Влияние напряженно-деформированного состояния горных пород на фильтрационный процесс и дебит скважин (15.06.2010)

Автор: Карев Владимир Иосифович

В четвертой главе представлена новая технология повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин – метод георыхления, приведены и проанализированы результаты опытно-промысловых испытаний.

Целью метода георыхления является увеличение проницаемости призабойной части пласта. Но достигается это не за счет восстановления проницаемости природных фильтрационных каналов, что зачастую оказывается невозможным, а за счет искусственного создания в ПЗП разветвленной системы трещин, которая и будет играть роль новой системы фильтрационных каналов. Причем проницаемость этой новой системы фильтрационных каналов может значительно превосходить естественную проницаемость пласта.

Растрескивание, разрыхление породы в ПЗП вызывается за счет использования упругой энергии, запасенной в массиве горных пород (горного давления), и энергии пластовой жидкости. Для этого вокруг скважины надо создать напряженное состояние определенного вида и уровня. Это делается путем понижения давления в скважине до определенной величины (создания депрессии). Инициирование процесса георыхления может потребовать также проведения предварительных технологических операций. Таких, например, как вырезание участка обсадной колонны в продуктивном интервале ствола скважины, перфорации определенного типа и плотности, нарезания щелей заданной ориентации и др. Величина депрессии и необходимые предварительные технологические операции определяются в результате испытаний породы коллектора месторождения на ИСТНН.

Технология георыхления включает два этапа:

На первом этапе на образцах породы из коллектора месторождения проводится физическое моделирование на ИСТНН условий, возникающих в окрестности скважины при увеличении депрессии для различных конструкций забоя. В процессе испытаний определяется зависимость проницаемости породы от уровня депрессии для различных конструкций забоя. Сопоставление результатов испытаний породы коллектора и расчетов позволяет выбрать оптимальные с точки зрения увеличения дебита скважины конструкцию забоя и уровень депрессии.

На втором этапе совместно со специалистами компании, разрабатывающей месторождение, составляется план работ и производятся работы на скважине. Реализация метода георыхления на скважине зависит от возможностей нефтепромысла и экономической целесообразности.

Метод георыхления успешно применялся на нескольких десятках скважин месторождений Западной Сибири и Пермской области при освоении скважин, капитальном ремонте добывающих скважин и капитальном ремонте нагнетательных скважин.

Практика показывает, что на необсаженных стволах обычно удается достичь 2-4-х кратного увеличения дебита, на обсаженных стволах 1,5-2 кратного увеличения.

Разработанная технология защищена 7 российскими патентами и 1 евразийским патентом.

В заключении перечислены основные результаты работы.

основные результаты работы

Разработана методика экспериментального исследования деформационных, прочностных и фильтрационных свойств горных пород на Испытательной системе трехосного независимого нагружения. Она включает в себя расчет напряженного состояния в окрестности скважины для различных конструкций забоя и его изменения при увеличении депрессии. На основе расчетов составляются программы нагружения образцов. В работе приведены три базовые программы, моделирующие основные конструкции забоя скважины: открытый ствол, сферическая полость (кончик перфорационного отверстия), горизонтальная щель. По разработанным программам на образцах породы из коллектора месторождения проводится физическое моделирование на ИСТНН условий, возникающих в окрестности скважины при увеличении депрессии для различных конструкций забоя. В процессе испытаний определяется зависимость проницаемости породы от уровня депрессии для различных конструкций забоя.

На основе анализа результатов большого цикла экспериментальных исследований свойств пород нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений из разных регионов России, залегающих на различных глубинах, предложена классификация пород по их реакции с точки зрения фильтрационных свойств на изменение напряженного состояния в зависимости от их литологического состава и структуры. Выделено три категории горных пород.

К первой категории относятся плотные крепко сцементированные мелкозернистые песчаники, аргиллиты, доломиты и т.п. Эти породы деформируются под действием приложенных напряжений чисто упруго. Проницаемость их по мере роста напряжений уменьшается, но обратимо, после снятия напряжений она возвращается к начальному значению.

Вторую категорию составляют мелко- средне- и крупнозернистые песчаники с небольшим содержанием глины, алевролиты и известняки. Эти породы при достижении напряжениями определенного уровня (определенной величины депрессии в скважине), который зависит от типа породы, условий залегания, пластового давления и других факторов, начинают деформироваться неупруго – «ползти». По мере роста неупругих деформаций проницаемость породы значительно необратимо уменьшается. Когда деформация достигает некоторой критической величины, порода начинает растрескиваться и разрушаться, что сопровождается резким увеличением ее проницаемости даже по сравнению с первоначальным значением.

К третьей категории относятся песчаники с большим содержанием глины. Такие породы уже при незначительных депрессиях начинают интенсивно «ползти», а проницаемость их при этом резко падает. Однако даже при значительных деформациях разрушение образцов не наступает, они продолжают деформироваться практически с постоянной скоростью, а проницаемость их при этом постепенно необратимо уменьшается.

Разработана методология выбора оптимальных для конкретного месторождения методов повышения продуктивности скважин и газонефтеотдачи пластов, которая включает в себя определение конструкции забоя скважины и уровень депрессии, необходимые для улучшения или, когда это невозможно, сохранения фильтрационных свойств в окрестности скважины.

Предложено решение задачи о фильтрации газоконденсатного флюида в скважину при наличии ретроградной конденсации и зависимости проницаемости породы коллектора от давления в скважине. Инициация процесса георыхления, направленного на увеличение абсолютной проницаемости пласта, требует создания на забое скважины глубоких депрессий, в результате в ПЗС происходит накопление ретроградного конденсата, что приводит к уменьшению фазовой проницаемости коллектора по газу. Построена математическая модель фильтрации двухфазной многокомпонентной смеси, учитывающая существование этих двух разнонаправленных с точки зрения изменения проницаемости процессов. Модель основана на предположении, что в каждой порции газа при изменении давления происходит фазовое превращение согласно фазовой диаграмме. При этом в силу капиллярных связей жидкой фазы со скелетом относительное содержание фаз в каждой точке и в каждый момент времени не является равновесным, поэтому условие фазового равновесия записывается для приращений.

Проведены расчеты для условий Астраханского газоконденсатного месторождения. Они показали, что создание больших депрессий, необходимых для образования в окрестности скважины зоны повышенной проницаемости, и связанная с ним ретроградная конденсация ухудшает эксплуатационные характеристики скважины по сравнению с идеальной скважиной даже при наличии зоны георыхления, однако для реальной скважины с ухудшенной призабойной зоной применение метода георыхления дает заметный эффект.

Разработана и успешно испытана на ряде месторождений новая эффективная, экономичная и экологически чистая технология повышения дебитов нефтяных и газовых скважин, основанная на направленной разгрузке пласта – метод георыхления. Практика показала, что технология дает кратное увеличение дебита.

публикации по теме диссертации

Карев В.И., Коваленко Ю.Ф. Теоретическая модель фильтрации газа в газонасыщенных угольных пластах // ФТПРПИ. 1988. № 6. С.47-55.

Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Одинцев В.Н. Механика гидрогазоимпульсного воздействия на трещиновато-пористую породу при скважинной гидродобыче // ФТПРПИ. 1995. № 6. С.

Христианович С.А., Коваленко Ю.Ф., Карев В.И. и др. Способ вскрытия продуктивного пласта. – Патент РФ № 2110664 от 10.05.1998.

Христианович С.А., Карев В.И. К расчету установившегося течения в скважине при наличии выделения газа из нефти (газлифта). В кн. Христианович С.А. Избранные работы. М.: Изд-во Наука – Изд-во МФТИ, 1998. С. 207-216.

Карев В.И., Коваленко Ю.Ф. Развитие модели фильтрации газа в газонасыщенных угольных пластах.- Труды VIII международной научной школы "Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках". Симферопольский государственный университет. 1998. С.57-58.

Христианович С.А., Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. Увеличение продуктивности нефтяных скважин с помощью метода георыхления // Нефть и газ Евразия. 2000. № 2. С. 90-94.

Карев В.И., Коваленко Ю.Ф. Динамика газовыделения из угольного пласта при проходке выработки и выбросоопасность ситуации // ФТПРПИ. 2001. № 1. С.56-63.

Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Христианович С.А. Взаимовлияние деформационных и фильтрационных процессов в коллекторах нефтяных и газовых месторождений и создание новых технологий // Тезисы докл. на VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике. Пермь. 2001. С.309-310.

Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. и др. Способ вызова или увеличения притока флюида в скважинах. - Патент РФ № 2163666 27.02.2001.

Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. и др. Способ освоения скважин. – Патент РФ № 2179239 от 10.02.2002.

Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. и др. Способ ремонта скважин. – Патент РФ № 2188317 от 27.08.2002.

Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. и др. Способ освоения скважин. – Евразийский патент № 003452 от 26.06.2003.

Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Карев В.И. и др. Способ обработки нагнетательной скважины. – Патент РФ № 2213852 от 10.10.2003.

Коваленко Ю.Ф., Карев В.И. Метод георыхления – Новый подход к проблеме повышения продуктивности скважин // Технологии ТЭК. 2003. № 1. С. 31-35.

Климов Д.М., Коваленко Ю.Ф., Карев В.И. Реализация метода георыхления для увеличения приемистости нагнетательной скважины // Технологии ТЭК. 2003. № 4. С. 59-64.

Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Кулинич Ю.В., Прихно М.А. Определение деформационных и прочностных свойств горных пород применительно к баженовским отложениям // Технологии ТЭК. 2005. № 3. С. 17-21.

Карев В.И., Коваленко Ю.Ф., Устинов К.Б. Математическое и физическое моделирование разрушения горных пород в окрестности наклонно направленных нефтяных и газовых скважин с учетом анизотропии упругих и прочностных свойств пород // Тезисы докл. на IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике. Нижний Новгород. 2006.

Карев В.И., Коваленко Ю.Ф. Зависимость проницаемости призабойной зоны пласта от депрессии и конструкции забоя для различных типов горных пород // Технологии ТЭК. 2006. № 6. С.59 -63.

Карев В.И., Климов Д.М., Коваленко Ю.Ф. и др. Способ обработки призабойной зоны скважины. – Патент РФ № 2285794 от 20.10.2006.


загрузка...