СПОСОБ БОРЬБЫ С ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЕМ В ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТАХ Российский патент 1996 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к способам борьбы с пескопроявлением в скважинах при добыче жидкости и газа из подземных геологических пластов, сложенных рыхлыми и несцементированными песчаниками.

Предлагаемый способ может быть применен в нефтяных и газовых скважинах, а также в водозаборных скважинах при отборе воды из пластов для народнохозяйственных нужд.

Известен способ предотвращения выноса песка и крепления призабойной зоны скважин посредством закачки песчано-цементной смеси /1/.

Недостатком способа является низкая проницаемость образующегося цементно-песчаного камня в призабойной зоне скважины. Процесс осуществления способа трудоемок и требует разбуривания оставленной в интервале фильтра пробки из цементно-песчаного раствора и повторной перфорации скважины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ крепления призабойной зоны пласта путем заполнения призабойной зоны фильтрующимся материалом, который для обеспечения стабильной проницаемости содержит равномерно распределенные эластичные герметичные оболочки, заполненные газом /2/.

Данный способ не эффективен и сложен в осуществлении. Фильтрующий материал обеспечивает стабильную проницаемость призабойной зоны скважины, но не укрепляет призабойную зону и не предотвращает выноса песка. Поэтому требуется дополнительная установка противопесчаного фильтра и изоляция объема введенного фильтрующего материала с эластичными оболочками от полости скважины с помощью тампонажного материала.

Целью изобретения является повышение эффективности, упрощение способа и обеспечение надежного закрепления фильтрующего материала в процессе эксплуатации скважины при обеспечении его высокой проницаемости.

Цель достигается описываемым способом, включающим закачку в призабойную зону фильтрующего материала в виде твердых упругих и неупругих частиц.

Новым является то, что твердые упругие и неупругие частицы берутся в соотношении (об.):
Твердые упругие частицы 50-95
Твердые неупругие частицы 5-50,
причем закачку фильтрующего материала в конце операции осуществляют при забойном давлении, превышающем в два и более раз давление в процессе эксплуатации скважин.

Новым является то, что в качестве твердых упругих частиц используют резиновую крошку или гранулы упругого полимерного материала.

Способ осуществляется следующим образом.

В скважину, обсаженную колонной и вскрытую перфорацией в интервале продуктивного пласта, одним из известных методов закачивают приготовленную на поверхности смесь твердых неупругих и упругих частиц.

В качестве твердых неупругих частиц используют песок, гравий или несжимаемые полимерные материалы и т.п. В качестве твердых упругих частиц - резиновую крошку или полимерные материалы, обладающие упругостью.

Размеры частиц выбирают из условия эффективной работы образованного из частиц в призабойной зоне пласта фильтрующего слоя, играющего роль фильтра. Исходя из этого диаметр неупругих частиц рекомендуется использовать не более 3 мм.

Размер упругих частиц зависит от свойств материала и давления в процессе эксплуатации скважины. Например, при использовании резиновой крошки в качестве упругих частиц диаметр их не должен превышать 7 мм.

При применении способа на добывающих нефтяных и газовых скважинах носителем частиц служит нефть или другие углеводороды.

В водозаборных и водонагнетательных скважинах носителями являются вода, раствор полимера или другие растворы, не засоряющие продукцию скважин.

Вязкость жидкости носителя выбирается из условия, чтобы не происходило расслоения смеси при транспортировке по скважине. Твердые частицы не растворимы в жидкости-носителе и пластовых флюидах. Минимальное содержание твердых упругих частиц в фильтрующем материале составляет 50 об. так как для создания прочного проницаемого слоя, предотвращающего вынос песка, необходимо, чтобы каждая неупругая частица находилась в контакте с упругими частицами. С увеличением содержания упругих частиц каждая неупругая частица имеет большее число контактов и площадь соприкосновения с упругими частицами, тем самым повышается устойчивость фильтрующего материала к выносу из скважины. Однако при увеличении содержания упругих частиц снижается проницаемость фильтрующего материала. В случае использования резиновой крошки в качестве упругих частиц при увеличении ее содержания с 50 до 95% проницаемость фильтрующего материала снижается в 10-20 раз (см. таблицу).

Учитывая, что проницаемость фильтрующего материала применительно к нефтяным пластам должна быть не менее 0,5 мкм², для условий проведения опытов в примере 1 ( см. таблицу) получаем, что оптимальная концентрация резиновой крошки составляет 50-60%
При использовании других, более упругих, чем резина, материалов, например полимеров, оптимальное содержание упругих частиц в фильтрующем материале изменится. В этом случае ввиду более слабого обжима неупругих частиц упругими нижний предел содержания упругих частиц, при котором происходит вынос песка, может составить более 50% Верхний предел также увеличится и может приближаться к значению 100%
В процессе закачки фильтрующего материала упругие частицы поступают в призабойную зону в сжатом напряженном состоянии. После закачки по мере снижения давления упругие частицы при сохранении объема фильтрующего материала защемляют неупругие частицы, происходит уплотнение и упрочнение фильтрующего материала.

После окончания закачки смеси, давление которой не превышает давления разрыва пласта, скважину промывают, осваивают известными методами призабойную зону и вызывают приток жидкости или газа из пласта. При необходимости спускают насос и пускают в эксплуатацию.

В процессе отбора продукции из скважины давление снижается и происходит дальнейшее упрочнение фильтрующего материала и призабойной зоны в целом, что обеспечивает надежную работу скважины и эффективную эксплуатацию продуктивного пласта.

Образованный в призабойной зоне проницаемый слой из фильтрующего материала представляет собой плотную монолитную массу как бы склеенных между собой частиц, прочность которой обусловлена скреплением сжатых упругих и неупругих частиц между собой.

Прочность фильтрующего слоя обеспечивается запасом упругой энергии твердых упругих частиц, которая образуется за счет превышения забойного давления при закачке фильтрующего материала над давлением при эксплуатации скважины. Это превышение зависит от свойств твердых упругих частиц и определяется экспериментально. Максимальное давление на забое должно быть в конце закачки фильтрующего материала в два и более раз больше давления при эксплуатации скважины, что подтверждается примером 1 и примером конкретного осуществления.

Способ был испытан на физической модели пласта.

Пример 1. Модель пласта представляла собой металлическую трубу диаметром 32 мм и длиной 200 мм, заполненную кварцевым песком с проницаемостью 8,1 мкм². На входном торце модели устанавливалась мелкая сетка и решетка с отверстиями диаметром 1 мм. На выходе модели размещался слой равномерно перемешанного фильтрационного материала толщиной 25 мм с содержанием резиновой крошки 45-95 об. остальное песок. В торце ставилась решетка с диаметром отверстий 4 мм без сетки. Модель заполнялась с выходного конца водой, после чего туда же задавливалось и уплотнялось дополнительное количество крошки и песка при давлении 1 МПа. Затем давление снималось и осуществлялась прокачка воды с входного конца модели. Песок состоял из фракций размером 0,3-1,2 мм, резиновая крошка 0,3-1,2 мм, т.е. их размеры были более чем в 3 раза меньше диаметра отверстий на выходе модели.

Первоначально были проведены опыты по прокачке воды через модель с песком без фильтрующего материала, которые показали вынос песка из модели при минимальных скоростях фильтрации 0,1-0,2 м/ч.

Данные, полученные в опытах по прокачке воды через модель со слоем фильтрующего материала, представлены в таблице. В опытах скорость фильтрации воды достигала 150 м/ч при противодавлении 0,1-0,5 МПа, т.е. давление закачки фильтрующего материала (1 МПа) превышало давление отбора продукции (противодавление) в 2-10 раз. Содержание резиновой крошки в фильтрующем материале составляло 45-95%
Из таблицы видно, что при содержании резиновой крошки 45% и отношении давлений закачка/отбор в 2-10 раз происходил вынос песка из модели.

При содержании крошки 50% вынос песка имел место при отношении давлений, равном двум, и отсутствовал при большем его значении.

При содержании резиновой крошки 55-95% выноса песка не происходило при отношении давлений в интервале 2-10 раз.

Из таблицы видно, что с увеличением содержания резиновой крошки наблюдается снижение проницаемости фильтрующего материала. При необходимости с целью предотвращения снижения продуктивности скважины проницаемость фильтрующего материала может быть повышена путем увеличения размеров резиновой крошки и песка. Так, эксперименты показали, что увеличение фракции резиновой крошки с 0,3-1,25 мм до 1,25-2,0 мм более чем в 5 раз повышает проницаемость фильтрующего материала.

Пример конкретного осуществления.

Работы по креплению призабойной зоны пласта с целью предотвращения выноса песка проведены на скважине N 8477 Бурейкинского месторождения республики Татарстан. Скважиной вскрыт пласт, сложенный несцементированным песчаником толщиной 5 м (глубина залегания 1424-1429 м; интервал перфорации 1425-1428 м).

Перфорация выполнена с помощью сверлильного перфоратора ПС-112, диаметр отверстий 12 мм.

Скважина освоена в эксплуатацию в конце 1989 г. с начальным дебитом нефти в количестве 6 т. Из-за выноса песка скважина неоднократно находилась в ремонте и практически не работала до марта 1993 г. т.е. до момента крепления призабойной зоны пласта по предлагаемому способу, согласно которому было сделано следующее.

Закачали фильтрующий материал, состоящий из резиновой крошки и песка, взятых в соотношении 56:44 об. Размеры резиновой крошки 0,5-3 мм, размеры кварцевого песка до 1,2 мм. В качестве жидкости-носителя использовалась нефть вязкостью 97 мПа•с в количестве 15 м³.

Закачку суспензии прекратили по достижении давления на устье, равном 10 мПа.

Сорвали и подняли пакер, промыли скважину до забоя. Освоением скважины вызвали приток нефти из пласта. В продукции скважины отсутствовали резиновая крошка и песок. Убедившись в притоке чистой нефти, спустили подземное оборудование с насосом. После запуска насоса ведется периодический контроль за продукцией скважины. Скважина эксплуатируется в течение 15 мес с дебитом 6,0 т/сут нефти при отсутствии песка, давление на забое составляет 4 МПа.

С учетом столба жидкости при плотности нефти 900 кг/м³ максимальное давление на забое Р_з при закачке смеси составляло
P_з= P_у+ρ•g•H = 10+900×9,8×1424 = 22,5 МПа,
где Р_у=10 МПа давление на устье,
ρ = 900 кг/м³ плотность нефти,
H=1424 м глубина залегания пласта,
g=9,8 м/с² ускорение свободного падения.

Таким образом, давление на забое скважины при закачке фильтрующего материала было больше забойного давления в процессе эксплуатации скважины в 5,6 раза (22,5:4).

Эффективность предлагаемого способа подтверждается стабильной работой скважины в течение более года с сохранением высокой продуктивности при полном исключении выноса песка за счет создания в призабойной зоне прочного проницаемого фильтрующего слоя. При этом отпадает необходимость в применении внутрискважинного противопесчаного фильтра, что приводит к упрощению способа. ТТТ1

Использование: в скважинах при добыче жидкости и газа из подземных геологических пластов, сложенных рыхлыми и несцементированными песчаниками. Обеспечивает повышение эффективности, упрощение способа и обеспечение надежного закрепления фильтрующего материала в процессе эксплуатации скважины при обеспечении его проницаемости. Сущность изобретения: в призабойную зону закачивают смесь твердых упругих и неупругих частиц. Упругие частицы составляют 50-95% объема фильтрующего материала. В процессе закачки упругие частицы поступают в призабойную зону в сжатом напряженном состоянии. После закачки по мере снижения давления упругие частицы при сохранении объема фильтрующего материала защемляют неупругие частицы. Происходит уплотнение и упрочение фильтрующего материала. Вокруг эксплуатационной колонны образуется упругий проницаемый слой. Он уплотняет неустойчивые породы и предотвращает поступление песка в скважину. Для обеспечения надежной работы скважины и эффективной эксплуатации продуктивного пласта закачку фильтрующего материала в конце операции осуществляют при давлении, превышающем в два и более раз давление в процессе эксплуатации. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ борьбы с пескопроявлением в продуктивных пластах, включающий закачку в призабойную зону скважины фильтрующего материала в виде твердых упругих и неупругих частиц и эксплуатацию скважины, отличающийся тем, что твердые упругие и неупругие частицы берут в соотношении:
Твердые упругие частицы 50 95
Твердые неупругие частицы 5 50
причем закачку фильтрующего материала в конце операции осуществляют при забойном давлении, превышающем в два и более раз давление в процессе эксплуатации скважины. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых упругих частиц используют резиновую крошку. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых упругих частиц используют гранулы упругого полимерного материала.