книги / Техника и технология капитального ремонта скважин
..pdfделяют глубину местонахождения дефекта в эксплуатационной колонне.
Ме с т о п р и т о к а посторонней воды с помощью э л е к т р о т е р м о м е т р а определяют в тех случаях, когда для использо вания резистивиметра требуется длительная подготовка сква жины.
Работы выполняют в следующей последовательности. После изоляции фильтра скважины снижают уровень жидкости для вызова притока посторонней воды. Скважину исследуют на приток и заполняют водой до устья, оставляя в таком состоянии на 24—48 ч для установления определенной температуры жид кости по всему стволу. Затем спускают электротермометр для контрольного замера температуры.
Как известно, действие электротермометра основано на принципе увеличения электрического сопротивления воды с по вышением температуры. При контрольном замере наблюдается равномерное повышение температуры по мере увеличения глу бины замера. Выполнив контрольный замер, снижают уровень жидкости в скважине (тартанием) для вызова притока посто ронней воды через дефект в эксплуатационной колонне. После снижения уровня на 20—50 м ниже статического замеряют тем пературу жидкости по стволу скважины. Место притока уста навливают по резкому изменению температурных кривых на диаграмме электротермометра.
При капитальном ремонте скважин иногда применяют уско ренный метод определения места притока воды, сущность кото рого заключается в том, что после заполнения скважины водой до устья сразу же проводят контрольный замер. Если имеется приток посторонней воды, то температурная аномалия будет отмечена в месте притока. Однако ускоренный метод не всегда обеспечивает получение четких диаграмм.
Ме с т о |
п р и т о к а |
(дефекта в колонне) |
с помощью д е б и |
то мер а |
определяют |
следующим образом. |
После изоляции |
фильтра скважины снижают уровень жидкости в колонне до тех пор, пока скорость притока жидкости через дефект в колон не не превысит порога чувствительности дебитомера. После вы зова притока прибор медленно опускают в ствол. При этом если он находится выше дефекта в колонне, то регистрируется при ток жидкости, направленный вверх. Если же прибор располо жен ниже места дефекта в колонне, то движение жидкости не регистрируется. Место дефекта в колонне соответствует глу бине, где дебитомер регистрирует прекращение притока жидко сти.
Определение диаметра скважины
Обычно диаметр скважины определяется диаметром долота (коронки), которым бурили скважину. Однако по ряду причин фактический диаметр скважины в процессе бурения отличается
<от диаметра долота (сужение ствола скважины или увеличение <ее диаметра). Для бурения, а также для правильной интерпре тации (истолкования) данных геофизических исследований скважин необходимо знать истинный диаметр скважины.
Диаметр скважины определяют с помощью к а в е р н о м е р а . В результате измерений получают кривую изменения диаметра скважины с глубиной, которая называется к а в е р н о г р а м -
м о й.
Каверномер состоит из трех или четырех'Механических щу пов, скользящих по стенке скважин. Движение щупов при по мощи соответствующего датчика преобразуется в электрические сигналы, которые передаются по кабелю на поверхность; здесь сигналы поступают на регистрирующий прибор, записывающий кавернограмму.
Имеются каверномеры нескольких типов, отличающиеся си стемой щупов и способом преобразования перемещения их в электрические сигналы.
По кавернограммам контролируют состояние ствола скважи ны при бурении, определяют объем заколонного пространства и т. д.
Диаметр скважины обычно увеличивается в глинистых поро дах. Это связано с набуханием глинистых частиц и их разруше нием. Сильное увеличение диаметра скважины происходит в каменных или калийных слоях, растворяющихся в буровом растворе, и в рыхлых песках, которые размываются в процессе бурения струей бурового раствора, а уменьшение — в прони цаемых песчаниках и карбонатных породах в результате отло жения на них глинистой корки.
МЕТОДЫ ПЕРФОРАЦИИ И ТОРПЕДИРОВАНИЯ СКВАЖИН
По окончании бурения нефтяной или газовой скважины стенки ее закрепляют обсадными трубами; в интервалах зале гания продуктивных (нефте-, газоносных) и водоносных'пластов •колонну цементируют. При этом обычно нефтеносные и газо носные пласты оказываются перекрытыми обсадными трубами и цементным кольцом и приток жидкости в такую скважину невозможен, пока не будут созданы условия для сообщения •продуктивного пласта со скважиной. Для создания возможности притока нефти и газа из пласта в обсадной колонне и окружаю щем ее цементном кольце против нефтеносного (газоносного) пласта создают ряд каналов (отверстий), обеспечивающих со общение между пластом и скважиной: по этим каналам нефть и газ поступают в скважину.
Как правило, отверстия в колонне и цементном кольце соз
дают путем |
прострела. Этот процесс называют п е р ф о р а ц и е й |
к о л о н н ы , |
а аппараты, при помощи которых производится |
прострел, п е р ф о р а т о р а м и . Их спускают в скважину на ка ротажном кабеле.
Перфорацию применяют также для вскрытия заводняемых пластов в нагнетательных скважинах, при цементировании пос ле проведения изоляционных работ и других видов капитально го ремонта скважин: при установке колонн-летучек, при перехо де на другие горизонты, при зарезке и бурении второго ствола и т. д.
Существуют четыре способа перфорации: пулевая, торпед ная, кумулятивная, пескоструйная. Первые три способа осуще ствляются на промыслах геофизическими партиями с помощью оборудования, приборов и аппаратуры, имеющихся в их распо ряжении. Пескоструйная перфорация осуществляется техниче скими средствами и службами нефтяных промыслов.
П у л е в а я п е р ф о р а ц и я . В этом случае в скважину на электрическом кабеле спускают стреляющий аппарат, состоящий из нескольких (8—10) камор-стволов, заряженных пулями диа метром 12,5 мм. Каморы заряжаются взрывчатым веществом (ВВ) и детонаторами. При подаче электрического импульса пу ли пробивают колонну, цемент и внедряются в породу, образуя канал для движения жидкости и газа из пласта в скважину.
Пулевые перфораторы разделены на два вида: 1) с г о р и з о н т а л ь н ы м и с т в о л а м и , когда длина стволов мала и ог раничена радиальными габаритами перфоратора; 2) с в е р т и к а л ь н ы м и с т в о л а м и с отклонителями пуль на концах для придания их полету направления, близкого к перпендикулярно му по отношению к оси скважины.
Перфоратор с горизонтальными стволами собирается из не скольких секций, вдоль которых просверлены два или четыре вертикальных канала, пересекающие каморы с ВВ. Стволы ка мор заряжены пулями и закрыты герметизирующими проклад ками. Верхняя секция имеет два запальных устройства. При по даче по кабелю тока срабатывает первое запальное устройство, и детонация распространяется по вертикальному каналу на все каморы, пересекаемые этим каналом. В результате почти мгно венного сгорания ВВ давление газов в каморе достигает 2000 МПа, после чего пуля выбрасывается. Происходит почти одновременный выстрел из половины всех стволов. При необхо димости удвоить число прострелов, по второй жиле кабеля по дается второй импульс. В этом случае срабатывает вторая поло вина стволов от второго запального устройства. В перфораторе масса заряда ВВ одной каморы незначительна (равна 4—5 г), поэтому пробивная способность его невелика. Длина образую щихся перфорационных каналов составляет 65—145 мм (в за висимости от свойств породы и типа перфоратора), диаметр ка нала— 12,5 мм.
На рис. 1.11 показан пулевой перфоратор с вертикально-кри волинейными стволами ПВН-90.
При вертикальном расположении стволов объем камор и длина стволов больше, чем при горизонтальном. В каждой сек ции два ствола направлены вверх и это компенсирует реактив
|
ные силы, действующие на перфоратор |
||||||
|
в момент выстрела. Одна |
камора от |
|||||
|
дает энергию взрыва сразу двум ство |
||||||
|
лам. Масса ВВ в одной каморе дости |
||||||
|
гает 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 пер |
|||||
|
форационных каналов в породе полу |
||||||
|
чается 145—350 мм при диаметре око |
||||||
|
ло 20 мм. В каждой секции перфора |
||||||
|
тора имеются четыре |
вертикальных |
|||||
|
ствола, |
на |
концах |
которых сделаны |
|||
|
плавные |
желобки-отклонители. Пули,, |
|||||
|
изготовленные из легированной стали,, |
||||||
|
для уменьшения трения в отклоните |
||||||
|
лях покрываются медью или свинцом. |
||||||
|
Выстрел из всех стволов происходит |
||||||
|
практически одновременно, так как все |
||||||
|
каморы с ВВ сообщаются огнепровод |
||||||
|
ным каналом. |
|
|
п е р ф о р а ц и я |
|||
|
Т о р п е д н а я |
|
|
||||
|
осуществляется |
аппаратами, спускае |
|||||
|
мыми на кабеле, и отличается от пу |
||||||
|
левой перфорации тем, что для выст |
||||||
|
рела используют |
|
разрывной снаряд, |
||||
Рис. 1.11. Пулевой перфора- |
снабженный взрывателем |
замедленно- |
|||||
тор с вертикально-криволи- |
го действия. Масса |
внутреннего заря- |
|||||
нейными стволами |
да ВВ одного снаряда |
равна 5 г. Ап |
|||||
|
парат состоит из секций, в каждой из |
которых имеется по два горизонтальных ствола. Снаряд снаб жен детонатором накольного типа. При остановке снаряда про исходит взрыв внутреннего заряда, в результате чего происхо дит растрескивание окружающей породы. Масса ВВ одной ка меры— 27 г. Глубина каналов по результатам испытаний со ставляет 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 обсад ных колонн.
К у м у л я т и в н а я п е р ф о р а ц и я осуществляется стре ляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взры ва. Такая фокусировка обусловлена конической формой поверх ности заряда ВВ, облицованной тонким металлическим покры тием (листовой медью толщиной 0,6 мм). Энергия взрыва в ви де тонкого пучка газов — продуктов облицовки пробивает ка
нал. Кумулятивная струя приобретает скорость в головной час ти до 6—8 км/с и создает давление на преграду (0,15— 0,3) 106 МПа. При выстреле в преграде образуется узкий пер форационный канал глубиной до 350 мм и диаметром в средней части 8—14 мм. Размеры каналов зависят от прочности породы и типа перфоратора.
Кумулятивные перфораторы разделяются на к о р п у с н ы е и б е с к о р п у с н ы е ( л е н т о ч н ы е ) . Корпусные перфораторы после их перезаряда используются многократно. Бескорпусные— одноразового действия. Перфораторы спускают на кабеле (име ются малогабаритные перфораторы, спускаемые через НКТ), а также на насосно-компрессорных трубах. В последнем случае инициирование взрыва производится не электрическим импуль сом, а сбрасыванием в НКТ резинового шара, действующего как поршень на взрывное устройство. Масса ВВ одного кумулятив ного заряда (в зависимости от типа перфоратора) 25—50 г.
Применение перфораторов различных типов и конструкций зависит от плотности вскрываемых пород. В твердых породах рекомендуется применять кумулятивную перфорацию, в менее плотных и малопроницаемых породах — снарядную, в рыхлых породах и слабо сцементированных песчаниках — пулевую.
Максимальная толщина вскрываемого интервала кумулятив ным перфоратором достигает 30 м, торпедным— 1 м, пулевым — до 2,5 м. Это — одна из причин широкого распространения ку мулятивных перфораторов.
Ленточные перфораторы намного легче корпусных, однако их применение ограничено давлением и температурой на забое скважины, так как их взрывной патрон и детонирующий шнур находятся в непосредственном контакте со скважинной жид костью. В таких перфораторах заряды смонтированы в стек лянных (или из другого материала), герметичных чашках, кото рые размещены в отверстиях длинной стальной ленты с грузом на конце. Вся гирлянда спускается на кабеле. Обычно при зал пе лента полностью не разрушается, но для повторного исполь зования ее не применяют. Головку, груз, ленту после отстрела извлекают на поверхность вместе с кабелем. К недостаткам бескорпусных перфораторов относится невозможность контроля числа отказов, тогда как в корпусных такой контроль легко осу ществим при осмотре извлеченного из скважины корпуса.
Кумулятивные перфораторы наиболее распространены. Под бирая необходимые ВВ, можно в широких диапазонах регули ровать их термостойкость и чувствительность к давлению и этим самым расширить возможности перфорации в скважинах с ано мально высокими температурами и давлениями.
Г и д р о п е с к о с т р у й н а я п е р ф о р а ц и я основана на использовании абразивного и гидромониторного действия струи жидкости (воды, нефти) со взвешенным в ней песком, выходя щим под высоким давлением из узкого отверстия (сопла). Такая струя в течение нескольких минут создает в обсадной трубе, це
ментном кольце и породе глу
|
бокий |
канал, |
обеспечивающий |
||||||
|
надежное |
|
сообщение |
между |
|||||
|
скважиной и пластом. |
аппа |
|||||||
|
Гидропескоструйный |
||||||||
|
рат для абразивной перфора- |
||||||||
|
ции (рис. 1.12) состоит из па |
||||||||
|
трубка, в котором |
установлен |
|||||||
|
ряд сопел. Аппарат спускают |
||||||||
|
в скважину |
|
на |
насосно-ком |
|||||
|
прессорных |
|
трубах, по |
кото |
|||||
|
рым подается под высоким дав |
||||||||
|
лением |
жидкость |
с песком, |
||||||
|
Вытекая из сопел с большой |
||||||||
|
скоростью, |
достигающей |
не |
||||||
|
скольких сот метров в секунду, |
||||||||
|
жидкость |
с |
песком |
пробивает |
|||||
|
эксплуатационную колонну, це |
||||||||
|
ментное |
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 |
вращений |
||||||
|
струи) |
обрезаться |
колонна |
по |
|||||
|
кольцу, что необходимо, напри |
||||||||
|
мер, для извлечения части об |
||||||||
|
садной колонны. |
|
|
|
—■ |
||||
|
Т о р п е д и р о в а н и е |
|
|||||||
|
взрыв |
в скважине, |
производи |
||||||
|
мый при помощи торпеды |
(за |
|||||||
|
ряда |
взрывчатого |
вещества). |
||||||
|
Торпеда |
кроме |
заряда |
взрыв |
|||||
Рис. 1.12. Схема гидропескоструйной |
чатого |
вещества |
содержит |
||||||
перфорации |
средства |
для |
взрыва: взрыва |
||||||
|
тель, |
состоящий |
из |
электроза |
пала и чувствительного к взрыву капсюля-детонатора, и шашку взрывчатого вещества, усиливающего начальный импульс дето нации. Спускают ее в скважину на каротажном кабеле, жилу которого используют для приведения в действие взрывателя и всего заряда торпеды.
Торпедирование применяют для разрушения пород продук тивных пластов — образования в них трещин для лучшей отда чи нефти или газа, а также с целью обрыва или встряски при хваченных бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, раздробления металлических предметов на забое скважины (шарошек, долот и т. д.). 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 бу рения нового ствола и т. д.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.В каких породах залегает нефть?
2.Что мы называем нефтяной залежью и нефтяным место рождением?
3.Расскажите о структурных формах нефтегазовых место рождений.
4.Расскажите о геологических нарушениях.
5.Что представляет собой нефть?
6. Каким путем определяют товарные качества нефти?
7.Как подразделяют нефти по содержанию смолистых ве ществ, парафина, серы?
8.Что такое вязкость? В каких пределах изменяется вяз кость нефтей?
9.Какой газ называется сухим? Жирным?
10.Какой газ называется идеальным?
11.Какое давление называют давлением насыщения пласто вой нефти?
12.Что такое критическое давление и критическая темпера тура газа?
13.Что понимают под коэффициентом водонасыщенности и нефтенасыщенности породы?
14.Какие породы называют породами-коллекторами?
15.Какие свойства пород называются коллекторскими?
16.Что такое пористость?
17.Что такое проницаемость?
18.Что такое коэффициент проницаемости и в каких едини цах его измеряют?
19.Что такое геологический разрез?
20.Что такое геологический профиль?
21.Что представляет собой структурная карта?
22.Что такое пластовое давление? Температура?
23.Что понимают под геотермическим градиентом и геотер мической ступенью?
24.Какие существуют режимы нефтегазоносных залежей?
25.Чем характеризуется водонапорный режим?
26.Каковы особенности режима растворенного газа?
27.Что такое газовый фактор?
28.Расскажите о показателе эффективности разработки неф тегазовой залежи.
29.Что понимают под электрическим каротажем?
30.На чем основаны радиоактивные методы каротажа?
31.Какие методы радиоактивного каротажа Вы знаете?
32.Какими методами проводят контроль качества цементи рования обсадной колонны?
Глава II.
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА
СПОСОБЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА
Разработку нефтяных, газовых и газоконденсатных место рождений осуществляют при помощи скважин, пробуренных до глубины залегания продуктивного пласта.
С к в а ж и н а — вертикальная или наклонная горная выра ботка круглого сечения небольшого диаметра (от 75 до 350 мм) глубиной от 100—150 до 5000—6000 м и более. Элементы сква
жины: устье — выход на поверхность; |
забой — дно; |
ствол или |
||
стенки — боковая |
поверхность. Таким образом, ствол является |
|||
как бы каналом, |
соединяющим |
пласты |
(продуктивные и не |
|
продуктивные), |
залегающие от |
устья |
до забоя. |
Скважины |
могут быть в е р т и к а л ь н ы м и |
или |
н а к л о н н о - н а п р а в |
||
л е н н ы м и . |
|
|
|
|
Скважины, бурящиеся с целью извлечения нефти, газа или воды из недр, а также с целью поиска, разведки, выявления нефте-газоносных структур и т. д. делят на следующие катего рии: добывающие, нагнетательные, разведочные, наблюдатель
ные и пьезометрические. |
|
||
1. Скважины, |
предусмотренные для добычи (извлечения), |
||
нефти, газа или |
конденсата, называются д о б ы в а ю щ и м и |
||
(эксплуатационными), |
а предназначенные для |
закачки (нагне |
|
тания) в пласты воды |
(сжатого газа, воздуха) |
или других жид |
костей при поддержании пластовых давлений или использований иных методов искусственного воздействия на залежи, а также для хранения газа в подземных выработках, называют н а г н е т а т е л ь н ы м и .
2. Р а з в е д о ч н ы е скважины бурят на новых площадях для определения нефтегазоносности того или иного месторожде
ния (пласта, горизонта) или установления |
границы (контура) |
|||
€го распространения. |
п ь е з о м е т р и ч е |
|||
3. |
Скважины |
н а б л ю д а т е л ь н ы е и |
||
с к и е |
предусмотрены для проведения наблюдений |
и исследова |
||
тельских работ |
по определению состояния |
пласта |
и пластовых |
жидкостей, по контролю за ведением процессов поддержания пластовых давлений и других методов воздействия на залежи.
Различают три основных способа добычи нефти: насосный,
•фонтанный и газлифтный. |
распространенный способ |
|
1. |
Насосная добыча — наиболее |
|
добычи |
нефти с помощью штанговых |
скважинных насосов |
(ШСН) |
и погружных центробежных электронасосов (ПЦЭН). |
Наряду с перечисленными основными средствами извлечения
жидкости на поверхность существует и ряд других, которые еще не получили широкого развития или находятся в стадии про мышленного освоения (гидропоршневые, погружные винтовые насосы и плунжерный лифт).
2. Фонтанная добыча — способ, при котором подъем жидко сти или газа на поверхность происходит под действием пласто вой энергии.
3. Газлифтная добыча — способ, при котором подъем жид кости на дневную поверхность происходит за счет пластовой энергии и энергии сжатого газа, подаваемого в скважину с по верхности.
ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ
Один из ответственных этапов в бурении — заключительный, т. е. этап подготовки скважины к эксплуатации, который вклю чает следующие работы: вскрытие продуктивного пласта; спуск и цементирование обсадных колонн; оборудование забоя сква жины; перфорацию. Рассмотрим вкратце эти работы по заканчиванию скважин.
Вскрытие пласта в процессе бурения
Для обеспечения быстрого освоения скважины и дальнейшей ее нормальной эксплуатации необходимо при вскрытии пласта в процессе бурения не допускать проникновения в пласт буро вого раствора, так как при этом из него выпадают утяжелители (барит, гематит, глинистые частицы и т. д.), и длительной про мывки на одной глубине, в результате чего на забое образуют ся каверны и происходит размыв пород. Это затрудняет процесс цементирования и вносит неточность в расчетную высоту подъ ема цементного раствора за колонной.
Плотность бурового раствора должна обеспечивать необхо димое противодавление на пласт, предотвращение выбросов, от крытого фонтанирования и других осложнений. В процессе буре ния обычно применяют химически обработанные буровые раст воры, что обеспечивает их стабильность (постоянство свойств в течение длительного времени).
Сп у с к э к с п л у а т а ц и о н н о й к о л о н н ы . После вскры тия продуктивного пласта и проведения каротажных работ в, скважину спускают эксплуатационную колонну, строго центри рованную. Для этой цели используют специальные резиновые кольца, пружинные фонари и другие приспособления. Строгое центрирование колонны обеспечивает равномерное распределе
ние цементного |
раствора, исключает прорыв посторонних вод |
в продуктивный |
пласт, заколонную циркуляцию воды и газа,, |
грифонообразование и другие осложнения. |
|
На практике |
применяют различные конструкции скважин |
(одно-, двух- и трехколонные, со спуском заранее перфориро ванного «хвостовика», с применением различных забойных филь-
ш г
Рис. И.1. Конструкции забоев нефтяных скважин |
|
||
тров и конструкции с открытыми |
забоями, не закрепленными |
||
в пределах продуктивного пласта |
обсадными |
колоннами). |
|
О б о р у д о в а н и е з а б о е в |
с к в а ж и н . |
Существует не |
|
сколько типовых |
конструкций забоев скважин. На рис. II. 1 по |
||
казаны наиболее |
распространенные из них. Пласты, выражен |
ные плотными породами, как известняк и песчаник, обычно не перекрывают колонной, а эксплуатируют с к в а ж и н а м и с от
к р ы т ы м з а б о е м |
(рис. II.1,о). В |
этом |
случае башмак об |
||
садной |
колонны цементируют |
перед |
кровлей* продуктивного |
||
пласта. |
Затем пласт |
вскрывают |
долотом |
меньшего диаметра, |
причем ствол скважины против продуктивного пласта остав ляют открытым.
Существенное достоинство открытого забоя — его гидроди намическая совершенность.
Если продуктивный пласт выражен рыхлыми слабосцемен-
тированными породами |
(например, песками), то з а б о й |
с к в а |
ж и н ы о б о р у д у ю т |
ф и л ь т р о м . Здесь возможны |
два ва |
рианта конструкции.
По п е р в о м у в а р и а н т у (см. рис. 11.1,6) скважину бурят до подошвы пласта, и в нее спускают обсадную колонну с зара нее просверленными отверстиями в нижней части (против про дуктивной толщи пласта). Затем выше кровли пласта колонну цементируют по способу манжетной заливки. Пространство меж ду нижней частью колонны (с просверленными отверстиями) и вскрытой поверхностью пласта остается открытым.
По в т о р ому в а р и а н т у (см. рис. II.1,в) башмак обсад ной колонны спускают до кровли пласта и цементируют. Затем в скважину спускают фильтр — хвостовик с мелкими круглыми
* Кровля и подошва пласта — поверхности, ограничивающие пласт соот ветственно сверху и снизу.