Изобретение относится к технологии скважинной добычи углеводородного сырья и направлено на повышение коэффициента продуктивности в добывающих сква- жинах месторождения и повышение приемистости нагнетательных скважин.

Известен способ обработки нагнетательных скважин путем очистки призабойных зон пласта (ПЗП) для повышения проницаемости коллекторов и соответственно приемистости скважин (см. заявку РФ 2000108427, Е 21 В 43/22, 2001 [1 ]). Извест- ный способ включает выделение групп низкоприемистых нагнетательных скважин с низкопроницаемой призабойной зоной коллекторов и высокоприемистых нагне- тательных скважин с высокопроницаемой призабойной зоной коллекторов в еди- ной гидродинамической системе. При работе кустовой насосной станции манипу- лируют задвижками водоводов, выдерживают паузы в течение одних-трех суток при закрытых высокоприемистых и открытых низкоприемистых скважинах. Созда- ют перепад давления регулировкой выкидной задвижкой. Открывают высокоприе- мистые скважины, создают депрессию в единой гидродинамической системе. Происходит падение давления на устье низкоприемистых скважин и отлив жидко- сти из низкопроницаемых коллекторов в высокопроницаемые коллекторы через высокоприемистые скважины. Осуществляют возврат в первоначальный режим работы кустовой насосной станции. Фиксируют параметры работы станции. По величине изменения параметров выдают заключение об эффективности очистки. Недостатком известного способа является необходимость больших временных затрат на его осуществление и низкая эффективность. Кроме того, способ не при- меним повышения коэффициента продуктивности в добывающих скважинах.

Известен способ обработки призабойной зоны пласта и регулирования проница- емости водонефтенасыщенного коллектора для повышения приемистости водо- нагнетательных скважин (см. патент РФ 2166621 , Е 21 В 43/22, 2001 [2]). Способ осуществляется путем нагнетания химических реагентов в призабойную зону нагнетательных скважин с последующей технологической паузой. Недостатком известного способа является ограниченность его применения (только для водо- нагнетательных скважин), невысокое повышение проницаемости ПЗП и длитель- ность осуществления.

Известен способ обработки нагнетательной скважины для повышения ее прие- мистости за счет повышения проницаемости ПЗП (см. заявку РФ 92001969, Е 21 В 43/27, 1994 [3]). В известном способе увеличение приемистости нагнетательных скважин и расширение зоны ее воздействия на разрабатываемый пласт достига- ется тем, что создают депрессию на ПЗП, удаляют загрязнения и кольматирую- щие вещества, нагнетают в ПЗП высокотемпературную смесь водяного пара с га- зом, с помощью которой растворяют, расплавляют и прокачивают кольматирую- щие вещества и инфильтрат в глубь пласта на расстояние, при которой не прояв- ляется их закупоривающее действие, после чего закачивают рабочий агент.

Недостатком известного способа является сложность его осуществления, по- скольку требуется прокачивать в ПЗП смесь с высокой температурой, и малая эффективность, обусловленная тем, что кольматирующие вещества остаются в пласте, снижая его проницаемость. Кроме того, способ не применим повышения коэффициента продуктивности в добывающих скважинах.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ повышения коэффициента продуктивности нефтяной скважины, включаю- щий регистрацию его изменения в процессе воздействия на призабойную зону скважины (RU 2085718, Е21 В43/25, 1997 [4]). Воздействие на призабойную зону скважины осуществляют снижением давления на ее забое до скачкообразного по- вышения коэффициента продуктивности нефтяной скважины с последующим вы- водом на режим эксплуатации с повышенным коэффициентом продуктивности. Недостатком известного способа является длительный период ожидания дости- жения скважиной оптимальных условий. Это обусловлено тем, что величина де- прессии, необходимой для изменения структуры породы, приводящей к повыше- нию ее проницаемости, неизвестна.

Заявляемый способ направленной разгрузки пласта направлен на увеличение проницаемости в призабойной зоне скважины, улучшение гидродинамической связи удаленной зоны пласта со скважиной и как следствие увеличение коэффи- циента продуктивности в добывающих и приёмистости в нагнетательных скважи- нах.

Указанный результат достигается тем, что способ направленной разгрузки пласта для повышения коэффициента продуктивности нефтяных и газовых скважин включает определение напряжения сг _с < 0 , МПа, соответствующего необрати- мому увеличению проницаемости образцов горных пород продуктивного пласта, определяемого из опытов по исследованию зависимости проницаемости горных пород в области забоя от действующих в них напряжений, и увеличение депрес- сии на забое скважины. При этом депрессию на забое скважины

где р ₀ - пластовое давление флюида, МПа, р _заб - давление на забое скважины, МПа, сразу создают равной предельному значению Ар _кр , МПа, определяемого по формуле

где q - горное давление на глубине H забоя скважины, м, равное

q = -yH

где γ - средняя плотность вышележащих пород, кг/м ³ ,

поддерживают депрессию на одном уровне до прекращения повышения дебита флюида Q, м ³ /час,

продолжают увеличивать депрессию на забое скважины,

контролируют дебит скважины при различных значениях депрессии до прекраще- ния его роста, рассчитывают на основе полученных данных для каждого значения депрессии коэффициент продуктивности скважины, определяемый по формуле

K = Q/Ap

и при прекращении роста коэффициента продуктивности скважину переводят в эксплуатационный режим.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

- депрессию на забое скважины

Ар = р ₀ - р _заб

где р ₀ - пластовое давление флюида, МПа, р _заб - давление на забое скважины, МПа, сразу создают равной или превышающей предельное значение Ар _кр , МПа, определяемого по формуле

Ар _кр = _Po + q- a _c / 2 . где q - горное давление на глубине H забоя скважины, м, равное

q = -yH

где γ - средняя плотность вышележащих пород, кг/м ³ ; - измеряют дебит скважины и

продолжают увеличивать депрессию на забое скважины Ар = _Ро - р _заб

где р ₀ -пластовое давление флюида, МПа

р _заб - давление на забое скважины, МПа;

- контролируют дебит скважины при различных значениях депрессии до прекра- щения его роста и рассчитывают на основе полученных данных для каждого зна- чения депрессии коэффициент продуктивности скважины, определяемый по фор- муле

K = Q/Ap ;

- скважину переводят в эксплуатационный режим при прекращении роста коэф- фициента продуктивности;

- в случае отсутствия повышения коэффициента продуктивности скважины при достижении расчетного значения предельной депрессии в ПЗП создают области повышенных напряжений:

- в качестве средства создания областей повышенных напряжений используют перфорацию.

Предварительное определение давления по приведенной выше формуле поз- воляет ускорить процесс разрушения породы в ПЗП и ввод скважины в эксплуа- тацию, т.к. уже при начале проведения работ на скважине известно с какого ми- нимального давления следует начинать. При этом данная формула позволяет определять величину давления с более высокой точностью, чем в прототипе.

Для достижения заявленного результата из кернового материала, извлеченного из продуктивной толщи месторождения, изготавливаются кубические образцы, ко- торые подвергают испытаниям на установках, позволяющих реализовать любую траекторию трехосного независимого нагружения (деформирования), включая процесс разрушения, по программам нагружения, отвечающих реальным напря- жениям, возникающим в ПЗП при увеличении депрессии в скважине, и определе- ние напряжения сг _с , МПа, соответствующего необратимому увеличению прони- цаемости образцов горных пород продуктивного пласта.

Такой установкой является испытательная система трехосного независимого нагружения ИСТИН, созданная в ИПМех РАН.

ИСТИН позволяет на образцах породы в форме куба с ребром 40 или 50 мм вос- создавать напряженные состояния, возникающие в окрестности скважин с раз- личными конструкциями забоя: открытый ствол, обсаженная перфорированная скважина, обсаженная скважина с щелевой перфорацией и т.д. Как меняются напряжения в породе в окрестности скважины при изменении величины депрессии для различных вариантов конструкции забоя, показывают расчеты, в простых слу- чаях (открытый ствол скважины) - аналитические, в более сложных (наличие об- садки, перфорационных отверстий, щелей и т.п.) - численные с использованием трехмерных программ расчета напряженно-деформированного состояния. Найденные условия сжатия породы при изменении величины депрессии для раз- личных вариантов конструкции забоя моделируются на образцах из кернового ма- териала с помощью испытательного стенда. В течение всего процесса нагружения измеряется проницаемость образцов.

Каждому из перечисленных выше случаев конструкции забоя соответствует своя программа нагружения образца, отвечающая постепенному увеличению депрес- сии на забое скважины. Результаты испытаний также, естественно, отличаются. Однако если говорить о зависимости проницаемости породы от вида и уровня возникающих в ней напряжений, наиболее информативной является программа нагружения, соответствующая открытому (не обсаженному) стволу скважины.

На фиг. 1 схематично показан участок не обсаженного ствола скважины и дей- ствующие в ее окрестности радиальное S _r , окружное s ₀ и вертикальное S _z напряжения в грунтовом скелете.

Напряжения, возникающие в грунтовом скелете в ПЗП необсаженного ствола скважины, определяются хорошо известным решением задачи Ламэ и равны (сжимающие напряжения считаются отрицательными)

sz ⁼ Q ⁺ P( ^r ) где q - горное давление ( q < 0 ), р _заб - давление в скважине , р(г) - давление на расстоянии г от скважины { р (г) , р _заб > 0 ), R _c - радиус скважины, г - расстояние от оси скважины. Величина депрессии в скважине Ар связана с напряжением Sg , действующим на ее стенке, соотношением p = P _o + q -S _ff l2

где р ₀ - пластовое давление нефти.

Соответственно программа испытаний образцов, отвечающая изменению напря- жений в ПЗП при уменьшении давления в скважине р _заб (увеличении депрессии Ар ) показана на фиг. 2.

Здесь 5- - напряжения, прикладываемые к граням образца. Соответствие этих напряжений и напряжений, действующих в окрестности скважины, следующее:

Испытание образца включает в себя три этапа.

Этап 1. Образец обжимается равномерно со всех сторон до напряжения, равного разности между значением горного давления q и величиной пластового давления Р0 (отрезок OA на рис. 2). Точка А отвечает напряжениям, действовавшим в грун- товом скелете до пробуривания скважины.

Этап 2. На втором этапе нагружения (отрезки АВ) одна компонента напряжения продолжает расти, вторая ( S ₃ ) остается постоянной, а третья ( S ₂ ) убывает, причем нагрузка меняется таким образом, что среднее напряжение

S = (S ₁ +S ₂ +S ₃ )/3 на всем протяжении этапа 2 сохраняется постоянным (это сле- дует из соотношений Ламэ).

Каждая точка на отрезке АВ соответствует определенному давлению на забое скважины, большему, чем пластовое, т.е. определенной величине репрессии. Ко- нечная точка этапа (точка В) отвечает состоянию, когда скважина пробурена и давление на забое равно пластовому.

Этап 3. На третьем этапе моделируется процесс создания депрессии, т.е. пони- жения давления на забое скважины (отрезки ВС на рис.31 ). При этом радиальное напряжение S _r в грунтовом скелете по мере роста депрессии остается практиче- ски равным нулю, а кольцевые и вертикальные напряжения растут, но вертикаль- ные напряжения увеличиваются примерно в два раза медленнее. Соответствен- но изменялись компоненты напряжения S _l , S ₂ , S ₃ в опыте.

Третий этап был последним и продолжался до тех пор, пока образец не разру- шался.

В ходе всего опыта измеряются деформации образца в трех направлениях и из- менение его проницаемости в одном из направлений. Отметим, что описанная программа испытания образцов соответствует не только случаю не обсаженного участка ствола скважины. Аналогичные напряжения возникают также в окрестно- сти перфорационных отверстий в обсаженной скважине, когда длина перфораци- онных отверстий существенно больше их диаметра.

Величина предельного напряжения а _с , соответствующая необратимому увеличе- нию проницаемости горных пород продуктивного пласта, равна значению напря- жения 5 при котором в опытах происходит необратимое увеличение проницаемо- сти образцов.

Контроль дебита скважины при различных значениях депрессии и расчет на осно- ве полученных данных для каждого значения депрессии коэффициента продук- тивности скважины, определяемого по приведенной формуле позволяет опреде- лить наступление момента, когда максимум коэффициента продуктивности до- стигнут и дальнейшее производство работ экономически нецелесообразно.

В случае отсутствия повышения коэффициента продуктивности скважины при до- стижении расчетного значения предельной депрессии в ПЗП создают области по- вышенных напряжений (концентраторы). Области повышенных напряжений могут создаваться любыми известными способами - нарезка щелей, перфорация, гид- роразрыв и т.п. Однако, исходя из соображений экономии, наиболее целесооб- разно использовать перфорацию.

Сущность заявляемого способа направленной разгрузки пласта для повышения коэффициента продуктивности нефтяных и газовых скважин поясняется приме- рами реализации и графическими материалами. На фиг. 1 схематично показан участок не обсаженного ствола скважины и действующие в ее окрестности ради- альное S _r , окружное s ₀ и вертикальное S _z напряжения в грунтовом скелете. На фиг. 2 представлена в виде графика программа испытаний образцов, отвечающая изменению напряжений в ПЗП при уменьшении давления в скважине. Пример 1 . В общем случае способ реализуется следующим образом. Из керново- го материала скважины, подлежащей обработке или ближайшей к ней, отбирают образцы породы коллектора, из которых изготавливают образцы для моделиро- вания в виде кубиков с ребром 40 мм или 50 мм в зависимости от диаметра ис- пользуемого керноотборника.

Моделирование осуществляют с помощью испытательного стенда (ИСТИН), поз- воляющего создавать независимое трехосное нагружение образцов породы, и та- ким образом полностью воспроизводить на образце те механические напряжения, которые действуют на породу в призабойной зоне при различных депрессиях на пласт. При этом в течение всего процесса нагружения измеряются деформации и проницаемость образца. Проницаемость определяется путем продувки воздуха через противоположные грани образца, благодаря имеющимся в двух противопо- ложных нажимных плитах ИСТИН отверстиям. Проницаемость рассчитывается по величине дебита воздуха. Порода при некоторых условиях нагружения, может начать интенсивно не упруго деформироваться, растрескиваться, разрыхляться, что может сопровождаться резким необратимым повышением проницаемости. По его началу определялась величина напряжения о _с , МПа, соответствующего не- обратимому увеличению проницаемости горных пород продуктивного пласта, и депрессии на пласт, необходимой для разрушения грунта в продуктивной толще в призабойной зоне. Эти условия затем реализуются на скважине созданием де- прессии определенной величины, благодаря чему повышается проницаемость ПЗП и продуктивность скважины. Скважина оборудовалась известными средства- ми, позволяющими поддерживать на забое скважины давление ниже начального пластового давления нефти. При этом, в соответствии с предлагаемым способом давление на забое скважины уменьшалось до значений, обеспечивающих вели- чину депрессии, необходимую для разрушения грунта, значение которой было определено на основании исследования образцов, изготовленных из кернов.

Измеряя дебит скважины, поддерживали депрессию на одном уровне до прекра- щения повышения дебита флюида. Затем продолжали увеличивать депрессию на забое скважины, контролируя дебит скважины при различных значениях депрес- сии до прекращения его роста, рассчитывали на основе полученных данных для каждого значения депрессии коэффициент продуктивности скважины,

и при прекращении роста коэффициента продуктивности скважину перевели в эксплуатационный режим.

Пример 2. Ремонт малодебитных скважин с открытым стволом. Из кернового материала скважины, подлежащей обработке или ближайшей к ней, отбирают образцы породы коллектора, из которых изготавливают образцы для моделирования в виде кубиков с ребром 40 мм или 50 мм в зависимости от диа- метра используемого керноотборника.

Моделирование осуществляют с помощью испытательного стенда (ИСТИН), поз- воляющего создавать независимое трехосное нагружение образцов породы, и та- ким образом полностью воспроизводить на образце те механические напряжения, которые действуют на породу в призабойной зоне при различных депрессиях на пласт. При этом в течение всего процесса нагружения измеряются деформации и проницаемость образца. Проницаемость определяется путем продувки воздуха через противоположные грани образца, благодаря имеющимся в двух противопо- ложных нажимных плитах ИСТИН отверстиям. Проницаемость рассчитывается по величине дебита воздуха. Порода при некоторых условиях нагружения, может начать интенсивно неупруго деформироваться, растрескиваться, разрыхляться, что может сопровождаться резким необратимым повышением проницаемости. По его началу определялась величина напряжения о _с , МПа, соответствующего не- обратимому увеличению проницаемости горных пород продуктивного пласта, и депрессии на пласт, необходимой для разрушения грунта в продуктивной толще в призабойной зоне. Эти условия затем реализуются на скважине созданием де- прессии определенной величины, благодаря чему повышается проницаемость ПЗП и продуктивность скважины.

Скважина оборудовалась известными средствами, позволяющими поддерживать на забое скважины давление ниже начального пластового давления нефти. При этом, в соответствии с предлагаемым способом давление на забое скважины уменьшалось до значений, обеспечивающих величину депрессии, необходимую для разрушения грунта, значение которой было определено на основании иссле- дования образцов, изготовленных из кернов.

В результате проведения работ было установлено, что даже при полном осуше- нии скважины, в породе не возникло напряжений, необходимых для разрушения грунта в продуктивной толще в призабойной зоне. Поэтому для необратимого увеличения проницаемости горных пород в ПЗП создали области повышенных напряжений путем перфорации открытого ствола, а затем в соответствии с пред- лагаемым способом давление на забое скважины уменьшалось до значений, обеспечивающих величину депрессии, необходимую для разрушения грунта, из- меряли дебит скважины, поддерживали депрессию на одном уровне до прекра- щения повышения дебита флюида. Затем продолжали увеличивать депрессию на забое скважины, контролируя дебит скважины при различных значениях депрес- сии до прекращения его роста, рассчитывали на основе полученных данных для каждого значения депрессии коэффициент продуктивности скважины,

и при прекращении роста коэффициента продуктивности скважину перевели в эксплуатационный режим.

Пример 3. Способ освоения скважины был реализован на скважине N° 338 Си- бирского месторождения ЗАО «Лукойл-Пермь».

Из кернов, извлеченных из продуктивного пласта были изготовлены образцы в виде куба с размером граней 50 мм. В процессе исследования образцов на уста- новке ИСТИН было установлено, что при наличии перфорационных отверстий об- разцы при депрессиях около 140 ат начинали интенсивно «ползти». В результате в образцах не только образовывались макротрещины, но вокруг отверстий порода превращалась практически в песок. Само же перфорационное отверстие каждый раз было забито этим песком.

На основании результатов испытания образцов на скважине N° 338 в интервале необсаженного пласта 2325 - 2330 м была произведена перфорация. С помощью установленного в скважине N° 338 струйного насоса УГИС-5 на забое скважины создавалась депрессия, величина которой постоянно контролировалась с помо- щью глубинного манометра. Одновременно измерялся объем флюида, получен- ного из скважины, и определялся ее дебит. В ходе работ значения депрессии на забое скважины повышали ступенчато. Последовательно были отработаны два режима: Отработка скважины в течение 7 часов при депрессии на забое 14 МПа Общий объем отобранного флюида составил 15 куб.м. Отработка скважины в те- чение 1 ,5 часов при депрессии на забое 15 МПа Общий объем отобранного флю- ида составил 4,8 куб.м. После второй отработки выключили струйный насос и пе- ревели скважину в эксплуатационный режим.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет вызывать усиленный приток флюида за счет разрушения грунта в призабойной зоне пласта и увеличения ее проницаемости и поэтому применим для любых видов флюидов.