Файл: Соломатин Г.Г. Гидравлический разрыв пласта (опыт нефтяников Туркмении).pdf

2.Направленный гидроразрыв и гидроразрыв после закачки в призабойную зону большого количества цемента

Вряде случаев требуется создавать трещины в стро­ го определенных интервалах фильтра скважин. Напри­ мер, при наличии в скважине притока воды по отдель­ ным пропласткам гидроразрыву должны подвергаться только нефтяные пропластки. В мощных однородных пластах, имеющих подошвенную воду, для изоляции последней требуется на границе нефть-вода создавать

трещину и заполнять ее водоизолирующим материалом (создавать экран). В скважинах с большой мощностью фильтра гидроразрыву необходимо подвергать отдель­ ные пропластки с низкой проницаемостью, имеющим слабый приток нефти, что устанавливается при исследо­ вании скважин глубинным дебитомером.

Технология направленного гидроразрыва в основ­ ном остается такой же, как и при обычном процессе, особым лишь является вопрос о направлении разрыва в заданный интервал.

К настоящему времени предложено большое коли­ чество мероприятий, обеспечивающих направление по­ тока и получение трещин в заданном интервале. Боль­ шинство этих мероприятий рассчитано на то, чтобы до­ биться направления потока жидкости разрыва в пропла­ сток из колонны, скважины. К числу таких мероприятий относится установка двух пакеров или сдвоенного пакера. Жидкость разрыва из колонны насосно-компрессор­ ных труб поступает между пакерами, направляется через отверстия перфорации в заданный пропласток и создает трещину. С помощью двух пакеров можно осуществлять направленный гидроразрыв в нескольких пропластках, для чего необходимо каждый раз пакер устанавливать в соответствующем интервале.

5 2

Направленный гидроразрыв возможно производить с помощью одного пакера с засыпкой песком нижней части фильтра, если в этом возникает необходимость.

Предложена схема осуществления направленного гндроразрыва с помощью высокопрочных эластичных шариков. Для этого спускается корзина, в которую за­ сыпаются эластичные шарики, диаметром 18 мм. Конец труб с корзиной устанавливают несколько выше интер­ вала разрыва. При нагнетании жидкости перед началом процесса шарики увлекаются ею в отверстия перфора­ ции и перекрывают те, которые находятся выше корзи­ ны, а жидкость направляется в заданный интервал. Часть фильтра, ниже конца труб, при необходимости засыпается песком.

Все эти мероприятия обеспечивают получение тре­ щин в заданном интервале при наличии за колонной в интервале фильтра прочного цементного кольца, спо­ собного выдерживать большие перепады давлений. В ус­ ловиях слабосцементированных пластов, разрушающихся в процессе эксплуатации скважин, указанные способы достижения направленного разрыва не приемлемы, так как за колонной, в интервале фильтра, всегда имеется циркуляция жидкости между пропластками или созда­ ется при небольших перепадах давлений.

Вэтих условиях направленный гидроразрыв пласта можно осуществить за счет следующего мероприятия.

Вскважину закачивают цемент под давлением до полного насыщения им каверн за колонной. После за­

твердения цемента для получения разрыва в требуемом интервале производят усиленную перфорацию этого ин­ тервала, а затем осуществляется гидроразрыв.

Наибольшее количество гидроразрывов по указанной схеме проведено в НПУ «Небитдагнефть» по скважи­ нам, в которых производилась изоляция притока плас­ товых вод.

53

Особенность цементировок скважин при изоляции притока вод по месторождениям Кум-Даг и Небит-Даг,

часто и 50 и 100 тонн.

Из такого количества цемента за колонной в интерва­ ле фильтра создается цементное кольцо значительных размеров, пробить которое многда не в состоянии ни пулевые, ни кумулятивные перфораторы. В то же время

ня происходил против нефтяного пласта, предварительно производится усиленная кумулятивная перфорация это­ го участка фильтра. Предварительная перфорация в ка­ кой-то степени ослабляет цементный камень и тем са­ мым обеспечивается направленность разрыва. В НПУ «Небитдагнефть» гидроразрывы по указанной схеме проведены в большом количестве скважин (№№ 496, 675, 622, 158, 493, 755, 745) и получено большое коли­ чество нефти. Например, по скважине № 493—6918 тонн, по скважине № 622—1619 тонн.

В скважинах, где при цементировке призабойная зо­ на за колонной заполнялась цементом недостаточно, направленного гидроразрыва не получено. Примером мо­ гут служить работы, проведенные по скважине № 425 (гидроразрыв проводился 29.IX—1958 г.). Для изоляции притока воды и насыщения призабойной зоны закачали небольшое количество цемента — 4 тонны.

При производстве гидроразрыва введен радиоактив­ ный песок с целью установить зоны разрыва. По данным основного замера ГК. проведенного после гидроразры­ ва, отмечено несколько зон разрыва (1448—1502 м. 1506—1508 м, 1511—1513 м, 1518—1520 м), тогда как усиленная перфорация (30 отверстий на погонный метр

54

фильтра) производилась в интервале 1511—1513 м. На­ личие несколышх зон разрыва указывает, что и при це­ ментировке пропластки не были надежно разобщены. Эффекта от гидроразрыва не получено.

В отдельных случаях при гидроразрыве после пред­ варительной цементировки делались попытки закачи­ вать небольшое количество песка или вообще произво­ дить разрыв без подачи песка, такие операции оказыва­ лись менее эффективными. Как показывают промысло­ вые данные при проектировании гидроразрыва после цементировки во всех случаях целесообразно назначать для закачки в пласт выше 5—б тонн песка, если для процесса не применяются нефтекислотные эмульсии.

3.Гидравлический разрыв без закачки крупнозернисто­ го песка в пласт

Возможность повышения дебита скважин за счет гидроразрыва без закачки крупнозернистого песка уста­ новлена в НПУ «Кумдагнефть» в 1955 году. Первый опыт был проведен на скважине № 10 (Восточного КумДага) [12]. До конца 1961 года проведено более 107 та­ ких операций и получено дополнительно 31446 тонн нефти.

Гидроразрыв без песка — менее трудоемкая операция, он прост по технологии, и поэтому дополнительная нефть, получаемая за счет этого мероприятия, дешевле, чем до­ полнительная нефть получаемая за счет гидроразрыва с закачкой в пласт крупнозернистого песка.

Г'идроразрыв без песка или закачка нефти в пласт осуществляется по следующей схеме. К скважине подво­ зится нефть в двух-трех емкостях, объемом по 18 м3- Устье скважины оборудуется тройником или крестови­ ной от фонтанной арматуры АФТ — 250. К насосно-ком­ прессорным трубам через переводник подключаются два

5 5

насосных агрегата ЦА-300, и- нефть закачивается в сква­ жину с максимальной их производительностью. В фон­ танных скважинах эта операция производится без подъ­ ема фонтанного лифта п остановки скважины.

Повышение дебита скважин после гидроразрыва без закачки песка в начальный период работ связывалось с очисткой поровых каналов пластов в призабойной зоне нефтью, закачиваемой с большой скоростью (при боль­ ших градиентах давлений, чем последние создаются в период эксплуатации скважины), так как трещины, обра­ зующиеся при этом, не закреплялись. Такой вывод осно­ вывался на том факте, что при одинаковой технологии этих операций положительные результаты отмечены в основном в скважинах, работавших длительное время на одном горизонте. И, наоборот, по скважинам, которые эксплуатировались непродолжительно, прироста дебита не получено.

Очевидно, в процессе эксплуатации скважин при за­ бойных давлениях ниже давления насыщения происхо­ дят дегазация нефти и выпадение тяжелых компонентов ее в порах породы, за счет чего снижается продуктив­ ность скважин. Значительное влияние последнего про­ цесса на снижение проницаемости пород должно ощу­ щаться после длительной эксплуатации скважин. Хоро­ шо фильтрующаяся промысловая нефть, нагнетаемая в процессе гидроразрыва (без песка), может оттеснять отложившиеся вязкие компоненты нефти в глубь пласта и тем самым повышать проницаемость пород призабой­ ной зоны.

Аналогичное объяснение эффекта, получаемого за счет гидроразрыва без закачки песка с поверхности, дается в .американской литературе [17].

Проведенное в последующем изучение механизма гидравлического разрыва и исследование скважин пока­ зывают, что повышение продуктивности последних после

56

нагнетания в пласты жидкости (нефти в нефтяные и во­ ды в нагнетательные скважины) с большой скоростью вызывается как за счет очистки поровых каналов, так и за счет образования трещин и абразивного (разрушаю­ щего) действия струи,, проходящей по пласту.

Отмечено, что при образовании трещин в крепких породах (известняки, доломиты, песчаники) последние некоторое время могут сохраняться (без закрепления песком) за счет остаточных деформации массива по­ роды.

В слабосцементированных породах, какими являются пласты месторождений Кум-Даг, Небит-Даг и других, поток жидкости, движущийся по трещине, может раз­ мывать ее поверхности и переносить эти частицы в глубь трещины.

После прекращения нагнетания жидкости трещина не сможет сомкнуться, так как в одной ее части будет скопление принесенных частиц пластовой породы, а в другой — наличие размытых поверхностей. Размеры ка­ налов, очевидно, будут зависеть от скорости движения жидкости по трещине (абразивного ее действия) и ме­ ханической прочности пород, в которых образована тре­ щина. С увеличением скорости движения жидкости в тре­ щине будет увеличиваться разрушение породы и, соот­ ветственно, увеличатся размеры каналов, сохраняемых в пласте.

В крепких породах эффект от гидроразрыва без пес­ ка будет незначительным.

Количество дополнительно добытой нефти, приходя­ щейся на один гидроразрыв без песка в Кум-Даге, ока­ зывается меньше, чем на один гидроразрыв, проведен­ ный на вязкой жидкости с закачкой крупнозернистого песка. Последнее можно объяснить тем, что размер тре­ щин, сохраняющихся в пласте в первом случае, мень­ ше, чем при закачке крупнозернистого песка.

5 7

Темп нагнетания жидкости в скважину при осуществ­ лении гидроразрывов без песка в американской практи­

этих операций, темп нагнетания нефти составлял: 0,4— 0,8 м3/мин. при общем расходе ее 10—45 м3.

Анализ проведенных работ показывает, что эффек­ тивность этого процесса в основном увеличивается с увеличением темпа нагнетания жидкости в пласт.

Более эффективными, чем гидроразрывы нефтью без песка, оказались гидроразрывы нефтекислотной эмульсией, проведенные в НПУ «Небитдагнефть» в 1961, 1962 гг. в скважинах №№ 764, 394, 489, 688. Более вязкие, с низкой фильтруемостью, нефтекислотные эмульсии способствуют созданию более глубоких и ши­ роких трещин в пласте.

Помимо гидравлического действия на породу пласта со стороны эмульсии, после разложения ее, кислотный раствор дополнительно растворяет карбонатный мате­ риал и этим повышает пропускную способность трещин.

Так, по скважине № 394 (НПУ «Небитдагнефть») были проведены изоляционные работы, в несколько при­ емов в призабойную зону закачали 24 тонны цемента. Произвели прострел кумулятивным перфоратором в ин­ тервале 1000—1013 м. 3 месяца производилось освоение скважины, притока не получено.

Произвели гидроразрыв без песка на нефтекислотной эмульсии (закачали 16 м3 эмульсии, состоящей из 50% нефти и 13% раствора соляной кислоты). После процес­ са скважина быстро освоена и работает с дебитом 5,1 т1сутки нефти и 4,3 т!сутки воды. За 6 месяцев рабо­ ты из скважины получено 620 тонн нефти. По такой же технологии произведен гидроразрыв в скважине № 489, из которой за 4 месяца получено 980 тонн нефти.

58

Гидравлический разрыв без песка, особенно нефте­ кислотными эмульсиями, оказывается эффективным мероприятием по повышению дебита скважин. Однако применение для гидроразрыва в слабосцементированных породах непосредственно кислотных растворов часто приводит к отрицательным результатам. Вызвано это следующим. Кислотный раствор, как хорошо фильтрую­ щаяся жидкость, легко проникает в поры породы и, несмотря на высокую скорость нагнетания, может не об­ разовать трещин в пласте, особенно в дренированных скважинах. Кислота будет действовать по всей • мощно­ сти пласта, но не на большую глубину. При растворении большого количества карбонатного материала в породе, последняя разрушается и песок вместе с жидкостью по­ ступает в колонну, образуя песчаные пробки. Эксплуата­ ция скважины при этом осложняется, конечный резуль­ тат оказывается отрицательным. Применять кислотные растворы для гидроразрыва возможно в скважинах вскрывших крепкие породы с низкой проницаемостью-

При закачке нефтекислотной эмульсии, слабофильтрующейся жидкости, последняя проникает только по трещинам глубоко в пласт, не затрагивая и не разру­ шая основной массы породы в призабойной зоне. Глу­ бокие трещины обеспечивают больший прирост дебита, а при сжатии стенок трещин, в некоторой степени, пластовый песок удерживается от выноса в скважину.

4.Гидравлический разрыв для борьбы с пробкообразованием в нефтяных скважинах

Образование песчаных пробок в нефтяных скважи­ нах при эксплуатации слабосцементированных или рых­ лых пластов наносит большой ущерб нефтяной про­ мышленности. Чистка и промывка песчаных пробок вы­ зывают большие простои скважин и потери нефти. Пе­

59

сок, поступающий вместе с жидкостью, ускоряет износ глубинных насосов, увеличивая количество ремонтов в скважинах.

На промыслах Туркмении, наряду с другими метода­ ми борьбы с пробкообразоваинем, применяют гидравли­ ческий разрыв.

Гидравлический разрыв,, по своей сущности, может вызвать снижение или прекращение пробкообразования

вскважинах в силу ряда причин.

1.Снижение или прекращение пробкообразования может произойти при условии, если за счет гидроразры­ ва будет достигнуто увеличение дебита до такой вели­ чины, при которой весь песок, поступающий из пласта на

удаленной части пласта в скважину.

За счет трещины (канала) основная часть перепада давления между пластом и скважиной будет отнесена в глубь пласта. Тогда на породу пласта в зоне, приле­ гающей к колонне, будет действовать меньший перепад давления, меньшим будет поток нефти и газа. Снижение перепада давления и уменьшение скорости потока неф­ ти и газа через породу в призабойной зоне, соответствен­ но, приведет к уменьшению разрушения пород, умень­ шится пробкообразование.

3.Закачиваемый в скважину крупнозернистый песок

впроцессе гидроразрыва, скопляясь за колонной,, может образовать песчаный фильтр, который будет препятст­ вовать поступлению пластового песка на забой сква­ жины. Образующийся фильтр из крупнозернистого песка будет сдерживать дальнейшее разрушение пороц пласта.

6 0