Характеристика условий проведения перфорации

Назначение проведения ГПП.

Гидропескоструйную перфорацию (ГПП) применяют при вскрытии плотных коллекторов, как однородных, так и неоднородных по проницаемости перед гидроразрывом пласта для образования трещин в заданном интервале пласта, а также, чтобы срезать трубу в скважине при ремонтных работах. Целью ГПП является создание каналов в эксплуатационной колонне, цементном камне и массиве горной породы абразивной пульпой (вода с добавками полимерных соединений и кварцевым песком 0,6 - 1,2 мм концентрацией в воде 50-100 г/л.), подаваемой в скважину под напором, на очень большой скорости, достигающей нескольких сотен метров в секунду.

Различают два варианта перфорации – точечную и щелевую. В первом – канал образуют при неподвижном перфораторе, во втором – перфоратор движется.

Для проведения гидропескоструйной перфорации необходимы перфораторы, насосно-компрессорные трубы, насосные агрегаты, пескосмесители, емкости для жидкости, сальниковая катушка или превентор, а также жидкость – носитель и кварцевый песок.

В качестве жидкости – носителя используют дегазированную нефть, 5-6% раствор соляной кислоты, воду (можно соленую) с добавками ПАВ или промывочный раствор, не загрязняющий коллектор.

При работах в интервале непродуктивного пласта обычно используют пресную воду или промывочную жидкость. Концентрация песка в жидкости-носителе должна составлять 50-100 граммов на литр.

Продолжительность процесса при точечном вскрытии составляет 15 минут, а при щелевом – не более 2-3 минут на каждый сантиметр длины цели.

Перепад давления при этом составляет 15 - 30 МПа. В породе вымывается каверна грушеобразной формы, обращенной узким конусом к перфорационному отверстию в колонне. Размеры каверны зависят от прочности горных пород, продолжительности воздействия и мощности песчано-жидкостной струи. При стендовых испытаниях были получены каналы до 0,5 м.

Размеры канала увеличиваются сначала быстро и затем стабилизируются в результате уменьшения скорости струи в канале и поглощения энергии встречным потоком жидкости, выходящей из канала через перфорационное отверстие.

Вскрытие пластов стреляющими перфораторами может осуществляться при репрессии (забойное давление в скважине выше пластового) и депрессии (забойное давление в скважине ниже пластового).

Вскрытие пластов при депрессии осуществляется перфораторами типа ПНКТ, спускаемыми на насосно-компрессорных трубах (НКТ), ПР, ПРК и КПРУ, спускаемыми через НКТ. Перфораторы ПНКТ рекомендуется применять при вскрытии любой части пласта, в том числе и приконтактных зон независимо от величины искривления скважины, качества цементной оболочки, обсадной колонны, аномальности пластового давления.

Для вскрытия пластов при репрессии исходят из условий безопасного проведения перфорации и предотвращения проникновения больших объемов жидкости из скважины в пласт.

Гидростатическое давление столба жидкости, заполняющей скважину, должно превышать пластовое на величину:

10—15 % для скважин глубиной до 1200 м, но не более 15 МПа;

5—10 % для скважин глубиной до 2500 м (в интервале от 1200 до 2500 м)

4 —7 % для скважин глубиной более 2500 м (в интервале от 2500 м до проектной глубины), но не более 3,5 МПа.

Перед проведением перфорации в скважину спускают НКТ с промывкой до искусственного забоя. Через НКТ закачивают перфорационную и буферную (при необходимости) жидкости из расчета заполнения интервала перфорации и на 100—150 м выше. Устье скважины оборудуется противовыбросовым устройством (задвижкой с превентором).

Перфорацию следует производить не более чем двумя спусками перфораторов в один и тот же интервал. В зонах ВНК и ГНК перфорацию рекомендуется выполнять за один спуск перфоратора. Слабопроницаемые сцементированные пласты рекомендуется вскрывать гидропескоструйной перфорацией.

В мировой и отечественной практике нефтегазодобывающей промышленности прострелочные перфорационные работы в нефтяных и газовых скважинах по видам и объемам (%) применения распределяются следующим образом.

Кумулятивная перфорация 90 — 95

В том числе с депрессией на пласт 2 — 4

Пулевая 2 — 3

Гидроабразивная 1 — 2

Прочие виды (механическая, с растворяю­

щимися реагентами) 0,5

В подавляющем большинстве случаев все виды перфорационных работ в скважинах производятся при репрессии (Л_р) на продуктивный пласт.

Величина репрессии не должна превышать 5—10 % от значения пластового давления (но не более 2,5 — 3,5 МПа), в зависимости от глубины скважины.

При репрессии на пласт в призабойной зоне продуктивного пласта образуется блокирующая зона, состоящая из пристенной кольматационной (толщиной до 5—1,5 мм) и инфильтрационной (радиусом до 300—1000 мм) зон. Чем больше репрессия на пласт (а также водоотдача бурового раствора и время контакта его с продуктивным пластом), тем более мощная блокирующая зона образуется при первичном вскрытии пласта.

Вторичное вскрытие пласта осуществляется также стреляющими и гидропескоструйными перфораторами. По принципу действия стреляющие перфораторы подразделяются на пулевые, торпедные и кумулятивные.

Пулевые перфораторы представляют собой короткоствольные орудийные системы, в которых пули разгоняются по стволу за счет энергии расширяющихся пороховых газов и, приобретая достаточную кинетическую энергию на выходе из ствола, пробивают преграду. Поиск конструкторов по повышению эффективности пулевых перфораторов привел к созданию конструкции с вертикально-криволинейными стволами типа ПВН, в которых разгон пуль осуществляется по стволам значительной длины, расположенным вдоль оси корпуса. При такой конструкции длина ствола увеличивается до 400 — 500 мм против 60 — 70 мм у перфораторов с горизонтальным расположением стволов, а скорость пули на выходе из ствола достигает 900—1000 м/с. Такие перфораторы имеют пробивную способность, сравнимую с пробивной способностью кумулятивных перфораторов того же поперечного размера (при средней прочности пород).

Для вторичного вскрытия пластов применяют пулевые перфораторы залпового действия с вертикально-наклонными стволами ПВН90, ПВН90Т, ПВТ73, ПВК70 (поперечные габариты 90, 73 и 70 мм), которые могут спускаться в обсадную колонну с минимальным внутренним диаметром 117,5 и 98 мм соответственно. У перфораторов типа ПВН в двух взаимно перпендикулярных плоскостях попарно расположены четыре ствола. Для взаимного уравновешивания сил отдачи парные стволы идут в общих пороховых камерах навстречу друг другу.

Перфоратор ПВТ73 имеет двуствольную конструкцию, в которой пули разгоняются по двум каналам в противоположных направлениях. В одноканальном многосекционном перфораторе ПВК70 ствол проходит по оси перфоратора, причем используются пули с увеличенным диаметром и массой.

Глубина пробивания в породе средней прочности указана ниже.

Тип перфоратора…………………. ПВН90, ПВН90Т ПВТ73 ПВК70

глубина……………………………. 140 180 200

Области применения перфораторов типа ПВН, ПВК, ПВТ определяются как термобарическими (предельная температура и максимальное допустимое давление) так и геологическими условиями.

Механизм образования кумулятивной струи состоит в следующем. При взрыве цилиндрического заряда взрывчатого вещества происходит почти мгновенное превращение его в газообразные продукты, разлетающиеся во все стороны по направлениям, перпендикулярным к поверхности заряда. При наличии выемки в заряде газообразные продукты детонации части заряда, называемой активной частью, двигаясь к оси заряда, концентрируются в мощный поток, называемый кумулятивной струей. Обладая очень высокой скоростью в головной части (6 — 8 км/с), при соударении с твердой преградой струя развивает такое давление, по сравнению с которым предел прочности даже особо прочных материалов пренебрежимо мал (в 400 — 600 раз меньше).

Перфораторы подразделяются на корпусные перфораторы многократного использования типа ПК и однократного использования типа ПКО.

Из перфораторов типа ПК более распространены перфораторы ПК105ДУ, ПК85ДУ, ПК95Н, а из перфораторов типа ПКО — перфораторы ПКО98, ПКО73.

Рис. 1. Размеры перфорационных каналов для основных типов перфораторов при отстрелах по единой мишени (обсадная колонна – цементное кольцо – порода):

а — в поверхностных условиях; б — при давлении 30 МПа; т₃ — масса заряда; v — скорость пули на выходе из ствола.

Наибольшее распространение нашли перфораторы в стеклянных оболочках ПКС80, ПКС 105, ПКС65, из разрушающихся — перфораторы с зарядами в литых алюминиевых оболочках КПРУ65, ПР54.

Размеры перфорационных каналов, получаемых при отстреле зарядов наиболее распространенных кумулятивных перфораторов по единым мишеням с породами прочностью на одноосное сжатие 45 МПа, в поверхностных условиях и при давлении 30 МПа приведены на рисунке, пробивная способность перфораторов показана на рис. 2.

Рис.2.

1 — обсадная труба; 2 — цементное кольцо; 3 — порода

Гидропескоструйный перфоратор представляет собой стальной корпус с насадками из твердых сплавов, при прокачке через которые жидкости с расходом 1—6 л/с скорость струи достигает 200 м/с. Для создания необходимых давлений при прокачке гидроабразивных смесей используют насосные агрегаты 2АН500 и 4АН700, количество которых на одну операцию может изменяться от 2 до 6 и более. Время образования одного канала колеблется от 20 до 30 мин, расход рабочей жидкости — от 1 до 7 м, песка — от 50 кг 700 кг.

Дата добавления: 2015-04-25