Гидродинамические методы воздействия на призабойную зону пласта

Введение

Обработку призабойной зоны пласта проводят на всех этапах разработки нефтяного месторождения (залежи) для восстановления и повышения фильтрационных характеристик ПЗП с целью увеличения производительности добывающих и приемистости нагнетательных скважин.
Выбор способа ОПЗП осуществляют на основе изучения причин низкой продуктивности скважин с учетом физико-химических свойств пород пласта-коллектора и насыщающих их флюидов, а также специальных гидродинамических и геофизических исследований по оценке фильтрационных характеристик ПЗП.
ОПЗП проводят только в технически исправных скважинах при условии герметичности эксплуатационной колонны и цементного кольца, подтвержденной исследованиями .
Технологию и периодичность проведения работ по воздействию на ПЗП обосновывают геологические и технологические службы нефтегазодобывающего предприятия в соответствии с проектом разработки месторождения, действующими инструкциями (РД) по отдельным видам ОПЗП с учетом технико-экономической оценки их эффективности.
Гидродинамические методы обработки призабойной зоны или методы регулирования представляют собой прогрессивные технологии гидродинамического воздействия на продуктивные пласты с целью обеспечения высокой эффективности разработки месторождений и наиболее полного извлечения нефти из недр при режиме вытеснения нефти водой. Мероприятия (методы) по гидродинамическому воздействию на пласты преследуют цель повышения интенсивности воздействия на слабо дренируемые запасы нефти и вовлечения в разработку выявленных в процессе разбуривания и эксплуатации недренируемых балансовых запасов нефти в объекте разработки.
Необходимо отметить, что опубликованных в открытыхисточниках запатентованных технических решений для осуществления гидродинамического влияния на пласт в качествеспособов проведения работ сравнительно немного - около 20,в то время как в качестве устройств - более чем 60. Эта диспропорция свидетельствует о том, что наиболее проблемнымявляется именно техническое обеспечение реализации разработанных способов.
С учетом технологических и технических особенностейразработана классификация, которая помогла систематизировать большое число известных методов (рисунок 2.1).


1 Технологии и устройства создания высоких мгновенныхдепрессий давления снижением уровня жидкости в скважине.

Снижение забойного давления достигают также уменьшением столба жидкости в скважине, и на этом принципе основывается целый ряд технологий, во многих из которых понижение уровня жидкости объединяют с ее газированием.
Выполнение этой операции поршневанием или тартаниемжелонкой, несмотря на трудоемкость и продолжительностьпроцесса, длительное время было основным, а часто и един-ственным способом снижения забойного давления.
Промысловый опыт показал, что в результате созданиявысоких депрессий, и особенно при мгновенном изменениидавления, эффективность очищения пластов и освоенияскважин повышается. Научно-исследовательские работы вэтом направлении были начаты в БашНИПИнефти Я.И. Козьяковым, запатентовавшим способ увеличения дебита и устройство для его осуществления, суть которого заключалась втом, что в скважине снижали уровень жидкости сжатым воз-духом с дальнейшим его быстрым выпусканием, для чего наустье встраивалось специальное устройство. Таким образомосуществлялись повышенные депрессии на пласт, однаковнезапного или мгновенного создания депрессии не происходило, поскольку ее величина возрстала постепенно, по меревыпускания газа из скважины. Аналогичный недостаток име-ет и способ К.В. Гаврилкевича, в котором сменные давлениясоздаются нагнетанием насосными агрегатами жидкости впласт при давлениях 30-35 МПа, после чего закачки прекра-щают и мгновенно открывают краны устьевой арматуры.Благодаря технологической простоте и незначительным за-тратам этот способ применяют и в данное время, но его ус-пешность даже в нагнетательных скважинах составляет неболее 50 %.
Основоположником метода создания высоких мгновенныхдепрессий в современной трактовке данной технологии вбыв. СССР был Ф.С. Абдулин, который разработал технологию и устройство для создания мгновенных депрессий . Им было предложено изолировать затрубное пространство пакером и установить перепускной клапан не на устье скважины, а на забое и после осушения затрубного пространства сжатым воздухом мгновенно соединять его с призабойной зоной.
В дальнейшем были разработаны усовершенствованныетехнологии и технические средства создания высоких мгновенных депрессий на пласт. Так, для лучшего очищения пласта в водонагнетательных скважинах предложено проводит чередование закачки воды и ее удаление с противодавление на устье для поддерживания забойного давления больше гидростатического, закачивать жидкость с частотой, равной собственной частоте колебания столба жидкости, путем периодического прерывания ее движения. К.С. Фазлутдиновыми P.P. Мухаметгалиевым предложены устройство и технология, в которой с помощью глубинного насоса опорожняют затрубное пространство и последующим его соединениемс призабойной зоной создают депрессию на пласт, но необходимость установления пакера значительно усложняет насосную эксплуатацию. Сложным является и способ, разработанный М.А. Михайловым с соавторами, в котором предусматривается установление в скважине двух колонн НКТ, причем опорожнение одной из них проводится компрессором.


2 Гидродинамическое воздействие на пласт путем созданиявысокочастотных гидроимпульсов и вибрации.

Одним из методов улучшения фильтрационных характеристик являетсявоздействие вибрации и виброударных колебаний на призабойную зону пласта. По данным М.Л. Сургучной, О.Л. Кузнецовой и Э.Г. Симкина, импульсное гидродинамическое возмущение приводит к образованию акустических волн давления, которые, в свою очередь, вызывают в пористой среде гидродинамический поток, так называемый звуковой ветер. В результате в пласте возбуждаются волны растяжения и сжатия, которые создают в нем сетку трещин, а при нагнетании с переменным давлением жидкости разрыва происходит их раскрытие в глубину породы. А.И. Гурьянов и другие исследователи считают, что акустическое воздействие изменяет структуру и поверхностные свойства коллекторов в результате активации кристаллической решетки зерен породы. Одновременно гидродинамическиеволны давления влияют и на нефть, которая находится в пласте, уменьшая ее вязкость, поверхностное натяжение, и способствуют дегазации, облегчая движение к забою.
Пористая среда является диссипативной и под действиемсилы приходит в движение не сразу, а только после некоторого времени релаксации. Ее сопротивление увеличивается с ростом частоты вибрации, т.е. эффективность метода при этом снижается. Время релаксации пород составляет до 10-20 мкс, поэтому частота колебаний не должна превышать50 Гц. Промысловые результаты применения вибрационных технологий показали, что со снижением частоты импульсов эффективность очищения повышается и оптимальная частота составляет 1-20 Гц.
Лабораторные эксперименты на кернах, в которых подвоздействием глинистого раствора проницаемость снизиласьна 55-60 % (ее восстанавливали гидромониторной обработкой, обратной промывкой и гидроимпульсным воздействием), показали, что восстановление после гидроимпульсной обработки было наибольшим и составляло 62-85 %

. При этом эффективность депрессивного воздействия была на 15-20 % выше, чем воздействие репрессии.

3 Воздействие на пласт высокочастотными импульсами,созданными с помощью электроразрядных технологий.

Физической основой этих технологий является создание высоковольтного разряда в жидкости, в процессе чего происходитвзрывоподобное, на протяжении 1-100 мкс, преобразование электрической энергии в другие виды энергии с повышением температуры до (40*50)∙103°С и создание давления от 102 до 103 МПа. Электроразрядные устройства генерируют в окружающей среде ударные волны, волны сжатия, мощные электромагнитное и акустическое излучения, комплекс кавитационных явлений.
Преимущества данного метода в кратковременном воздействии нагрузки на коллектор, импульсный характер разрядо экономит энергию, в то время как, например, в вибрационных способах существует постоянная потребность в энергии. По данным разработчиков, действие гидроударных волн достигает 0,25-0,5 м и приводит к образованию искусственных трещин в породе и способствует очищению пласта.
Известны несколько модификаций генераторов электроразрядних импульсов. Один из первых устройств был разработан в США Г.Б. Миллером, который сконструировал армированный продольный вибратор, выполняющий функциакустического излучателя. На основе симметричного излучателя, представляющего собой пакет из пьезокерамическишайб, в СССР были разработаны акустические устройств «Лотос» и «Лидер» диаметрами 48 и 42 мм, которые спускаются в скважину на геофизическом кабеле и работают с частотами 8; 6,5 и 22 кГц.
4 Гидравлический разрыв пласта

Для интенсификации притока нефти (газа) к забою скважины, вскрывающей низкопроницаемые коллекторы, необходимо создать в их призабойной зоне систему трещин. Для раскрытия естественных микротрещин и создания новых в материале призабойной зоны пласта следует создать давление, которое превысило бы прочность слагающего его материала. Это достигается за счет закачки технологической жидкости в продуктивный пласт с расходом, величина которого превышает расход жидкости, поглощаемой пластом. После фиксации образовавшихся трещин путем нагнетания в них песка гидравлическое сопротивление призабойной зоны существенно снижается и дебит скважины увеличивается. Оборудование и материалы
- Колтюбинговая установка, оснащенная гибкой трубой с достаточно большим поперечным сечением, обеспечивающим закачку технологических жидкостей с необходимым расходом (обычно не менее 60,3 мм);
- забойная компоновка, включающая пакеры для изоляции зоны перфорации от полости скважины;
- устьевое оборудование, состоящее из превентора и шлюза для спуска в скважину забойной компоновки (в ряде случаев шлюз заменяется системой из двух универсальных превенторов и промежуточной камеры);
- насосный агрегат (обычно используется несколько агрегатов, работающих параллельно, а также резервный агрегат);
- манифольд;
- пескосмесительные агрегаты;
- емкости для технологических жидкостей (жидкость разрыва, жидкость-песконоситель, продавочная жидкость);
- станция управления процессом;
- материалы для проведения ГРП (песок, технологические жидкости).
 Описание технологии
Основные принципы выполнения ГРП с использованием колтюбинговых установок соответствуют существующим, разработанным для выполнения этих работ по классической технологии - с помощью агрегатов капитального ремонта скважин.
Отличия, обусловленные преимуществами колтюбинга,  следующие:
проведение процесса может быть выполнено при спуске оборудования в колонну лифтовых труб, что позволяет начать эксплуатацию скважины сразу после выполнения ГРП;
сокращается время выполнения работ, поскольку отпадает необходимость извлечения колонны лифтовых труб, находящихся в скважине, и спуска колонны НКТ с пакером для выполнения процесса;
исключается операция глушения скважины для извлечения технологического оборудования и сопровождающая ее операция по вызову притока.

5 Колтюбинговые волновые технологии

Многообразие колтюбинговых технологий включает использование гидродинамических генераторов, создающих низкочастотные колебания достаточно высокой амплитуды при сравнительно малом расходе прокачиваемой через них жидкости. Эти технологии, называемые колтюбинговыми волновыми технологиями применяются для очистки забоя и НКТ от отложений, свабирования, для обработки ПЗП, обработки горизонтальных скважин и боковых стволов, а также для ограничения водопоглощении и выравнивания профилей приемистости.
 Оборудование и материалы
 Для осуществления виброволнового воздействия применяются гидродинамические генераторы колебаний с оригинальным принципом работы. При относительно малых диаметре и массе они обладают высоким гидравлико-акустическим КПД и способны генерировать низкочастотные колебания достаточно высокой амплитуды при сравнительно малом расходе прокачиваемой через них жидкости. Их параметры настраиваются на рациональный частотно-амплитудный диапазон функционирования в соответствии с конкретными геолого-техническими характеристиками скважин.
 Конструктивно генераторы выполнены в виде насадок, крепящихся к гибкой трубе с помощью переходников, завальцованных на конце трубы.
Характерные особенности и преимущества:
- Существенное снижение материально-временных затрат при проведении работ;
- повышение эффективности промывок НКТ и забоя скважин;
- возможность непрерывной поинтервальной обработки ПЗП;
- повышение охвата пласта воздействием как по толщине, так и по простиранию.
При виброволновом воздействии проявляется комплекс эффектов и явлений:
- тиксотропное разжижение глинистых включений, ослабление и разрушение взаимных связей между частицами кольматирующих материалов и скелетом пласта;
- инициирование и интенсификация переноса кольматирующих частиц потоком жидкости по поровым каналам;
- уменьшение блокирующего влияния фаз - воды, нефти и/или газа;
- инициирование и интенсификация процессов тепло-массо-переноса, а также фильтрации флюидов;
- последовательное расформирование кольматированной зоны;
- вынос кольматанта из пласта на поверхность;
- эффективный вынос продуктов реакции, высокая степень, глубина и объемность очистки ПЗП, восстановление ее проницаемости;
- появление новых каналов фильтрации;
- снятие аномалий напряжений в ПЗП и раскрытие пор.

6 Изменение направлений фильтрационных потоков

Технология метода заключается в том, что закачка воды прекращается в одни скважины и переносится на другие, в результате чего обеспечивается изменение направления фильтрационных потоков до 90°.
Физическая сущность процесса состоит в следующем:
Во-первых, при обычном заводнении вследствие вязкостной неустойчивости процесса вытеснения образуются целики нефти, обойденные водой.
Во-вторых, при вытеснении нефти водой водонасыщенность вдоль направления вытеснения уменьшается. При переносе фронта нагнетания в пласте создаются изменяющиеся по величине и направлению градиенты гидродинамического давления, нагнетаемая вода внедряется в застойные малопроницаемые зоны, большая ось которых теперь пересекается с линиями тока, и вытесняет из них нефть в зоны интенсивного движения воды