Визначення положення газорідинних і водо-нафтових контактів

Положення ВНК, ГВК і ГНК в обсаджених свердловинах встановлюється комплексом промислово-геофізичних методів, зокрема методами радіометрії, термометрії та акустичного каротажу.

Водо-нафтовий контакт

1. Водо-нафтовий контакт за даними нейтронного гамма-каротажу надійно встановлюється в пластах, у яких нафта витісняється водою, що містить хлор, із мінералізацією вище 120-150 г/л при k _п³20%. Контакт нафта-вода фіксується на кривих НГК збільшенням I _ng навпроти водоносної частини пласта по відношенню до нафтоносної до 15 %. Положення ВНК встановлюють за початком спаду інтенсивності I _ng (рис.17.1,а).

Спектрометричний нейтронний гамма-каротаж найбільш чутливий до вмісту хлору в пласті. При реєстрації захопленого гамма-випромінювання з енергією 4-5.6 МеВ перевищення I _ng на границі ВНК складає 50-100 %.

2. При витісненні нафти мінералізованою водою ВНК на кривих ННК-Т відмічається зменшенням показів I _nТ навпроти його водоносної частини. Положення ВНК фіксується за початком підйому кривої I _nТ (Рис.17.1, б).

3. У водоносній частині пласта середній час життя теплових нейтронів менший, ніж у нафтоносній. Контакт вода-нафта за даними ІННК відмічається за початком збільшення I _ІnТ (Рис. 17.1, в).

4. Імпульсний нейтрон-нейтронний каротаж дозволяє визначити положення текучого ВНК за величиною t _п аналогічно ІННК (Рис. 17.1, г).

5. Водоносна частина пласта фіксується підвищеними показами наведеної гамма-активності у порівнянні з нафтоносною внаслідок більшого вмісту ядер натрію та хлору нижче ВНК. Каротаж наведеної активності ефективний при визначенні положення ВНК у випадку мінералізації пластових вод за NaCl вище 40 г/л. Границю ВНК визначають у точці, яка знаходиться на середині аномалії між нафтоносною та водоносною частинами пласта (Рис. 17.1, д).

6. За даними каротажу радіохімічного ефекту при визначенні текучого положення ВНК зіставляють заміри природної радіоактивності до і в процесі переміщення ВНК. Природна радіоактивність навпроти обводненої частини пласта інколи аномально зростає, а гамма-активність нафтоносної його частини залишається незміненою.

7. Положення ВНК за результатами каротажу радіоактивних ізотопів відмічається підвищенням інтенсивності гамма-випромінювання навпроти водоносної частини пласта у випадку закачування активованої води, а при закачуванні радіоактивної нафти інтенсивність гамма-випромінювання зростає навпроти нафтоносної частини пласта. Границя ВНК відмічається аналогічно відбиванні ВНК за даними НГК у випадку закачування активованої води та аналогічно ННК-Т при використанні активованої нафти (Рис. 17.2).

8. За даними каротажу індикації елементами з аномальними нейтронними властивостями у випадку закачування в пласт водних розчинів хлористого кадмію контакт нафта-вода відмічається за НГК у точці спаду I _ng, за ННК-Т – у точці підйому I _nТ, при використанні в якості активатора борної кислоти ВНК фіксується за НГК і ННК-Т у точці початку спаду I _ng і I _nТ (Рис. 17.3).

Положення ВНК за даними НГК, ННК-Т, ІННК, ІНГК, КНА впевнено визначають у випадку заміщення нафти мінералізованою водою (С _в³120-150 г/л при k _п³25 %). При низькій мінералізації пластових і закачуємих водах (С _в>15 г/л при k _п³20 %) переміщення ВНК встановлюють тільки за результатами високоточних визначень декремента затухання теплових нейтронів за даними ІННК (l _п=1/ t _п). Відмінність l _п для нафтоносної та нафтоносної частин пласта у випадку ідентичності колекторських властивостей складає 8-10 %.

Газо-водяний контакт

1. За збільшенням показів нейтронного гамма-каротажу або каротажу густини теплових нейтронів у випадку слабоглинистих колекторів і невеликою зоною проникнення фільтрату промивної рідини.

2. За перевищенням показів НГК або ННК-Т великого зонда над показами малого зонда (Рис.108).

3. За наявністю приросту кривих НГК, які зареєстровані в різний час зондом однієї довжини. Даний спосіб особливо ефективний у випадку пластів із значною зоною проникнення. Виділення газоносної та водоносної частин пласта базується на явищі розформування зони проникнення газоносного колектора в обсадженій свердловині (Рис. 108а).

Газонафтовий контакт

1. За наявністю позитивних приростів показів на кривих НГК або ННК-Т, які отримані за методикою часових замірів. Проти нафтоносної частини пласта покази інтенсивності нейтронного гамма-випромінювання на різних кривих практично співпадають.

2. За величинами часу життя теплових нейтронів у газоносній та нафтоносній частинах пласта. У чистих газоносних колекторах середній час життя теплових нейтронів на 15-20% більший, ніж в однотипних нафтоносних колекторах. Для встановлення положення ГНК у глинистих, піщаних і карбонатних колекторах необхідно проводити повторні часові заміри ІННК. При цьому газоносна частина пласта на кривих виділиться підвищеними показами ІННК, які отримані в більш пізніший час.

3. За даними геохімічних методів дослідження свердловин. Збільшення відношення вмісту етану до вмісту пропану (більше одиниці) свідчить про газонасиченість колектора. Даний спосіб найбільш ефективний при встановленні ГНК у сильно глинистих піщаних і карбонатних колекторах, де ядерні методи не дозволяють розчленувати газоносні та нафтоносні ділянки пласта.

4. За даними термометрії свердловин. Газоносна частина пласта виділяється негативною аномалією температури.

 

Переміщення ВНК і ГВК

Переміщення ВНК і ГВК у процесі розробки родовищ в обсаджених свердловинах встановлюється декількома способами.

1. За показами нейтронного гамма-каротажу. Газо-водяний контакт відмічається високими значеннями I _ng проти газоносної частини пласти. Водонафтовий контакт може бути встановлений тільки в пластах з мінералізованими пластовими водами, які містять хлор (С _в>120-150 г/л). Контакт нафти і води на кривих НГК фіксується збільшенням показів проти водоносної частини пласта (Рис.170).

2. За показами нейтрон-нейтронного каротажу – за зміною густини теплових нейтронів. Газоводяний контакт відмічається підвищенням показів I _ng проти газоносної частини пласта. У пласті, який містить мінералізовану воду, ВНК на кривих ННК-Т фіксується зменшенням показів I _ng проти його водоносної частини покладу (Рис.110).

3. За показами імпульсного нейтрон-нейтронного каротажу – за величинами коефіцієнта дифузії та часу життя теплових нейтронів. Недоліками стаціонарних радіометричних методів НГК і ННК-Т при визначенні ВНК і ГВК є невелика їх глибинність і значний вплив діаметра свердловини, товщини цементного кільця, состава промивної рідини та мінералізації пластових вод на покази методів. У зв’язку із цим стаціонарні ядерні методи мало ефективні при дослідженні пластів з низькою мінералізацією вод і пластів, які розкриті перфорацією. Нестаціонарні імпульсні нейтронні методи в деякій мірі вільні від даних недоліків.

Лекція №20

Призначення і види прострілково-вибухових робіт у свердловинах

Геофізична служба виконує також ряд операцій, які пов’язані з прострілково-вибуховими роботами в свердловинах, оскільки вибір об’єктів для випробування та розкриття пластів проводиться за результатами геофізичних дослідження свердловин з метою вивчення геологічних розрізів свердловин і їх технічного стану. Крім того, при прострілково-вибухових роботах і при вивченні розрізів свердловин методами ГДС використовується однакове устаткування.

Прострілкові роботи в свердловинах передбачають: 1) перфорацію обсадних колон і цементу для розкриття нафтових, газових і водоносних пластів; 2) зрізання в свердловинах колон і труб з метою їх витягування; 3) відбір зразків гірських порід у необсаджених свердловинах; 4) відбір проб пластових флюїдів випробувачами пластів.

Вибухові роботи в свердловинах проводяться з метою вирішення наступних задач:

1) підвищення продуктивності експлуатаційних свердловин або збільшення приймальності нагнітальних свердловин; 2) роз’єднання пластів; 3) очищення фільтрів; 4) звільнення та витягування труб із свердловин при аваріях; 5) боротьби з поглинанням промивної рідини при бурінні; 6) ліквідації відкритих фонтанів і гасінні пожеж на свердловинах та інші.

Перфорація

Після закінчення буріння в свердловину, як правило, опускають одну або кілька обсадних колон і роблять цементування затрубного простору.

Розкриття пластів, які намічені для випробування або розробки за даними геофізичних методів дослідження свердловин, здійснюється за допомогою стріляючих апаратів – перфораторів. Процес утворення отворів в обсадних трубах, цементі і гірській породі називається перфорацією свердловин. Для перфорації свердловин використовуються кумулятивні (безкульові), кульові та торпедні перфоратори. Тип перфоратора і щільність перфораційних отворів на одиницю довжини свердловини визначаються конструкцією свердловини та літологією колектора.

Найбільше поширення одержала кумулятивна перфорація. Кумулятивні перфоратори відрізняються від кульових розмірами, конструкцією, потужністю і продуктивністю заряду. Кумулятивний заряд перфоратора складається з вибухової речовини (гексогену), детонатора, металевої виїмки, яка облицьовує кумулятивну виїмку, і захисного корпусу (мал. 185). У момент вибуху детонатора у кумулятивному заряді поширюється хвиля детонації, що рухається вздовж осі заряду до основи кумулятивної виїмки, і продукти вибуху стискають металеву виїмку (див. мал. 485). У металі виникають дуже великі тиски, і рідкий металевий струмінь зі швидкістю 6-8 км/с викидається вздовж осі виїмки. Металевий струмінь робить на перешкоду тиск порядку 10¹⁰ Па, глибоко проникає в неї і створює канал значної довжини.

Глибина каналу, пробитого в перешкоді, залежить від щільності, механічних властивостей матеріалу й обсадної колони, гідростатичного, гірського та пластового тисків, навколишньої температури та інших факторів.

За способом герметизації зарядів кумулятивні перфоратори підрозділяються на дві групи – корпусні та безкорпусні.

До корпусних кумулятивних перфораторів відносяться перфоратори багаторазової та одноразової дії. У корпусних кумулятивних перфораторах заряди, детонаційний шнур і вибуховий патрон змонтовані в сталевому герметичному корпусі, який сприймає гідростатичний тиск і дію ударної хвилі під час проведення вибуху. Кумулятивні перфоратори багаторазової дії витримують від 10 до 50 залпів.

Технічна характеристика перфораторів приведена в табл. 14. Кумулятивні корпусні перфоратори одноразової дії типу ПКО і ПКОТ розраховані на разове використання: при пострілі їхні корпуси руйнуються. Кумулятивні перфоратори типу ПІК і ПНКТ, які опускаються на насосно-компресорних трубах, за пристроєм аналогічні перфораторам ПКО і ПКОТ, але дозволяють розкривати продуктивні пласти на рідині малої щільності в умовах депресії і герметично закритому усті свердловини без лубрікатора.

Безкорпусні кумулятивні перфоратори представляють собою гірлянду з окремих кумулятивних зарядів, кожний з яких укладений у герметичну оболонку і сприймає зовнішній гідростатичний тиск. При пострілі оболонки зарядів руйнуються.

Існують стрічкові кумулятивні перфоратори типу ПКС (див. табл. 14). Вони складаються з голівки, тонких металевих стрічок з розміщеними в них герметичними кумулятивними зарядами, детонаційного шнура в алюмінієвій оболонці, вибухового патрона і чавунного вантажу. Заряди запресовані в скляні або ситалові оболонки.

Застосовуються також безкорпусні, що повністю руйнуються при вибуху, перфоратори типу КПРУ, які складаються з кумулятивних зарядів в алюмінієвих оболонках, наконечника із стальною головкою багаторазового використання, детонаційного шнура та вибухового патрона.

Пробивна здатність безкорпусних перфораторів типівПКС, КПРУ і корпусних одноразовго використання типів ПКО і ПКОТ вища, ніж у корпусних перфораторів багаторазового використання типу ПК.

До винаходу кумулятивних перфораторів на практиці прострілкових робіт використовувалися кульові та торпедні перфоратори, які відрізняються меншою пробивною здатністю, більшою складністю заряджання і меншою продуктивністю. В останні роки з’явилися могутні кульові перфоратори з вертикально-криволінійними стовбурами з більш високою пробивною здатністю, ніж кумулятивні перфоратори такого ж діаметра.

Дія кульових і торпедних перфораторів засновано на метанні куль і снарядів за рахунок енергії розширення порохових газів відповідно до законів внутрішньої балістики стрілецької зброї й артилерійських систем, скоректованими стосовно до умов свердловини.

Кульові перфоратори – апарати з горизонтальними і вертикально-криволінійними стовбурами. У перфораторах першого типу стовбури спрямовані перпендикулярно до осі апарата і їх довжина обмежена його діаметром. У перфораторах другого типу вісь прямолінійної частини кожного стовбура спрямована паралельно осі апарата, а кінцева частина викривлена для напрямку кулі в стінку свердловини, що дозволяє одержати високі швидкості куль.

За послідовності відстрілювання куль або снарядів перфоратори поділяються на апарати залпової дії (усі кулі вистрілюють одночасно) і селективної дії (кулі або снаряди вистрілюються по черзі в різних інтервалах).

Кульові і торпедні перфоратори мають сталевий корпус, у якому розміщені порохові камори, стовбури, що заряджаються кулями або снарядами, і запалювальні пристрої.

До кульових перфораторів з горизонтальними стовбурами відносяться ПБ2-100 і ПБ2-85, з вертикально-криволінійними ПВН-90, ПВН-90Т, ПВТ-73, ПВК-70, ПВН-100Р, АРВ-130, до торпедних – перфоратор ТПК-22 (див. табл. 14). Перфоратор ПВН-100Р призначений для установки в пласт реперів-куль з радіоактивним ізотопом. Перфоратор АРВ-130 застосовується для дроблення крупнокаліберними кулями валунів, що зустрічаються на вибої розвідувальних свердловин, які пробурені на золото та інші корисні копалини.

Усі перфоратори опускаються в свердловину на одножильному броньованому кабелі за допомогою перфораторного підйомника.

Засобами запалення, призначеними для підпалювання порохових зарядів і висадження капсулів-детонаторів, служать електрозапалювачі, електрозапали та піропатрони різних типів. Для ініціювання вибуху зарядів бризантних вибухових речовин служать капсулі-детонатори, електродетонатори, вибухові патрони та детонаційні шнури.

Крім кумулятивних кульових і торпедних перфораторів існують гідропіскоструменеві перфоратори. Вони пробивають канали в перешкоді струменем рідини із зваженим у ній піском, який вилітає з великою швидкістю і під високим тиском з вузького отвору – сопла. Такий струмінь протягом декількох хвилин утворить у колоні, цементному кільці та породі канал для з’єднання пласта із свердловиною. При переміщенні гідропіскоструменевого перфоратора по стінці свердловини можна створити в ній щілинний канал або обрізати колону по діаметрі з метою витягу її на поверхню. Гідропіскоструменеві перфоратори застосовуються також для руйнування цементних мостів і предметів, які залишені на вибої.

Гідропіскоструминний перфоратор складається з відрізка труби, у якій установлений ряд сопел. Апарат спускається в свердловину на насосно-компресорних трубах, за допомогою яких подається під високим тиском рідина з піском.

Торпедування

Виробництво вибуху в свердловині називається торпедуванням, а підготовлений для вибуху в свердловині заряд вибухової речовини – торпедою. Торпеда складається з вибухової речовини і засобів висадження – електрозапалу, капсули-детонатора і шашки високобризантної вибухової речовини, яка підсилює початковий імпульс детонації.

Як уже вказувалося, торпедування свердловин проводиться з метою збільшення дебіту або приймальності пластів, ліквідації аварій, витягу обсадних колон, руйнування металу на вибої, очищення фільтрів і т.д.

Розрізняють фугасні і кумулятивні торпеди. Фугасні торпеди типів ТШ і ТШТ (табл. 15) мають негерметичний тонкостінний корпус з алюмінію. У корпусі містяться заряд з циліндричних шашок ВВ, який контактує з промивною рідиною, і в герметичній оболонці – вибух-патрон. На торпеді встановлюється вантаж, який витягується із свердловини після вибуху. У торпедах Ф-2 і ФТ-60 заряд ВВ і підривач поміщені в герметичний сталевий корпус, який приймає зовнішній гідростатичний тиск. Торпеди детонаційного шнура ТДШ складаються з голівки та вантажу, які з’єднані між собою тросом, до якого кріпиться заряд. Заряд складається з одного або декількох відрізків детонаційного шнура ДШВ і ДШУ. Вибухає детонаційний шнур електродетонатором, який знаходиться в герметичній порожнині голівки, або вибух-патроном.

Кумулятивні торпеди характеризуються спрямованим вибухом. Застосовуються кумулятивні осьові торпеди типу ТКО і кумулятивні труборізи типу ТКГ (у табл. 16).

Основна задача торпедування при розкритті пласта – створення в ньому тріщин великої довжини. Для цієї мети застосовуються фугасні заряди. Для максимального збільшення припливу флюїду у твердих породах використовують вибухи великих зарядів.

Спосіб відгвинчування колони з використанням вибуху заснований на короткочасному ослабленні нарізних сполучень при вибуху. Якщо при цьому з’єднання розвантажене від маси розташованих вище труб і до колони прикладений зворотний обертаючий момент, то вона провертається в нарізному сполученні і може бути роз’єднана. “Струшування” бурового інструменту – ослаблення при вибуху зчеплення бурильних труб із затрубним середовищем. Звичайно для відгвинчування колони і “струшування” її застосовують торпеди зі детонаційного шнура типу ТДШ.

Обрив схоплених труб роблять за допомогою вибуху й одночасного їх натягу. Обривають інструмент у тому випадку, коли його неможливо звільнити шляхом відгвинчування і “струшування”. Обрив обсадних колон зв’язаний не з аваріями, а з операцією витягування труб із свердловини при її ліквідації. Обрив колон проводиться за допомогою фугасних торпед або торпед із детонаційного шнура. Здійснюється він також за допомогою кумулятивних труборізів типу ТКГ.

При бурінні свердловин нерідко на вибої залишають долота, пластошки та інші металеві предмети. Ці аварійні ситуації повинні бути ліквідовані. Найбільший ефект по ліквідації подібних аварій досягається за допомогою підривних робіт. Звичайно для цих цілей застосовується торпеда типу ТКО, що містить кумулятивний заряд. Кумулятивний струмінь, що утвориться при вибуху, руйнує металевий предмет, що знаходиться на вибої. Ця операція може повторюватися кілька разів до повного руйнування металу.

Очищення фільтрів нафтових і водяних свердловин здійснюється за допомогою торпед детонаційного шнура ТДШ малої потужності. Довжину заряду вибирають так, щоб перекрити фільтр зарядом.

Інші види підривних робіт

Для збільшення віддачі або прийомистості пласта поряд з торпедами застосовують порохові генератори тиску ПГД. Розрив пласта за допомогою ПГД здійснюється шляхом впливу високого тиску порохових газів на газорідинну суміш, яка через перфораційні канали і тріщини задавлюється в пласт.

Розрив пласта за допомогою ПГД проводиться без герметизації зони розриву з використанням інерції вищележачого стовпа рідини. Порохові гази, вилітаючи з камери згоряння під високим тиском і з великою швидкістю, утворюють у навколишньому рідкому середовищі газорідинних міхур великої щільності, який переміщується нагору зі швидкістю близько 1500 м/с. За час горіння порохового заряду 0,1 с даний міхур переміщається від пункту горіння на відстань близько 150 м. Інша рідина за цей час не встигне почати рухатися, представляючи собою своєрідний пакер.

Після закінчення горіння порохового заряду під дією сил інерції рідина продовжує рух нагору до повної втрати кінетичної енергії. До моменту припинення руху рідини нагору тиск у газовому міхурі, що утворився при горінні заряду, знижується і стає менше тиску стовпа рідини, що викликає рух рідини вниз. У зв’язку з цим тиск у газовому міхурі знову збільшується і перевищує гідростатичне. За рахунок виниклого перепаду тисків рідина знову спрямовується нагору. Така пульсація газового міхура спостерігається протягом деякого часу, що сприяє збільшенню обсягу газорідинної суміші, яка задавлюється у пласт.

Для проведення робіт з розриву пласту за допомогою тиску порохових газів використовується пороховий генератор тиску АСГ-105ДО, що складається з камери згоряння з пороховими зарядами і пусковими запалювачами, соплових перехідників, муфт із бічними подовжніми вікнами для виходу порохових газів і спеціальної кабельної голівки з аварійним запалювачем. До нижньої частини апарата АСГ-105К приєднується кумулятивний перфоратор однократної дії типу ПКО, який спрацьовує одночасно з запалюванням порохових зарядів генератора тиску.

Застосовується також безкорпусний варіант ПГД, у якому пороховий заряд поміщений у тонкостінну еластичну герметичну оболонку. Безкорпусний ПГД дозволяє істотно збільшити масу порохового заряду і тим самим підвищити ефективність робіт з розриву пласта, виключити можливі аварії із-за прихоплення апарату та ін.

Для роз’єднання пластів можна застосовувати стріляючий тампонажний снаряд СТС, у стовбур якого під тиском задавлюється гумовий тампон діаметром більше внутрішнього діаметра обсадної колони. При пострілі під тиском порохових газів гумовий тампон вилітає зі стовбура снаряда, розширюється і перекриває колону. Тампон зверху цементується. Широкого поширення СТС не одержав з ряду причин технологічного характеру (наприклад, через необхідність застосовувати спеціальну гуму та ін.).

Найбільш ефективне і швидке роз’єднання пластів здійснюється за допомогою вибухового пакера ВП, який представляє собою товстостінну герметичну склянку з алюмінієвого сплаву, всередині якого поміщений пороховий заряд. При запаленні порохового заряду корпус склянки роздувається і щільно притискається до внутрішньої поверхні обсадної колони, утворюючи герметичний роздільний міст.

Вибухові пакери дозволяють: 1) швидко і надійно роз’єднувати пласти без цементного заливання; 2) ізолювати близько розташовані пласти малої потужності; 3) зберігати колекторські властивості пласта і не забруднювати перфораційні отвори. Застосування вибухового пакера неефективне у випадку деформованої колони (якщо перетин колони не круглий).