Испытание скважин в эксплуатационной колонне

Испытание скважин в эксплуатационной колонне про­водится согласно проектам на строительство скважин и пла­нам их испытания, в которых должен быть указан объем ра­бот по испытанию пластов с учетом назначения скважины и характеристики вскрытого разреза. План по испытанию со­ставляется нефтеразведочной организацией и утверждается главным геологом.

На основании плана по испытанию нефтеразведочной экс­педицией составляется комплексный план работ с указанием методов и сроков испытания (в зависимости от глубины, ко­личества объектов, техники и технологии) и ответственных исполнителей по каждому виду работ, утвержденный руко­водством этой экспедиции.

Дополнительные работы (например, дополнительные гео­физические исследования, эффективные для решения геоло­гических задач, или работы по интенсификации притока — гидроразрыв, кислотная обработка призабойной зоны и др.), необходимость в проведении которых может возникнуть в процессе испытания, должны быть внесены в комплексный план работ.

Проектом работ на строительство скважины определяют­ся допустимые пределы нагрузок, натяжек и снижения уровня жидкости для обсадной колонны с учетом условий испытания.

Испытывать объекты при отсутствии цемента за колонной против намеченных к испытанию интервалов запрещается.

Продуктивные пласты, перекрываемые промежуточной колонной, необходимо испытывать в процессе бурения до спуска эксплуатационной колонны.

Для сбора или сжигания нефти оборудуют нефтяные ем­кости или нефтяной амбар на расстоянии не менее 150 м от устья.

При продувке или работе скважин выпускаемый газ дол­жен сжигаться на факеле.

В целях предупреждения открытого газонефтяного фонтана на буровой должен быть запас глинистого раствора соот­ветствующего качества в количестве не менее двух объемов скважин.

Независимо от способа возбуждения притока испытания объектов производятся снизу вверх.

При значительной литологической изменчивости и боль­шой мощности продуктивного пласта испытание производит­ся по интервалам с учетом различий их промыслово-геофизической характеристики и типов пород-коллекторов; наряду с этим при испытании в колонне пообъектно должны быть изу­чены подошвенные и краевые пластовые воды, определены их гидродинамические особенности, а также уточнены положе­ния газоводяных, газонефтяных и водонефтяных контактов.

При получении воды из нефтегазосодержащих пластов в скважинах, находящихся в контуре нефтегазоносной площа­ди, необходимо провести работы по определению места при­тока воды и выяснить причины проникновения ее в скважину.

Метод вскрытия объекта в колонне с помощью перфорации в каждом отдельном случае выбирается исходя из конструк­ции скважины в интервале испытания, пластовой температу­ры, типа пород-коллекторов с учетом применяемых методов испытания и исследования, а также возможности возврата на вышележащие пласты.

Плотность вскрытия объектов испытания перфорацией для каждого района устанавливается опытным путем, исхо­дя из необходимости обеспечения соответствующей пропуск­ной способности фильтра, максимальной производительности пласта, и обосновывается техническим проектом.

Перфорация скважин. Перфорацией называют создание каналов (отверстий) в колонне и цементном кольце против продуктивного пласта, предназначенных для сообщения пласта со скважиной. Кроме добывающих скважин перфорацию проводят: в нагнетательных сква­жинах для вскрытия заводняемых пластов; в скважинах с открытым забоем — для повышения проницаемости призабойной зоны уплотненных коллекторов; для повторного вскрытия пластов после капитального ремонта скважины; для прострела обсадных труб в случае необходи­мости их дополнительного цементирования и для других целей.

Обычно отверстия создаются путем прострела колонны и цементного кольца при помощи аппаратов, называемых стреляющими перфораторами. Перфораторы спускают в скважину на кабеле, используемом для управления прострелом. Применяются кумулятивные, пулевые и снарядные перфораторы.

В кумулятивном перфораторе используются кумулятивные заряды взрывчатого вещества. Кумулятивный заряд представляет собой прес­сованную шашку взрывчатого вещества, в основании которой имеется коническая (кумулятивная) выемка (рис. 4.7.1, а). В выемку вставлена металлическая воронка. В противоположной от выемки стороне уста­новлен детонатор — небольшой заряд высокочувствительного взрывча­того вещества, способный возбудить взрыв всего заряда.

Взрыв кумулятивного заряда характеризуется следующей особен­ностью (см. рис. 4.7.1).

В момент взрыва продукты взрыва сжимают воронку, и в металле возникают очень большие давления, при которых он начинает течь, как жидкость. Образующаяся тонкая струя жидкого металла с большой скоростью выбрасывается вдоль оси выемки, пробивая преграду перед собой на значительную глубину.

Кумулятивный перфоратор представляет собой сборку из нескольких кумулятивных зарядов и средств их взрывания — взрывного патрона с электрозапалом и отрезка детонирующего шнура, служащего для передачи детонации от взрывного патрона к зарядам. Кумулятивные перфораторы подразделяются на корпусные и бескорпусные.

В корпусном перфораторе заряды монтируются в герметичном кожухе — толстостенной стальной трубе, в которой по спирали располо­жены отверстия. При снаряжении перфоратора сборку из зарядов с детонирующим шнуром вставляют в кожух так, чтобы кумулятивные выемки зарядов находились против отверстий в корпусе. После снаря­жения перфораторов отверстия в корпусе герметизируются. Корпусные перфораторы рассчитаны на многократное использование и применяются, когда необходимо исключить возможность повреждения обсадной колонны и засорения забоя осколками, а также в случае высоких температур и давлений.

В бескорпусном перфораторе сборку из кумулятивных зарядов, снабженных прочными индивидуальными оболочками, устанавливают на стальной ленте, каркасе и т. п. При выстреле каркас частично разрушается. Бескорпусные перфораторы применяются в случае вскры­тия пластов под колонной НКТ, а также, когда наблюдается искрив­ление, смятие, узкие проходные сечения в колонне труб.

Пулевой перфоратор действует по принципу огнестрельного оружия. В его корпусе имеется ряд стволов с камерами. В камеру закладывают прессованный пороховой заряд с электровоспламенителем, а в ствол — пулю. При выстреле воспламеняется пороховой заряд. Образующиеся газы создают в камере высокое давление, под действием которого пуля вылетает из ствола с большой скоростью, пробивает колонну, цементное кольцо и входит в породу, образуя канал.

Рис. 4.7.1. Кумулятивный за­ряд (а) и схема его дей­ствия на преграду при взрыве (б):

1 — заряд взрывчатого ве­щества; 2 — детонатор; 3 — металлическая воронка; 4 — защитная оболочка; 5— ман­жета; I — заряд до взрыва; II—V—различные стадии взрыва

По последовательности выстреливания пуль перфораторы под­разделяются на залповые и селективные. По расположению стволов различают пулевые перфораторы с горизонтальными и вертикально-криволинейными стволами. Перфораторы с горизонтальными стволами применяют для вскрытия слабосцементированных коллекторов через одну колонну труб при отсутствии каверн, заполненных цементом. Перфораторы с вертикально-криволинейными стволами применяют для вскрытия малопроницаемых коллекторов через одну-две колонны труб, а также в случае сильнозагрязненной призабойной зоны.

Снарядные перфораторы выстреливают разрывные пули, которые пробивают обсадную трубу и цементное кольцо. Углубившись в породу, они взрываются и образуют в ней каверны и трещины. Снарядные перфораторы имеют горизонтальное расположение стволов и залповое действие. Они применяются для вскрытия малопроницаемых коллек­торов средней крепости, когда требуется увеличить проницаемость прискважинной зоны пласта.

Торпедирование скважин. Торпедированием называют взрыв в сква­жине, который осуществляют для освобождения прихваченных трубных колонн, разрушения металлических предметов в скважине, очистки фильтров в нефтяных и водозаборных скважинах от загрязнений, воздействия на прискважинную зону с целью повышения ее проницае­мости. Подготовленный для взрыва в скважине заряд взрывчатого вещества, называемый торпедой, оснащают средствами взрывания: электрозапалом, капсюлем-детонатором и шашкой взрывчатого веще­ства, усиливающего начальный импульс детонации. Торпеду спус­кают в скважину на кабеле, используемом также для производства взрыва.

По характеру действия различают торпеды направленного действия (кумулятивные осевые и труборезы кольцевые) и общего действия (фугасные).

При срезе труб торпедированием предварительно устанавливают верхнюю границу прихвата — место, до которого с дневной поверхности по трубам можно передать усилие натяжения или вращения. Для этого применяют прихватоопределители (ПО). Измерительным элементом ПО является катушка со стальным сердечником, с помощью которой вначале наносят на трубы магнитные метки, пропуская по катушке постоянный ток при остановке прибора в отдельных точках в районе предполагаемого прихвата на некоторое время. Затем регистрируют тем же прибором контрольную кривую, по которой определяют место­положение магнитных меток. Далее к трубам прикладывают усилие натяжения или вращения, после чего регистрируют повторную кривую. Под влиянием механической нагрузки магнитные метки стираются выше места прихвата, а в интервале прихвата сохраняются.

В скважинах также применяют взрывы пороховых зарядов для термогазохимического воздействия на пласты и скважинные тампо­нирующие снаряды для установки цементных мостов.

Возбуждение притока из объекта испытания произво­дится при опущенных в скважину трубках, герметизирован­ном устье и смонтированных выкидных и продавочных лини­ях.

Для вызова притока снижается давление столба жидко­сти в скважине до ниже пластового и создается депрессия на пласт, которая позволяет пластовой жидкости попасть в ствол скважины и по насосно-компрессорным трубам подни­маться на поверхность. Если пластовое давление выше гидро­статического, то запуск скважины осуществляется простой заменой тяжелого глинистого раствора в скважине на воду, если скважина не стала работать, то воду меняют на нефть. Если пластовое давление ниже гидростатического, но пласт проницаем и прискважинная зона не загрязнена, для сниже­ния давления в скважине, для запуска скважины используют аэрирование жидкости или свабирование.

Интенсификация притоков. В низкопроницаемых пла­стах или проницаемых пластах при сильно загрязненной при­забойной зоне с целью активизации и очистки от загрязнения проводят интенсификацию пластов. Среди методов интенси­фикации различают методы химического, гидромеханическо­го и комбинированного воздействия на пласт. Химические ме­тоды воздействия на пласт применяют в основном для очист­ки пласта от загрязнения. Наиболее широко используют солянокислотные обработки пласта. Обычно применяют соляную кислоту 8-15%-ной концентрации. При большей концентра­ции соляная кислота вступает в реакцию с металлическим оборудованием и может его разрушить. Соляная кислота при контакте с породой вступает в химическую реакцию с кар­бонатными включениями. Получаемые в результате реакции хлористый кальций и хлористый магний растворимы в воде и легко удаляются из призабойной зоны. В связи с этим соля­ную кислоту целесообразно применять при обработке карбо­натных пород, использование соляной кислоты для обработки терригенных пород менее эффективно.

Для обработки призабойных зон в терригенном разрезе ис­пользуют фтороводородистую (плавиковую) кислоту, которая применяется в смеси с соляной кислотой (3 % НГ и 12 % НС1). Она способна растворять как естественные глины, так и гли­нистые частицы, попавшие в пласт из бурового раствора.

Из других кислот для обработки призабойной зоны пласта используют уксусную кислоту, которая замедляет взаимодей­ствие соляной кислоты с породой, растворяя её. Аналогично соляной кислоте действует на породу сульфаминовая кисло­та. Объем раствора для обработки пласта определяется его мощностью и загрязненностью.

Гидромеханические методы воздействия на пласт. Из методов гидромеханического воздействия наиболее широко применяется метод гидроразрыва пласта. При гидроразрыве фильтрационные свойства призабойной части пласта улуч­шаются за счет образования глубоких трещин. Для закреп­ления образовавшихся в пласте трещин используют песок, который должен быть достаточно прочным и не разрушаться под действием горного давления. Чем крупнее размеры песчи­нок, тем выше проницаемость искусственно создаваемых тре­щин. Жидкость, используемая для гидроразрыва, должна удовлетворять следующим условиям: не снижать проницае­мость пласта при взаимодействии с пластовыми жидкостями и породами; обеспечивать перенос закачиваемого песка в тре­щины; легко выноситься из скважины после создания депрес­сии, не создавать высоких гидравлических сопротивлений в скважине. Применяемые в гидроразрыве жидкости могут со­здаваться на водной или на нефтяной основе.

Каждая обработка производится по индивидуальному пла­ну, составленному в соответствии с действующими инструк­циями и методическими руководствами (указаниями) по при­менению выбранного метода с учетом местных условий.

Пластовое давление и пластовая температура в нефтяных скважинах определяются путем прямого измерения с помо­щью портативных глубинных манометров и термометров. В случае применения пластоиспытателей допускается опреде­ление пластового давления путем экстраполяции кривых вос­становления давления.

Измерения пластовых и статических давлений в газовых скважинах, снятие кривых нарастания давления и зависимо­стей дебит — давление должны производиться высокоточны­ми приборами.

По каждой из залежей, имеющих промышленное значение, по отдельным скважинам, расположенных на различных ги­псометрических отметках и в различных частях оцениваемой площади, должно быть осуществлено исследование с целью получения исходных данных для составления технологиче­ских схем и проектов разработки.

В случае одновременного вскрытия в обсаженной скважине нескольких пластов-коллекторов исследование методом уста­новившихся отборов должно производиться с применением глубинных дебитомеров с целью определения продуктивно­сти каждого пропластка в отдельности, а в случае одновре­менного притока нефти с водой — с применением глубинных влагомеров.

При испытании и исследовании отдельных объектов в скважинах, обсаженных эксплуатационной колонной, должен быть произведен отбор глубинных проб нефти и воды, а так­же отбор газа и конденсата методом промышленных отборов газа при исследованиях на газоконденсатность. Количество отбираемых глубинных проб нефти и воды должно быть не менее трех, причем отбор считается качественным, если их характеристики не менее чем по двум пробам окажутся иден­тичными.

Испытание и исследование очередного вышезалегающего объекта осуществляются после проведения работ по изоляции предыдущего.

После установки цементного моста испытывается его гер­метичность путем снижения гидростатического давления столба промывочной жидкости на величину, большую задан­ной депрессии при испытании следующего объекта, а также проверяется его прочность путем передачи на мост нагрузки бурильными или насосно-компрессорными трубами со специ­ально оборудованным низом.

Отбор проб пластовых флюидов производится после то­го, как скважина заполнится пластовой жидкостью, однород­ной по составу по всему стволу. Пробы отбирают глубинными пробоотборниками в интервале перфорации или несколько выше ее (но не более чем на 10-15 м). Количество отбирае­мой на анализ пластовой воды зависит от ее минерализации. Для полного анализа слабоминерализованной воды достаточ­но 2-3 л, для определения К, Вг, J, Ва, Sr и других элементов необходимо 20 л воды. Сероводородсодержащие воды необхо­димо консервировать хлороформом.

При отборе вод желонкой на месте отбора определяют рН и содержание летучих и быстрорастворимых компонентов (Н, S, NO и др.), а также радиоактивность. Количество отобран­ного растворенного газа должно быть не менее 1 л.

Свойства нефти в пластовых условиях определяются по пробам, отобранным глубинным пробоотборником. Для эле­ментарного анализа и фракционной перегонки в лаборатор­ных условиях необходимо отбирать пробу объемом не менее 3 л. Для технического анализа пробу массой около 50 кг берут после установления дебитов нефти и промышленной ценности горизонта.

По отобранным пробам пластовой жидкости, газа и кон­денсата должны быть определены:

для нефти — фракционный и групповой состав, содержа­ние селикагелевых смол, масел, асфальтенов, парафинов, се­ры, а также вязкость и плотность (вязкость и плотность опре­деляются как в поверхностных условиях, при температуре 20 °С и давлении в 0,1 МПа, так и в пластовых), давление на­сыщения, газосодержание, изменение объема и вязкости неф­ти при различных давлениях в пластовых и поверхностных условиях, коэффициенты упругости; при отборе глубинных проб — забойные давления и температура, газовый фактор;

для газа, растворенного в нефти, и свободного газа — плотность по воздуху, теплота сгорания, химический состав (содержание в объемных процентах метана, этана, пропана, бутана, пентанов, гексанов и более тяжелых углеводородов, а также гелия, сероводорода, углекислоты, азота и др.), давле­ние начала конденсации пластового газа при пластовой тем­пературе;

для конденсата — потенциальное содержание, фракцион­ный состав, групповой состав, содержание серы, а также плотность и вязкость при температуре 20 °С и давлении 0,1 МПа, конденсатогазовый фактор (выход конденсата) в граммах на 1 м³ отсепарированного газа при различных ре­жимах сепарации, давление максимальной конденсации;

для пластовой воды — полный химический состав, включая определение ценных попутных компонентов: йода, брома, бо­ра. лития и др.; количество и состав растворенного в воде газа, его упругость, температура и электрическое сопроти­вление.

Исследование скважин после получения промышленного притока проводят двумя основными методами:

методом установившихся отборов;

методом прослеживанием уровня.

Метод установившихся отборов состоит в том, что в процессе исследования скважины несколько раз изменяют режим работы. При каждом режиме измеряют установивше­еся забойное давление и соответствующий ему дебит флюида (режим считается установившимся, если два замера забой­ного давления и дебита отличаются не более чем на 10 %). Метод установившихся отборов хорошо применяют при ис­следовании фонтанных нефтяных, переливающих водяных и газовых скважин.

Рис. 4.7.2. Виды индикаторных диаграмм:

1, 4 — для напорных режимов; 2 — для ненапорных режимов; 3 — для неустановившихся забойных давле­ний и дебитов

По результатам исследований строятся графики зависи­мости дебита от депрессии на пласт (рис. 4.7.2). Эти графи­ки называют индикаторными диаграммами. По форме линии индикаторных диаграмм могут быть прямыми, выпуклыми и вогнутыми. Форма индикаторной кривой определяется режи­мом дренирования пласта, режимом фильтрации, величиной сопротивления, возникающего в пласте при движении жид­кости, и другими факторами. Прямая индикаторная линия (кривая 1) отмечается только при установившейся линейной фильтрации жидкости в пласте. Искривление линейной инди­каторной кривой при увеличении депрессии на пласт (кривая 4) может происходить вследствие нарушения линейного зако­на фильтрации - в результате разгазирования нефти резко возрастают гидравлические сопротивления. Выпуклая инди­каторная кривая указывает на зависимость проницаемости пласта от давления, что может быть обусловлено смыкани­ем проводящих трещин при увеличении депрессии на пласт. Вогнутая по отношению к оси дебитов индикаторная кривая (кривая 3) может свидетельствовать о том, что по мере роста депрессии на пласт в работу подключаются дополнительные пропластки, не участвующие в фильтрации при небольших перепадах давлений. Кроме того, такого рода диаграммы мо­гут быть получены в результате измерений неустановивших­ся забойных давлений или дебитов.

Метод прослежива­ния уровня или давления (предложен В.П. Яковлевым) заключается в том, что путем отбора или подлива жидкости понижают или повышают уровень жидкости в скважине, изменяя таким образом давление на забое. Затем наблю­дают за изменением уровня и фиксируют его перемещение за соответствующие промежутки времени. Таким методом исследуют непереливающие нефтяные и водяные скважи­ны. Обработка результатов исследований позволяет опреде­лить ряд параметров (проницаемость, гидропроводность и др.).

Одной из разновидностей исследования скважин при не­установившихся режимах является гидропрослушивание. Ги­дропрослушивание — наблюдение за изменением статическо­го уровня или давления в скважине, происходящее вследствие изменения отбора жидкости в соседних скважинах того же или соседнего плана. Скважины, в которых изменяют режим работы, называют возмущающими, а скважины, в которых наблюдают эти возмущения, — реагирующими. Метод про­слушивания позволяет определить гидродинамическую связь изучаемых интервалов, а в комплексе с другими метода­ми оценить неоднородность пласта, выявить литологические экраны.