Deutsch English Фонд Шуховская Башня
Наши партнеры
Московский Дом Фотографии


Объединенная металлургическая компания


МУАР - музей архитектуры


Строительная компания Амстрой


Мышгород - город музеев


Усадебно промышленный комплекс


 
11.02.2011
В Институте проблем механики Российской академии наук развит новый подход к проблеме увеличения продуктивности нефтяных и газовых скважин и повышения нефте— газоотдачи пластов. Он базируется на положении, что основными с точки зрения повышения дебита скважин являются вопросы деформирования и разрушения грунтового скелета коллекторов нефтяных и газовых месторождений и влияния этих процессов на фильтрационные свойства пластов.
 
Одним из основных геолого-промысловых факторов, определяющих эффективность разработки нефтяных и газовых месторождений, является состояние призабойных зон скважин с точки зрения фильтрационно-емкостных свойств породы. Известно, что ухудшение фильтрационных свойств продуктивного пласта даже в небольшой окрестности скважины существенно снижает ее продуктивность. Уменьшение проницаемости в призабойной зоне пласта (ПЗП) происходит в результате кольматации при бурении. Причем во многих случаях использование новейших технологий строительства скважин, таких как бурение на равновесии или на депрессии, не гарантирует от подобного снижения проницаемости.
 
Если говорить о традиционных способах бурения на затяжеленных растворах, то такие технологии тем более подвержены эффекту падения проницаемости. Кроме того, при эксплуатации скважины происходит загрязнение фильтрационных каналов особенно в призабойной зоне пласта в результате их заиливания, запарафинивания и пр. Применяемые в настоящее время методы воздействия на ПЗП с целью восстановления ее естественной проницаемости (вибровоздействие, гидроимпульсное воздействие, циклическое чередование кратковременных депрессий и репрессий и др.) направлены в основном на «очищение» существующих фильтрационных каналов от посторонних частиц. Но зачастую это оказывается невозможным.

На основе нового подхода специалистами Института проблем механики Российской академии наук  предложен новый метод повышения продуктивности скважин – метод георыхления, обеспечивающий увеличение проницаемости призабойной зоны пласта за счет направленной разгрузки пласта. Он заключается в создании на забое скважины депрессии определенного уровня в сочетании с предварительным проведением определенных технологических операций: перфорации необходимого типа и плотности, нарезания ориентированных щелей. В результате происходит растрескивание, разрыхление породы в окрестности скважины, образуется новая система фильтрационных каналов, проницаемость которой намного превосходит природную проницаемость породы.

Определение уровня депрессии и технологических операций, необходимых для инициации процесса георыхления осуществляется путем испытания породы на уникальном Испытательном стенде трехосного независимого нагружения Института проблем механики Российской академии наук и проведения соответствующих расчетов.

Идея нового метода.

Идея метода состоит в том, что не следует стремиться восстанавливать проницаемость существующих фильтрационных каналов, а можно искусственно создавать в породе ПЗП разветвленную систему трещин, которая и будет играть роль новой системы фильтрационных каналов. Причем проницаемость этой новой системы каналов может превосходить естественную проницаемость в десятки и даже сотни раз.

Отличие новой технологии от традиционных состоит в том, что эффект достигается не путем внешнего техногенного воздействия на продуктивные пласты (закачивания кислот, вибровоздействия, гидроразрыва и т.д.), а в результате растрескивания и разрушения породы за счет использования внутренних сил, запасенных в них природой – горного давления вышележащих пород и пластового давления нефти и газа. Это огромный запас энергии, но использование его для месторождений разных типов и условий залегания имеет свои особенности, без учета которых можно не только не добиться увеличения дебита скважин, но даже ухудшить ситуацию. В ИПМех РАН создан испытательный стенд, позволяющий в лабораторных условиях на образцах породы воспроизводить реальные ситуации, возникающие в коллекторах нефтяных и газовых месторождений при бурении и эксплуатации скважин, и определять оптимальные параметры практической реализации новой технологии для каждого конкретного месторождения.

Необходимо отметить, что такой испытательный стенд важен не только для реализации метода георыхления. Он также дает возможность оценки эффективности применения для конкретных месторождений других технологий и выбора из них оптимальной. В частности, испытания пород месторождения дают возможность определить устойчивость стволов наклонных и горизонтальных скважин при бурении в зависимости от геометрии (угла наклона скважины) и эксплуатации в зависимости от депрессии. Такие работы проводятся для ряда крупных компаний (ГАЗПРОМ, Сургутнефтегаз), результаты исследований подтверждаются практикой. В идеале подобными установками должны быть оснащены все крупные нефте-газодобывающие компании страны.

Экспериментальная установка.

Испытательная система трехосного независимого нагружения (ИСТНН) — уникальная экспериментальная установка, позволяющая на образцах породы, представляющих собой кубики с гранью 40 или 50 мм, воссоздавать любые напряженные состояния, возникающие в призабойной зоне пласта при бурении скважины, ее освоении и эксплуатации, и изучать их влияние на фильтрационные свойства породы. ИСТНН предназначена для изучения деформационных, прочностных и фильтрационных характеристик пород нефтегазовых, рудных и угольных месторождений.

Установка представляет собой комплекс, состоящий из силового агрегата, маслонасосной станции с пультом управления, блока автоматического управления с обратной связью, измерительно-информационной системы (рис. 1). Максимальные усилия при испытаниях могут достигать 2000 кГ, максимальные деформации образца – 20%.

установка
 
Рис. 1.   Испытательный стенд трехосного независимого нагружения.

Фильтрационные характеристики (проницаемость) могут измеряться в течение всего процесса нагружения. Максимальная скорость нагружения для образца с ребром 50 мм составляет 10 МПа/с. Принципиальных ограничений для минимальной скорости нагружения нет. Возможность управлять процессом нагружения либо по усилиям, либо по перемещениям по каждому из трех каналов позволяет реализовать практически любую траекторию нагружения (деформирования) образца, включая процесс разрушения.

Методика испытаний образцов.

Как известно, к разрушению материалов приводят касательные (сдвиговые) напряжения. При создании депрессии, например, в вертикальной необсаженной скважине в породе в окрестности скважины происходит такое перераспределение напряжений, при котором напряжения, действующие в радиальном направлении на стенке скважины, уменьшаются на величину депрессии, кольцевые (тангенциальные) напряжения увеличиваются, а напряжения, действующие в вертикальном направлении, остаются примерно на том же уровне.

В результате при увеличении депрессии в породе в окрестности скважины происходит рост касательных напряжений, что в конечном итоге может привести к ее разрушению (растрескиванию, разрыхлению). Как меняются напряжения в породе в окрестности скважины при изменении величины депрессии для различных вариантов конструкции забоя, показывают расчеты: в простых случаях (открытый ствол скважины) аналитические, в более сложных (наличие обсадки, перфорационных отверстий, щелей и т.п.) — численные, с использованием трехмерных программ расчета напряженно-деформированного состояния. Найденные условия сжатия породы при изменении величины депрессии для различных вариантов конструкции забоя моделируются на образцах из кернового материала с помощью испытательного стенда.

Таким образом, для каждого варианта конструкции забоя: открытый ствол, обсаженный ствол, перфорационные отверстия, горизонтальные или вертикальные щели на забое – расчетным путем определяется, как меняется распределение напряжений при изменении величины депрессии, т.е. составляется программа нагружения образца. Затем каждая из этих программ реализуется на ИСТНН. При испытаниях для каждой из программ устанавливается, на каком участке программы, соответственно при какой величине депрессии, происходит неупругое деформирование породы с ее растрескиванием или разрыхлением, сопровождающееся значительным необратимым ростом проницаемости. В результате для пород конкретного месторождения выбирается оптимальный способ воздействия с целью повышения проницаемости призабойной зоны пласта, включающий тип конструкции забоя, который создается путем проведения ряда технологических операций (снятие обсадки, перфорация, нарезание щелей) и величину депрессии, необходимой для растрескивания, разрыхления породы в призабойной зоне пласта.

По результатам испытаний кернового материала, анализа геолого-технических характеристик скважины совместно со специалистами добывающей компании разрабатывается план проведения работ на скважине.

Преимущества метода георыхления.

1. Понимание того, что на работу скважины решающее влияние оказывает состояние призабойной зоны пласта, привело к тому, что на этапах бурения и освоения скважин стали приниматься меры, направленные на сохранение или восстановление проницаемости породы в ПЗП.

В первом случае бурение ведется на равновесии или депрессии, что имеет целью не допустить проникновение бурового раствора в пласт и тем самым предотвратить ухудшение его фильтрационных свойств. Однако, эти технологии дороги и значительно удлиняют сам процесс бурения.

Во втором случае после бурения, которое как обычно ведется на затяжеленном растворе, скважина осваивается одним из традиционных способов (обычно свабированием или компрессированием), а затем сразу же уже на этапе освоения на скважине осуществляются мероприятия по восстановлению проницаемости ПЗП (наиболее широко сейчас используется кислотная обработка пласта). Это также существенно удорожает процесс освоения скважины (не говоря уже о том, что результат зачастую оказывается незначительным), поскольку для освоения и обработки ПЗП требуется разная техника, возникает необходимость проведения дополнительных спуско-подъемных операций, значительно удлиняется продолжительность этапа освоения и т.д.

Использование метода георыхления позволяет объединить эти две операции в одну, т.е. совместить освоения скважины с одновременным восстановлением проницаемости пласта в призабойной зоне. При этом не требуется ни использования дополнительной техники, ни проведения дополнительных спуско-подъемных работ. В результате существенно сокращаются затраты и время на освоение скважин при более высоком качестве работ.

2. Метод георыхления применим для любых глубин залегания пластов. Более того, его эффективность для глубоко залегающих месторождений (3 км и более) должна быть выше, чем для неглубоких месторождений (менее 1,5 – 2 км). Наличие аномально высоких пластовых давлений также способствует применению метода георыхления. Использование метода может дать большой экономический эффект на месторождениях с высокой себестоимостью бурения, освоения и эксплуатации скважин, например, на шельфе морей и океанов.

3. Для реализации метода георыхления требуется стандартное оборудование, имеющееся на каждом промысле.

Технология проведения работ на скважине.

На нефтяных скважинах депрессия необходимого уровня и продолжительности создается с помощью струйного насоса новейшей модификации, позволяющего с помощью комплексного геофизического прибора и геофизической станции контролировать основные параметры на забое (давление, температуру, приток) во время проведения работ. Для обеспечения работы струйного насоса применяется пакер без упора на забой. Перо-воронка устанавливается непосредственно над коллектором или над интервалом перфорации. На рис. 2 представлена компоновка оборудования для проведения работ по методу георыхления.

Нагнетание рабочей жидкости, в качестве которой может быть использована техническая вода или техническая нефть, осуществляется насосным агрегатом (АН-700 или ЦА-320). Для создания депрессии в корпус струйного насоса на геофизическом кабеле спускается специальная депрессионная вставка с комплексным геофизическим прибором. Он посредством кабеля связан с геофизической станцией, установленной на поверхности. Скважина отрабатывается струйным насосом в течение определенного времени, причем возможно циклическое депрессионное воздействие путем попеременного включения и отключения насосного агрегата. После проведения отработки скважины на депрессии с помощью специальной вставки струйного насоса можно провести гидродинамические исследования скважины, определить скин-эффект и другие характеристики скважины.
 
 
Георыхление

Рис. 2. Компоновка оборудования для проведения работ по методу георыхления на нефтяных месторождениях.

Практическая реализация.

Метод георыхления успешно применялся на целом ряде месторождений Западной Сибири и Пермской области при освоении скважин, капитальном ремонте добывающих скважин и капитальном ремонте нагнетательных скважин.

При применении технологии георыхления на скважинах были получены следующие результаты.

— «ЛУКОЙЛ – Западная Сибирь», Сыморьяхское месторождение,

эксп.скв. 7197, освоение (1997 г.): ожидаемый дебит — 6 т/сут, полученный — 24 т/сут;

эксп.скв. 7197, кап.ремонт (1999 г.): до ремонта — 3 м3/сут, после ремонта — 9 м3/сут.

— «Славнефть», Ново-Покурское месторождение,

эксп.скв. 99, кап.ремонт (1999 г.): до ремонта — 2 м3/сут, после ремонта — 8 м3/сут.

— «РИТЭК», Кислорское месторождение,

эксп.скв. 302, кап.ремонт (2003 г.): до ремонта — 4 м3/сут, после ремонта — 8 м3/сут;

эксп.скв. 303, кап.ремонт (2003 г.): до ремонта — 5 м3/сут, после ремонта — 9 м3/сут.

эксп.скв. 331, кап.ремонт георыхление + разглинизация (2003 г.):

до ремонта — 6 м3/сут, после ремонта — 11 м3/сут;

— «ЛУКОЙЛ – Пермь», Сибирское месторождение,

нагн.скв. 310, кап.ремонт (2002 г.): до ремонта — 8 м3/сут, после ремонта — 200 м3/сут;

нагн.скв. 310, кап.ремонт (2004 г.): до ремонта — 5 м3/сут, после ремонта — 100 м3/сут;

нагн.скв. 301, кап.ремонт (2004 г.): до ремонта — 6 м3/сут, после ремонта — 90 м3/сут;

Метод георыхления может применяться на месторождениях любого типа. Ожидаемый эффект оценивается по результатам испытаний кернового материала и проведения соответствующих расчетов. Практика показывает, что на необсаженных стволах обычно удается достичь 2-4-х кратного увеличения дебита, на обсаженных стволах 1,5-2 кратного увеличения. Продолжительность сохранения эффекта обычно составляет несколько месяцев — до года.

Разработанная технология защищена 7 российскими патентами и 1 евразийским патентом.

В связи с высокой экономической эффективностью метода георыхления целесообразно его более широкое практическое использование, причем не только на нефтяных, но и на газовых и газоконденсатных месторождениях.
 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Архив:
> Новости фонда за 2003 - 2019 годы
> Пресс-релизы фонда за 2005-2006 годы
 
© 2019. Шуховская Башня.