reforef.ru 1

ОБЗОР ПРИМЕНЯЕМЫХ В МИРЕ СИСТЕМ ЗАКАНЧИВАНИЯ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЯ

При заканчивании (освоении) и особенно при эксплуатации скважин, продуктивные коллекторы которых представлены слабосцементированными породами, часто наблюдается вынос песка. В скважине образуются песчаные пробки. По М. Маскету, при образовании песчаных пробок, проницаемость которых в 200 раз больше проницаемости пласта, дебит нефти тем не менее снижается на 34 %. Этот песок содержит до 5 % нефти, и при его удалении возникают проблемы — загрязняется окружающая среда; песок отлагается в трубопроводах, наземном оборудовании; идет его эрозия.

Вынос песка или пескопроявление зависит от прочности пород, горных напряжений, типа добываемых флюидов и изменений дебита, связанного с депрессией и, как правило, увеличивается при росте темпов отборов, увеличении эффективных напряжений из-за выработки пласта и прорыве воды.

В настоящее время в мировой практике добывающие компании используют различные технологии для снижения выноса песка в добывающих скважинах (рисунок. 4.3.2.1). Это искусственное закрепление горных пород вяжущими и цементирующими веществами, селективная или направленная перфорация, оборудование забоев механи-ческими фильтрами (как с намывом гравия, так и по отдельности) или проведение гидравлического разрыва пласта (ГРП) с созданием проппантного фильтра в виде трещины.

Но практически все (за исключением ГРП) вышеуказанные мероприятия по контролю за выносом песка, ведут к снижению дебитов скважин ниже начальных уровней, когда противопесочные системы не использовались.

Рассмотрим вкратце каждый из упомянутых видов противопесочного заканчивания скважин:

Технология уплотнение несцементированных пластов основана на фиксации зерен породы, с помощью закачиваемых в пласт через перфорационные отверстия в обсадной колонне смол, пеносмол, пеноцементов и металлополимерныех комплексных катализаторов. Недостаток данной технологии в том, что после ее применения существенно снижается продуктивность скважины, и применение ее на низкодебитных скважинах впоследствии может привести к нерентабельности их работы.





Рисунок 4.3.2.2 Технологии контроля выноса песка из слабосцементированных коллекторов



В качестве примера уплотнения несцементированных пластов фиксацией зерен породы рассмотрим применение технологии «ЛИНК» на пластах Покурской свиты Ван-Ёганского месторождения, разрабатываемых ОАО «Варьеганнефтегаз», ТНК-BP.

Основной элемент технологии «ЛИНК» — полимер, смешанный с закрепителем и газообразователем, который вспенивается в пласте, образуя поровую прослойку, напоминающую по своей структуре пемзу. Песок оказывается связанным, что предотвращает последующее разрушение пласта.

Реализация технологии «ЛИНК» включает в себя следующие основные этапы:

1. Для скважины рассчитывается объем каверны, образующейся в результате выноса частиц, в зависимости от которого подбирается нужный объем;

2. Закачка буферной оторочки 6–8 м3; закачка основного полимерного состава 0,7–0,8 м3 на 1 метр эффективной толщины;

3. Закачка гидрофобной жидкости (товарная нефть, солярка и т.п.) объемом в 1,5–2 раза больше объема закачанного состава;

4. Выдержка на реагирование и отверждение;

5. Постепенный ввод скважины в эксплуатацию.

Достоинства технологии «ЛИНК»:

- снижение обводненности продукции скважин;

- увеличение наработки на отказ на 50%-150%;.

- технология «ЛИНК» не требует дополнительного оборудования и может выполняться бригадами подземного ремонта;

- стоимость операции «ЛИНК» дешевле операции гравийной набивки.

Оригинальное применение полимеров для борьбы с поступлением песка в скважину представила компания Baker Hughes в новой системе GeoForm™. Новая система базируется на использовании полимера с эффектом запоминания формы, желаемые размеры и форма которого задаются при изготовлении. Далее он размещается снаружи базовой трубы (так же, как и в случае с традиционными сетчатыми трубными фильтрами) и "сжимается" до меньших размеров, способствующих спуску в скважину. На забое под влиянием температуры и особого катализатора этот "умный материал" расширяется до оригинальных размеров, полностью принимая форму ствола скважины и заполняя все его дефекты, что оказывает сжимающие действие на пласт. Это сжимающее напряжение стабилизирует призабойную зону скважины и борется с поступлением песка.



Рисунок 4.3.2.1 Расширение в скважине полимера системы GeoForm™
Селективная и направленная перфорация ис­пользуется с целью предотвращения выноса несцементированного песка путем обхода слабосцементированных интервалов и создания перфорационных каналов ориентированных в направлении максимальных горных напряжений, повышающих их устойчивость. Для применения данного типа ограничения выноса песка необходимо иметь подробнейшую информацию о геологическом и геомеханическом строении залежи, направлении максимальных и минимальных горных напряжений, что не всегда доступно.

Механические методы являются наиболее простыми и доступными, поэтому получили наибольшее распространение. К ним относится оборудование нефтяных скважин противопесочными фильтрами различной конструкции.

Оборудование забоя механическим фильтром с целью ограничения пескопроявления может осуществляться как на этапе строительства скважины, так и в процессе ее эксплуатации. В первом случае механические фильтры являются неотъемлемой частью конструкции скважины и не могут быть в дальнейшем извлечены, во втором – это, как правило, сменные фильтры, устанавливаемые в эксплуатационной колонне напротив интервала перфорации либо открытого ствола при помощи пакера. Применение сменных фильтров в большинстве случаев ограничивается лишь вертикальными и наклонно-направленными скважинами, т.к. на горизонтальных скважинах очень велики риски пересыпания данных фильтров выносимым песком в горизонтальном участке скважины, что может привести к аварийности (невозможности извлечь) и впоследствии к потере самой скважины. Недостаток большинства механических фильтров в том, что на протяжении всего процесса эксплуатации происходит непрерывный процесс их засорения. Особенно интенсивно это происходит в тех случаях, когда в начальный период времени между фильтром и стенкой скважины имеется большой зазор. В дальнейшем данный зазор заполняется элементами разрушающегося коллектора и выносимыми из пласта мелкодисперсными глинистыми (илистыми) частицами. В результате чего на поверхности фильтра появляется низко проницаемая корка. Путем решения данной проблемы (кольматации) и продления срока службы фильтра является устранение данного зазора и укрепление стенок скважины посредством заполнения зафильтрового пространства отсортированным гравием, либо применением расширяющихся (плотно прилегающих к стенкам скважины) механических фильтров.


Механизм создания гравийного фильтра вокруг механических или металлических фильтров внутри перфорированной обсадной колонны или в открытом стволе основывается на закачке при давлении меньшим давления гидроразрыва гравия с помощью жидкости песконосителя через специальный пакер в зафильтровое пространство. Гравий представляет собой чистый, окатанный природный песок или син­тетический материал (проппант), зерна которого доста­точно малы, чтобы допустить попадание частиц разрушаемой призабойной зоны и мелкодисперсных частиц, выносимых вместе с добываемым флюидом из пласта, но достаточно велики, чтобы самим пройти сквозь металлический фильтр. Данный тип ограничения пескопроявления хоть и приводит к небольшой потере продуктивности но, в дальнейшем, ограничивая вынос песка, сохраняет ее более долгое по сравнению с механическими фильтрами время.

Одной из систем, позволяющей удерживать от разрушения стенки скважины без применения гравийной набивки, является разработанная сервисной компанией «Weatherford» технология расширяющихся фильтров ESS (рис. 4.3.2.2.).







Рисунок 4.3.2.3 Технология расширяющихся фильтров ESS компании «Weatherford»

Раздвижной песочный фильтр ESS состоит из стальной трубы с прорезями, вокруг которой устанавливаются перекрывающие друг друга слои фильтрующих мембран Petroweave. Фильтрующие слои накладываются друг на друга по всей длине основной трубы и могут скользить при увеличении окружности в процессе расширения, но в то же время не пропускать песок. Мембраны для контроля выноса песка, сотканы по узору «голландской саржи» и закреплены между основной трубой с прорезями и наружным чехлом. Чехол состоит из стального листа с предварительно сделанными прорезями, что обеспечивает прочное положение фильтрующей мембраны и защищает фильтрующий материал от повреждения во время спуска. Эти узлы имеют внутренние соединения с прорезями и, поскольку пустых участков нет, каждая часть песочного фильтра работает в потоке. Для обеспечения возможности песочному фильтру ESS подстраиваться под геометрию скважины используются гибкие системы расширения. В запатентованных гибких системах расширения CRES™ и ACE™ используются роликовые расширители на активируемых давлением поршнях.


Технология ГРП с созданием фильтра основана на формировании коротких и широких трещин гидроразрыва, закрепленных проппантом мелкой фракции или природным мелкоокатанным гравием, который препятствует разрушению породы слагающей пласт и проникновению мелкодисперсных частиц выносимых из пласта в скважину. Данная технология наиболее эффективна в сочетании с ориентированной щелевой перфорацией и позволяет создать проницаемый высокоэффективный противопесочный экран, повысив при этом в большинстве случаев продуктивность скважины. Но наряду с плюсами у данной технологии есть и минусы. Основной из них – высокая рискованность или невозможность создания данных фильтров в условиях близкого залегания от продуктивного пласта газовых и водоносных горизонтов. Так, при наличии малых естественных перемычек или их отсутствии между газоносным, нефтеносным, водоносным пластами возможен разрыв перемычки или цементного кольца за эксплуатационной колонной, что в дальнейшем приведет к негативным последствиям, а возможно и вообще к потере скважины в результате возникновения газо- или водоперетока.

Как было отмечено ранее, для разработки пласта ПК-1 Северо-Комсомольского месторождения наиболее подходяще строительство ГС с созданием противопесочной системы на основе комбинации фильтр+гравийная набивка, либо другой фильтровой системы позволяющей укреплять стенки скважины. Но сразу, возникает вопрос: Как такую систему подобрать? Ведь на настоящий момент в Компании нет общепринятой методики, позволяющей осуществить обоснованный выбор системы заканчивания скважин и ее типоразмера в условиях высокого пескопроявления. Да и в мировой практике информации по методикам выбора фильтров встречается не так много.

Как правило, это публикации, в которых приводятся те или иные рекомендации по выбору систем заканчивания, полученные на основе промысловых данных.

В идеале, подбор фильтра необходимо осуществлять проводя ряд лабораторных экспериментов с образцами фильтров на время засорения их пеком того месторождения для условий которого они подбираются. Но это очень трудоемкий и дорогостоящий процесс. И не многие компании специализирующиеся на выпуске фильтров имеют оборудование позволяющее проводить подобные эксперименты.


Использование же методик, или матриц позволяет сделать выбор системы заканчивания более оперативно, но при этом сохраняется риск того, что выбранная система может оказаться не совсем эффективной, ведь в основе методики лежат данные разных по свойствам месторождений.

Одной из таких наиболее распространенных методик выбора противопесочных систем заканчивания является матрица Д. Тиффина, описанная в статье SPE 39437 и опубликованная в 1998 году. Данная методика приведена в виде матрицы в таблице 4.3.2.

Согласно предложенной Д. Тиффином методики выбор между скважинными и гравийными фильтрами зависит от содержания в пласте глинистых мелкодисперсных частиц размером < 44 мкм, коэффициента однородности (D40/D90) и коэффициента отсортированности (D10/D95) зерен коллектора. Однородность служит показателем вариации размера зерен от большего до маленького. Отсортированность является мерой изменения размера зерен породы от крупно- до мелкозернистого. Размер ячейки фильтра выбирается равным размеру частиц D10 или чуть меньшим. В случаях использования гравийных набивок размер зерен гравия выбирается равным d=D50*6 (этот критерий предложен R.J. Saucier и описан в статье SPE 4030 «Considerations in Gravel Pack Design»).


Таблица 4.3.2 - Матрица по выбору противопесочной системы заканчивания предложенная Д.Тиффином

Коэффициент отсортированности D10/D95

Коэффициент однородности D40/D90

Содержание мелких фракций (<44мкм), %


Рекомендуемый тип заканчивания

Примечания

< 10

> 3

< 2

Любой тип фильтра

Хорошо отсортированный песчаник

< 10

< 5

< 5

Проволочный, сетчатый фильтр, гравийная набивка

Умеренно отсортированный песчаник, высокое содержание мелкодисперсных частиц

< 20

< 5

< 5

Гравийная набивка, расширяемый фильтр

Отсутствие слоистости и прослоев

< 20

< 5

< 10

Гравийная набивка, расширяемый фильтр

Плохо отсортированный песчаник

> 20*

> 5*

> 10*

Гравийная набивка, расширяемый, многослойный сетчатый фильтр

Очень плохо отсортированный песчаник. Рекомендуется увеличение площади контакта скважины с пластом


Таким образом, для того, чтобы подобрать противопесочную систему заканчивания по методике Д. Тиффина, достаточно иметь гранулометрический состав породы, слагающей пласт.

По объекту ПК-1 Северо-Комсомольского месторождения мы располагаем данными гранулометрического анализа по трем скважинам (скв. 938/2 и 1053/3 – гран. состав по керну, скв. 974/2 – гран. состав мех. примесей из эмульсии). Графически гранулометрический состав породы со скважин 1053/3, 938/2 и 974/2 приведен соответственно на рисунках 4.3.2.3., 4.3.2.4. и 4.3.2.5.



Рисунок 4.3.2.3 Гранулометрический состав породы (по керну) со скважины 1053/3


Рисунок 4.3.2.4 Гранулометрический состав породы (по керну) со скважины 938/2


Рисунок 4.3.2.5 Гранулометрический состав мех. примесей из эмульсии со скважины 974/2.

Цифровые данные гранулометрического анализа по всем трем скважинам приведены в таблице 4.3.3.


Таблица 4.3.3 - Цифровые данные гранулометрического анализа скважин 1053/3, 938/2, 974/2 Северо-Комсомольского месторождения

Параметр

Скважина 1053/3

Скважина 938/2

Скважина 974/2

Минимальное значение, мкм

Максимальное значение, мкм

Среднее значение, мкм

Минимальное значение, мкм

Максимальное значение, мкм

Среднее значение, мкм

Среднее значение, мкм

D 5

106

192

154

120

231

187


228

D 10

95

169

127

91

206

167

159

D 40

47

111

75

35

143

96

136

D 50

27

97

60

26

158

82

129

D 90

10

58

2

3

37

10

83

D 95

3

36

1

2

23

5

42

Коэффициент отсортированности D10/D95

32

5

127


57

9

33

4

Коэффициент однородности D40/D90

5

2

38

12

4

10

2

Доля мелких
частиц, %


10

59

39

11

65

29

5


Из таблицы 4.3.3 видно, что для скважин 1053/3 и 938/2 коэффициент отсортированности изменяется в интервале от 12 до 68,2 единиц (в среднем 37,6), коэффициент однородности изменяется в интервале от 2,5 до 19,3 единиц (в среднем 10,7), доля мелкодисперсных (<44мкм) частиц изменяется в интервале от 10,3 до 64,8 % (в среднем 33,9 %).

Этим данным, по матрице Д.Тиффина, соответствует заканчивание – гравийная набивка, расширяемый, многослойный сетчатый фильтр.

Отсюда следует, что для обеспечения рабочей надёжности, скважины 1053/3 и 938/2 необходимо заканчивать с применением расширяемых или многослойных сетчатых фильтров с размерами ячеек: скв. 1053/3 – 120мкм, т.к. D10 = 127мкм; скв. 938/2 – 150мкм, т.к. D10 = 167мкм; либо с применением гравийных набивок удерживаемых проволочными фильтрами. Размер зерен гравия для гравийных набивок по скважинам 1053/3 и 938/2 согласно критерия предложенного R.J. Saucier (d=D50*6), соответственно равен 360 и 492 мкм, что соответствует фракциям 50/70 и 40/60.


Что же касается скважины 974/2, то здесь, на основе имеющихся данных (гран. состав мех. примесей выделенных из добытой эмульсии), по методике Д.Тиффина соответствует заканчивание: проволочный или сетчатый фильтр с размером ячейки 200 мкм, либо гравийная набивка фракции 20/40. Но ввиду отсутствия для скважины 974/2 данных по распределению размеров частиц в интервале 1 – 150 мкм с полной уверенностью считать корректным предложенный вид заканчивания не возможно.

В результате, на основе всей имеющейся и проработанной информации для заканчивания скважин на Северо-Комсомольском месторождении можем рекомендовать следующие противопесочные системы заканчивания:


  • расширяющийся фильтр с размером ячейки 120 мкм;

  • гравийную набивку фракции 50/70 (максимальный размер зерен гравия ≈ 300 мкм) поддерживаемую проволочным фильтром с размером щели 125 мкм для борьбы с вторичным песком.