Імпульсна обробка привибійних зон

Лекція 18

При видобуванні флюїдів із підземних родовищ продуктивна зона розкривається однією або кількома свердловинами, що забезпечують можливість переміщення корисних копалин або її збагаченого розчину до денної поверхні. Не дивлячись на велику різноманітність типів свердловин, що визначаються характером технологічного процесу, порядком розробки родовища, наявністю домішок флюїдів, зон поглинання та ін., можна виділити 2 основних типи свердловин:

- свердловини, що працюють тільки на виливання або поглинання;

- свердловини, що працюють в замкнутому циркуляційному режимі.

Перші свердловини (а) відрізняються тим, що рух флюїду в довкола свердловинній області відбувається під впливом різниці тиску в свердловині Р_с і порового (пластового) тиску в навколишньому породному масиві чи в т.зв. "продуктивній зоні" Р_п.

В свердловинах другого тиску (б) різниця тисків, необхідна для руху флюїду в продуктивній зоні, створюється в самій свердловині відповідним добором її конструкції і технологічного обладнання.

Перший тип свердловин застосовується при рідких і газоподібних копалин (нафти, газу, підземних вод), другий – при при підземному виплавленні сірки, розливанні підземних сховищ в солі.

Можливість переміщення флюїду в породному масиві обумовлюється перш за все наявністю різного типу пустот (пор, тріщин, каверн), які слугують гідродинамічними копалинами, частково чи повністю виповненими флюїдом.

Пластовий тиск в процесі експлуатації свердловини поступово знижується в зв‘язку з відбиранням насичуючого флюїду, а це призводить до зменшення дебіту Q_c.

Тому в практиці, аби запобігти зниженню дебіту, застосовують різні схеми компенсації пластової енергії за рахунок ін‘єктування руферних рідин (напр., технічної води). Така техніка найбільш розвинута в області видобування нафти. Однак цей метод достатньо енергоємний, пов‘язаний із значними потребами у воді, що може призвести до порушення регіональної екологічної рівноваги.

Перевагою методу є високий коефіцієнт виймання к.к.

Збільшити дебіт можна збільшенням діаметра свердловини, однак при цьому різко зростають витрати на буріння пропорційно квадратові діаметра.

Ефективний радіус свердловини можна збільшити шляхом інтенсивного руйнування привибійної зони, коли її проникність різко зросте, - на кілька порядків порівняно з природною (фоновою) величиною.

Одним із можливих шляхів вирішення цієї задачі є торпедування свердловин зарядами хімічних ВР. Однак традиційні технології, не даючи значного збільшення дебіту і загрожуючи пошкодженням свердловини, що є дорогою інженерною спорудою.

Дебіт свердловини може бути збільшений за рахунок зменшення в‘язкості фільтрованого флюїду. Найчастіше цей метод інтоксикації роботи свердловин використовується при видобуванні флюїдів, в‘язкість яких залежить від температури (нафти, розплаву сірки та ін.). Практичне втілення він знайшов в створенні техніки і технології внутріпластового горіння, в гідротермальній та порогазовій обробці продуктивних зон.

Однак найбільша кількість розробок по інтенсифікації процесу видобутку підземних флюїдів та в геотехнології пов‘язано з управлінням проникністю порід, оскільки привибійна зона достатньо доступна для різного типу фізичних та хімічних впливів, що призводять до зміни проникності привибійної зони.

З цієї точки зору найбільш перспективними є такі методи впливу на породний масив, які здатні створювати протяжні щілини ненульового розкриття, що відрізняються високою гідравлічною провідністю. Цим вимогам задовольняє розрив порід (стаціонарний або імпульсний). Зрозуміло, що така технологія придатна і для свердловин з циркуляційним режимом роботи.

Так само швидкість масообмінних процесів в системах підземного вилуговування та розчинення зростає із зростанням швидкості фільтрації, пов‘язаної лінійно з проникністю породного масиву.

Розглядаючи розрив привибійних зон свердловин як створення нових гідродин. каналів для руху рідких та газопод. робочих тіл і кор. копалин, до імпульсних методів впливу на продуктивну зону слід віднести різні види перфорації (кумулятивної і кульової), термогазохімічний вплив і розрив порід тиском порохових газів, торпедування свердловин зарядами бризантних ВР, а також електрогідравлічну обробку.

Оскільки електрогідр. обробка застосовується надзв. рідко розглянемо серед імпульсних методів перфорацію і торпедування.

Кульові перфоратори Використовуються для створення в стінках свердловин каналів невеликої глибини. Робота кулевих перфораторів базується на руйнуючій дії куль, що вилітають із стволів під кутами 50-70^о до осі свердловини. Завдяки великій масі, каліброві і швидкості куль перфоратори здатні забезпечити необхідну гідродинамічну взаємодію свердловини з привибійною зоною. Розміри пробитого каналу – діаметр – 10-20 мм, глибиною 100-300 мм. Щільність перфорації – від 1,5 до 25 отворів за спуск на метр. Максимальна потужність розкривного інтервалу – від 0,5 до 50 м.

Завдяки великому каліброві куль (20-25 мм) навколо каналів створюється система щілин, що стають додатковими гідродинамічними каналами. В міцних породах діаметр каналу зберігається по всій глибині отвору, в пластичних – змінюється з глибиною, набуваючи конічної форми.

На пробивну здатність кулевих перфораторів і обсадною колоною; із зменшенням потужності заряду негативний вплив цього шару зростає.

Кумулятивні перфоратори. Їх робота базується на руйнуванні обсадної колони в привибійній зоні свердловини кумулятивним струменем, що утворюється при вибуху кумулятивних зарядів. Існують два типи кум. перфораторів: корпусні багаторазового використання і безкорпусні, що руйнуються.

Корпусні: заряди і засоби підривання ізольовані від зовнішнього середовища, вони термогазостійкі (можна застосовувати на великих глибинах). Корпус захищає колону від засмічення і від руйнування уламками зарядів.

Суттєва відмінність кумул. перф. від кулевого – струмінь направлений нормально до осі свердловини, що покращує ефективність обробки привибійної зони.

Розміри каналів від кумул. струменя в стінці свердловини та пласті залежить від маси заряду, форми і матеріалу кум. струм., порід і штучних перепон між перфоратором і пластом.

Особливості використання кумул. перфораторів (КП):

1. Перебування перфораторів в умовах високих температур знижує їх пробивну здатність. Так за 4 години перебування в темп., максимально припустимий для даної ВР, його пробивна здатність зменшується в 3 рази.

2. Геостатичний та гідростатичний тиск зменшує розміри каналів. При збільшенні твердості Г.П. і матеріалу обсадної колони, кількості труб в зоні перфорації зростає вірогідність закупорювання каналу пестом. від облицювання кумул. виймки.

3. Наявність шару рідини між КП і перепоною різко знижує пробивну здатність. Тому перфоратори не центруються, а притискаються до стінки свердловини.

Незважаючи на те, що техніка і технологія розриву привибійних зон свердловин за допомогою кумул. чи кулевих перфораторів добре освоєні, слід відмітити, що загальним суттєвим недоліком усіх видів перфорації є мала область обробки масиву по глибині, тобто метод має обмежені можливості по збільш. продуктивності свердловин. Тобто, перфорацію можна розглядати як проміжний метод, що дозволяє створити зародкову щілину або систему щілин. Подальший їх розвиток повинен забезпечуватись додатковими силовими та енергетичними факторами.