Современные виды перфорации

Щелевая винтовая перфорация.

К числу одних из эффективных методов надежного безаварийного вскрытия призабойной зоны следует отнести разработанную технологию повышения эффективности работ добывающих и нагнетательных скважин с помощью устройства гидропескоструйной щелевой винтовой перфорации (ГПЩВП).

 

Представляемая технология преследует цель сохранить или восстановить естественную проницаемость продуктивных пород при их вскрытии и первоначальном возбуждении притоков или интенсифицировать притоки при длительной разработке пласта.

 

Гидропескоструйное щелевое винтовое вскрытие продуктивных пластов основано на местном эрозионном разрушении обсадной колонны, цементного кольца и пород в условиях использования кинетической энергии и абразивности струи жидкости с песком, истекающей с большой скоростью из насадок перфоратора и направленной в стенку скважины. За короткое время струя жидкости с песком образует канал или щель в обсадной колонне, цементе и породе по размерам, значительно превосходящим размеры каналов, получаемых другими видами перфорации. Кроме того, в процессе истечения абразивной струи из насадок гидропескоструйного щелевого винтового перфоратора образуются конусообразные каналы-щели с высокой проницаемостью, вокруг которых не возникает уплотнения породы и не происходит деформации цементного камня и колонны. По существу, в результате ГПЩВП можно говорить о появлении каверн техногенного происхождения.

 

ГПЩВП продуктивных пластов позволяет по сравнению со всеми другими средствами глубже вскрывать пласт, увеличивая тем самым эффективный радиус дренажа скважины и обнажая значительную поверхность фильтрации.

 

Особое расположение форсунок обеспечивает более глубокое проникновение в пласт и позволяет вскрывать до трех и более интервалов за одну спуско-подъемную операцию и производить две, четыре, шесть и более винтовых щелей в одном интервале, в зависимости от рабочего ресурса насосных агрегатов. Вскрытие производится с сохранением целостности цементного кольца вокруг щели и без искривления эксплуатационной колонны. Получаемые винтовые щели имеют длину до 40 см и глубину от 1,5 до 3 м. Образуемые ГПЩВП каналы в породе по размерам во много раз превосходят таковые при применении других методов вскрытия пластов.

 

 

За последние шесть лет с помощью данной технологии было проведено более 200 скважино-операций на нагнетательных и добывающих скважинах месторождений России и Китая.

 

 

Гидропескоструйный щелевой винтовой способ вскрытия продуктивных пластов отличается от известных способов вскрытия пласта следующими важными преимуществами:

- процесс образования винтовой щели прогнозируем и управляем;

- возможность обработки пластов любой мощности (от 1 м) и работа с любыми видами скважин;

- размеры образуемых каналов в породе пласта (1,5–3 м) значительно превосходят размеры каналов, получаемых другими методами перфорации;

- вскрытие глубоко залегающих продуктивных пластов (свыше 3000 м) с высокими пластовыми температурами (выше 150 °С);

- вскрытие с помощью устройства ГПЩВП дешевле процесса ГРП и окупается в кратчайшие сроки, цементный камень не растрескивается, а в обсадной колонне не образуются трещины, возникающие при других способах вскрытия. Важным является то, что при применении ГПЩВП не происходит необратимого изменения текстуры и структуры пород.

 

Гидромеханический способ перфорации.

 

Гидромеханический способ перфорации основан на пробитии перфорационного канала пробойником, имеющим сквозной канал для прохода перфорационной жидкости. При ударении струи жидкости о колонну происходит дополнительное кавитационное разрушение трубы, затрубного цементного камня и породы пласта. Достоинством гидромеханического способа перфорации является возможность получения перфорационного канала большой глубины и образование развитых трещин в породе. Недостаток способа - сложность применяемого оборудования.

 

Пулевой способ перфорации.

 

Пулевой способ перфорации основан на пробитии перфорационного канала пулей, разгоняемой пороховыми газами.

Достоинства пулевого способа - простота и невысокая стоимость оборудования, возможность формирования за один выстрел системы каналов.

Основной недостаток этого способа перфорации - в затрубном цементном камне могут образовываться трещины при прохождении пули. Кроме того, глубина пробиваемого пулей канала обычно невелика.

 

Механический способ перфорации.

 

Механический способ перфорации основан на прорезании канала режущим инструментом, в качестве которого могут применяться фрезы, бур, резцы, цепи с режущими головками, прокалывающие стержни и другие инструменты. Рассматриваемый способ перфорации позволяет получить перфорационные окна с большой площадью. Дополнительным достоинством метода является возможность получения щелевых каналов большой протяженности. Недостаток метода - небольшая глубина каналов, сложность применяемого оборудования.

 

Электрохимический способ перфорации.

 

Электрохимический способ перфорации основан на электрохимическом растворении металла колонны под действием электрического тока. Данный способ используется в основном, как предварительный, перед применением других способов перфорации. Достоинством метода является возможность получения канала заданного профиля. Недостаток метода - длительность процесса, невозможность воздействия на затрубный цементный камень и породу.

 

Лазерный способ перфорации.

 

Лазерный способ перфорации основан на прожигании обсадной колонны лучом лазера. Этот способ в настоящее время практически не применяется для перфорации обсадных колонн из-за сложности оборудования и необходимости получения лазерного луча большой мощности. Тем не менее, достоинством метода является возможность получения канала необходимого профиля и глубины. Недостаток метода - высокая стоимость и сложность оборудования, длительность процесса перфорации.

 

Кумулятивный способ перфорации.

 

Кумулятивный способ перфорации основан на пробитии колонны кумулятивной струей, полученной в результате срабатывания одного или нескольких кумулятивных взрывчатых зарядов. Получают как кольцевые перфорационные отверстия, так и щелевые каналы.

Применяются как одиночные, так и сборные заряды, которые могут располагаться в корпусе, многоразового использования. Корпус позволяет точно ориентировать заряды в горизонтальной плоскости. Часто кумулятивные заряды применяют с компенсаторами давления, чтобы уменьшить разрушающее действие кумулятивной струи. Данный способ получил наибольшее распространение из-за простоты оборудования. Иногда кумулятивную перфорацию применяют совместно с другими методами, что позволяет добиться более высоких результатов. Достоинство способа - его простота, низкая стоимость оборудования. Недостаток способа - возможно растрескивание затрубного цементного камня. Кроме того, эти работы относятся к категории работ с взрывоопасными материалами.

Термодинамический способ перфорации.

 

Один из наиболее перспективных способов перфорации заключается в воздействии на материал обсадной трубы струей высокотемпературного потока продуктов сгорания, образующихся при сгорании жидкого топлива или заряда твердого топлива. При этом возможна подача в зону воздействия на материал колонны абразивных частиц, которые усиливают режущее действие струи. В результате воздействия продуктов сгорания в породе продуктивного пласта образуются трещины, которые можно закрепить при помощи пористого материала, образующегося в результате горения присадок в топливе. Кроме того, в струю продуктов сгорания, истекающих из корпуса перфоратора, вводят различные добавки для продувки каверны, добавки пористого фильтрующего покрытия.

 

2.7. Расчёт и подбор оборудования фонтанной скважины

 

Фонтанирование скважины возможно при определенном технологическом режиме, который характеризуется величинами дебита, забойного, устьевого и затрубного давлений.

С течением времени по мере отбора нефти из залежи изменяются условия разработки, а значит и условия фонтанирования: изменяются пластовое, забойное давления, дебит, увеличивается обводненность и т. д. Поэтому с течением времени подъемник следовало бы заменить.

Но замена подъемника (НКТ) в скважине является сложным, дорогостоящим и в большинстве отрицательно влияющим на ее продуктивность процессом.

Поэтому подъемник проектируют на весь период фонтанирования.

При этом рассчитывают фонтанный подъемник для конечных условий фонтанирования при оптимальном режиме, а затем проверяют на пропускную способность для начальных условий при максимальном режиме.

Если рассчитанный подъемник не может пропустить начальный дебит, то его пересчитывают для начальных условий при максимальном режиме. Обычно расчету подлежат длина и диаметр фонтанных труб и минимальное забойное давление фонтанирования.

Остальные величины задают или определяют из других соображений.

 

Исходные данные.

 

Произвожу расчет фонтанного подъемника по конечным и начальным условиям фонтанирования для эксплуатационной колонны диаметром D = 0,15 м.

 

Исходные данные имеют следующие обозначения: глубина верхних отверстий фильтра Н₁; глубина нижних отверстий фильтра Н₂; начальный дебит скважины Q_н; конечный дебит скважины Q_к; начальное забойное давление Р_1н; конечное забойное давление Р_1к; начальное давление на устье Р_2н; конечное давление на устье Р_2к; плотность нефти ρ.

 

Требуется определить оптимальный диаметр фонтанного подъемника и выбрать необходимую марку стали труб.

 

Обозначение	Данные
Н1, м
Н2, м
Р1н, МПа
Р1к, МПа
Р2н, МПа
Р2к, МПа	0,7
ρ, кг/м3
Qн, т/сут
Qк, т/сут

 

Определяю глубину спуска НКТ L, колонна НКТ спускается до середины отверстий фильтра с целью улучшения выноса воды и песка и улучшения режима работы скважины.

 

L_нкт =(H₁+ H₂)/2;

(2300+2200)/2=2250 м

 

 

Нахожу оптимальный диаметр подъемника по конечным условиям фонтанирования скважины.

;

 

188√(830×2250)/((16-0,7)×103)×3√ (95×9,81×2250)/(830×9,81×2250×(16-0,7)×103)=59,8 мм

 

где Р_1к и Р_2к подставлены в Па

 

По полученному значению из таблицы выбираю ближайший внутренний стандартный диаметр, d_внутр = 50,3 мм который и используем в дальнейших расчетах.

 

 

Наружный диаметр, мм
Внутренний диаметр, мм	40,3	50,3			88,6	100,3

 

 

3. Проверяю найденный диаметр подъемника на максимальную пропускную способность.

;

(15,2×10-8 × 50,33 × ((19-14)103)1,5) /(8300,5 ×22501,5)=72,5 т/сут

где d в мм, Р_1н и Р_2н в Па

 

В результате расчетов получилось, что Q_max < Q_н, найденный диаметр подъемника не устраивает. Необходимо произвести расчет диаметра подъемника по начальным условиям фонтанирования из расчета работы на максимальном режиме, используя формулу:

;

 

188×√2250(19-14)×106 × 3√125×8300,5 =31,04 мм,

 

где Р_1н и Р_2н в Па

 

после чего по таблице выбирается ближайший больший внутренний стандартный диаметр,

d_внутр = 40,3 мм; q_труб =4,45 кг.;

 

4. Определяю необходимую марку труб данного диаметра.

 

Расчет начинаю с марки Д.

Допустимая длина подвески для гладких труб определяется по формуле:

L_Д = Q_стрД / (К·q_тр·g);

119/(1,5×4,45×9,81)=1800 м

 

где Q_стрД - страгивающая нагрузка для труб марки Д в Н (значение выбирается из таблицы); q_тр - вес 1 м трубы в кг; g - ускорение свободного падения, К - коэффициент запаса прочности К = 1,5

 

Показатели
Вес 1 м трубы, кг	4,45	7,0	9,46	13,67	15,76	19,09
Страгивающая нагрузка резьбового соединения, кН	Д К Е Л М	171,5	301,5

 

 

Так как получилось, что L_Д < L, то принимаю марку К и рассчитываю L_К.

 

L_К = Q_стрК / (К·q_тр·g);

 

156/(1,5×4,45×9,81)=2380 м

 

L_К > L, следует то, что марка стали К устраивает.