22. Применение пен для вскрытия пластов.

Этот метод распространяется все шире, так как обеспечивает эффект в тех условиях, где описанные выше методы бурения либо не могут быть использованы, либо оказываются экономически невыгодными в связи с высокими энергетическими и материальными затратами.

Пены

При вскрытии пласта можно применять как двухфазные, так и трехфазные пены. Двухфазная пена представляет собой аэри­рованный водный раствор ПАВ. Трехфазная пена (аэрированный глинистый рас­твор с добавкой ПАВ) отличается от двухфазной наличием твердой фазы, которая является дополнительным стабилизатором.

Пена качественно отличается от суспензий и эмульсий тем, что обладает механическими свойствами, приближающими эту систему (в известных условиях) к твердым телам. Так, если пена достаточно стойкая и не разрушается за время наблюдения, то прочность ее можно измерять по законам упругих деформаций. Характерным свойством пен является не столько наличие дисперсной газовой фазы, сколько их своеобразная ячеистая структура. Отдельные пузырьки пен вследствие избытка газовой фазы и взаимного сдавливания теряют сферическую форму и представляют собой полиэдрические ячейки, стенки которых состоят из весьма тонких пленок жидкой дисперсионной среды. Поскольку вся пена состоит из таких полиэдрических ячеек, она имеет сотообразную структуру.

В результате особой ячеистой структуры устойчивые пены обладают жесткостью и механической прочностью.

От типичных пен, представляющих высококонцентрированные дисперсии газа в жидкости, следует отличать аэрированные жидкости — низко концентрированные системы газа в жидкости, в которых отдельные газовые пузырьки находятся на сравнительно большом расстоянии друг от друга. Эти системы обладают малой устойчивостью и существуют непродолжительное время.

Для увеличения устойчивости двухфазной пены обычно к раствору пенообразователя добавляются высокомолекулярные коллоидные вещества — стабилизаторы.

В восходящем потоке жидкости, при прочих равных условиях, пена будет дополнительно стабилизироваться за счет прилипания к пузырькам воздуха частиц выбуриваемой породы. Эти частицы препятствуют слиянию пузырьков в результате: образования в узлах между пузырьками «пробок», замедляющих отекание воды в пене (рис. XXIII.2, а), уменьшения дальнейшего утончения прослойки из-за прямого соприкосновения частиц выбуренной породы (рис. XXIII.2, б); прилипания частиц выбуренной породы к поверхности пузырьков, что также препятствует сближению пузырьков.

Стабилизирующее влияние твердых частиц тем сильнее, чем они гидрофобное, поскольку в этом случае устойчивее их закрепление на пузырьках с образованием сплошной корки твердых частиц.

Устойчивость пены повышается мелкими частицами, а также частицами плоской формы, так как такие частицы полнее покрывают поверхность пузырьков.

Таким образом, двухфазная пена при использовании ее для вскрытия пласта в процессе выноса породы в кольцевом пространстве, по существу, превращается в трехфазную. Поэтому, очевидно, трехфазная пена на базе глинистого раствора всегда будет обладать большей устойчивостью, чем двухфазная.

Исследованиями установлено, что при циркуляции аэрированной жидкости с добавкой ПАВ, когда последняя протекает по бурильным трубам вниз, а затем через отверстия долота в затрубное пространство и направляется вверх, образуется весьма устойчивая пена. Механизм этого явления состоит в том, что при циркуляции всего потока (жидкость — воздух — пенообразователь) при различных перепадах давления и турбулентном режиме улучшаются условия образования гидратных слоев.

Теоретические и экспериментальные исследования, а также предварительные промышленные испытания позволяют утверждать, что применение пен для вскрытия продуктивных пластов не вызывает снижения проницаемости коллекторов. Это является важнейшим фактором, определяющим перспективу применения пен в качестве промывочной жидкости.

Как известно, вскрытие продуктивного горизонта с применением пен, как правило, производится после бурения скважины по обычной технологии до кровли пласта и цементирования эксплуатационной колонны. В этих условиях вскрытие пласта бурением с применением пен можно успешно осуществить при расходах циркулирующей жидкости 3—5 л/с. При этих расходах, как показал опыт вскрытия пласта пеной, обеспечивается хороший вынос выбуренной породы и сохранение забоя в чистом виде. Происходит это потому, что пена обладает свойством хорошо взвешивать частицы выбуренной породы.

Кроме того, являясь вязко-пластичной упругой системой, пена после прекращения работы насоса и компрессора продолжает переливаться из скважины, вынося жидкость и частицы выбуренной породы и дополнительно снижая давление на забой, что предотвращает проникновение фильтрата в пласт и исключает возможность прихвата инструмента.

Следующим преимуществом пены является большой диапазон изменения удельного веса, который легко осуществляется путем регулирования степени аэрации.

Удельный вес двухфазных пен можно изменять в пределах 0,3—0,8 гс/см³, а трехфазных пен — 0,4—1,2 гс/см³. Трехфазные пены удельного веса 1—1,2 гс/см³ можно получить путем утяжеления исходного глинистого раствора мраморной крошкой, проникновение которой в призабойную зону пласта не повлияет отрицательно на его проницаемость, так как мраморная крошка легко удаляется кислотной обработкой.

Таким образом, пеной можно вскрывать продуктивные объекты с пластовыми давлениями в пределах 0,4—1,0 от гидростатического.

Вскрывать продуктивные пласты с применением пен можно как на разведочных площадях при пластовых давлениях, равных гидростатическим, так и при доразработке нефтяных месторождений с пластовыми давлениями ниже гидростатического.

Предотвращение проникновения фильтрата в пласт за счет защемления пузырьков пены в поровых каналах, хороший вынос выбуренной породы вследствие взвешивающей способности пены, увеличение скорости бурения вследствие снижения забойного давления и адсорбционного понижения твердости породы характеризуют пену как вязко-пластичную упругую систему, превосходящую по своим свойствам все промывочные жидкости на водной основе.

Так как до настоящего времени не разработан способ разрушения пен, то вскрытие продуктивных пластов рекомендуется производить без замкнутой циркуляции. После разрушения пены и удаления частиц выбуренной породы, раствор вновь можно использовать для получения новой пены. Применение незамкнутой циркуляции будет зависеть от мощности вскрываемых продуктивных пластов и числа долблений. Этим способом можно вскрывать пласты мощностью до 100 м, так как расход жидкости при применении пен весьма мал.

При применении пен важное значение имеет соблюдение технологического режима вскрытия пласта (наблюдение за расходом жидкости, воздуха и концентрацией ПАВ).

Без соблюдения установленных параметров, характеризующих получение устойчивой пены, результаты вскрытия пласта могут оказаться заниженными или неэффективными.

Поэтому перед вскрытием пласта необходимо убедиться, что при принятых соотношениях воды, воздуха и концентрациях ПАВ получается устойчивая пена. Это условие очень важное и его необходимо всегда учитывать при применении пен для тех или иных технологических процессов нефтедобычи.

Следует также учитывать в процессе вскрытия пласта явление, свойственное пене как упругой системе, состоящее в том, что при остановке насоса и компрессора происходит снижение забойного давления вследствие подъема дополнительного количества жидкости, увлекаемой сжатыми пузырьками воздуха.

Величина снижения давления при определенных условиях может достигать 30— 40 кгс/см². Так как такое снижение давления при слабосцементированных коллекторах может вызвать разрушение призабойной зоны пласта, то необходимо принимать меры по предотвращению дополнительного снижения давления на забой во время наращивания труб для дальнейшего бурения или же при подъеме инструмента.

Одним из путей предотвращения этого явления может служить установка специальных клапанов, обеспечивающих непрерывную циркуляцию пены, а при необходимости подъема инструмента или для смены долота следует предварительно закачать в скважину несколько кубических метров водного раствора ПАВ с целью увеличения удельного веса смеси в скважине.

Особо следует указать на сложность процесса цементирования в условиях вскрытия пласта с применением пен.

Очевидно, что после вскрытия продуктивных пластов пенами цементирование эксплуатационных колонн по обычной технологии вызовет проникновение в пласт большого количества цемента и закупорит поровые каналы. Поэтому наиболее рациональным методом является цементирование аэрированными цементными растворами с добавкой пенообразователей.

Конструкция скважины должна предусматривать применение пены только для вскрытия продуктивного объекта. Поэтому эксплуатационная колонна должна быть спущена до кровли пласта и зацементирована. После вскрытия продуктивного объекта в скважину спускается хвостовик.

Бурят обычно роторным способом, при наличии компрессоров высокого давления (150—200 кгс/см²) можно применять и турбинное бурение.

Степень аэрации может колебаться от 10 до 80 и при заданном расходе жидкости зависит от пластового давления.

В качестве ПАВ (пенообразователя) можно применять сульфонал, ДС-РАС. Учитывая адсорбцию на поверхности труб, стенках скважины и на поверхности частиц выбуренной породы, концентрацию ПАВ в процессе вскрытия пласта пенами необ­ходимо принять в пределах 1—2%.

При вскрытии пласта с применением пен используется обычное наземное оборудование.