа.
   Процесс освоения скважин связан со спуском в скважину различного оборудования и с закачкой в скважину различных рабочих агентов (инертные газы, пены, углеводородные и водные растворы). Под действием возникающих при этом дополнительных динамических давлений происходит дальнейшая фильтрация в пласт тех агентов, которые в это время заполняют скважину.
Применение методов воздействия на породу призабойной зоны с целью восстановления ее проницаемости связано с задавкой различных рабочих агентов (кислоты, щелочи, пены, эмульсии, полимеры, поверхностно-активные вещества) в пласт на значительные расстояния от скважины. При этом на забое скважины возникают давления, значительно превышающие величину пластового давления. Химически активные рабочие агенты и большие давления негативно влияют на обсадную колонну и цементное кольцо, что, в свою очередь, часто приводит к нарушению герметичности последних со всеми вытекающими при этом последствиями.
   Применяемые методы воздействия на породу пласта (методы обработки) при освоении скважин предназначены для восстановления проницаемости породы призабойной зоны. Однако далеко не всегда результат применения этих методов бывает положительным. Отмечаются даже случаи, когда продуктивность скважин после тех или иных мероприятий снижается. Вероятно, это связано с выпадением в пористой среде продуктов взаимодействия рабочих агентов с породой и с флюидами, насыщающими породу. Возможно также охлаждение пласта и выпадение в осадок асфальтосмолопарафиновых веществ. Отмечаются также случаи, когда в результате применения методов воздействия на нефтяной пласт, например, наблюдается подтягивание конусов и прорывы воды или газа в интервалы перфорации. Преждевременное конусообразование характерно и для газовых залежей, подстилаемых водой. Чаще преждевременное подтягивание конусов возникает после проведения мероприятий, основанных на инициировании в пласте трещин.
Основными причинами неудавшихся обработок обычно бывают или просчеты в проектировании геолого-технических мероприятий, или нарушение технологии их проведения.
                             Содержание
01. Освоение нефтяных скважин после бурения.
02. Основные схемы эксплуатационного забоя скважин.
03. Снижение проницаемости нфтяного пласта после бурения.
04. Снижение  проницаемости нфтяного пласта при перфорации.
05. Техника перфорации скважин. Виды скважинных перфораторов.
06. Гидропескоструйная перфорация. Схема обвязки оборудования.
07. Гидроразрыв пласта. Схема обвязки оборудования.
08. Вызов притока. Методы и условия вызова притока.
09. Способ вызова притока поршневанием.
10. Компрессорный способ вызова притока.
11. Восстановление проницаемости призабойной зоны пласта.
12. Расчет формулы вызова притока.
13. Исследования при освоение скважин.