Гидропескоструйная перфорация скважин реферат

Обновлено: 04.07.2024

Работа состоит из 1 файл

виды перфорации.doc

Казанский (Приволжский) федеральный университет

Кафедра геологии нефти и газа

Виды перфорации скважин

Выполнил: Михайлов С.Н. 371 гр.

Проверил: Вафин Р.Ф.

Казань 2011г.

Введение

Выбор метода вскрытия пласта зависит от геологической характеристики месторождения, физико-механических свойств пород продуктивных отложений, пластового давления (изменения по этажу продуктивности).

Геологические условия, влияющие на выбор метода вскрытия пласта: общая толщина продуктивных месторождений, наличие подошвенных и локальных вод и их гидрогеологическая характеристика. /1/

После того как обсадные трубы спущены в скважину и зацементированы, против продуктивной части пласта при помощи перфораторов делают отверстия в эксплуатационной колонне и цементном камне для соединения продуктивной части пласта с забоем скважины. Эта операция называется перфорацией. Применяются различные методы перфорации скважин: пулевая, торпедная, кумулятивная и гидропескоструйная. /4/

При разработке процесса перфорации должны учитываться геолого-промысловая характеристика залежи, тип коллектора и технико-технологические данные по скважине:

Толщина;
ФЕС призабойной и удаленной зон пласта;
Расчлененность;
литофациальная характеристика пласта;
вязкость нефти;
расстояние до контактов водонефтяного (ВНК), газонефтяного (ГНК) и газоводяного (ГВК);
пластовое давление;
температура в интервале перфорации;
число обсадных колонн в интервале перфорации;
минимальный внутренний диаметр в колонне труб;
максимальный угол отклонения скважины от вертикали;
состояние обсадной колонны и ее цементной оболочки;
свойства и состав жидкости, применявшейся при первичном вскрытии пласта.

В нефтегазодобывающих скважинах интервал перфорации определяется насыщенностью пород пластовыми флюидами и устанавливается геологической службой предприятий, ведущих буровые работы.

В случае вскрытия скважиной нефтенасыщенного пласта он перфорируется по всей толщине продуктивного объекта./3/

ПУЛЕВАЯ ПЕРФОРАЦИЯ.

Пулевой перфоратор представляет собой трубу длиной 1 м и диаметром 100 мм, которая заряжается спрессованным порохом и 10 стальными пулями. /1/

На каротажном кабеле пулевой перфоратор спускают в скважину, заполненную глинистым раствором, устанавливают против заданного интервала продуктивного пласта и делают выстрелы. Глубина отверстий в породе не превышает 5-7 см. Многие пули застревают в эксплуатационной колонне, в цементном камне, и только небольшое число их пробивает колонну и цементный камень. Практически в настоящее время не находит применения. /4/

КУМУЛЯТИВНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ.

Кумулятивные перфораторы имеют заряды с конусной выемкой, которые позволяют фокусировать взрывные потоки газов и направлять их с большой скоростью перпендикулярно к стенкам скважины.

Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел колонны, цементного камня и породы достигается за счет сфокусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена конической формой поверхности заряда взрывчатого вещества, облицованной тонким металлическим покрытием. Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов - продуктов облицовки - пробивает канал. Кумулятивная струя имеет скорость в головной части до 6-8 км/с и создает давление 3-5 тыс. МПа. /5/

Бескорпусные перфораторы спускают в скважину на каротажном кабеле. При выстреле стеклянные или пластмассовые оболочки полностью разрушаются. Бескорпусные перфораторы позволяют значительно увеличить массу кумулятивных зарядов и, следовательно, их пробивную способность. /5/

ГИДРОПЕСКОСТРУЙНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ.

На нефтяных промыслах применяют также гидропескоструйный перфоратор. Гидропескоструйный перфоратор состоит из толстостенного корпуса, в который ввинчивается до десяти насадок из абразивно-стойкого материала (керамики, твердых сплавов) диаметрами отверстий 3-6 мм. Гидропескоструйный перфоратор спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах. Перед проведением перфорации скважины с поверхности в НКТ бросают шар, который перекрывает сквозное отверстие перфоратора. После этого с помощью насосных агрегатов через НКТ в скважину закачивают жидкость с песком. Нагнетаемая жидкость с песком выходит только через насадки. Концентрация песка в жидкости обычно составляет 80-100 кг/м, диаметр частиц кварцевого песка 03-0.8 мм. /1/

Однако, поскольку этот метод довольно трудоемкий, его применение целесообразно лишь в тех случаях, когда более дешевые методы пулевой, снарядной и кумулятивной перфорации не дают нужного эффекта

Гидропескоструйную перфорацию применяют для вскрытия пластов в процессе опробования разведочных скважин, вскрытия пластов в скважинах, оборудуемых для раздельной эксплуатации двух и более пластов одной скважиной, вскрытия пластов с трещиноватыми коллекторами. При таком способе вскрытия пласта не получают должного эффекта в интервалах, ранее обработанных соляной кислотой или после гидроразрыва, а также после повторного вскрытия высокопроницаемых пластов с низким пластовым давлением.

В карбонатных коллекторах с низкой проницаемостью используют комбинированный способ вскрытия пласта: перфорированием или открытым забоем с последующей солянокислотой обработкой. /4/

Заключение.

Выбор перфоратора, метода и технологии перфорации зависит от назначения скважины, цели перфорации, прочности, толщины и типа пласта, состояния обсадной колонны, размеров ствола скважины, давления, температуры и др.

Гидропескоструйная перфорация применяется как один из основных способов пробивки отверстий в буровой колонне. Это необходимо в нефтедобывающей промышленности.

Процедура производится напротив нефтеносной области и помогает усилить, а также активизировать потоки углеводородного сырья. Это современной и эффективное оборудование отличается простотой в обслуживании и понятным принципом работы.

Что из себя представляет

Это высокоэффективный способ, поскольку по сравнению с другими методами перфорации улучшаются показатели вскрытия пласта.

Основан способ на абразивном и гидромонтирном разрушении преград. Применяется при следующих видах работ:

вскрытие пластов;
испытание и опробование разведочных скважин;
вскрытие обсадных колонн;
разбуривание цементных мостов.

Также в список входит еще несколько операций для перфоратора, необходимых при капитальном ремонте скважин. Особенностью метода является активное использование воды для транспортировки абразивных частиц. Процесс, по сути, представляет собой нагнетание в скважину воды и песка под высоким давлением. После обработки остаются чистые и глубокие каналы.

Гидропескоструйная перфорация бывает двух типов:

точечная, при котором перфоратор имеет фиксированное положение, а необходимое воздействие на скважину – 15 минут;
щелевая, перфоратор в этом случае подвижен, а время воздействия по 3 мин на каждый см.

Основные преимущества такого метода обработки:

высокая продуктивность;
уменьшение сроков;
возможность использования в различных видах скважин, даже усилены по твердости материала;
щадящий характер работ не позволяет нанести ущерб нефтеносному пласту.

Все это не только ускоряет работу, но и позволяет проводить ее продуктивно и качественно, без отвлечения на кривизну канала, наличие хвостовика. Важно использовать исключительно современное оборудование, чтобы достичь желаемого результата.

Устройство перфоратора

Гидропескоструйный перфоратор состоит из корпуса, струйных сопел, шарового клапана и хвостовика с центральным отверстием. Хвостовик имеет коническую внутреннюю резьбу, посредством которой соединен с корпусом. При этом внешний диаметр хвостовика и внешний диаметр корпуса совпадают.

В корпусе расположены гидромоторные насадки. Непосредственно насадки выполнены из прочного абразивноустойчивого материала. При перфорации отверстия в породе создаются за счет придания песчано-жидкостной струе очень больших скоростей. По параметрам скорость достигает нескольких метров в секунду. Перепад давления в процессе составляет до 30 мПА.

В итоге в породе образуется каверна грушеобразной формы. Узкий конус обращен к перфорационному отверстию в колонне. Размеры получаемого канала сначала растут быстро, а затем медленнее, в связи с падением скорости струи, а также поглощением энергии встречным потоком различных жидкостей.

Основные параметры, по которым проверяется струя:

определенная плотность, чтобы не возникло проявления фонтана;
вязкость, чтобы в системе не оседал песок;
фильтруемость, чтобы каверны не сильно поглощали рабочую жидкость.

Как происходит подготовка скважин к эксплуатации

Скважины с перфорированным забоем являются более предпочтительными в нефтедобывающей промышленности. Гидропескоструйная процедура перфорации относится к вариантам вторичного вскрытия, а также к эффективному способу искусственного воздействия на зонах при забое.

Гидропескоструйный перфоратор фиксируется снизу колонны, после чего опускается в скважину на заданную глубину. При этом сверху вне скважины остается определенное оборудование: пескосмесительные агрегаты, устьевая арматура, насосы. Под воздействием насосов жидкость накачивается под высоким давлением.

Если перфоратор стационарен, в обсадной колонне и цементном камне образуются отверстия большого диаметра. Форма каверн в конце концов зависит не только от твердости горной породы, но и от параметров скорости жидкостно-песчаных струй.

После гидропескоструйной перфорации при процессе обратной промывки вымывают шаровой клапан, промывается скважина до забоя, пока песок из скважины не будет полностью удален. После этого можно вытаскивать перфоратор и заниматься оборудованием скважины для последующей эксплуатации. Кроме того, освоение скважин, вполне возможно и без подъема перфоратора.

Наиболее щадящий технологический процесс при воздействии на нефтяные пласты – гидропескоструйная перфорация. Этот метод отличается безопасностью и высокой результативностью при соблюдении всех нюансов технологического процесса. Главное, использовать самые современные технологии, а также соорудить резервуары для хранения жидкости.

В нефтяной промышленности особое место отведено технологическим процессам. Так, гидропескоструйная перфорация скважин применяется, как один из основных способов пробивания отверстий в колонне буровой. Делается это напротив нефтеносной области с целью усилить или же стимулировать поток углеводородного сырья.

Чем отличается гидропескоструйная технология от остальных методик

Стоит понимать, что перфорация нефтяных скважин может проводиться с использованием различных методик. Необходимый способ выбирается, исходя из типа конструкции буровой, геологических особенностей области, условий бурения. В расчет принимаются различные факторы, возникающие впоследствии воздействия на продуктивный пласт. Потому каждый способ испытывается в лабораторных условиях, и только потом переносится на местность. Для нефтяной перфорации использую следующие технологии:

торпедная;
пулевая;
кумулятивная;
гидропескоструйная.

Сравнить методики можно на примере отличий. Так, кумулятивная технология отличается от гидропескоструйной тем, что она влечет за собой негативное воздействие на прочность цемента. Риску подвергается и обсадная колонна. Это спровоцировано большой длиной каналов. Пулевая и торпедная могут оказать сильное механическое воздействие на скважину. В результате этого могут возникнуть трещины на цементном кольце. При этом наблюдается отслаивание эксплуатационной колонны и в редких случаях полное разрушение.

Потому специалисты в ряде случаев прибегают к применению более щадящей технологии – гидропескоструйной перфорации. Она оказывает не столь разрушающий эффект на скважину, колонну и цементное кольцо.

Характеристика гидропескоструйной технологии

Данная методика применяется не столь часто, как кумулятивная, однако может быть использована в силу определенных обстоятельств на нефтяной скважине. Гидропескоструйная перфорация – это абразивное воздействие на преграды, их гидромониторное разрушение. Представляет собой процесс нагнетания в скважину жидкости и песка, после чего образуются чистые глубокие каналы.

Перфорация нефтяных скважин по данной технологии используется при вскрытии сжатых коллекторов. Они могут быть, как гомогенными по проницаемости, так и не являться такими. Способ применяется или для срезания трубы на буровой, когда требуется провести ремонт или замену оснащения.

Гидропескоструйная перфорация бывает двух типов:

Точечная. В таком случае канал делается при помощи неподвижного перфоратора. Воздействие на нефтяную скважину данным способом проводится в течение 15 минут.
Щелевая. Предполагает использование подвижного перфоратора. Предполагает воздействие в течение 3 минут на каждый см длины.

Стоит отметить, что при работах в непродуктивных областях нефтеносного пласта может применяться обычная пресная вода. Делается это в целях экономии на промывочной жидкости. Абразивная смесь делается путем добавления в жидкость кварцевого песка или проппанта.

Если возникает непредвиденная остановка оснащения на долгий период, то нефтяную скважину следует без задержек промыть путем обратной циркуляции.

Преимущества и недостатки

Технология перфорации стала применяться в отрасли после внедрения в нее стойких материалов, предназначенных для проведения технологических процессов в углеводородных скважинах. В сравнении с классическими методиками, гидропескоструйное воздействие имеет достаточно большой список достоинств:

Повышенная успешность работ. Это продиктовано отсутствием преждевременной остановки закачки абразивной смеси, когда предполагается повторное проведение работ.
Уменьшение сроков освоения скважины. На разработку тратится меньше времени в силу того, что полностью отсутствуют работы с уплотнителем (пакером) и пределы по массе проппанта.
Исключение негативного воздействия на нефтеносный пласт. Взрывные нагрузки не производят положительного эффекта на эксплуатационную колонну. А получение отверстий путем нагнетания абразивного песка с жидкостью несет более щадящий характер. При этом получаемые отверстия после обработки нефтяной скважина имеют больший диаметр.
Более результативное проведение нескольких последовательных операций. Когда требуется определенное количество процессов перфорации, гидропескоструйная технология предполагает меньшую массу проппанта. Это связано с занным размещением.
Технологический процесс ISOJET допускается а различных скважинах. Различные препятствия (кривизна канала, присутствие хвостовика) не могут повлиять на возможное применение способа. При этом для сооружений, относящихся по прочности к классу Е (предполагается отсутствие усиленной колонны), гидропескоструйная перфорация также может применяться.

Но существуют и негативные стороны использования технологии. Здесь стоит отметить следующее:

Необходимость использования передового оснащения. Для гидропескоструйной обработки нефтяных скважин используются специальные перфораторы, компрессоры, пескосмесители. Также необходимо соорудить резервуары для жидкости.
Поглощение жидкости грунтом. В таком случае применение гидропескоструйной технологии перфорации полностью исключается.
Полное соблюдение технологи процесса. Здесь стоит наладить расход форсунок, давление при работе с учетом потерь по длине трубок, контролировать продолжительность процесса. Если этого не соблюдать, то могут возникнуть необратимые последствия.

Подведение итогов

Перфорация нефтяных скважин гидропескоструйным методом – наиболее щадящая технология при воздействии на нефтеносные пласты. Способ достаточно эффективен и безопасен при полном соблюдении технологических процессов, а потому может применяться в случае необходимости. Методика допускается при освоении фонтанных скважин без подъема перфорирующего устройства.

В статье автор описывает опыт выполнения гидропескоструйной перфорации на газодобывающих скважинах с АВПД. Оценивает применимость технологии в осложненных условиях.

Ключевые слова: гидропескоструйная, ГПП, АВПД, газодобывающие скважины.

Гидропескоструйная перфорация (ГПП) является методом вторичного вскрытия продуктивных пластов, при котором разрушение стенок обсадной колонны, цементного камня и породы производится с помощью высокоскоростных гидромониторных струй жидкости, содержащих абразивные включения. обычно в качестве абразива используется крупный кварцевый песок, размером около 100меш или искусственный керамический песок мелких фракций 20/40–30/50меш

Данный метод относят к щадящим методам вторичного вскрытия, в связи с его низким отрицательным влиянием на ПЗП. В действительности формирование перфорационных каналов гидромониторной струей не приводит к уплотнению пород, напротив, данный метод способствует снятию напряжений в зоне перфорации и формирует каверны, образующие обширные площади фильтрации флюида. Единственным негативным фактором при выполнении операции может быть воздействие применяемой жидкости на фильтрационно-емкостные свойства пород, составляющих пласт. Этот эффект полностью зависит от применяемых растворов и поддается контролю, путем работы над составом перфорационной жидкости, обязательным включением в рецептуру ингибиторов набухания глин и деэмульгирующих добавок, для предотвращения образования устойчивых эмульсий в пласте. В случае высокой чувствительности пласта к воде возможен переход на жидкости на безводной основе, например РУО или иные безводные растворы, главным требованием к которым будет наличие песконесущей способности и сохранение приемлемой текучести жидкости. Также фактор воздействия перфорационной жидкости на пласт может быть устранен выполнением работ на депрессии, в таком режиме перфорационная жидкость не проникает в пласт.

Процесс гидропескоструйной перфорации, обеспечивается подачей нескольких гидромониторных струй перфорационной смеси, через специальные сопла, имеющие необходимый диаметр проходного отверстия (обычно от 1,5 до 5мм), для создания достаточной скорости потока струи необходимо поддерживать соответствующий объемный расход жидкости, подающейся с поверхности насосными агрегатами высокого давления. Выносимый из сопел абразивный наполнитель, обладая большой кинетической энергией ударяется о стенки эксплуатационной колонны на маленькой площади и разрушает их. Отверстия формируются благодаря совокупности абразивного воздействия и гидромониторного эффекта. После формирования отверстия в эксплуатационной колонне, струя перфорационной смеси разрушает цементное кольцо и породу в заколонном пространстве и теряя скорость начинает рассеиваться, производя таким образом намыв каверны вокруг первоначального направления движения потока. Напор жидкости поддерживается в течение времени, необходимого для формирования отверстий на заданную глубину и намыва заколонной каверны.

Вскрытие пластов методом ГПП может производиться двумя способами, путем спуска гидропескоструйного перфоратора на компоновке насосно-компрессорных труб, или путем спуска на колонне гибких насосно-компрессорных труб. Принципиальная разница методов заключается в том, что гибкие трубы позволяют с легкостью выполнять работы на депрессии, а также позволяют достигать существенно больших глубин спуска в горизонтальных скважинах.

Работы по ГПП характеризуются довольно высокими значениями нагнетательного давления в трубах, а также наличием рисков прихвата КНК в случае не качественного выноса и удаления абразивного наполнителя из интервалов размещения инструмента. Данные факторы зачастую являются ограничивающими факторами для использования технологии ГПП. То есть, в случае наличия оснований предполагать, что во время производства работ давление нагнетания может превысить допустимые технические пределы, или есть объективный риск, того, что качественный вынос проппанта организовать не удастся, например ввиду частичной потери циркуляции в скважине из-за поглощения раствора, целесообразно рассмотреть другие способы выполнения перфорации.

Рассматривая применимость гидропескоструйной перфорации на газодобывающих скважинах, с аномально высоким пластовым давлением, необходимо оценить основные технологические факторы, оказывающие существенное влияние на характер внутрискважинных работ, на данной категории скважин, а именно:

− Чувствительность газовых коллекторов к воздействию воды

− Склонность к поглощению растворов.

− Высокие коэффициенты трения инструмента о стенки эксплуатационной колонны при СПО

− Сложные конструкции скважин (горизонтальные хвостовики с малыми диаметрами)

− Высокие коэффициенты аномальности пластов (K-1,6–1,9 для Ачимовских и Юрских отложений).

Рассматривая применимость технологии ГПП для такого рода скважин очевидна целесообразность проводить работы в режиме депрессии на пласт, чтобы снизить негативное влияние на ФЕС пласта, при этом, склонность к поглощению рабочего раствора и высокие значения давления в режиме работы на депрессии выступают существенным осложняющим фактором для производства ГПП и ставят под вопрос применимость технологии в таких условиях. Тем не менее, конструктивные особенности скважин могут создавать обстоятельства безальтернативности применения данного метода. Например, в случае необходимости выполнения перфорационных работ через лифт насосно-компрессорных труб в горизонтально направленных скважинах, где выполнение ГПП на ГНКТ является наиболее эффективным и безопасным методом перфорации, к тому же позволяющим произвести работы на депрессии, с последующим отбором флюида и запуском скважины.

Рис. 1. Геолого-технологические характеристики

Так, в апреле 2020 года, при выполнении МГРП на скважине U7102 Самбургского ЛУ Уренгойского НГКМ произошел отказ при активации шаровой муфты ГРП. Для решения данного осложнения был предложен план приобщения зоны ГРП путем гидропескоструйной перфорации участка колонны, расположенного непосредственно над зоной установки муфты, без ее активации.

Рис. 2. Изометрическое представление инклинометрии скважины

Конструктивно, данная скважина представляла из себя наклонно-направленную скважину с горизонтальным окончанием. Заканчивание представлено не цементируемым хвостовиком МГРП ф114мм с шаровыми муфтами, общей длиной более полутора тысяч метров и горизонтальным участком не менее тысячи трехсот метров. Хвостовик подвешен в эксплуатационной колонне ф178мм с помощью подвесного стыковочного устройства, в подвесное устройство спущен лифт НКТ 89мм загерметизированный стингером. Планом освоения предполагалось проведение поэтапной стимуляции зон пласта, разделенных заколонными пакерами, методом ГРП через шаровые сдвижные муфты и последующий запуск скважины в эксплуатацию.

Необходимо отметить, что устьевое давление к моменту производства работ на ГНКТ составляло P-434 Атм (на скважинном флюиде), а минимальное проходное сечение выше места производства работ по ГПП составило всего 68 мм.

В целях сохранения ФЕС вскрываемой зоны, а также ранее приобщенных интервалов, выполнять работы было решено в режиме депрессии на пласт.

В процессе подготовки была составлена программа работ, учитывающая фактические скважинные условия. Произведен спуск компоновки ГПП, установка перфоратора на заданную глубину и последующая гидропескоструйная перфорация десяти станций по три отверстия каждое с интервалом в один метр между станциями, с применением перфорационной жидкости на основе солевого раствора CaCl плотностью 1,10г/см3 полимеризованного гуаровым гелеобразователем до вязкости 20–30 сПз.

В качестве абразивного наполнителя использовался керамический проппант фракции 30/50меш с концентрацией около 80–90кг/м3.

Работы выполнялись с одновременной отработкой скважины на факел.

Использовалась следующая компоновка низа колонны:

− Гидропескоструйный перфоратор Slimhole Sand Jet Perforating Tool

− Центратор гидравлический Hyd Centralizer

− Внутренний луночный коннектор

Рис. 3. Компоновка низа колонны для ГПП на ГНКТ

Операция ГПП была выполнена при следующих гидродинамических параметрах:

Давление нагнетания (Давление в ГНКТ/Circulating pressure): — 446–350 Атм

Объемный расход подачи перфорационной смеси: — 250 л/мин

Концентрация абразивного наполнителя — 90–100 кг/м3

Время резки одной станции — 5 мин

Устьевое давление (затруб/wellhead) — 134–74 Атм

Режим работы скважины: динамический, скважина открыта на ГФУ, через штуцерную камеру.

Рис. 4. Показания системы мониторинга установки ГНКТ во время производства ГПП

Основные термины (генерируются автоматически): гидропескоструйная перфорация, абразивный наполнитель, перфорационная жидкость, скважина, применимость технологии, работа, вторичное вскрытие, высокое пластовое давление, Гидропескоструйный перфоратор, горизонтальное окончание.

Читайте также: