Попередження забруднення продуктивних пластів під час їх розкриття

 

Збереження природної проникності продуктивних пластів є найважливі­шою вимогою до технологій завершення свердловин. Від її ефективної реалізації залежить продуктивність свердловин і ступінь вилучення вуглеводнів у про­цесі розробки родовищ.

Реалізацію кожної технологічної операції під час завершення свердлови­ни потрібно здійснювати з урахуванням вимог до якісного розкриття продук­тивних горизонтів.

Для науково обґрунтованого ви­бору методів запобігання забрудненню продуктивного пласта необхідна інфор­мація про літологічний склад порід, їх колекторські властивості та насиченість флюїдами, фізико-хімічні властивості флюїдів, пластові тиски і температури, а також слід враховувати результати аналізу застосування існуючих техноло­гій завершення свердловин.

У загальному випадку методи за­побігання забрудненню продуктивного пласта охоплюють вибір конструкції свердловини, технологій первинного і вторинного розкриття пласта, буро­вого розчину та його хімічної обробки, керування гідро - і термодинамічними умовами розкриття пласта.

Вибір конструкції свердловини здійснюють із урахуванням функціо­нальних, технологічних, економічних і екологічних вимог [5]. Ефективне ви­користання пластової енергії досягаєть­ся, зокрема, якісним розкриттям про­дуктивних горизонтів.

Конструкція свердловини має від­повідати цій важливій функціональній вимозі, а також повинна забезпечити реалізацію заходів щодо збереження природної проникності продуктивних горизонтів.

На даний час застосовують тех­нології розкриття продуктивних горизонтів в умовах депресії, рівноваги вибійних і пластових тисків та репресії на пласт.

Найбільш надійними для запобі­гання забрудненню продуктивних гори­зонтів є технології буріння в умовах де­пресії на пласт, так звані технології (UBD undtrbalanced drillsng) [2], що їхзасто­совують провідні бурові компанії світу. Доведено, що потенційних можливостей технологій завершення свердловин може бути досягнуто тільки під час розкриття продуктивних пластів на депресії.

Технології UBD забезпечують:

- збереження (а в окремих випадках і покращення) природних колекторських властивостей продуктивного пласта;

- попередження ускладнень буріння з причини репресій на пласт (поглинан­ня, прихвати);

- підвищення показників роботи бу­рових доліт;

- підвищення продуктивності свер­дловин у процесі їх експлуатації.

Залежно від умов буріння техноло­гії UBD реалізують за різними схемами з використанням бурових розчинів на нафтовій основі, нафтогазових сумі­шей, пін та газоподібних агентів.

Корпорація «Tesko» (США) розро­била так званий об'єднаний пакет для буріння з депресією на пласт, що включає системи макроуправління та збору даних, підбору складу бригади і навчання персоналу, комплектування обладнання. Основними складовими традиційного комплекту обладнання для технологій UBD є системи нагрівання і зворотного потоку.

Система нагнітання, як правило, включає високопродуктивні гвинтові компресори низького тиску, систему ге­нерування азоту, поршневі компресори високого тиску, бурові насоси і систему подавання хімічних реагентів. Залежно від умов буріння та газу, що використо­вують для зменшення густини бурового розчину, існує багато варіантів систем нагнітання.

Система зворотного потоку включає хрестовину, дивертор для відхилення потоку, клапан аварійного вимкнення, лінію дроселювання, шламовідстійник, резервуари для розподілу фаз, відвантажувальні насоси газовідвідну лінію, факел для згорання газу.

Технології UBD широко застосову­ють під час розкриття продуктивних пластів із нормальними й аномально низькими тисками, у т. ч. горизонталь­ними стовбурами. Світовий досвід по­казує, що збільшення вартості бурових робіт за технологіями UBD швидко окуповується за рахунок підвищеної продуктивності свердловин [5].

Технологію розкриття продуктив­них горизонтів азотом успішно ви­користовували в 70-х роках минулого століття на деяких площах Західної Ук­раїни [3].

Технологія буріння при збалансова­них вибійних І пластових тисках має, по суті, такі ж переваги, як і технології UBD, та забезпечує якісне розкриття продуктивних горизонтів. Залежно від умов буріння застосовують різні техно­логічні схеми буріння при збалансова­них вибійних і пластових тисках.

Застосування технологій буріння в умо­вах репресії на пласт призводить до за­бруднення продуктивних горизонтів ком­понентами бурових розчинів. Основними впливовими факторами, що визначаю! ь ступінь забруднення продуктивного плас­та, є тип і фізико-хімічні властивості буро­вого розчину, величина репресії на пласт і тривалість його розкриття.

В інституті «СевКавНИИГаз» (м. Ставрополь, Росія) розроблено тех­нологію розкриття продуктивного пласта регулюванням диференціального тиску в умовах герметизованої системи циркуляції [5].

Особливістю герметизованої сис­теми циркуляції є наявність буферного компенсатора, що забезпечує подачу бу­рового розчину від гирла свердловини до бурових насосів під тиском паралельно до відкритої системи циркуляції.Це дає можливість оперативно використовувати різні модифікації технологій буріння:

- буріння в умовах рівноваги вибійного і пластового тисків - проведення повного циклу технологічних операцій (спуско-підіймальні операції (СПО), механічне буріння);

- буріння в умовах регульованої ре­пресії на пласт - проведення повного цик­лу технологічних операцій;

- буріння з використанням двох бу­рових розчинів: механічне буріння про­водять в умовах рівноваги вибійних і пластових тисків, а СПО - після заміни бурового розчину на розчин із більшою густиною;

- буріння із загерметизованим гирлом в умовах депресії на пласт.

Технологію розкриття продуктивного пласта регулюванням диференціального тиску в умовах герметизованої системи циркуляції успішно впроваджено під час буріння свердловин на газових і газокон­денсатних родовищах Ставропілля.

В УкрНДІгазі розроблено техноло­гію розкриття продуктивних пластів на репресії з утворенням закріпного непро­никного шару на стінках свердловини, що досягається за допомогою використання вапняного бурового розчину та хімічної взаємодії вапна бурового розчину з алю­мінатами і силікатами гірських порід привибійної зони [5]. За цією технологією, вторинне розкриття необхідно здійсню­вати із застосуванням спеціальної ріди­ни або нейтралізувати вапно за рахунок простого пониження лужності. У випад­ку буріння похило-скерованої або гори­зонтальної свердловини із закінченням її фільтром закріпний цементний шар про­понують видаляти шляхом розширення стовбура і промивання його рідиною, що не забруднює пласт-колектор.

Для реалізації технології з проявом ефекту повної та надійної ізоляції продук­тивних пластів в УкрНДІгазі розроблено рецептури мало - та безглинистих вапня­них бурових розчинів нового покоління, їх новизна полягає у використанні полі­мерів, не сумісних за звичайних умов із вапном. Натомість у складі синергетичної композиції вони здатні витримувати аг­ресивну дію середовища (високі темпера­тури, лужність, мінералізацію).

Перший досвід застосування техно­логії розкриття продуктивних пластів із використанням полі мер-вапняних буро­вих розчинів дає підстави говорити про її перспективність для умов Дніпровсько-Донецької западини. Застосування полі-мер-вапняних бурових розчинів сприяє попередженню прихватів внаслідок пере­падів тиску і поглинань, а також значно зменшує витрати на їх хімічну обробку.

Вибір бурового розчину для запобі­гання забрудненню продуктивного плас­та здійснюють із урахуванням таких ос­новних вимог [5]:

- густина повинна відповідати умові рівноваги вибійних і пластових тисків або бути близькою до такого значення;

- фільтрація в пластових умовах має бути мінімальною;

- склад фільтрату у випадку проникнен­ня в пласт не повинен сприяти фізичним, хімічним або фізико-хімічним явищам, що понижують проникність привибійної зони пласта (набухання глин, підвищен­ня гідрофільності породи, утворення не­розчинного осаду тощо);

- ступінь мінералізації та склад солей фільтрату бурового розчину мають бути близькими до пластових;

- поверхневий натяг на границі розді­лу фаз «фільтрат - нафта» повинен бути мінімальним.

Вважається, що кращі бурові розчини для розкриття продуктивних горизонтів - газоподібні агенти, розчини на нафтовій основі, обернені емульсійні розчини з мі­нералізованою водною фазою.

У [5] відзначається, що забруднення чутливих до води пластів можна уникнути завдяки використанню інгібованих бурових розчинів або розчинів на міне­ралізованій воді. Для розчинів хлоридів натрію, калію і кальцію запропоновано] рекомендації мінімальних концент­рацій солей (таблиця 2.5). Слід звернути увагу на те, що хлориди кальцію і калію про­являють приблизно однакову інгібуючу дію, але хлорид кальцію має суттєвий недолік: може призвести до забруднення пласта в результаті осідання карбонатів або сульфатів, часто наявних у пластових водах. Тому перевагу слід надавати хло­риду калію, якщо при цьому не потрібні дуже високі густини бурового розчину.

 

Таблиця 2.5 – Мінімальні концентрації (г/л) сольових розчинів для запобігання глинистому блокуванню чутливих до води пластів

 

Глинистий мінерал у пласті	Розчини солей
NaCl	CaCl2	KCl
Монтморилоніт
Ілліт, каолініт, хлорит

 

За рекомендаціями [5], для запобі­гання значному забрудненню пласта гра­нулометричний склад твердої фази бурових розчинів має відповідати структурі порового простору. У буровому розчині вміст частинок діаметром d > d_П /3 { d_П діаметр порових каналів) повинен бути не меншим, ніж 5 % від загального об'єму твердої фази. Це сприятиме швидкому утворенню фільтраційної кірки, що вико­нуватиме функції бар'єру для подальшого проникнення твердої фази у пласт.

Забруднення, викликаного миттє­вою фільтрацією, можна уникнути, якщо тверда фаза бурового розчину, наприклад карбонати, піддається розкладанню або розчиненню кислотами. Саме такі бурові розчини доцільно використовувати під час розкриття тріщинного колектора.

Для запобігання впливу поверхневих ефектів на забруднення продуктивних пластів необхідно зменшувати величину поверхневого натягу на границі розділу фаз «фільтрат - нафта» [3]. З цією метою перед розкриттям пластів до бурових роз­чинів додають поверхнево-активи і речо­вини. ВАТ «НПО Бурение» (м. Краснодар, Росія) рекомендує використовувати їх залежно від літологічного складу пласта і активності пластових флюїдів. Нафту вважають активною за наявності в ній по­над 0,3% нафтенових кислот. Залишкову воду вважають активною, якщо основним катіоном в ній к Na⁺, а водневий показник рН більший від 7.

Наведені рекомендації щодо вибору бурових розчинів для розкриття продук­тивних пластів носять якісний характер. Підбір рецептур бурових розчинів по­трібно здійснювати на основі лабораторних досліджень із використанням кернового матеріалу для конкретних умов буріння.

У даному випадку може бути вико­ристано результати вивчення проникності керна на установці УИПК-1М в умовах, наближених до пластових. За критерій оптимальності К рецептури можна при­йняти коефіцієнт відновлення початкової проникності.

Нехай А = {a₁ , a₂ ,..., a_n } - множина до­пустимих рецептур бурових розчинів, що за технологічними властивостями можуть використовуватися для розкриття продук­тивного пласта в заданих умовах. Тоді оп­тимальну a_n рецептуру бурового розчину вибирають за результатами лабораторних досліджень {К_і}, і = 1, n - коефіцієнта від­новлення початкової проникності:

тах К_і => a_n .

Керування гідродинамічними умо­вами у разі виконання різних техноло­гічних операцій є необхідним для за­безпечення якісного розкриття продук­тивного пласта. За гідродинамічними умовами технології розкриття можуть бути оцінені інтегральним критерієм:

(2.1)

де Δ p _H - допустима репресія на пласт, регламентована нормативними докумен­тами;

Т_H - нормативний час на розкриття пласта;

p_ci (τ) - тиск у свердловині на гли­бині пласта як функція часу при виконан­ні і -тої технологічної операції;

p_Π - пласто­вий тиск;

T_i-1 , T_i - границі часу виконання і -тої технологічної операції.

Менші значення критерію (2.1) від­повідають якіснішим технологіям розкриття продуктивного пласта. Так, наприклад, для технологій UBD К_Δр < 0, для технологій розкриття продуктивно­го пласта на репресії К_Δр > 0.

Для технологічних операцій, що підвищують гідродинамічний тиск у свердловині, умову запобігання за­брудненню можна формалізувати обме­женням репресії на пласт:

p_j(z_Π) ≤ p_Π + Δ (2.2)

де p_j(z_Π) - гідродинамічний тиск у свер­дловині на глибині z_Π продуктивного пласта під час виконання j -тої техноло­гічної репресії;

Δ - максимально до­пустима репресія на пласт, наприклад, у разі розкриття пласта під час механіч­ного буріння.

Умова (2.2) аналогічна за змістом умові попередження поглинань. Зазначимо, що, на відміну від умови попередження поглинань, умова (2.2) накладає більш жорсткі обмеження на параметри відповідних технологіч­них операцій.

В окремих випадках виникає необ­хідність керування термодинамічни­ми умовами розкриття продуктивного пласта.

Це, зокрема, зв'язано із забруднен­ням пласта внаслідок відкладень пара­фіну з причини охолодження привибійної зони пласта нижче від температури насичення нафти парафіном. Такі ситу­ації виникають на родовищах, для яких пластова температура близька до темпе­ратури насичення нафти парафіном.

Для зменшення охолодження привибійної зони пласта використовують традиційні методи (підвищення темпе­ратури бурового розчину, зменшення продуктивності бурових насосів тощо).

Запобігання забрудненню продук­тивного пласта під час цементування свердловин досягається за рахунок зменшення репресії на пласт і фільтра­ційних властивостей тампонажного розчину, а також шляхом забезпечення фізико-хімічної відповідності фільтрату тампонажного розчину до складу порід пласта, пластових флюїдів і фільтрату бурового розчину.

Для запобігання забрудненню продуктивного пласта рекомендують такі заходи:

- обмеження висоти піднімання там­понажного розчину за один ступінь, ви­користання ступеневого цементування;

- зменшення густини тампонажного розчину шляхом використання полег­шених добавок;

- зменшення фільтраційних власти­востей тампонажного розчину завдяки використанню полімерів або розчинів на вуглеводневій основі;

- регулювання реологічних власти­востей тампонажного розчину, а також швидкостей його нагнітання і протис­кування;

- кріплення продуктивного плас­та без цементування з використанням фільтрів;

- цементування із встановленням пакера у покрівлі продуктивного пласта та ін.

Застосування заходів для запобіган­ня забрудненню продуктивного пласта обґрунтовують у разі вибору конструк­ції привибійної зони свердловини.

При вторинному розкритті про­дуктивних пластів зменшення забруд­нення забезпечується завдяки вибору виду перфорації, а також за рахунок виконання робіт із депресією або міні­мальною репресією на пласт, вико­ристання спеціальних рідин без твердої фази в зоні перфорації (водні розчини солей, полімерні сольові розчини, роз­чини на вуглеводневій основі тощо) [5].