В статье авторы анализируют доступные методы приобщения продуктивных пластов с попыткой определить оптимальные для скважин с горизонтальным окончанием.
Ключевые слова: перфорация, горизонтальные скважины, ГПП, многостадийная.
Освоение технологии строительства горизонтально направленных скважин, или скважин с горизонтальным окончанием, является одним из наиболее серьезных технологических достижений нефтяной промышленности и позволяет добиваться существенно больших показателей продуктивности, помогая решать дополнительные специальные задачи разработки месторождений в интересах недропользователя.
В производственной практике популярность скважин с горизонтальным окончанием неизменно растет, причем имеется настойчивая тенденция к увеличению продолжительности горизонтальных участков, в независимости от глубин залегания целевых пластов. Помимо очевидного факта увеличения сложности строительства для горизонтальных скважин, одновременно увеличивается сложность обслуживания и эксплуатации таких скважин. При этом, одной из наиболее интересных задач, на настоящий момент, является задача выбора технологий приобщения целевого пласта.
Имеющиеся варианты технологий приобщения пластов, можно разделить по способу выполнения работ и по типу применяемых устройств.
По способу выполнения работ методы приобщения пластов подразделяются на:
– Перфорационные работы на насосно-компрессорных трубах — метод характеризуется простотой и надежностью, но требуют длительного времени на выполнение. Позволяет применять все виды перфораторов, и любые сопутствующие технологии, однако не пригоден для выполнения работ на депрессии, а также имеет существенные ограничения по максимальной глубине спуска, особенно при применении в горизонтальных скважинах.
– Перфорационные работы на геофизическом кабеле (каротажные работы) — наиболее дешевый и простой метод перфорационных работ. Пригоден для малого спектра задач, однако позволяет выполнять операции на депрессии. Имеет затруднения с «доходимостью» перфораторов в горизонтальных скважинах.
– Перфорационные работы на гибких насосно-компрессорных трубах — наиболее прогрессивный и дорогой метод выполнения работ. Позволяет выполнять любые виды перфорационных работ в том числе в любом режиме депрессии. Метод наиболее актуален в горизонтальных скважинах, т. к. имеет хорошие показатели доходимости инструмента в горизонтальной части скважины. Однако технология все же имеет некоторые ограничения и предъявляет высокие требования к качеству инженерного сопровождения.
По типу применяемых устройств выделяются:
– Пулевая/торпедная перфорация — устаревший метод перфорации, который предполагает формирование перфоканалов пулевым снарядом или торпедой. Имеет наихудшие характеристики формируемых каналов, т. к. кинетическая энергия снарядов быстро теряется в плотных горных породах, но когда-то этот метод был основным способом приобщения продуктивных пластов, ввиду отсутствия альтернатив.
– Кумулятивная перфорация — метод, образующий перфорационные каналы с помощью кумулятивных струй, созданных специальными кумулятивными зарядами, установленными в цилиндрический корпус перфоратора. Этот метод наиболее распространен, характеризуется простотой и эффективностью, однако имеет существенное негативное влияние на проницаемость пород в интервале перфорации, т. к. кумулятивная струя одновременно уплотняет структуру горных пород и оказывает высокотемпературное воздействие на их поверхность, кроме того наличие взрывной волны и создание зон повышенного давления негативно влияет на техническое состояние эксплуатационной колонны в интервале перфорации.
– Гидропескоструйная перфорация — метод перфорации, при котором перфорационные каналы формируются высокоскоростной направленной струей перфорационной жидкости, содержащей абразивный наполнитель. Не оказывает отрицательного влияния в ПЗП и интервале перфорации и дает лучшие результаты, однако, отличается большей сложностью исполнения и имеет ряд технологических ограничений.
– Механические и комбинированные методы — методы, основанные на применении различных устройств, обеспечивающих формирование перфорационных каналов посредством механического или гидромеханического воздействия (сверления, резания, бурения, деформации и т. п.). В данной области имеется большое количество разработок, различные режущие, комбинированные, сверлящие перфораторы, технологии с применением различных буров, гидромониторных насадок и винтовых забойных двигателей. Данные методы дают хорошие показатели качества вскрытия, ввиду отсутствия кольматирующего воздействия на ПЗП, а также, могут создавать очень протяженные перфорационные каналы но все они требуют применения габаритного и сложного внутрискважинного оборудования. Минусами данных методов является высокая сложность выполнения работ, наличие еще больших технологических ограничений, чем для ГПП, а также низкая скорость создания перфорационных каналов.
– Безперфораторные методы приобщения пласта — обеспечивают приобщение целевого пласта за счет использования конструктивных элементов скважины, заранее включенных в компоновку во время строительства. К данным методам можно отнести использование перфотруб, фильтр-хвостовиков, компоновок МГРП разрывных муфт и т. п. элементов, которые включаются в конструкцию скважины на этапе строительства и спускаются вместе с остальными конструктивными элементами скважины, чем решается проблема доставки элементов в скважину еще на этапе строительства. Данный метод отличается эффективностью, отличным сохранением ФЕС пласта, в случае соблюдения технологий строительства, но обладает высокой стоимостью, имеет проблемы с надежностью и не предоставляет гибкости в выборе последующих методов эксплуатации скважины.
Какие же методы приобщения пластов целесообразно применять в горизонтальных скважинах?
В связи с главной особенностью конструкции рассматриваемых скважин — наличием горизонтального участка, который неуклонно стремится к увеличению протяженности, доставка перфораторов в целевые интервалы горизонтальных скважин становится все сложнее. Кроме того, целью строительства дорогостоящих скважин с горизонтальным окончанием является максимальное улучшение связи с продуктивным пластом, и получение максимальной площади фильтрации флюида, что делает необходимым не допускать кольматирующих эффектов и обусловливает целесообразность выполнения работ на депрессии. Популярность применения ГРП при освоении таких скважин выводит на первый план показатели гидродинамического совершенства ПЗП и скин-фактора.
Таким образом, проинализировав имеющиеся способы приобщения продуктивных пластов можно сделать вывод, что методы доставки перфораторов на кабеле и насосно-компрессорных трубах имеют серьезные ограничения по применимости в горизонтальных скважинах, так, даже специальный геофизический кабель позволяет транспортировать приборы в горизонтальную часть скважины на глубину не более чем 500–700 метров, а для насосно-компрессорных труб практическим пределом спуска в большинстве скважин является общая глубина по стволу в 4000м из-за ограничений грузоподъемности подъемных агрегатов и пределов прочности резьбовых соединений насосно-компрессорных труб. Лучшие показатели по применимости в горизонтальных скважин показывают гибкие насосно-компрессорные трубы, которые позволяют достигать максимально возможных показателей «доходимости» инструмента. При этом, технологии ГНКТ позволяют выполнять работы на депрессии без глушения скважины, и даже без остановки ее эксплуатации, в том числе на газообразном флюиде и скважинах с аномально высокими пластовыми давлениями.
С точки зрения методов перфорации нужно отметить, что кумулятивная перфорация мало пригодна для применения в горизонтальных скважинах, т. к. оказывает существенный негативный эффект на проницаемость пласта, а также деформирует эксплуатационную колонну, нарушает ее целостность, формирует в зоне перфорации большое количество механических образований. Сами перфораторы имеют склонность к увеличению диаметра, после срабатывания, что в комплексе с остальными факторами приводит к высоким шансам прихвата и заклинивания инструмента во время работ.
Механические и комбинированные методы вскрытия в горизонтальных скважинах являются перспективным и востребованным направлением развития, т. к. могут обеспечить хорошие показатели качества вскрытия ПЗП и большое увеличение площади перфорационных каналов, увеличив продуктивность без применения ГРП, однако, технологии выполнения подобных работ остаются чрезвычайно сложными и дорогими, в связи с чем, редко выполняются на практике, однако методы данного рода, например радиальное бурение и подобные, могут быть эффективным инструментом решения специфических задач.
Гидропескоструйная перфорация в горизонтальных скважинах является одной из наиболее подходящих и перспективных технологий, т. к. легко применима на ГНКТ, позволяет выполнять работы в скважинах с малым внутренним диаметром и дает хорошие показатели качества вскрытия. Однако технология требовательна к уровню инженерного сопровождения и технической оснащенности исполнителя работ
Ну и наиболее популярными, на настоящий момент, являются безперфорационные методы приобщения пластов. Не будет преувеличением сказать, что 99 % строящихся добывающих скважин с горизонтальным окончанием применяют безперфорационные методы вскрытия, того или иного вида. Несомненным их преимуществом можно считать возможность приобщения пласта на протяжении всего горизонтального участка скважины, именно по этой причине недропользователи стремятся к все большему увеличению протяженности горизонтальных участков, т. к. это ведет к пропорциональному увеличению продуктивности. Наиболее популярными способами безперфораторного вскрытия в настоящий момент являются спуск фильтр-хвостовиков и спуск компоновок МГРП.
Фильтр хвостовики позволяют приобщить пласт на всей протяженности горизонтального участка и противодействуют засыпанию ствола скважины горными породами, однако фильтр-хвостовики мало пригодны для выполнения стимуляции пласта методом ГРП и имеют тенденцию к снижению проницаемости ПЗП с течением времени, в связи с чем, требуют проведения работ по восстановлению связи с пластом.
Данная технология позволяет создать несколько высокопроницаемых зон, огромной протяженности, что позволяет добиться высочайших результатов продуктивности. Однако это же свойство является серьезным минусом данной конструкции, т. к. сверхвысокая проницаемость предполагает более интенсивный режим эксплуатации и приводит к быстрому снижению пластового давления и обводнению эксплуатируемого участка.
Идеальным сценарием строительства горизонтальной скважины является строительство скважин с максимальной протяженностью горизонтального участка, приобщение которого выполняется безперфорационым методом на депрессии с немедленным освоением и запуском скважины в эксплуатацию, без ее глушения и дополнительных внутрискважинных операций, что позволяет получить наилучшую проницаемость ПЗП, сохранить ФЕС на протяжении всего интервала приобщения и получить максимальные результаты продуктивности добывающих скважин.
В случае же каких либо отказов в работе компоновок МГРП или снижения продуктивности фильтр-хвостовиков, целесообразно выполнение гидропескоструйной перфорации на ГНКТ, т. к. эта технология позволяет устранять проблемы с приобщением зон МГРП в случае их отказов, а также, создать высокопроницаемые перфорационные каналы для восстановления проницаемости ПЗП в фильтр-хвостовиках в любой части горизонтального участка, не оказывая при этом негативного воздействия на пласт.
При необходимости решения каких-либо специальных задач, например создания протяженных и разветвленных перфорационных каналов в низко проницаемых коллекторах или приобщения нескольких целевых участков пластов с высокой точностью, необходимо рассматривать и применять методы механического вскрытия, высокая стоимость которых в указанных условиях будет целесообразна получаемому результату.
Литература:
- Аксенова, Н. А. Технология и технические средства для вскрытия продуктивных пластов: Учеб. Пособие для ВУЗов / А.Е Анашкина, В. А. Федоровская. — Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. — 176с.
- Ковалев А. В. Курс лекций «Заканчивание скважин»:Лекция 13: перфорация скважины и вызов притока [Электронный ресурс] доцент каф. бурения скважин Отд. НД ТПУ.
- Оценка качества вскрытия продуктивных пластов: методические указания / В. П. Овчинников, Г. П. Зозуля И. И. Клещенко, Е. В. Паникаровский [и др.] — Тюмень % ТюмГНГУ. 2007. — 31с.
- Sharma A. Coiled-Tubing-Assisted Hydraulic Fracturing of CBM Wells in India Using CT-Deployed Hydrajet Perforation Technology/Ajay Sharma, Dushyant Bhalla, Sumit Bhat / Online Journal for E&P Geoscientists [Электронный ресурс] /Режим доступа: http://www.searchanddiscovery.com/.
- Методы перфорации и торпедирования скважин / Деловой журнал «Neftegaz.RU» [Электронный ресурс] /Режим доступа: https://neftegaz.ru/tech-library/burovye-ustanovki-i-ikh-uzly/141570-metody-perforatsii-i-torpedirovaniya-skvazhin/
