СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СЛАБОСЦЕМЕНТИРОВАННОГО ПЛАСТА Российский патент 2015 года по МПК E21B43/04 

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а именно к способам крепления слабосцементированного пласта призабойной зоны скважины с целью предотвращения ее разрушения путем закачки в пласт фильтрующего материала, и может быть использовано для крепления слабосцементированного пласта, предотвращения его разрушения, а также предотвращения выноса песка из призабойной зоны скважины.

Для борьбы с выносом песка путем закачки в пласт фильтрующего материала известны многие способы, предусматривающие сооружение гравийного противопесочного фильтра в призабойной зоне скважины.

Способ создания гравийного фильтра в скважине [RU №1700211] предусматривает спуск в скважину колонны обсадных труб, ее цементирование, перфорирование колонны с цементным кольцом в интервале продуктивного пласта, намывку песчано-гравийного материала через перфорацию за цементное кольцо с помощью жидкости-носителя и последующее его закрепление. С целью повышения качества закрепления фильтра, в качестве песчано-гравийного материала используют смесь полимиктового песчаника и твердого топлива, спекание песчаника осуществляется за счет коксования топлива. Основным недостатком данного способа является то, что коксование топлива вызывает неконтролируемый процесс ухудшения фильтрационных характеристик призабойной зоны. Это приводит к уменьшению продуктивности скважины. Также способ не предусматривает уплотнение разуплотненных пород призабойной зоны. Следовательно, он не устраняет причину выноса песка, а позволяет бороться лишь с последствием разуплотнения и разрушения породы, таким образом эффект от реализации данного способа будет иметь не продолжительный характер.

В способе крепления призабойной зоны пласта с неустойчивыми породами [RU №2464410] авторы предлагают с целью предотвращения выноса песка в призабойной зоне выполнять гидроразрыв пласта с закачкой в образовавшиеся трещины полимерного проппанта. Существенным недостатком данного способа является то, что при проведении гидроразрыва пласта порода в призабойной зоне переуплотняется и разрушается, мелкие частицы разрушенной породы склонны к выносу с продукцией скважины. Для уменьшения выноса породы достаточно уплотнить разуплотненную породу до первоначального состояния и не допускать ее разрыв.

Авторы способа [RU №2374431] предлагают способ сооружения гравийного фильтра, включающий спуск фильтровой компоновки на колонне насосно-компрессорных труб, разобщение трубного и затрубного пространства, приготовление и закачку в пласт гравийно-жидкостной смеси через фильтровую компоновку, удаление излишков гравия обратной промывкой, поднятие фильтровой компоновки труб, спуск эксплуатационного оборудования. После удаления излишков гравия проводят глушение скважины утяжеленной жидкостью для создания гидростатического давления на пласт с целью уплотнения закачанного гравия.

Авторы способа [RU №2317404] предлагают доставлять гравийный состав в призабойную зону через колонну насосно-компрессорных труб, при закачке смеси колонну постепенно поднимают, а уплотнение гравийного состава производят за счет периодической остановки подъема колонны насосно-компрессорных труб при вымывании гравийного фильтра и опускании колонны насосно-компрессорных труб до упора в образующийся гравийный фильтр.

Главными недостатками последних трех способов является следующее: авторы предлагают уплотнять гравийный фильтр после закачки, а не уплотнять породу ПЗП перед закачкой гравия. Ни один из приведенных способов не дает возможности математически оценить параметры разуплотненной призабойной зоны перед закачкой гравийного фильтра.

Наиболее близким по технологической сущности является способ создания гравийного фильтра в скважине [RU №2393339], который предусматривает закачку в пласт рабочего агента, с использованием техники гидроразрыва пласта, с целью «гидроуплотнения» породы для оттеснения пластового песка из призабойной зоны в пласт. Способ включает вскрытие пласта перфорированной обсадной колонной, намыв гравия в интервал перфорации в пространство каверн за обсадной колонной. Для уплотнения структуры песка в призабойной зоне пласта перед закачкой гравия в пласт закачивают сшитый гель. Существенным недостатком данного способа является отсутствие методики расчета параметров закачки, позволяющей математически оценить объемы и давления закачки уплотняющего и фильтрующего материала, исключающие разрушение уплотненного слоя породы.

Задачей изобретения является предотвращение выноса песка из разуплотненной призабойной зоны скважины, представленной слабосцементированной породой.

Техническим результатом изобретения является предупреждение или существенное уменьшение выноса песка из призабойной зоны скважины представленной слабосцементированной породой.

Технический результат достигается тем, что в способе крепления слабосцементированного пласта, включающего вскрытие пласта перфорацией обсадной колонны, уплотнение разуплотненной части призабойной зоны пласта до первоначального состояния путем закачки в пласт сшитого геля, под давлением, не превышающим давление гидроразрыва пласта, сохранение ее в таком состоянии путем закачки полимеризованного проппанта, при этом объем закачки полимеризованного проппанта определяют с учетом уплотнения пород разуплотненной призабойной зоны по формуле

где V - объем разуплотненной зоны, м³;

где R - радиус разуплотненной зоны, м, определяемый по формуле

где t₁, t₀ - время окончания и начала закачки сшитого геля соответственно, с;

Q - объемный расход закачиваемого сшитого геля, м³/с;

f - соотношение песка и жидкости в разуплотненной зоне, доли единиц;

V_L - объем уплотненного слоя породы толщины L, м³ _;

V_L=π·R²·L.

Критическое давление закачки, давление гидравлического разрыва уплотненного слоя породы определяется по фактическим значениям давления закачки проппанта в пласт, по данным ранее выполненных предварительных закачек сшитого геля малого объема, или по формуле Итона

где ν - коэффициент Пуассона, д.е.;

σ_h - горизонтальное напряжение, МПа;

σ_v - вертикальное напряжение, МПа;

P_res- величина пластового давления, МПа.

На фиг. 1, 2 представлен способ осуществления крепления слабосцементированного пласта, где 1 - призабойная зона пласта, 2 - скважина, 3 - разуплотненная зона, 4 - сшитый гель, 5 - граница разуплотненной зоны, 6 - расклинивающий агент - полимеризованный проппант.

Способ крепления осуществляется следующим образом.

В разуплотненную зону (3) призабойной зоны пласта (1) через насосно-компрессорные трубы, опущенные в скважину (2), под давлением на пласт, не превышающим допустимое закачивается сшитый гель (4), который оттесняет из разуплотненной зоны пластовую жидкость и песок в пласт с образованием уплотненного слоя на границе разуплотненной зоны (5), затем без прерывания закачки в уплотненную призабойную зону помещают расклинивающий агент - полимеризованный проппант (6), который под действием пластовой температуры консолидируется и образует прочную высокопроницаемую структуру, служащую каркасом, а также противопесочным экраном, удерживающим слабосцементированный пласт призабойной зоны скважины в уплотненном состоянии. Фракция проппанта определяется по критерию Сосьера. Допустимое давление закачки и объем сшитого геля и проппанта подбирают в соответствии с представлением о разуплотненной породе призабойной зоны пласта как о пластичной среде. Таким образом, не достигается переуплотнение и разрушение призабойной зоны скважины.

Способ имеет значительное преимущество над своим прототипом в том, что математически точно оцениваются оптимальные объемы закачки, требуемые для уплотнения разуплотненной зоны. Поэтому уменьшается риск разрушения уплотненного слоя породы в призабойной части пласта. Оптимизация объемов закачки позволяет уменьшить капитальные затраты на проведение операции.

Использование данного способа для борьбы с выносом породы позволяет добиться уменьшения количества взвешенных частиц в потоке добываемой жидкости. Так с использованием данного способа было выполнено пять операций крепления призабойной зоны пласта скважин, вскрывающих слабосцементированный коллектор. Уменьшение количества взвешенных частиц в потоке добываемой жидкости составило в среднем 8 раз. При этом накопленная добыча нефти за межремонтный период осталась на уровне со способом-прототипом.

По одной из скважин удалось добиться уменьшения количества взвешенных частиц в 9,4 раза (с 3930 до 418 г/л).

Такой результат удалось достигнуть благодаря оценке радиуса разуплотненной зоны, уплотнению породы до первоначального состояния путем закачки сшитого геля. Гель закачивали с расходом 2 м³/мин (0,03 м³/с), давление на забое плавно росло. На четвертой минуте (240 секунде) наблюдался перегиб на кривой давления закачки, давление стало падать. В точке перегиба давление на забое было близко к давлению разрыва породы (39 МПа). Достижение давления, близкого к гидроразрыву пласта при плавном росте давления закачки, свидетельствовало об уплотнении породы разуплотненной зоны до первоначального состояния. По достижении давления, близкого к давлению гидроразрыва породы, закачку прекратили. Объемный расход закачиваемого сшитого геля равен объему разуплотненной зоны и составляет

V=2·(4)=8 м³

Радиус разуплотненной зоны

Так как предполагается, что разуплотненная зона имеет форму шара, то фильтрация жидкости из разуплотненной зоны будет проходить через площадь, равную площади поверхности сферы, ограничивающей разуплотненную зону. Для упрощения расчета допускали, что фильтрация проходит через основание цилиндра, площадь которого равна площади сферы разуплотненной зоны, а длина равна L, тогда при давлении закачки в 36 МПа толщина уплотненного слоя породы составляла

где k - проницаемость, мкм²;

ΔР - перепад давления на границе фильтрации (пористая поверхность шара), МПа;

µ - вязкость пластовой жидкости, Па*с.

Объем цилиндра породы (объем уплотненного слоя породы V_L) составил

V_L=π·R²·L=1,42²·3,14·0,388=2,45 м³.

Также делали допущение, что при закачке (уплотнении) порода будет уплотняться на внутренней стороне поверхности сферы разуплотненной зоны, т.е. разуплотненная зона не может расти в объеме при закачке. Таким образом, требуемый объем закачки для уплотнения породы разуплотненной зоны до первоначального состояния составил:

V₃=V-V_L=8-2,45=5,55 м³

Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а именно к способам крепления слабосцементированного пласта призабойной зоны скважины. Способ включает вскрытие пласта перфорацией обсадной колонны, уплотнение разуплотненной части призабойной зоны пласта до первоначального состояния путем закачки в пласт сшитого геля под давлением, не превышающим давление гидроразрыва пласта, сохранение ее в таком состоянии путем закачки полимеризованного проппанта. Объем закачки полимеризованного проппанта определяют с учетом уплотнения пород разуплотненной призабойной зоны по формуле V_з=V - V_L,

где V - объем разуплотненной зоны, м³; V_L - объем уплотненного слоя породы толщиной L, м³. Предотвращается вынос песка из разуплотненной призабойной зоны скважины. 2 ил.

Способ крепления слабосцементированного пласта, включающий вскрытие пласта перфорацией обсадной колонны, уплотнение разуплотненной части призабойной зоны пласта до первоначального состояния путем закачки в пласт сшитого геля, под давлением, не превышающим давление гидроразрыва пласта, сохранение ее в таком состоянии путем закачки полимеризованного проппанта, отличающийся тем, что объем закачки полимеризованного проппанта определяется с учетом уплотнения пород разуплотненной призабойной зоны по формуле
V_з=V-V_L,
где V - объем разуплотненной зоны, м³;

R - радиус разуплотненной зоны, м, определяемый по формуле

где t₁, t₀ - время окончания и начала закачки сшитого геля соответственно, с;
Q - объемный расход закачиваемого сшитого геля, м³/с;
f - соотношение песка и жидкости в разуплотненной зоне, доли единиц;
V_L - объем уплотненного слоя породы толщины L, м³;
V_L=π·R²·L.