Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВВОДА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ПРОДУКТИВНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ В СКВАЖИНАХ НА ПОЗДНЕЙ СТАДИИ РАЗРАБОТКИ

Предлагаемое изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, к средствам щадящего вскрытия продуктивного интервала пласта и вызова из него притока нефти.

Сложность вскрытия продуктивного интервала в скважинах старого фонда заключается в том, что обычно выявленный продуктивный пласт находится рядом с водоносными пластами, от которых его отделяют маломощные перемычки, и в случае применения для вскрытия колонны кумулятивных перфораторов, с большой долей вероятности происходит необратимое разрушение цементного кольца и нарушение изоляции продуктивного пласта от соседних с ним водоносных горизонтов. В этом случае для вскрытия продуктивных коллекторов в скважинах с обсадной колонной применяют средства сверлящей перфорации.

Известен способ контроля процесса перфорации скважин сверлящим перфоратором, включающий ручное управление режимом сверления и заключающийся в визуальном слежении оператором за током нагрузки электродвигателя по показаниям приборов на пульте управления и своевременном отключении (включении) электродвигателя. Для записи диаграммы нагрузки в пульте управления смонтирован электрический блок для регистрации уровня нагрузки на режущем инструменте (Методические рекомендации по проведению работ с усовершенствованной аппаратурой сверлящего перфоратора. Октябрьский, 1998; Яруллин Р.К., Орлова Г.В. Об особенностях применения нового типа сверлящего перфоратора // НТВ «Каротажник», Тверь, №114, 2004. - С.158-162).

После установки перфоратора на заданной глубине включаются электродвигатель и питание электромагнитного клапана контура подачи, при этом выдвигается прижимной рычаг, фиксируя прибор у стенки скважины. Затем поступательно перемещается вращающийся бур, начинается сверление. По мере заглубления режущей кромки наконечника вращающегося бура в разрушаемую породу возрастает величина крутящего момента на режущем инструменте, что вызывает рост тока нагрузки электродвигателя.

Известен также способ контроля работы сверлящего перфоратора в автоматическом режиме, включающий регистрацию и контроль тока нагрузки электродвигателя и проходки, для управления величиной крутящего момента на режущем инструменте в процессе сверления, при этом устанавливают предельные значения минимальной и максимальной величины тока нагрузки электродвигателя в рамках оптимальной величины, обеспечивающей непрерывное и эффективное резание элементов крепления скважины и горной породы, например, в пределах минимального значения тока 2,5-4,5 A и максимально допустимого значения тока 4,5-5,5 A, и автоматически удерживают указанный ток с помощью электронного регулятора подачи тока в блоке автоматической подачи тока, управляющем работой электромагнитного клапана контура подачи режущего инструмента (пат. РФ №2439294, приор. 09.03.2010, публ. 10.01.2012, «Сверлящий перфоратор и способ контроля его работы»).

Осуществление известного способа поясняется теоретическими (нормализованными) диаграммами, демонстрирующими процесс сверления (фиг.1а и б), которые разбиты на участки, представляющие цикл высверливания металла обсадной трубы, цементного камня и горной породы.

После того как электродвигатель включен, выдвигается прижимной рычаг (участок 1), при этом проходка h не регистрируется (диаграмма а), уровень нагрузки J (диаграмма б) соответствует току холостого хода. После этого начинается выдвижение вращающегося сверла (режущего инструмента), при этом сверло выбирает зазор до стенки скважины (участок 2) и внедряется в металл трубы. По мере внедрения наконечника сверла в тело трубы нагрузка будет увеличиваться соответственно возрастанию площади контакта и вскоре достигает максимального уровня (участок 3). Дальнейшее сверление идет по цементному камню. При этом процесс разрушения характеризуется ростом механической скорости (α₂>α₁), а уровень нагрузки будет зависеть от прочности свойств цементного камня (в данном случае уровень нагрузки понижен на участке 4, диаграммы б). При бурении горной породы скорость проходки и уровень нагрузки будут зависеть от ее прочностных и абразивных свойств. В демонстрируемом случае разрушение породы идет на повышенных уровнях нагрузки при более низких скоростях проходки (α₁<α₂<α₃) (участок 5).

После полного выбуривания перфорационного канала, сверло возвращается в исходное состояние (участок 6).

Таким образом, из графика изменения тока (б) видно, что при вскрытии стенки обсадной колонны (участок 3) ток нагрузки максимален, при вскрытии цементного кольца (участок 4) ток нагрузки уменьшается, а затем при углублении сверла в породу (участок 5) ток нагрузки опять возрастает и держится стабильным до завершения проходки.

Следует заметить, что представленная диаграмма уровня нагрузки носит схематичный характер (теоретически нормализованная), и на ней выделены участки проходки вглубь от стенки скважины не более 150 мм. При этом выход сверла не позволяет ему преодолеть, так называемую «зону кольматации» в призабойной зоне и, соответственно, вскрыть ненарушенную нефтенасыщенную часть пласта.

Зона кольматации - участок горной породы, который на практике представляет собой закольматированный слой 250-300 мм вглубь от стенки скважины, образованный в результате длительного воздействия тяжелой тампонажной смеси, вызывающей наиболее глубокое проникновение фильтрата воды затворения в поровые каналы призабойной зоны пласта в скважинах, находящихся в состоянии длительной консервации (P.M. Гилязов, Р.Ш. Рахимкулов, А.Р. Гилязов. «Разобщение пластов в нефтяных и газовых скважинах на поздней стадии разработки месторождения». Уфа, Башгеопроект, 2008, 179 с.).

Известен сверлящий перфоратор с повышенным выходом сверла (пат. РФ №2299316, приор. 26.04.2005, опубл. 20.05.2007, «Способ глубокой перфорации скважин и устройство для его реализации»).

Известное изобретение направлено на создание средств для глубокой перфорации скважины, с целью выхода сверла за пределы зоны кольматации. В способе осуществляют контроль за нагрузкой на приводной механизм выдвижения сверла с целью обеспечения регулируемых усилия подачи и крутящего момента на полый гибкий вал с исключением негативных автоколебательных эффектов, но не предусмотрен контроль за сверлением по току нагрузки на приводной механизм, в результате которого было бы возможным установить участок прохождения сверлом зоны кольматации.

Известен способ вызова притока из пласта путем снижения гидростатического давления в колонне скважины после проведения вскрытия продуктиного пласта сверлящей перфорацией (пат. РФ №2291287, заявл. 08.04.2005, опубл. 10.01.2007 «Способ разработки водонефтяной залежи») (Принят в качестве прототипа к заявленному способу).

Способ содержит вскрытие продуктивного пласта, которое осуществляют в щадящем режиме с применением сверлящих или гидромеханических перфораторов, спускают и устанавливают отсекатель ствола так, чтобы он находился выше продуктивного пласта, устанавливают фильтр с заглушкой так, чтобы они находились ниже водоносной части продуктивного пласта, спускают насос, с помощью которого откачкой жидкости создают депрессию на продуктивный пласт и производят отбор продукции.

Недостатком способа является то, что он не предусматривает контроль работы сверлящего перфоратора, включающий регистрацию и контроль тока нагрузки на приводной механизм и проходки сверла, в том числе во время прохождения закольматированного слоя вглубь от стенки скважины, образованного в результате длительного воздействия тяжелой тампонажной смеси на поровое пространство коллектора. Кроме того, операции вскрытия сверлящей перфорацией и создание депрессии на пласт во времени разделены между собой. За это время перфорированные каналы, вскрываемые, как правило, на репрессии, забиваются обломками цементного камня, образованными во время перфорации и кольматируются скважинной жидкостью, находящейся в обсадной колонне, что приводит к снижению уровня нефтеотдачи.

Задачей заявляемого способа является повышение уровня нефтеотдачи вновь вскрытых продуктивных пластов за счет осуществления контроля за прохождением сверла закольматированной зоны и последующего вызова притока депрессией на пласт.

Указанная задача решается тем, что в способе ввода в эксплуатацию продуктивных пластов в скважинах на поздней стадии разработки, содержащем вскрытие продуктивных пластов сверлящей перфорацией и создание депрессии на пласт, во время вскрытия пластов сверлящим перфоратором с повышенным выходом сверла в горную породу, осуществляют контроль за прохождением сверла сквозь металл обсадной колонны, цементный камень и горную породу по величине регистрируемой нагрузки на приводном механизме выдвижения сверла, при этом регистрируют процесс повышения нагрузки на приводном механизме выдвижения сверла при его прохождении закольматированной зоны вглубь горной породы, имеющей протяженность не менее 250-300 мм, и момент резкого снижения указанной нагрузки после прохождения закольматированной зоны породы, после которого сразу производят снижение давления в обсадной колонне ниже гидростатического уровня не менее 0,5 МПа и дальнейшее сверление производят на депрессии.

На фиг.1 представлены графики изменения величины углубления (проходки) режущего инструмента сверлящего перфоратора с выходом сверла до 150 мм (а) и соответствующего изменения тока нагрузки (б) электропривода (приводного механизма).

На фиг.2 представлены графики изменения величины углубления (проходки) режущего инструмента сверлящего перфоратора с повышенным выходом сверла до 500 мм (а) и соответствующего изменения тока нагрузки (б) электропривода с учетом наличия зоны кольматации.

Обозначение циклов работы электропривода (на фиг1. и фиг.2): участок 1 - прижатие прибора, участок 2 - выход сверла, 3 - вскрытие колонны, 4 - вскрытие цеметного кольца, 5 - участок вскрытия (проходки) горной породы, 6 и 7 - втягивание сверла. Поз.8 - вскрытие горной породы за зоной кольматации (фиг.2).

Исследованиями установлено, что при цементировании обсадной колонны происходит кольматация призабойной зоны, от которой страдают наиболее проницаемые части продуктивного пласта. Это обстоятельство является особенно актуальным при пуске в разработку продуктивных пластов, длительное время находящихся в состоянии консервации, поскольку они были изолированы цементным кольцом из тяжелой тампонажной смеси, вызывающей наиболее глубокое проникновение фильтра воды затворения в поровые каналы призабойной зоны пласта, приводящее к глубокой ее кольматации, достигающей 250-300 мм вглубь от стенки скважины (P.M. Гилязов, Р.Ш. Рахимкулов, А.Р. Гилязов «Разобщение пластов в нефтяных и газовых скважинах на поздней стадии разработки месторождения», Уфа, Башнеопрокат, 2008, 179 с.).

Современные средства сверлящей перфорации позволяют производить глубокую щадящую перфорацию продуктивного пласта на глубину, превышающую толщину закольматированного слоя.

Заявителем экспериментально установлено, что в зоне кольматации слой породы значительно уплотнен и при прохождении его сверлом, нагрузка на электропривод будет значительно возрастать, а при выходе из указанного слоя уровень нагрузки будет резко падать.

Данное обстоятельство заявителем использовно для контроля прохождения сверлом уплотненной зоны кольматации и вскрытия перфорационного канала вглубь пласта, к которому не затруднен приток пластового флюида.

Заявляемый способ осуществляется с использованием сверлящего перфоратора с повышенным выходом сверла ПС-500 («Перфоратор ПС-500 обеспечивает эффективное вторичное вскрытие продуктивных коллекторов» // Oil and Gas Eurasia (Нефть и газ Евразия) - М.: «Евразия Пресс, Инк.» (США), 2009, - №3. - стр.9-10).

Спускают в скважину на уровень продуктивного пласта сверлящий перфоратор с повышенным выходом сверла. Вскрывают обсадную колонну напротив продуктивного пласта с помощью сверлящего перфоратора с максимальным выходом режущего инструмента не менее 500 мм из расчета одно отверстие на 0,5 м мощности пласта, с шагом сверления отверстий по окружности через каждые 90°. Причем сверление колонны и находящегося за нею цементного камня и далее - породы осуществляют до момента резкого снижения нагрузки на приводном механизе режущего инструмента (сверла), что будет свидетельствовать о прохождении режущим инструментом уплотненной зоны кольматации в призабойной зоне протяженностью вглубь пласта в пределах 250-300 мм, эта зона характеризуется на диаграмме (фиг.2) участком 8.

Сразу же снижают давление в обсадной колонне ниже гидростатического на величину не менее 0,5 МПа с целью вызова притока нефти из вскрытого сверлящей перфорацией продуктивного пласта, и дальнейшее сверление производят на депрессии до полного выхода сверла в горную породу. Снижение давление в обсадной колонне создают при помощи наземного компрессора или насосного агрегата.

После вскрытия проводят исследования геофизической аппаратурой с целью уточнения наличия и состава притока нефти из высверленных перфорационных отверстий

В случае подтверждения геофизическим методом наличия притока безводной нефти, спускают в скважину оборудование для механизированной добычи (УЭЦН, УШГН) и пускают скважину в пробную эксплуатацию.

На фиг.2 диаграмма показывает, что после того, как электродвигатель включен, выдвигается прижимной рычаг (участок 1), при этом проходка h не регистрируется (диаграмма а), уровень нагрузки J (диаграмма б) соответствует току холостого хода. После этого начинается выдвижение вращающегося сверла (режущего инструмента), при этом сверло выбирает зазор до стенки скважины (участок 2) и внедряется в металл трубы. По мере внедрения наконечника сверла в тело трубы нагрузка будет увеличиваться соответственно возрастанию площади контакта и вскоре достигает максимального уровня (участок 3). Дальнейшее сверление идет по цементному камню. При этом процесс разрушения характеризуется ростом механической скорости (α₂>α₁) диаграммы (а), а уровень нагрузки будет зависеть от прочности свойств цементного камня (в данном случае уровень нагрузки понижен на участке 4, диаграммы б). При бурении горной породы скорость проходки и уровень нагрузки будут зависеть от ее прочностных и абразивных свойств. В демонстрируемом случае разрушение породы идет на повышенных уровнях нагрузки при более низких скоростях проходки (α₁<α₂>α₃) (участок 5), так как сверло проходит зону кольматации, в которой слой породы значительно уплотнен.

Далее, при углублении сверла в породу более 250 мм, за зону кольматации, нагрузка на электродвигатель будет уменьшаться при увеличенных скоростях проходки (α₁<α₄) (переход к участку 8), который будет означать, что сверло вышло за зону кольматации.

После полного выбуривания перфорационного канала сверло возвращается в исходное состояние (участки 6 и 7).

Контроль за нагрузкой на электродвигателе позволяет при сверлении горной породы установить момент ее резкого снижения, что будет свидетельствовать о том, что сверло перфоратора вышло за пределы закольматированного слоя и произведенные перфорационные каналы соединяют неповрежденную кольматацией зону горной породы с полостью скважины. При этом экспериментальным путем было установлено, что сразу после вскрытия неповрежденной (незакольматированной) зоны пласта достаточно было снизить гидростатическое давление в колонне, как из полученного перфоратором отверстия начинался приток безводной нефти, и дальнейшее вскрытие горной породы до полного выхода сверла оказалось нецелесообразным.