Oil&Gas Eurasia #7/8 июль-август 2009 "НОВАС представляет технологию ускоренного освоения нефтяных скважин"

В России и за рубежом в последние годы с целью интенсификации режима работы добычных эксплуатационных скважин, увеличения приемистости нагнетательных скважин, повышения нефтеизвлечения месторождений углеводородов, находящихся в поздней или завершающей стадиях разработки успешно применяется технология плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) (Oil&Gas Eurasia №8, август 2008, стр.10-11).

Одним из основных этапов заканчивания скважин является их освоение с целью ввода в эксплуатацию с потенциально возможным дебитом в минимальные сроки.

Вызов притока флюида из продуктивного пласта является самой ответственной операцией при испытании скважины, а результативность освоения скважины зависит от эффективности восстановления проницаемости призабойной зоны пласта.

Если в процессе первичного и вторичного вскрытия пласта из-за кольматации прискважинной зоны пласта проницаемость призабойной зоны снизилась, то вызов притока следует начинать после проведения мероприятий, направленных на восстановление ее проницаемости. В противном случае скважина может оказаться «сухой» или вызов притока при применении общеизвестных методов может произойти, но только по отдельным пропласткам, имеющим повышенную проницаемость, а это приведет к неравномерной по толщине выработке пласта и низкому конечному значению нефтеотдачи.

Для восстановления проницаемости призабойной зоны широко применяются кислотная обработка и гидравлический разрыв пласта (ГРП). Однако не всегда это дает положительные результаты. В частности, кислотные ванны на многих коллекторах при глубоком проникновении кольматанта вообще не могут его разрушить, а результаты ГРП зачастую непредсказуемы, и из 100 проведенных операций минимум 10-11 % заканчиваются преждевременным прорывом пластовых вод. Кроме того, неудачный подбор в качестве жидкости глушения водонефтяных эмульсий, стабилизированных реагентами-эмульгаторами, наоборот, может привести к закупорке призабойной зоны пласта.

Технология плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) зарекомендовала себя исключительно с положительной стороны. Ее применение на стадии освоения позволяет вывести скважину на режим эксплуатации за 2-3 дня без нарушения коллекторских свойств продуктивного пласта.

Примечательно, что во время вызова притока жидкости в скважину с помощью ПИВ уже на следующий день после воздействия дополнительным дебитом откликаются соседние действующие скважины, как правило, при снижении обводненности продукции. Указанный эффект достигается за счет инициирования периодических упругих колебаний в призабойной зоне и в целом в продуктивном пласте.

Многолетние результаты исследований дают основание рассматривать влияние упругих колебаний на фильтрационные процессы в насыщенных пористых средах как установленный факт.

После проведения воздействия в скважине зачастую отмечалось разрушение зоны кольматации, расформирование областей проникновения фильтрата бурового раствора и разрушение дисперсных кольматирующих субстанций. На карбонатных коллекторах наблюдалось изменение поля трещиноватости, которое распространялось на расстояния более 1,5 км.

Было понимание, что приведенные эффекты возникали за счет резонансных явлений в продуктивных пластах. Однако многие исследователи считали, что возбуждение пласта с помощью скважинных источников, работающих на его резонансных частотах, весьма затруднительно по двум основным причинам:

- сложности технической реализации устройства;

- отсутствие возможности параметрической подстройки резонансной  частоты внешнего генератора  в ходе воздействия на пласт.

В 1993 г. группа российских ученых и инженеров во главе с доктором технических наук, профессором, заведующим кафедрой Санкт-Петербургского Государственного горного института А.А. Молчановым начала разработку отечественной аппаратуры электрогидроимпульсного воздействия на нефтяные пласты, подключив в дальнейшем к этим работам специалистов Научно-исследовательского института электрофизической аппаратуры (НИИЭФА) Санкт-Петербурга. Совместно была разработана оригинальная конструкция плазменно-импульсного канала и рассчитан алгоритм импульсов, позволяющий не только воздействовать на призабойную зону, но и на пласт в целом, возбуждая в продуктивной залежи параметрический резонанс.

Скважинный управляемый источник упругих колебаний для воздействия на призабойную зону пласта должен, с одной стороны, обладать достаточной мощностью, чтобы разрушить закольматированное пространство, с другой стороны, сохранить целостность цементного кольца. Такими возможностями обладает высоковольтный электрогидравлический разрядный источник в жидкости. Применение « взрывной» проволочки для инициирования электрического пробоя в междуэлектродном пространстве способствует образованию устойчивой «холодной» плазмы независимо от электропроводности скважинного флюида и гидростатического давления окружающей среды.

Процесс образования плазмы сопровождается упругим импульсом длительностью 50 мкс, давления – более пятисот мегапаскалей и температурой свыше двадцати пяти тысяч градусов Цельсия.

Расширение плазменного канала и его последующее «схлапывание» оказывает на призабойную зону пласта ипласт в целом знакопеременные нагрузки. В результате многократного повторения циклов « репрессия – депрессия» ударные гидравлические волны давления распространяются по скелету пласта и его пористой среде и улучшают емкостные и фильтрационные свойства пород прискважинной зоны. Под их влиянием происходит очистка интервалов перфорации от осадков, кольматирующих частиц породы и остатков бурового раствора, его фильтрата, а также выпавших в пористой среде осадков солей и асфальто-смоло-парафиновых образований. Импульсы давления раскрывают природные трещины коллектора и способствуют образованию новых трещин.

Для вызова притока жидкости в скважину необходимо инициировать серию плазменных импульсов по всему рабочему интервалу перфорации, давление которых превышало бы коэффициент закупорки, а скорость распространения импульса способствовала увеличению коэффициента пьезопроводности.

Важным фактором является то, что сама продуктивная залежь слоиста, и каждый слой, несмотря на анизотропию пласта, имеет свою собственную резонансную частоту. В самой залежи постоянно идут незатухающие колебания, поддерживаемые внешним источником энергии, например, за счет лунно-солнечной активности, приливов-отливов, природных и техногенных землетрясений и т.д. Все это происходит в нелинейной диссипативной системе, вид и свойства колебаний которой определяются самой системой (автоколебательный режим – А.А. Андронов, 1929 г.).

Так, принимая во внимание изложенное, надо рассматривать продуктивную залежь как совокупность колебательных систем (нелинейный осциллятор в неравновесной упругой среде), на которую можно воздействовать путем внешних вынужденных колебаний. Важнейшей особенностью неравновесной среды является то, что даже небольшая возмущающая сила может привести к непропорционально большому эффекту (триггерный эффект). Для возбуждения такой среды и декольматации призабойной зоны необходимо иметь идеальный нелинейный источник внешних вынужденных колебаний.

Скважинный управляемый источник вынужденных упругих колебаний представляет собой генератор диаметром 102 мм длиной 2700 мм с размещенным в нем накопителем энергии, разрядником с двумя электродами и устройством регулярной подачи в межэлектродное пространство калиброванной металлической проволоки для формирования плазменного канала В комплект аппаратуры входит наземный модуль энергопитания и управления размером 250 х 250 х 500 мм, который размещается в геофизическом подъемнике.

Образование плазмы происходит в межэлектродном пространстве за счет взрыва калиброванного проводника, что позволяет значительно увеличить плотность энергии в плазменном канале, повысить КПД импульса и исключить влияние возмущенной за счет плазменного импульса среды на источник возмущения.

По техническим характеристикам плазменно-импульсный источник широкополосных колебаний отвечает всем требованиям нелинейных систем: энергоемкий, с мгновенным (микросекунды) выделением большого количества энергии с высокой температурой и высоким давлением, способный инициировать вынужденные колебания в продуктивной залежи со значительной амплитудой.

Поскольку движение колебательной системы (возмущенные колебания восстанавливающей силы) не оказывают обратного влияния на источник возмущения, плазменно-импульсный излучатель является «идеальным возбудителем», когда постоянная вынуждающая сила инициируется по периодическому закону, вызывая вынужденные колебания.

Количество направленных импульсов с заданным интервалом зависит от геологических, литологических и других особенностей залежи и рассчитывается по специальной методике. Чем больше инициируется импульсов через равные промежутки времени с равным давлением, тем дальше проникает ударная волна, которая в упругой среде вызывает упругие колебания во всей газожидкостной поровой системе.

Для вызова притока жидкости в скважину необходимо инициировать серию упругих импульсов по всему рабочему интервалу перфорации.

В качестве успешного освоения скважины в терригенных слабопроницаемых коллекторах приводим некоторые примеры применения технологии ПИВ в Китае, Башкирии и Ханты-Мансийском автономном округе.

В апреле 2004 г. демонстрационные работы были проведены на юге Китая, нефтяное управление Хуадун, провинция Цзянсу.

Необходимо было освоить скважину № СУ 285 (коллектор карбонатный) после вторичного вскрытия, на которой были безрезультатно опробованы различные методы вызова притока жидкости.

После применения технологии ПИВ и откачки жидкости глушения скважина вышла на режим 1,7 т/сут. и к концу мая – на 2,7 т/сут.

Аналогичные работы были проведены 22 июня 2007 г. в Башкирии на Бекетовском месторождении (ООО «Уфимское УБР»), коллектор -терригенный (гранулярный). Традиционными методами (свабирование, кислотные ванны) освоить скважину не удавалось. После применения технологии ПИВ и откачки жидкости глушения дебит скважины составил 3 т/сут. при 16-часовом режиме эксплуатации. 

Весьма успешно была применена технология ПИВ при освоении скважины в Ханты-Мансийском автономном округе (ХМАО) на терригенном коллекторе с низкой проницаемостью (не более 4 мД ).

Добывающая скважина № 1894, куст 1, пласт АС 10-2, месторождение «Зимнее» ХМАО. Применена технология ПИВ после вторичного вскрытия. На всем фонде добывающих скважин до этого для освоения применялся ГРП. Флот ГРП доставлялся в вертолетном варианте.

После применения технологии ПИВ 13-14 октября 2008 г. и откачки жидкости глушения 15-16 октября, скважина уже 17 октября дала 11 т нефти (15 м³ жидкости). Дальнейший анализ по КВУ и КВД показал, что приток жидкости по состоянию на январь 2009 г. составляет 0,89 м³/ч, обводненность – 4-5 %. Следовательно, при правильном подборе мощности насоса можно ежесуточно добывать более 20 м³ жидкости.

Поскольку на месторождении используется насос ВНН-30-2250, скважина выведена на 6-часовой режим эксплуатации.

Согласно регламенту применения ПИВ после вызова притока жидкости и стабилизации статического уровня (Н_ст) должно проводиться повторное плазменно-импульсное воздействие, что позволило бы вывести скважину на круглосуточный режим эксплуатации с дебитом нефти 25-30 т/сут. (этот этап работы по настоянию Заказчика не проводился).

Следует также отметить, что одновременно снизилась обводненность на соседней по линии скважине № 1954 (дебит – 101 м³ жидкости) с 99 % в среднем до 94,9 %, что позволило за 13 суток наблюдения дополнительно добыть 41 т нефти.

 

Выводы

1.    Применение плазменно-импульсного воздействия на продуктивные нефтяные пласты при освоении скважин позволяет восстановить связь пласта со скважиной, освободить прискважинную зону пласта от кольматантов при первичном и вторичном вскрытиях продуктивного пласта, восстановить и улучшить проницаемость прискважинной зоны, ускорить ввод скважины в эксплуатацию с потенциальным дебитом.

2.    Отличительной особенностью технологии ПИВ на стадии освоения скважин является ее управляемость, экологическая чистота, воздействие на призабойную зону и на пласт в целом с высокой эффективностью на коллекторах любой сложности.

3.    Аппаратура ПИВ мобильна, может доставляться на месторождения в любое время года, безопасна и проста в эксплуатации. Использование технологии ПИВ высоко экономично и не требует каких-либо капитальных затрат и привлечения дополнительного оборудования, кроме геофизического подъемника и подъемника А-50 для спуска и подъема скважинного генератора.