Вторичное вскрытие пласта

Скважины с перфорированным забоем составляют более 95 % всего эксплуатационного фонда, в связи с чем рассмотрим основные методы перфорации скважин.

По принципу действия технических средств и технологий, применяемых для перфорации скважин, все методы можно разделить на следующие:

1. Взрывные.

2. Гидродинамические.

3. Механические.

4. Химические.

1. К взрывным методам относятся пулевая, торпедная и кумулятивная перфорация.

Пулевая перфорация осуществляется так называемым пулевым перфоратором, в котором имеются каморы с взрыв­чатым веществом, детонатором и пулей диаметром 12,5 мм. В результате практически мгновенного сгорания заряда давление на пулю достигает 2 тыс. МПа; под действием этого давления пуля пробивает обсадную колонну, цементный камень и может внедряться в породу, образуя перфорационный канал длиной до 150 мм, диаметр которого равен 12 мм. Если применяется перфоратор другой конструкции, то давление при взрыве суще­ственно ниже 2 тыс. МПа (0,6-0,8 МПа), но время его действия на пулю длительнее, что увеличивает начальную скорость вы­лета пули и ее пробивную способность; длина перфорационных каналов достигает 350 мм. Существуют пулевые перфораторы с горизонтальными и вертикальными стволами.

Торпедная перфорация осуществляется разрывными снарядами диаметром 32 или 22 мм. При попадании снаряда в горную породу после выстрела происходит взрыв внутреннего заряда снаряда и дополнительное воздействие на горную породу в виде образования системы трещин. Длина перфорационных каналов при торпедной перфорации достигает 160 мм. Торпед­ная перфорация осуществляется аппаратами с горизонтальны­ми стволами.

Кумулятивная (беспулевая) перфорация осуществляется за счет фокусирования продуктов взрыва заряда специальной формы, как правило, конической. Заряд конической формы облицован тонким медным листовым покрытием. При подрыве заряда медная облицовка заряда расплавляется, смешивается с газами и в виде газометаллической фокусированной струи прорезает канал в колонне, цементном камне и горной породе. Давление в струе достигает 0,3 млн. МПа, а скорость ее - 8 км/с. При этом образуется перфорационный канал длиной до 350 мм и диаметром до 14 мм. Кумулятивные перфораторы делятся на корпусные и бескорпусные (ленточные), но снаряды в них располагаются всегда горизонтально.

В настоящее время кумулятивная перфорация является наиболее распространенной, т.к. позволяет в широком диапазо­не регулировать характеристики зарядов, подбирая наилучшие для каждого конкретного продуктивного горизонта.

Вместе с тем всем взрывным методам присущи опреде­ленные недостатки, некоторые из которых являются весьма существенными. Так как при взрыве создается высокое дав­ление и возникает ударная волна, в обсадной колонне и осо­бенно в цементном камне возникают нарушения, связанные с трещинообразованием, нарушением связи цементного камня с горными породами и обсадной колонной и потерей герметич­ности заколонного пространства. В процессе эксплуатации скважины это приводит к заколонным перетокам.

Перфорационные каналы, создаваемые при взрывных ме­тодах, имеют уплотненные стенки, а сами каналы засорены не только продуктами взрыва, но и различными разрушающимися деталями (герметизирующая резина, фрагменты ленты ленточ­ных перфораторов и др.). При удачной пулевой перфорации в конце перфорационного канала находится пуля, что снижает эффективность фильтрации флюида. При неудачной пулевой перфорации пули застревают в колонне или цементном камне. В любом случае при взрывных методах перфорации на вну­тренней поверхности обсадной колонны образуются заусенцы, осложняющие или делающие невозможным проведение иссле­довательских работ в скважине спускаемыми измерительными приборами.

2. Среди гидродинамических методов вторичного вскрытия наиболее применимой на сегодня является гидропескоструйная перфорация (ГПП), входящая в арсенал средств и методов нефтегазодобывающего предприятия.

Основой ГПП является использование кинетической энергии жидкостно-песчаных струй, формируемых в насадках специального аппарата — гидропескоструйного перфоратора. Высокоскоростные (до 100 м/с) жидкостно-песчаные струи обладают абразивным действием, что позволяет направленно и эффективно воздействовать на обсадную колонну, цементный камень и горные породы, создавая в них каналы различной ориентации. Гидропескоструйный перфоратор закрепляется на нижнем конце колонны НКТ и спускается в скважину на заданную глубину. На поверхности используется специальное оборудование: устьевая арматура, насосные и пескосмесительные агрегаты и др. Песчано-жидкостная смесь закачивается в НКТ насосным агрегатом под высоким давлением.

При фиксированном положении гидропескоструйного пер­форатора в скважине в обсадной колонне и цементном камне образуются крупные отверстия, а в породе - грушеобразные каверны, форма которых показана на рис.2.2. Форма и размеры каверны зависят не только от прочности горной породы, но и от скорости песчано-жидкостных струй, содержания в ней песка, его количества и размеров песчинок, продолжительности воз­действия и фильтруемости жидкости.

Гидропескоструйная перфорация позволяет получать пер­форационные каналы большой глубины (до 1,5 м), с чистой по­верхностью и не изменять проницаемости на стенках каверны (в

Рис. 2.2. Схема образования грушеобразной каверны в породе при гидропескоструйной перфорации:

1 — обсадная колонна; 2 — цементный камень; 3 — горная порода; 4 — круглое отверстие; 5 — грушеобразная каверна

отличие от взрывных методов перфорации, при которых стенки перфорационных каналов в горной породе переуплотнены).

Недостатком гидропескоструйной перфорации является необходимость применения большого количества техники, длительность и трудоемкость процесса.

3. Механический метод перфорации является сравнительно новым и осуществляется сверлящим перфоратором, представ­ляющим из себя, по существу, электрическую дрель. Этот пер­форатор представляет собой корпус с электромотором. Сверло расположено в корпусе горизонтально. В связи с этим выход сверла определяется диаметром корпуса, что в ряде случаев является недостаточным.

При этом методе вторичное вскрытие осуществляется сверлением отверстий диаметром 14-16 мм; при сверлении обсадной колонны давление на цементный камень является ма­лым, и он не повреждается. При соответствующем выходе свер­ла просверливаются не только обсадная колонна и цементный камень, но и часть горной породы. Поверхность такого канала является гладкой, а горная порода не уплотненной. Отсутствуют заусенцы и на внутренней поверхности обсадной колонны.

Как показало промышленное использование сверлящих перфораторов, они не повреждают цементного камня и не на­рушают герметичности заколонного пространства, позволяя эффективно вскрывать продуктивные горизонты вблизи водонефтяного потока, избегая преждевременного обводнения сква­жин, которое неизбежно при взрывных методах. Недостатком сверлящего перфоратора является ограниченный выход сверла. Это не всегда обеспечивает эффективное вскрытие, особенно при эксцентричном расположении обсадной колонны в це­ментном камне, что характерно для наклонно-направленных скважин.

4. К химическим методам перфорации можно отнести такие, при которых вторичное вскрытие происходит за счет химиче­ской реакции, например, металла с кислотой.

Обсадная колонна длиной, равной толщине продуктивного горизонта или необходимому интервалу вскрытия, просверли­вается в соответствии с выбранной плотностью перфорации до спуска ее в скважину (на поверхности). Просверленные от­верстия закрываются, например, магниевыми пробками, длина которых равна сумме толщины обсадной колонны и толщины цементного кольца. Затем обсадная колонна спускается в сква­жину и производится ее цементирование. После схватывания цементного раствора в скважину закачивается расчетное ко­личество раствора соляной кислоты, которое продавливается до интервала вскрытия. Взаимодействие солянокислотного раствора с магниевыми пробками приводит к их растворению, и через определенное время магниевые пробки растворяются полностью, раскрывая просверленные в обсадной колонне от­верстия и отверстия, образовавшиеся в цементном камне. В результате создается хорошая гидродинамическая связь ПЗС с полостью скважины.

Таким образом, рассмотренные методы вторичного вскры­тия, технологии и техника их реализации являются многооб­разными, но не существует ни одного, который бы не обладал определенными, а иногда и существенными недостатками.