Совершенствование техники и технологии газоимпульсной обработки призабойной зоны скважины

На долю нефти приходится более 30% современного мирового потребления топливно-энергетических ресурсов. Можно уверенно прогнозировать на ближайшие десятилетия невозможность создания новых крупных мощностей для изменения структуры добычи и потребления этих ресурсов. Финансовый кризис в России и в некоторых других крупнейших нефтедобывающих странах мира, падение цены на нефть еще дальше отодвигают перспективы решения проблемы производства альтернативных источников энергии. Поэтому стабильные поставки нефти будут еще долго играть важнейшую роль в развитии экономического потенциала каждой из стран с развитой промышленностью, Эффективная работа нефтедобывающей промышленности России — важнейшее условие выхода ее из кризиса, достижения стабилизации в экономике. Однако в настоящее время более 60% отечественных запасов нефти приурочено к коллекторам с трудноизвлекаемыми запасами нефти (ТИЗН), эффективность разработки которых традиционными методами невысока. Изменение качества запасов в значительной степени обусловлено высокой выработанностью крупных высокопродуктивных месторождений. Существующий уровень извлечения нефти и газа из пласта не может удовлетворить потребности страны в углеводородном сырье. Вместе с тем разработка месторождений ТИЗН требует больших материальных и технических затрат, изменения системы налогообложения и т. д.

В этих условиях перспективы развития нефтедобывающей промышленности определяют следующие основные факторы:

— создание и расширение сырьевой базы путем проведения геолого-разработки и применение эффективных технологических процессов для повышения нефтеотдачи пластов;

— максимальное использование возможностей каждой добывающей и нагнетательной скважины в соответствии с потенциалом эксплуатационного объекта;

— снижение себестоимости добычи нефти с учетом затрат на геолого-разведочные и геофизические работы.

Повышение эффективности извлечения углеводородов из недр в значительной мере зависит от создания новых технологий управления процессами в призабойной зоне. Призабойная зона — область, принадлежащая одновременно и пласту, и самой скважине. В ней не только сосредоточиваются, но и усиливаются многие явления, сопровождающие процесс извлечения углеводородов из нефтяных и газовых пластов. Их многообразие и сложность послужили причиной появления значительного количества различных методов и технологий интенсификации добычи нефти, которые описаны в отечественной и зарубежной литературе. Многие явления, происходящие в приза-бойных зонах скважин (ПЗС), в настоящее время изучены недостаточно, а способы повышения их продуктивности имеют существенные недостатки. Однако в этой области накопилось много новых данных, рассмотрение которых в свете современных знаний представляет огромный интерес.

К основным причинам снижения проницаемости призабойной зоны в процессе эксплуатации скважин можно отнести следующие.

Для добывающих скважин:

— проникновение жидкости глушения (пресной или соленой воды) в процессе подземного ремонта или жидкости промывки;

— проникновение пластовой воды в обводненных скважинах при их остановках;

— набухание частиц глинистого цемента терригенного коллектора при насыщении его пресной водой;

— образование водонефтяной эмульсии;

— выпадение и отложение асфальтено-смоло-парафиновых составляющих нефти или солей из попутно-добываемой воды при изменении термобарических условий;

— проникновение в ПЗС механических примесей и продуктов коррозии металлов при глушении или промывке скважины,.

— закупорка капилляров газом при добыче,.

— прорыв воды из нагнетательных скважин при нарушении закачки.

Для нагнетательных скважин:

— набухание глинистых пород при контакте с пресной закачиваемой водой, а также с растворами определенных химических реагентов;

— смена в процессе закачки минерализованной воды на пресную;

— кольматация ПЗС твердой фазой промывочной жидкости при производстве в скважине ремонтных или других работ;

— повышенная остаточная нефтенасыщенность в призабойных зонах скважин, которые до перевода под нагнетание работали как добывающие.

Существенным фактором снижения эффективности выработки запасов и конечного коэффициента нефтеотдачи является обводнение добывающих скважин.

Важная роль в обеспечении рациональных темпов отбора при наиболее высоких значениях коэффициентов компонентоотдачи пласта принадлежит методам воздействия на призабойную зону. Разработаны теоретические основы множества различных методов обработки призабойных зон и технологий их проведения, используемых на отечественных и зарубежных нефтяных и газовых месторождениях. Ежегодно на месторождениях России проводится около 10 000 обработок ПЗС. При этом дополнительно добывается несколько миллионов тонн нефти, однако успешность многих методов воздействия на призабойные зоны остается низкой и составляет 40−60%. Это объясняется тем, что применяемые методы обладают некоторыми или всеми следующими недостатками: невысокая успешностьгромоздкость технологийзначительный расход дефицитных и дорогостоящих химических реагентовнедостаточно полно разработанные теоретические основы проектирования процессовнедостаточно обоснованный выбор скважин для осуществления различных методов воздействия и их очередностинедостаточный учет свойств и строения призабойной зоны конкретной скважины, а также распределения нефтенасыщенности и ее динамики во временинеизвестность путей обводнения скважины и степени водонасыщенности пластов. Не всегда учитываются и изменения, происходящие в пласте и ПЗС в процессе разработки б залежи. В нефтепромысловой практике часто выбирают метод обработки ПЗС исходя из имеющихся возможностей: наличия технических средств и материалов, освоенности метода в данном регионе, его сложности и трудоемкости. Важный недостаток всех методов воздействия на ПЗС — недостаточная их регулируемость, которая особенно важна при разработке многопластовых месторождений, включающих многослойные расчлененные коллекторы. Способы регулирования путем интервального воздействия за счет механического разобщения пакерами или изолирующими материалами не получили широкого промышленного применения из-за сложности их осуществления и невысокой эффективности.

Таким образом, анализ некоторых проблем, связанных с искусственным воздействием на пласт или ПЗС, представляет несомненный интерес.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1 Газо-импульсное воздействие на призабойную зону скважины является перспективным способом повышения проницаемости призабойной зоны пласта добывающих и нагнетальных скважин, в первую очередь в карбонатных и терригенных (сформированных из обломков горных пород и минералов) пластах, сложенных как поровыми, так и трещиноватыми горными породами с проницаемостью от нескольких единиц до нескольких сотен миллиДарси, с пористостью 12−30% и залегающими на глубине до 2000 метровПроведенный анализ выявил основные достоинства и недостатки газо-импульсной обработки (ГИО). Одним из ключевых недостатков ГИО, не позволяющим повысить эффективность его применения, являлось отсутствие математической модели процесса. В связи с этим основной задачей работы было ее создание.

2 Для повышения эффективности ГИО разработана методика (математическая модель и теория газо-импульсного воздействия), позволяющая выполнять многократные циклы воздействия на призабойную зону методом ГИВ с оптимальными рабочими параметрами (давление, время, расход газа и др.). Кроме того, разработанная методика позволяет не на основании статистических данных, а на основании теоретически обоснованных расчётов правильно выбрать и назначить режим воздействия (амплитуду и длительность импульсов давления).

3 На основе разработанной математической модели на базе современной компьютерной платформы MathCad создана программа расчета основных рабочих показателей, необходимых для эффективного воздействия на ПЗС при газо-импульсной обработке. Оператору достаточно ввести в программу данные по месторождению, полученные в результате геофизического исследования пласта скважины, и он получит ответ относительно того, какие параметры воздействия необходимо задать для получения максимального эффекта.

4 Программа расчета основных рабочих показателей ГИО протестирована на реальных объектах нефтедобычи — нефтедобывающих скважинах в различных регионах Российской Федерации. Результаты промысловых испытаний показали хорошую сходимость с данными, полученными при математическом моделировании и использовании разработанной программы расчета. Рабочие параметры реального комплекса ГИВ практически совпадают с расчетными: давление зарядки генератора Р = 65 — 80 МПа (расчетное давление зарядки генератора Р = 65 МПа) — время открытия клапана t = 0,1 — 0,3 с (расчетное время открытия клапана t = 0,1 с) — количество циклов воздействия z = 2 — 4 (расчетное количество циклов воздействия z = 2).

5 По результатам промысловых испытаний получена аттестация в РОСГОРТЕХНАДЗОРЕ аппаратуры и технологии газо-импульсного воздействия.