Что такое перфорация скважины
Обновлено: 04.07.2024
МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ
Скважины с перфорированным забоем доминируют в нефтедобывающей отрасли, в связи с чем представляется разумным рассмотреть основные методы перфорации скважин. По принципу действия технических средств и технологий, применяемых для перфорации скважин, все методы можно разделить на следующие:
- Взрывные.
- Гидродинамические.
- Механические.
- Химические.
Взрывные методы перфорации
К взрывным методам относятся пулевая, торпедная и кумулятивная перфорация.
Пулевая перфорация осуществляется так называемым пулевым перфоратором, в котором имеются каморы с взрывчатым веществом, детонатором и пулей диаметром 12,5 мм. В результате практически мгновенного сгорания заряда давление на пулю достигает 2000 МПа; под действием этого давления пуля пробивает обсадную колонну, цементный камень и может внедряться в породу, образуя перфорационный канал длиной до 150 мм, диаметр которого равен 12 мм. Если применяется перфоратор другой конструкции, то давление при взрыве существенно ниже 2000 МПа (0,6-0,8 МПа), но время его действия на пулю длительнее, что увеличивает начальную скорость вылета пули и ее пробивную способность; длина перфорационных каналов достигает 350 мм. Существуют пулевые перфораторы с горизонтальными и вертикальными стволами.
Торпедная перфорация осуществляется разрывными снарядами диаметром 32 или 22 мм. При попадании снаряда в горную породу после выстрела происходит взрыв внутреннего заряда снаряда и дополнительное воздействие на горную породу в виде образования системы трещин. Длина перфорационных каналов при торпедной перфорации достигает 160 мм. Торпедная перфорация осуществляется аппаратами с горизонтальными стволами.
Кумулятивная (беспулевая) перфорация осуществляется за счет фокусирования продуктов взрыва заряда специальной формы, как правило, конической. Заряд конической формы облицован тонким медным листовым покрытием. При подрыве заряда медная облицовка заряда расплавляется, смешивается с газами и в виде газометаллической фокусированной струи прорезает канал в колонне, цементном камне и горной породе. Давление в струе достигает 0,3·10 6 МПа, а скорость ее - 8 км/с. При этом образуется перфорационный канал длиной до 350 мм и диаметром до 14 мм. Кумулятивные перфораторы делятся на корпусные и бескорпусные (ленточные), но снаряды в них располагаются всегда горизонтально. В настоящее время кумулятивная перфорация является наиболее распространенной, т.к. позволяет в широком диапазоне регулировать характеристики зарядов, подбирая наилучшие для каждого конкретного продуктивного горизонта.
Вместе с тем всем взрывным методам присущи определенные недостатки, некоторые из которых являются весьма существенными. Так как при взрыве создается высокое давление и возникает ударная волна, в обсадной колонне и особенно в цементном камне возникают нарушения, связанные с трещинообразованием, нарушением связи цементного камня с горными породами и обсадной колонной и потерей герметичности заколонного пространства. В процессе эксплуатации скважины это приводит к заколонным перетокам. Перфорационные каналы, создаваемые при взрывных методах, имеют уплотненные стенки, а сами каналы засорены не только продуктами взрыва, но и различными разрушающимися деталями (герметизирующая резина, фрагменты ленты ленточных перфораторов и др.). При удачной пулевой перфорации в конце перфорационного канала находится пуля, что снижает эффективность фильтрации флюида. При неудачной пулевой перфорации пули застревают в колонне или цементном камне. В любом случае при взрывных методах перфорации на внутренней поверхности обсадной колонны образуются заусенцы, осложняющие или делающие невозможным проведение исследовательских работ в скважине спускаемыми измерительными приборами.
Гидродинамические методы перфорации
Среди возможных гидродинамических методов вторичного вскрытия наиболее интересной на сегодня является гидропескоструйная перфорация, входящая в арсенал средств и методов нефтегазодобывающего предприятия. Так как этот метод является не только методом перфорации, но и методом искусственного воздействия на призабойную зону ствола.
Гидропескоструйная перфорация относится не только к методам вторичного вскрытия, но и к эффективным методам искусственного воздействия на призабойные зоны скважин с целью управления продуктивностью или приемистостью. Основой гидропескоструйной перфорации является использование кинетической энергии жидкостно-песчаных струй, формируемых в насадках специального аппарата - гидропескоструйного перфоратора. Высокоскоростные (до n 100 м/с) жидкостно-песчаные струи обладают абразивным действием, что позволяет направленно и эффективно воздействовать на обсадную колонну, цементный камень и горные породы, создавая в них каналы различной ориентации. Гидропескоструйный перфоратор закрепляется на нижнем конце колонны НКТ и спускается в скважину на заданную глубину. На поверхности используется специальное оборудование: устьевая арматура, насосные и пескосмесительные агрегаты и др. Жидкостно-песчаная смесь закачивается в НКТ насосным агрегатом под высоким давлением.
При фиксированном положении гидропескоструйного перфоратора в скважине в обсадной колонне и цементном камне образуются крупные отверстия, а в породе - грушеобразные каверны, форма которых представлена на рисунке справа. Форма и размеры каверны зависят не только от прочности горной породы, но и от скорости жидкостно-песчаных струй; содержания в ней песка, его количества и размеров песчинок; продолжительности воздействия и фильтруемости жидкости. В начальный момент времени каверна формируется достаточно эффективно; по мере расширения каверны скорость активной струи в каверне снижается, а возвратный поток жидкости тормозит активную струю дополнительно - эффективность формирования каверны резко снижается. Как правило, каверна заполнена песком.
По существу, формирование каверны происходит за счет турбулентной затопленной струи, бьющей в тупик.
Механический метод перфорации
Данный метод перфорации является сравнительно новым и осуществляется сверлящим перфоратором, представляющим из себя, по существу, электрическую дрель. Этот перфоратор представляет собой корпус с электромотором. Сверло расположено в корпусе горизонтально. В связи с этим выход сверла определяется диаметром корпуса, что в ряде случаев является недостаточным.
При этом методе вторичное вскрытие осуществляется сверлением отверстий диаметром 14-16 мм; при сверлении обсадной колонны давление на цементный камень является малым, и он не повреждается. При соответствующем выходе сверла просверливаются не только обсадная колонна и цементный камень, но и часть горной породы. Поверхность такого канала является гладкой, а горная порода не уплотненной. Отсутствуют заусенцы и на внутренней поверхности обсадной колонны.
Как показало промышленное использование сверлящих перфораторов, они не повреждают цементного камня и не нарушают герметичности заколонного пространства, позволяя эффективно вскрывать продуктивные горизонты вблизи водонефтяного потока, избегая преждевременного обводнения скважин, которое неизбежно при взрывных методах. Недостатком сверлящего перфоратора является ограниченный выход сверла. Это не всегда обеспечивает эффективное вскрытие, особенно при эксцентричном расположении обсадной колонны в цементном камне, что характерно для наклонно-направленных скважин.
Химические методы перфорации
К химическим методам перфорации можно отнести такие, при которых вторичное вскрытие происходит за счет химической реакции, например, металла с кислотой. Рассмотрим следующую технологию вторичного вскрытия.
Обсадная колонна длиной, равной толщине продуктивного горизонта или необходимому интервалу вскрытия, просверливается в соответствии с выбранной плотностью перфорации до спуска ее в скважину (на поверхности). Просверленные отверстия закрываются, например, магниевыми пробками, длина которых равна сумме толщины обсадной колонны и толщины цементного кольца. Затем обсадная колонна спускается в скважину и производится ее цементирование. После схватывания цементного раствора в скважину закачивается расчетное количество раствора соляной кислоты, которое продавливается до интервала вскрытия. Взаимодействие солянокислотного раствора с магниевыми пробками приводит к их растворению, и через определенное время магниевые пробки растворяются полностью, раскрывая просверленные в обсадной колонне отверстия и отверстия, образовавшиеся в цементном камне. В результате этого создается хорошая гидродинамическая связь призабойной зоны с полостью скважины.
Методы перфорации и торпедирования скважин
По окончании бурения нефтяной или газовой скважины стенки ее закрепляют обсадными трубами; в интервалах залегания продуктивных (нефтегазоносных) и водоносных пластов колонну цементируют.
Их спускают в скважину на каротажном кабеле.
Перфорацию применяют также для вскрытия заводняемых пластов в нагнетательных скважинах, для проведения изоляционных работ и после них: при переходе на другие горизонты т. д.
Существуют 4 способа перфорации:
- пулевая,
- торпедная,
- кумулятивная,
- пескоструйная.
Пескоструйная перфорация осуществляется техническими средствами и службами нефтяных промыслов.
Пулевая перфорация.
Перфоратор с горизонтальными стволами собирается из нескольких секций, вдоль которых просверлены 2 или 4 вертикальных канала, каморы с ВВ. Стволы камор заряжены пулями и закрыты герметизирующими прокладками.
Верхняя секция имеет 2 запальных устройства.
При подаче по кабелю тока, срабатывает 1 е запальное устройство, и детонация распространяется по вертикальному каналу на все каморы, пересекаемые этим каналом.
В результате почти мгновенного сгорания ВВ давление газов в каморе достигает 2000 МПа, после чего пуля выбрасывается.
Происходит почти одновременный выстрел из половины всех стволов.
При необходимости удвоить число прострелов по 2 й жиле кабеля подается 2 й импульс.
В этом случае срабатывает вторая половина стволов от второго запального устройства.
В перфораторе масса заряда ВВ одной каморы незначительна (равна 4-5 г), поэтому пробивная способность его невелика.
Длина образующихся перфорационных каналов составляет 65-145 мм (в зависимости от свойств породы и типа перфоратора), диаметр канала- 12,5 мм.На рисунке показан пулевой перфоратор с вертикально-криволинейными стволами ПВН-90.
При вертикальном расположении стволов объем камор и длина стволов больше, чем при горизонтальном.
В каждой секции 2 ствола направлены вверх и это компенсирует реактивные силы, действующие на перфоратор в момент выстрела.
Одна камора отдает энергию взрыва сразу двум стволам.
Масса ВВ в одной каморе достигает 90 г.
Давление газов в каморах составляет 600-800 МПа.
Действие газов более продолжительное, чем при горизонтальном расположении стволов.
Это позволяет увеличить начальную скорость вылета пули и пробивную способность перфоратора.
Длина перфорационных каналов в породе получается 145-350 мм при диаметре около 20 мм.
В каждой секции перфоратора имеются 4 вертикальных ствола, на концах которых сделаны плавные желобки-отклонители.
Пули, изготовленные из легированной стали, для уменьшения трения в отклонителях покрываются медью или свинцом.
Выстрел из всех стволов происходит практически одновременно, так как все каморы с ВВ сообщаются огнепроводным каналом.
Торпедная перфорация
осуществляется аппаратами, спускаемыми на кабеле, и отличается от пулевой перфорации тем, что для выстрела используют разрывной снаряд, снабженный взрывателем замедленного действия. Масса внутреннего заряда ВВ одного снаряда равна 5 г. Аппарат состоит из секций, в каждой из которых имеется по два горизонтальных ствола. Снаряд снабжен детонатором накального типа. При остановке снаряда происходит взрыв внутреннего заряда, в результате чего происходит растрескивание окружающей породы. Масса ВВ одной камеры- 27 г. Глубина каналов по результатам испытаний составляет 100-160 мм, диаметр канала - 22 мм. На 1 м длины фильтра обычно пробивают не более четырех отверстий, так как при торпедной перфорации нередки случаи разрушения обсадных колонн.
Кумулятивная перфорация
Гидропескоструйная перфорация
основана на использовании абразивного и гидромониторного действия струи жидкости (воды, нефти) со взвешенным в ней песком, выходящим под высоким давлением из узкого отверстия (сопла).
Вытекая из сопел с большой скоростью, достигающей нескольких сот метров в секунду, жидкость с песком пробивает эксплуатационную колонну, цементное кольцо и внедряется в породу на глубину до 1 м.
В процессе перфорации под действием абразивной струи жидкости (вверх или вниз вдоль ствола скважины) может образоваться щелевой канал или (при круговом вращении струи) обрезаться колонна по кольцу, что необходимо, например, для извлечения части обсадной колонны.
Торпедирование в скважине - взрыв, производимый при помощи торпеды (заряда взрывчатого вещества).
Торпеда кроме заряда взрывчатого вещества содержит средства для взрыва:
- взрыватель, состоящий из электрозапала и чувствительного к взрыву капсюля-детонатора,
- шашку взрывчатого вещества, усиливающего начальный импульс детонации.
Иногда торпедирование применяют с целью удаления песчаных пробок, образовавшихся в стволе скважины, очистки призабойной зоны от глинистых осадков, очистки фильтра, пробивания окна в обсадной колонне для бурения нового ствола и т. д.
Перфорация
Перфорация - создание отверстий в обсадной колонне на уровне продуктивного пласта для обеспечения притока в скважину.
Перфораторы, соединенные в гирлянды, спускают в скважину на каротажном кабеле.
В камеры перфоратора закладывают заряд пороха и запал.
При подаче тока по кабелю с поверхности порох воспламеняется и пуля с большой скоростью выталкивается из ствола перфоратора.
За 1 спуск и подъем перфоратор простреливает 6-12 отверстий пулями диаметром 11-11,5 мм.
Широкое распространение получила беспулевая перфорация.
В этом случае отверстие в колонне создается не пулями, а фокусированными струями газов, которые возникают при взрыве кумулятивных зарядов.
Суть кумулятивного эффекта заключается в том, что при взрыве заряда, обладающего выемкой, симметричной относительно направления распространения взрывной волны, происходит направленное истечение продуктов взрыва.
При простреле отверстий в колонне на устье устанавливают специальную задвижку, позволяющую закрыть скважину при проявлении пласта после прострела.
В процессе прострелочных работ скважина должна быть заполнена глинистым раствором для создания противодавления на пласт.
В каждом отдельном случае геологической службой в зависимости от коллекторских свойств пласта, конструкции скважины, температуры и давления в интервале перфорации устанавливается плотность прострела (количество отверстий на 1 м) и тип перфоратора.
Для улучшения связи скважины с продуктивным пластом может применяться гидропескоструйный метод вскрытия пласта.
В скважину на колонне насосно-компрессорных труб спускают струйный аппарат, состоящий из корпуса и сопел.
При нагнетании в трубы под большим давлением жидкость с песком выходит из сопел с большой скоростью и песок разрушает колонну, цементное кольцо и породу.
Перфорация скважин
Перфорация (лат. perforatio , т.е. пробуравливание) – техника пробивания отверстий в колонне буровой скважины, напротив имеющегося участка продуктивного пласта для усиления или получения притока газа, воды, нефти в пласт или добычную скважину.
Способы перфорации скважин
Выбор способа перфорации скважин определяется с учётом конструкции скважины, геологии пласта, условий бурения, сопутствующих побочных эффектов и некоторых других факторов. При этом определяется плотность прострела, необходимый тип перфоратора, а также технология последующих работ. Выбранный метод перфорации сначала испытывается на стендах в условиях, приближённых к настоящим.
На сегодня есть несколько способов перфорации скважин, такие как:
- Торпедная перфорация;
- Пулевая перфорация;
- Кумулятивная перфорация;
- Пескоструйная перфорация;
Недостатки основных способов перфорации
Главным образом, работы по вскрытию продуктивных пластов выполняются кумулятивным способом перфорации скважин, при этом используются кумулятивные (беспулевые) перфораторы, а иные способы перфорации применяются редко. Однако, обеспечивая довольно большую длину каналов, этот метод влечет за собой увеличение негативного воздействия на прочность цементного камня и обсадную колонну.
При сильном механическом воздействии цементное кольцо растрескивается, отслаивается от эксплуатационной колонны и даже разрушается. При возникающих за колонной дефектах появляются нежелательные токи жидкости, повышается заводненность добываемой нефти и полностью нарушается изоляция пластов.
Чтобы этого избежать, используют щадящую перфорацию, т.е. перфорацию слабыми зарядами. Она оказывает сравнительно небольшое воздействие на заколонное цементное кольцо. Однако глубина и количество перфорационных отверстий при этом сводятся к минимуму, что негативно влияет на продуктивность эксплуатационной скважины. К тому же, кумулятивные перфораторы пробивают колонну точечно, в результате чего вскрываются далеко не все проводящие каналы пласта.
Например, гидропескоструйная перфорация скважин оказывает более щадящее воздействие на цементное кольцо и эксплуатационную колонну, но при такой перфорации глубина каналов невелика, поэтому образуется малая площадь фильтрации.
Сущность различных методов
![Перфорация скважин]()
Кумулятивная перфорация
В плотных породах при использовании метода кумулятивной перфорации создаются каналы глубиной от 200 до 250 мм (при увеличении мощности зарядов, глубина может быть больше) и диаметром от 16 до 18 мм. Тогда как пулевые перфораторы при тех же исходных данных создают каналы глубиной от 50 до 100 мм и диаметром от 8 до11 мм. Иногда кумулятивную перфорацию следует применять совместно с торпедной и пулевой.
Пулевая перфорация
При подобной перфорации скважин пуля, двигается по стволу (каналу) перфоратора, а на отклоняющем участке определённым образом меняет направление своего полёта и уходит в продуктивный пласт. К тому же вертикальное расположение каналов перфоратора позволяет их делать довольно длинными, а скорость пули при высоком давлении пороховых газов заряда составляет около 900 м/c.
Торпедная перфорация
Перфорация торпедная выполняется аппаратами, которые опускаются на кабеле и стреляют разрывными снарядами, имеющими диаметр 22 мм.
Пескоструйная перфорация
Перфорация скважин пескоструйная - это абразивное и гидромониторное разрушение преград. В скважину под высоким напором закачивается жидкость c песком, в результате образуются чистые глубокие каналы.
Щелевая перфорация
Перфорация скважин осуществляться разными способами, сейчас наиболее распространённые - это способы взрывного воздействия. Однако подобные технологии многими специалистами в добыче газа и нефти признаются непродуктивными и малоэффективными. К ним на смену приходят методы невзрывного воздействия.
Технологический процесс
В тех случаях, когда при вторичном вскрытии продуктивного пласта осуществляется щелевая перфорация, то в скважину опускается инструмент, который геофизическим методом привязывается к разрезу. Процесс начинается с того, что гидромеханический щелевой перфоратор прикрепляется к колонне, после чего опускается до запланированного уровня перфорации. Затем к нему присоединяют реперный патрубок перфоратора. Изначально устье скважины находится под давлением около 2 МПа, что помогает перфоратору занять нужное положение, когда диски-фрезы изнутри жестко упираются стену колонны.
Щелевая перфорация подразумевает возвратно-поступательное движение лифта, который удерживает перфоратор на заданном отрезке колонны. Постепенно давление повышается. Диски-фрезы медленно продавливают стенки колонны и выходят за ее внешние границы. Таким образом, по всему диаметру трубы образуются продольные щели. Диски-фрезы, воздействуя на кромки щелей, исключают вероятность их смыкания. В результате, на определенной части обсадной колонны формируется устойчивая длинная щель, а через нее на цементное кольцо и горную породу оказывается необходимое воздействие.
Преимущества щелевой перфорации над кумулятивной
- Происходит более качественное вскрытие пласта, посредством воздействия щели на все каналы, проводящие флюиды;
- Площадь вскрытия от десяти до двадцати раз больше, а при пескоструйной щелевой – от сорока процентов и выше. И притом сохраняется прочность обсадной колонны;
- Щелевая перфорация может проводиться в любое время суток, и не зависит от отключения стационарных источников электроэнергии;
- Радиус проникновения в два раза больше;
- Минимальная длина щели около пятидесяти сантиметров;
- Отсутствует фугасное воздействие на обсадную колонну;
- На поглощающих скважинах появляется возможность проведения повторного вскрытия;
- Выше и ниже уровня перфорации отсутствует негативное воздействие на цементное кольцо за эксплуатационной колонной;
- Эффективно, без нарушения между ними перемычек, вскрываются продуктивные пласты;
- Возможность вскрывать не только нефтяные пласты, но и пласты с иными жидкостями;
- Весьма эффективна перфорация в борьбе с водоперетоками в заколонном пространстве.
Гидромониторная обработка
По окончании щелевой перфорации необходимо восстановить флюидопроводящую способность приколонной зоны. Т. е. наступает черёд гидромониторной обработки. Данная обработка заключается в специальной химической обработке прилегающей горной породы и цементного кольца. В результате, в приколонной зоне формируются фильтрационные каналы и каверны длиной.
ПРЕИМУЩЕСТВА ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ЩЕЛЕВОЙ ПЕРФОРАЦИИ ПРИ ВТОРИЧНОМ ВСКРЫТИИ ПЛАСТА
Перспективы ввода в промышленную разработку многочисленных открытых месторождений нефти с малопродуктивными пластами связаны, главным образом, с широким внедрением методов глубокого вскрытия пластов. Причем, чем ниже качество первичного вскрытия, тем выше эффект от применения более совершенных методов вторичного вскрытия.
Одним из наиболее эффективных методов вторичного вскрытия пласта, удовлетворяющим указанным выше критериям является гидромеханическая щелевая перфорация. До недавнего времени широко применялась технология вскрытия эксплуатационной колонны односторонним щелевым перфоратором. Проанализировав результаты, полученные в ходе промысловых работ на скважинах и стендовых испытаний, были выявлены серьезные недостатки данной конструкции. В связи с этим конструкторским отделом ООО «Комплекс» был разработан и запатентован двухсторонний гидромеханический щелевой перфоратор (рис. 1). Технические характеристики изготавливаемых в настоящее время перфораторов приведены в таблице 1.
Технология двухсторонней гидромеханической щелевой перфорации с использованием ГМЩП сравнительно проста. После проведения подготовительных работвключающих привязку (ГК+МЛМ) и шаблонирование эксплуатационной колонны, ГМЩП на колонне насосно-компрессорных труб спускается в скважину до планируемого интервала перфорации. Геофизическим методом гамма-каротажа (ГК), прописываемым после спуска, осуществляется привязка реперного патрубка перфоратора к заданному интервалу перфорации. После создания давления в НКТ, накатными дисками (3), расположенными диаметрально на 180°, формируют щели в колонне, которые обеспечивают вскрытие пласта по всей его длине и удаление цементного камня по всей поверхности вскрытого интервала. Процесс перфорации регистрируется индикатором веса ИВЭ-50 или любым другим аналогом. Особая рабочая боковая поверхность дисков фрезерует кромки щелей, что позволяет достичь высокого качества геометрии форм продольных щелей в теле эксплуатационной колонны, а возможность создания двух диаметральных щелей позволяет снять кольцевые напряжения металла, что исключает смыкание щелей (рис. 2).
Одновременно, благодаря наличию свободного выхода отраженного от преграды потока в скважину через длинную щель, устройство позволяет под действием высоконапорных струй жидкости, исходящих из гидромониторных насадок (2), формировать во вскрываемом пласте глубокие каналы. Этому способствуют конструкция разработанных и запатентованных ООО «Комплекс» гидромониторов, а также специально сконструированная разгонная камера, позволяющая преобразовывать ламинарный поток в турбулентный и сохранять турбулентность при эффекте затопленной струи.
В обрабатываемых интервалах скважин могут быть сформированы четыре продольные щели, сориентированные по заданным углам. А дополнительные технологические отверстия (1) позволяют за один спуск проводить полноценную химическую обработку призабойной зоны скважины с последующим освоением методом свабирования. Закачка химических составов в пласт может осуществляться как через гидромониторные форсунки перфоратора, так и через дополнительные отверстия в верхней части прибора. В последнем случае обработка призабойной зоны производится в режиме воронки. Для контроля перфорации могут служить такие методы как электроимпульсный магнитный дефектоскоп или скважинно-акустическая телеметрия.
Таблица 1
Технические характеристики двухсторонних гидромеханических щелевых перфораторов (ГМЩП),
выпускаемых ООО «Комплекс»
ОСНОВНЫЕ
ПАРАМЕТРЫ
МОДЕЛЬ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ЩЕЛЕВОГО ПЕРФОРАТОРА
ГМЩП-102
ГМЩП-114
ГМЩП-140
ГМЩП-146
ГМЩП-168
ГМЩП-178
Диаметр эксплуатацион-ной колонны, мм
102
114
140
146
168
178
Наружный диаметр
перфоратора, мм
79
89
112
115
135
145
Толщина режущего
диска, мм
9
10
10
10
12
12
Присоединительная
резьба НКТ, мм
60,3
73
Дополнительным преимуществом использования двухстороннего гидромеханического перфоратора является возможность применения инновационной технологии «формирования двух соседних фильтрационных каналов глубокого проникновения», позволяющей существенно увеличить глубину второго канала. Дело в том, что при большой глубине канала, фактор стесненности струи проявляется даже при отсутствии участка обсадной колонны. Объясняется это тем, что размер перфорационного канала только в 4-6 раз больше диаметра струи и при большой его глубине действию струи препятствуют значительное гидравлическое сопротивление, что приводит к интенсивному снижению скорости разрушения пород. Поэтому за первые 20-30 % от общего времени гидромониторной обработки формируется первый канал почти предельной глубины. При формировании же второго канала на некоторой глубине отраженный поток прорывается в первый канал. Сопротивление струе ослабевает, и глубина второго канала возрастает почти вдвое по сравнению с первым.
Для проведения перфорации используются различные гидромониторные насадки: круглые, квадратные, щелевые. Квадратные и щелевые насадки имеют меньший коэффициент расхода по сравнению с круглыми. Однако этот недостаток компенсируется тем, что они практически не забиваются твердыми частицами и окалиной, имеющимися в прокачиваемой жидкости, и поэтому не требуется установка фильтров в рабочий инструмент, а также позволяет проводить перфорацию на пластах с повышенным поглощением, снижая тем самым объём рабочей жидкости и способствуя минимизации обводнения вскрываемых пластов. В то же время для насадок любой формы, применяемых в перфораторах, особые требования предъявляются к их дальнобойности, которая в свою очередь существенно зависит от компактности струи. Поэтому при использовании щелевых насадок отношение длины щели к ее ширине не должно превышать определенной величины. Другое требование связано с ориентацией щели. Перфорационный канал должен максимальное время сохранять свою форму и не смыкаться от действия горного давления. Для достижения этой цели щель должна быть ориентирована вертикально.
В зависимости от типа коллектора в качестве рабочей жидкости могут быть использованы технологические растворы, обработанные гидрофобиизирующими и ингибирующими присадками, вода или нефть. В последнем случае скорость истечения струи из насадок должна быть увеличена на 5-10 м/с.
По ключевым показателям результативность гидромеханической щелевой перфорации значительно превосходит все известные способы перфорации обсадных колонн.Об этом, например, свидетельствуют сравнительные характеристики основных параметров кумулятивной и гидромеханической щелевой перфораций (табл. 2).
Таким образом, основными преимуществами ГМЩП являются:
- отсутствие ударного воздействия на колонну;
- отсутствие кольцевых сжимающих напряжений металла вследствие формирования 2-х диаметрально расположенных щелей, что полностью исключает смыкание щелей;
- удельная площадь вскрытия одного погонного метра колонны в 12-14 раз больше, чем при использовании кумулятивной перфорации;
- выход дисков за эксплуатационную колонну на 20 мм способствует значительному разрушению цементного кольца;
- механическая скорость перфоратора с учётом гидроманиторной обработки составляет 40-60 мин на метр;
- гарантированная мощность пласта вскрываемая за один СПО – до 50 м колонны марки стали «Д»
- возможность проведения обработки призабойной зоны жидкостью вскрытия, в том числе проведения кислотной обработки под давлением через гидромониторные насадки с глубиной проникновения в пласт от 0,5 до 1,5 м без подъёма перфоратора;
- возможность проведения освоения скважины после ГМЩП без подъёма перфоратора методом свабирования.
Таблица 2
Основные параметры щелевой и кумулятивной перфорации
ПАРАМЕТР
ГМЩП с формированием
двух щелей
ГМЩП с формированием
четырех щелей
Кумулятивные
заряды типа Big Hole или ПКО-89
Кумулятивные
заряды типа Deep Penetration
или Пк-105
Площадь вскрытия
на один погонный
метр колонны
Глубина проникновения в пласт
Геометрия
входного отверстия
Фугасность
* При использовании стандартного перфоратора с 12-ю зарядами на фут и успешном срабатывании всех зарядов
По геологической эффективности (получение максимального дебита) вторичное вскрытие на базе двухстороннего щелевого перфоратора с использованием технологии создания глубоких фильтрационных каналов с помощью формирования двух соседних каналов принципиально не отличается от глубокой гидравлической перфорации. Однако реализация его значительно проще: не требуются бурильный инструмент и труборез, отсутствуют проблемы связанные с устойчивостью ствола.
Компания «Комплекс» на сегодняшний день выполнила несколько сотен скважино-операций с использованием ГМЩП. В результате использования данной технологии на многих скважинах получены фонтанные притоки углеводородов. При реперфорации ГМЩП отмечаются увеличение дебитов до первоначальных значений, а при вскрытии перед ГРП – увеличение приемистости скважины и снижение рабочего давления разрыва пласта.
Перфорация скважин
Hаиболее используется кумулятивная П. c. (см. Кумулятивный перфоратор). У пулевых перфораторов скорость выстреливаемой пуле сообщают пороховые газы. Xорошую пробивную способность имеет перфоратор вертикально направленный - ПВН (рис.).
Перфоратор вертикально направленный: 1 - корпус; 2 - пуля; 3 - канал перфоратора; 4 - отклоняющий участок; 5 - пороховой заряд. (Cправа). Kумулятивный перфоратор многоразового использования: 1 - корпус; 2 - пробка; 3 - заряд; 4 - патрон предохранительного действия; 5 - детонирующий шнур. ">
Pис. Перфоратор вертикально направленный: 1 - корпус; 2 - пуля; 3 - канал перфоратора; 4 - отклоняющий участок; 5 - пороховой заряд. (Cправа). Kумулятивный перфоратор многоразового использования: 1 - корпус; 2 - пробка; 3 - заряд; 4 - патрон предохранительного действия; 5 - детонирующий шнур.
Пуля, двигаясь по каналу (стволу) перфоратора, расположенному параллельно оси скважины, на отклоняющем участке меняет направление полёта и уходит в пласт. Bертикальное расположение каналов в корпусе позволяет сделать их достаточно длинными, что в сочетании c высоким давлением газов порохового заряда обеспечивает получение скорости пули до 900 м/c. Пулевые перфораторы c горизонтальным расположением ствола имеют ограниченное применение и не всегда обеспечивают нужное пробитие, т.к. длина канала мала. Cнарядная П. c. осуществляемая так же, как пулевая, только не пулей, a снарядом, практически не используется. Изредка П. c. осуществляют взрывом цилиндрич. фугасных зарядов, создавая трещины в колонне, цементном кольце и породе.
Гидропескоструйная перфорация основана на абразивном и гидромониторном разрушении преград. При этом в пласте высоконапорными струями жидкости c песком, закачиваемой в скважину c поверхности по трубам и истекающей из сопел устройства, образуются глубокие чистые полости и каналы. Mетод сложен.
Bыбор метода П. c. решается c учётом геологии пласта, конструкции скважины, условий бурения, техн. данных перфораторов, сопутствующих перфорации побочных эффектов и др. факторов. При этом определяются тип перфоратора, плотность прострела, технология последующих работ. Xарактер вскрытия при перфорации изучается на спец. стендах, где определяются размеры каналов и особенности движения жидкости или газа в образце до и после прострела в условиях, приближённых к скважинным. Kачество П. c. - один из важнейших факторов, определяющих эффективность эксплуатации скважин.
Литература : Прострелочные и взрывные работы в скважинах, 2 изд., M., 1980.
C. A. Ловля.
Горная энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под редакцией Е. А. Козловского . 1984—1991 .
Смотреть что такое "Перфорация скважин" в других словарях:
Горная промышленность — горнодобывающая промышленность, комплекс отраслей производства по разведке месторождении полезных ископаемых, их добыче из недр земли и первичной обработке обогащению. Г. п. делится на след. основные группы: 1) топливодобывающую (нефтяная … Большая советская энциклопедия
Пулевые перфораторы — см. Перфорация скважин. Горная энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984 1991 … Геологическая энциклопедия
Виды перфорации при бурении нефтяных скважин
После спуска эксплуатационной колонны в интервале продуктивного пласта необходимо создать каналы – связь пласта с внутренним пространством труб в скважине. Это можно сделать, если прорезать отверстия в колонне, цементном камне и породе пласта. Потом по этим каналам из пласта будет поступать продукт: нефть, газ, газовый конденсат, вода. Перфорация – это и есть создание таковых каналов.
- Использование пулевых, кумулятивных зарядов и взрывных торпед (взрывной способ);
- Прорезка отверстий методом воздействия гидропескоструйной струи;
- Гидромеханическая прорезка окна в колонне.
Перфорация с использованием энергии взрыва
Перед спуском эксплуатационной колонны геофизический отряд проводит на скважине ГИС (геолого-исследовательские работы). На каротажном кабеле в скважину опускают приборы, которые записывают полную информацию: электрическое сопротивление пластов, наличие и профиль каверн, азимут и углы отклонения, определяют интервал продуктивного пласта, а также другие работы для составления точного профиля скважины.
Повторное определение интервала перфорации проводят после спуска и цементирования колонны. Затем готовят скважину к перфорации. Если это куст, то буровую установку двигают к точке бурения новой скважины. Устанавливают передвижную самоходную установку для выполнения перфорации и вызова притока из пласта. Установка имеет вышку для спуска насосно-компрессорных труб (НКТ), подъемник и гидравлический насос.
На каротажном кабеле спускают в скважину корпусной кумулятивный снаряд. Длину корпуса и количество отверстий выбирают из расчета минимального воздействия на стенку обсадной трубы. Перфораторы бывают корпусные ПК – многократного использования, ПКО – корпусные одноразового пользования и ПКС – заряды располагаются на ленточной кассете, каждый заряд заключен в оболочку и соединен с проводом каротажного кабеля.
Гидропескоструйная перфорация
Она имеет преимущество перед взрывной перфорацией:
- не разрушает цементный камень в виде вертикальных трещин, по которым может произойти обводнение подошвенными водами пласта;
- улучшает проницаемость пласта за счет дополнительных каналов;
- после перфорации часть оборудования можно использовать для гидроразрыва пласта
Специально оборудованная труба с несколькими соплами (насадки, устойчивые к воздействию абразивной струи) спускается в скважину на НКТ. На сопла по трубам подается абразивная жидкость с содержанием песка. Труба внизу имеет седло для посадки шара. После установки сопла в нужный интервал внутрь НКТ бросают шар, который, достигнув седла, перекрывает поток и направляет его через сопла. Струя режет колонну, цемент и породу пласта, делая глубокие до 0,5 метра каналы.
Гидромеханическая прорезка вертикальных щелей в колонне
Этот метод применяют при вторичной эксплуатации месторождений. В скважину на НКТ спускают оборудование для прорезки вертикальных щелей в колонне напротив продуктивного пласта.При создании давления в трубах выдвигаются режущие диски, которые упираются в стенку колонны. Выполняя возвратно-поступательные движения вверх-вниз, диски прорезают щели. Над дисками есть промывочные отверстия с гидромониторами, струя, попадая в щель, разрезает цементный камень и проникает глубоко в пласт. Так улучшается проницаемость пласта и дебит скважины.
К гидромеханической перфорации можно отнести вырезку бокового окна:
- В колонне устанавливают цементный мост.
- После ОЗЦ обсадную колонну вместе с устьевым оборудованием опрессовывают на герметичность.
- На трубах опускают высокопрочный стальной клин. Специальным устройством клин жестко закрепляют в колонне, чтобы он не провернулся.
- Спускают компоновку с фрезой (райбер), над ним устанавливают калибратор.
- Стенка колонны прорезается фрезой и калибруется. Получается окно.
- Компоновку углубляют на 5 метров.
Затем компоновку поднимают и собирают КНБК с отклонителем. В итоге получают дополнительный ствол в продуктивном пласте.
Это основные виды перфораций скважин. Каким способом и оборудованием она будет выполнена зависит от конкретных геологических условий, плана работ, утвержденного Заказчиком.
Благодарим специалиста компании “Нафтагаз” за помощь в написании этого материал.
Перфорация скважин
ПЕРФОРАЦИЯ СКВАЖИН (от лат. perforatio — пробуравливание * а. well perforation; н. Durchschie ß ung der Erdolbohrlocher; ф. perforation des puits; и. perforacion de sondeos) — пробивание отверстий в стенках буровой скважины против заданного участка продуктивного пласта с целью получения или усиления притока воды, нефти, газа в добычную скважину или пласт. Для перфорации скважин применяют взрывчатые вещества (кумулятивная, пулевая и снарядная перфорация скважин) и реже поток жидкости с абразивными материалами (гидропескоструйная перфорация скважин).
Наиболее используется кумулятивная перфорация скважин (см. Кумулятивный перфоратор). У пулевых перфораторов скорость выстреливаемой пуле сообщают пороховые газы. Хорошую пробивную способность имеет перфоратор вертикально направленный — ПВН (рис.).
Пуля, двигаясь по каналу (стволу) перфоратора, расположенному параллельно оси скважины, на отклоняющем участке меняет направление полёта и уходит в пласт. Вертикальное расположение каналов в корпусе позволяет сделать их достаточно длинными, что в сочетании с высоким давлением газов порохового заряда обеспечивает получение скорости пули до 900 м/с. Пулевые перфораторы с горизонтальным расположением ствола имеют ограниченное применение и не всегда обеспечивают нужное пробитие, т.к. длина канала мала. Снарядная перфорация скважин, осуществляемая так же, как пулевая, только не пулей, а снарядом, практически не используется. Изредка перфорацию скважин осуществляют взрывом цилиндрических фугасных зарядов, создавая трещины в колонне, цементном кольце и породе.
Гидропескоструйная перфорация основана на абразивном и гидромониторном разрушении преград. При этом в пласте высоконапорными струями жидкости с песком, закачиваемой в скважину с поверхности по трубам и истекающей из сопел устройства, образуются глубокие чистые полости и каналы. Метод сложен.
Выбор метода перфорации скважин решается с учётом геологии пласта, конструкции скважины, условий бурения, технических данных перфораторов, сопутствующих перфорации побочных эффектов и других факторов. При этом определяются тип перфоратора, плотность прострела, технология последующих работ. Характер вскрытия при перфорации изучается на специальных стендах, где определяются размеры каналов и особенности движения жидкости или газа в образце до и после прострела в условиях, приближённых к скважинным. Качество перфорации скважин — один из важнейших факторов, определяющих эффективность эксплуатации скважин.
Читайте также: