Влияние гидродинамической связи между пропластками на выбор профиля вскрытия горизонтальным стволом.

При прогнозировании показателей разработки вертикальными скважинами вопрос о вскрытии продуктивного разреза рассматривается с позиции отработки всех пропластков с учетом наличия гидродинамической связи между пропластками, опасности обводне­ния скважин подошвенной водой, состава добываемой продукции по толщине залежи и т.д., но без рассмотрения вопроса о направлении ствола, предполагая, что ствол будет строго вертикальным или наклонным (если скважины размещены кустами).

Освоение газовых и газонефтяных месторождений системой горизонтальных сква­жин предъявляет к вскрытию продуктивного разреза дополнительные требования, связан­ные:

- наличием в обязательном порядке вертикальной проницаемости не только для гидродинамической связи между пропластками, но даже в пределах вскрываемого гори­зонтальным стволом пропластка;

- направлением горизонтального ствола в пределах продуктивного разреза, имеющим важное значение для устойчивой эксплуатации скважин без осложнений;

- выбором профиля горизонтального (горизонтально-наклонного) ствола и вскрытия каждого пропластка в соответствии с их фильтрационными свойствами и удельными запасами газа в них.

На производительность горизонтальных скважин существенное влияние ока­зывает вскрытие пласта. Под понятием "вскрытие" в данном случае понимается полнота вскрытия дренируемой горизонтальной скважиной зоны по направлению ствола, а также длина фильтра по каждому пропластку.

Вопрос полного или частичного вскрытия пласта горизонтальным стволом приобретает важное значение, если пласт состоит из нескольких разнопроницаемых пропластков. При этом следует обратить особое внимание на степень гидродинамической связи между пропластками. При наличии хорошей гидроди­намической связи вскрытие горизонтальным стволом каждого из пропластков не­обязательно. В таких случаях вскрытие должно обеспечить необходимую произво­дительность скважины при минимальных депрессиях на пласт, способствуя при этом уменьшению длины горизонтального ствола, а следовательно, затрат на бурение горизонтальной части ствола. Если вертикальная связь между пропластками затруднена, то горизонтальный ствол должен вскрывать каждый из пропластков. Длина горизонтального ствола по вскрытию пропластков должна опреде­ляться исходя из проницаемости каждого пропластка, запасов газа в них и равно­мерности истощения запасов по каждому из них. Для достижения поставленной цели необходимы исходные данные по запасам газа и фильтрационным свойст­вам каждого пропластка. При решении задачи о вскрытии пласта (пропластков) горизонтальным стволом необходимо учесть наличие и активность подошвенной и контурных вод.

Со вскрытием пласта (пропластков) связана устойчивость работы скважины. На рис. 11 показаны различные варианты конструкции горизонтальных скважин, обеспечивающие минимальность потерь давления по длине горизонтальной части ствола, вскрытие всех пропластков при необходимости и выноса добываемой про­дукции на поверхность.

Длина фильтра по каждому пропластку при вскрытии, согласно схемам гид, может быть рассчитана с учетом угла падения пласта, профиля горизонтального ствола, толщины пропластков, запасов газа по пропласткам и проницаемости каж­дого пропластка.

Очень существенным при вскрытии пласта является последовательность зале­гания высоко- и низкопроницаемых пропластков и их близость к контактам газ — нефть и газ — вода. Близость высокопроницаемых пропластков к контакту газ — вода, необходимость обеспечения при этом допустимой величины депрессии на пласт с учетом потерь давления по длине горизонтального ствола при наличии или отсутствии в горизонтальной части ствола фонтанных труб требует выбора соот­ветствующего профиля горизонтального ствола. При этом в ряде случаев возмо­жен вариант вскрытия сравнительно низкопроницаемого пропластка, отдаленно­го от контакта газ — вода и увеличения при этом производительности горизон­тальной скважины за счет увеличения длины горизонтального ствола. Для задан­ных фильтрационных и емкостных свойств пористой среды допустимая депрессия на пласт в горизонтальной скважине должна определяться по формуле

где h — толщина газоносного пласта; h1, — расстояние от кровли пласта до рас­положения горизонтального ствола по толщине. Величина h1, устанавливается проектом разработки в зависимости от конструкции скважины. Если в горизон­тальной части ствола отсутствуют фонтанные трубы, то наиболее опасным сечением, с точки зрения обводнения скважины, является участок перехода горизонтального ствола от горизонтального положения к вертикальному. При наличии фонтанных труб максимальная депрессия на пласт будет иметь место у башмака фонтанных труб. Поэтому в горизонтальных скважинах, оборудован­ных фонтанными трубами, допустимая депрессия на пласт должна быть уста­новлена у зоны, где находится башмак фонтанных труб.

Вскрытие газовых и газонефтяных месторождений горизонтальными скважинами должно быть обосновано исходя из:

— одновременности вовлечения в разработку всех пропластков;

— равномерности дренирования залежи по площади;

— безводной эксплуатации скважины в течение всего периода разработки залежи;

— необходимости предотвращения возможности образования песчано-жидкостных пробок;

— безгазовой эксплуатации нефтяных оторочек;

— необходимости вскрытия одного или нескольких пропластков при освоении многопластовых неоднородных наклонных пластов и т.д.

Возможные варианты вскрытия газовых и газонефтяных месторождений горизон­тальными скважинами и распределение забойного давления и дебита при различных кон­струкциях скважин показаны на рисунке 11.3 а—д. На рисунке 11.3а показана схема стандартного горизонтального ствола без оборудования фонтанными трубами. При такой конструкции минимальное забойное давление будет иметь место у сечения переходящего от верти­кального положения ствола в горизонтальное положение. Накопление дебита, начиная -от торца ствола и движение потока в сторону вертикальной части ствола, приводит к росту потерь давления по горизонтальной части ствола. Поэтому из рисунка 11.3а показывающего зависимости Q и Р₃ от L следует, что при L= 0 забойное давление будет минимальным (в пределах горизонтальной части ствола), а дебит максимальным.

На рисунке 11.3б показана схема стандартной горизонтальной скважины оборудован­ной частично фонтанными трубами и распределение давления на забое и дебита вдоль го­ризонтального ствола. Как видно, из этого рисунка из-за потерь давления в затрубном пространстве и в зоне от башмака фонтанных труб до торца скважины минимальное за­бойное давление в отличие от предыдущего варианта а (горизонтальный ствол не обору­дован фонтанными трубами) минимальное забойное переместилось к башмаку фонтанных труб. Эта особенность горизонтального ствола позволяет в зависимости от дебита и диа­метров и длин обсадных колонн и фонтанных труб отвести максимальную депрессию от зоны вертикальной части ствола на любое расстояние по горизонтальной части. Если учесть, что в настоящее время длина горизонтального ствола составляет несколько тысячи метров, то нетрудно создать такую длину горизонтального ствола, которая позволила бы отвести максимальную депрессию на пласт на несколько километров в сторону, что очень важно при бурении нескольких скважин из одного куста или из одной платформы в мор­ских условиях.

На рисунке 11.3в показаны схемы конструкции горизонтального ствола, оборудован­ного практически до торца фонтанными трубами и соответствующие этой схеме распре­деление забойного давления и дебита скважины. Эта схема аналогична предыдущей, пока­занной на рисунке 11.3б и отличается только тем, что l₁, т.е. длина спуска фонтанных труб практически равна длине горизонтальной части ствола L. Такая схема позволяет, в неко­торой степени улучшить условие выноса примесей поступающих в ствол вместе с газом.

На рисунке 11.3 г и д показаны профили горизонтальных стволов оборудованного фон­танными трубами (рисунок 11.3 д) и без них (рисунок 11.3 г). Такие конструкции также позволяют улучшить условия выноса примесей из горизонтальной части ствола. В случае варианта «г» примеси поступающие к горизонтальному стволу стекают к сечению, где находится башмак фонтанных труб, а оттуда суммарным потоком Q_сyм= Q_зат+Q_L-L1 по фонтанным трубам выносятся на поверхность.

При решении вопроса, связанного вскрытием многослойного неоднородного пла­ста горизонтальными стволами проектировщик обязан исходить из того, какая зависи­мость между производительностью горизонтальных скважин, вскрываемым пропластком, параметрами анизотропии этих пропластков, последовательностью из залегания, углом падения газоносных пропластков и расположением горизонтального ствола.

На многопластовых неоднородных залежах с подошвенной водой при хорошей гидродинамической связи между пропластками, возможны два варианта расположения горизонтального ствола:

1. С позиции получения максимального дебита при заданной депрессии на пласт, если опасность обводнения подошвенной водой невелика, следует горизонтальный ствол расположить симметрично по толщине продуктивного пласта.

С позиции получения устойчивого безводного дебита, горизонтальный ствол следует расположить ближе к кровле продуктивного разреза, что позволит увеличить до­пустимую депрессию на пласт или же при разумном ограничении значения депрессии на пласт продлить срок безводной эксплуатации скважины.

При проектировании разработки проектировщик должен предусмотреть вскрытие всех пропластков с уче­том возможности опережающего продвижения краевой воды по высокопроницаемым пропласткам. При этом должен быть прогнозирован межпластовые перетоки. Степень ис­тощения каждого из пропластков зависит не только от межпластовых перетоков, но и длиной горизонтального ствола, вскрывшего каждый из пропластков. Длина вскрытия каждого из пропластков зависит от угла наклона горизонтального ствола, точнее от профиля ствола.

Современная технология бурения горизонтальных скважин позволяет создавать самые различные профили горизонтального ствола. Кроме того, при вскрытии пласта го­ризонтальными скважинами на различных участках залежи профили вскрытия могут быть и должны быть выбраны исходя из геологической особенности залежи на отдельных уча­стках.

Существует технологические возможности снижения потерь давления и на горизонтальном участке ствола. Эти возможности связаны с очередностью вскрытия высоко и низкопроницаемых пропластков и длиной и диаметром фонтанных труб. Следует отметить, что максимальные потери давления на горизонтальном участке имеют место при вскрытии высокопроницаемых пропластков в последнюю очередь. Однако вскрытие таких пропластков в последнюю очередь не всегда приемлемо. Так, например, если высокопроницаемые пропластки близки к контакту газ-вода, то их вскрытие в последнюю очередь приведет к более быстрому обводнению скважины.