Вторичное вскрытие покажет

Взорвать тоже надо уметь

Традиционно широко используют кумулятивные перфораторы, снаряженные взрывчатыми веществами (обычно гексоген, октоген, гексанитростильбен). При взрыве заряда, спущенного на насосно-компрессорной трубе (НКТ), кумулятивная струя пробивает стенку обсадной трубы и проникает в призабойную зону пласта (ПЗП), образуя каналы, глубина которых достигает 600 мм.
У кумулятивной перфорации имеется очень серьезный недостаток. При взрыве повреждается цементный камень в интервале перфорации, а в зоне продуктивного пласта сцепление цементного камня с эксплуатационной колонной незначительно – вследствие этого возникают заколонные водоперетоки. Из-за загрязнения порового пространства жидкостями глушения и перфорации на репрессии также возможна кольматация ПЗП (проникновение мелких, главным образом глинистых и коллоидных, частиц в поры и трещины горной породы, приводящее к ухудшению ее фильтрационных свойств, - прим. EnergyLand.info), особенно в терригенных песчаниках.
Тем не менее сервисные компании практически всегда используют кумулятивную перфорацию (до 98% от общего объема работ по вторичному вскрытию), нередко с применение собственных систем. «Если говорить о перфорации на НКТ на депрессии, то резкое снижение давления в скважине при ведении прострелочно-взрывных работ (ПВР) позволяет очистить перфорационные каналы и разрушить перфорационную зону, которая создается кумулятивной струей, глубоко проникающей в породу, - считает Владислав Холод, главный геолог ЗАО «БашВзрывТехнологии» (г. Самара). - Значительный перепад давления пласт - эксплуатационная колонна чистит не только ПЗП (от бурового шлама и остатков цемента), но и удаленную часть пласта - от фильтрата бурового раствора и промывочных жидкостей. Как правило, при определении скин-фактора значение является отрицательным, что говорит о качественном вскрытии продуктивного пласта. Необходимо также учесть, что при ПВР на НКТ обеспечивается полный контроль за состоянием скважины, что немаловажно для безопасности работ».



Прострелочно-взрывные работы на скважине (фото ЗАО «Башвзрывтехнологии»)

Аналогично кумулятивной работают пулевая и торпедная технологии, однако в настоящее время они уже не применяются. Средняя глубина эксплуатационных нефтяных и газовых скважин в России составляет 2,5 км, и она постоянно увеличивается. Поскольку температура среды с ростом глубины также растет, актуальной становится разработка термостойких взрывчатых веществ. Наиболее перспективны в этом отношении соединения, содержащие ди- и тринитрофенильные группы.
Известный российский производитель кумулятивных зарядов для вторичного вскрытия - Чапаевский механический завод (г. Чапаевск, Самарская область), в ассортименте которого три серии зарядов для корпусных перфораторов многократного применения, а также малогабаритные бескорпусные перфораторы ПКМР разрушающегося типа. Заряды имеют беспестовые (исключающие образование ударного ядра при детонации, - прим. EnergyLand.info) порошковые облицовки, повышающие качество прострелочно-взрывных работ и эффективно вскрывающие пласты с низкими коллекторными свойствами. Перфораторы ПКМР образуют минимальные проходные диаметры 50 и 62 мм при гидростатическом давлении до 80 МПа и температуре до 150°С, работают в скважинах, заполненных промывочной жидкостью, при спущенных НКТ и герметизированном устье. ПКМР отличаются тем, что обеспечивают фазовую ориентацию зарядов на 60º и разрушаются на осколки очень малых размеров (благодаря применению специальных обойм).

 Кумулятивные заряды (фото ФКП «Чапаевский механический завод»)

Сверло, перфобур

Кумулятивная струя – не единственный способ пробить отверстие в колонне. Разработано много альтернативных технологий (которые пока мало применяются ввиду их относительной дороговизны), и простейшей из них можно считать сверлящую перфорацию. Этот метод вторичного вскрытия скважины основан на высверливании отверстия в обсадной колоне, цементе и горной породе. Аппаратура состоит из скважинного прибора и наземных блоков управления, размещаемых в каротажной станции или подъемнике. Безударный характер сверления исключает деформацию обсадных труб, трещинообразование в цементном кольце и ухудшение фильтрационных характеристик ПЗП.
«Сверлящий метод и соответствующий ему перфоратор, созданный в свое время в Омске и апробированный на нефтепромыслах Татарии, имеет более высокую эффективность по сравнению с кумулятивным и диско-фрезерным методами – отрицательное значение скин-фактора по результатам вскрытия нефтяных скважин, - утверждает Анатолий Захаров, исполнительный директор консорциума «Россибмаш» (г. Омск). - Однако он также не лишен и недостатков, а именно – дает ограниченную площадь вскрытого канала в пласте (около 320 см² при диаметре отверстия 20 мм и глубиной 1 м), что не позволяет добиться максимальной продуктивности скважин, а также имеет низкую надежность».
Чтобы увеличить площадь фильтрации, в ООО «Нефтебурсервис» (г. Лениногорск, Татарстан) создали устройство для формирования протяженных фильтрационных каналов УФПК-1. Устройство спускается в скважину на каротажном кабеле типа КГ-3-60-180 и фиксируется в колонне по оси. При помощи фрезы, набора буровых втулок и собственного мини-насоса бурятся колонна, цементный камень и порода. В результате создается канал длиной 1000 мм диаметром 20 мм (площадь фильтрации 628 см²). После бурения по команде с пульта управления прибор снимается с фиксаторов, натяжением кабеля срезается последняя буровая втулка. Колона буровых втулок вместе с фрезой остается в пласте, а устройство поднимается на устье, после чего пустая кассета для втулок заменяется на заряженную. Вторая версия прибора (УФПК-1.5) позволяет увеличить протяженность канала до 1500 мм и площадь фильтрации до 942 см².
«При этом можно использовать нефть или нефтесодержащую эмульсию как промывочную жидкость при бурении пласта, что исключает кольматацию канала и ускоряет выход скважин на режим, - рассказывает Олег Жутаев, зам. генерального директора по производству ООО «Нефтебурсервис». – А также контролировать прямым и косвенным (графическим) методами глубину пробуренного канала, бурить строго под углом 90о относительно оси скважины, а самое главное – «проходить» эксплуатационную и техническую колонны. Сейчас мы изготавливаем опытный образец устройства вторичного вскрытия пласта резанием, при помощи которого будет пропиливаться сегмент в 90º относительно оси скважины с радиусом 1000 мм».

Технология с применением перфобура (рис. НПП «Интехком»)




НПП «Интехком» (Уфа) предлагает технологию с применением перфобура. При этом сначала удаляется часть обсадной колонны, чтобы расширить основной ствола, затем закачивается изолирующий гель, создается цементная пробка, разбуривается в ней вспомогательный ствол – и наконец в нем выполняются спиралеобразные каналы диаметром 50 мм и глубиной 5-40 м (!), с использованием специальных жидкостей и компоновок для ориентируемого бурения. Перфобуры могут выполняться в 1-, 2- и многосекционных вариантах. «Так как эта технология позволит создавать перфорационные каналы в 20-30 раз большей длины, чем любой из существующих методов перфорации, то, естественно, увеличивается и площадь поверхности зоны фильтрации, что приведет к повышению среднесуточного дебита, - считает Радик Насыров, генеральный директор НПП «Интехком». - При более высоком коэффициенте продуктивности скважины заметно снижаются пескопроявления, темпы образования «воронок» нефтеводяных контактов и технологических отложений в ПЗП и колонне насосно-компрессорных труб».
Замена металлического сверла на жидкость привела к созданию метода гидромеханической перфорации. Гидравлическая энергия жидкости преобразуется в осевое движение штока, а затем и из осевого - в радиальное движение резцов. В результате выполняются два диаметрально противоположных отверстия в обсадной колонне глубиной до 90 мм.


Щелевые методы вскрытия

При щелевой гидропескоструйной перфорации (ЩГПП) высоконапорная струя жидкости вырезает в колонне щель небольшой длины и формирует в породе каверну глубиной более 1 м. Эффективность ЩГПП много выше сверлящей перфорации, поскольку в итоге продуктивный пласт связывается со скважиной по поверхности объемных полостей. Благодаря этому площадь фильтрации приближается к площади фильтрации открытого ствола, а в ряде случаев и превосходит ее. При создании полостей ЩГПП происходят разгрузка напряжений (после проходки скважины возникают силы тангенциального сжатия, уменьшающие проницаемость рабочего пласта в окрестностях ствола) и, возможно, образование трещин, что вызывает дополнительное увеличение проницаемости пласта в окрестностях полостей.
К сожалению, данная технология приводит к ускоренному износу промыслового оборудования и опасности «прихвата» оборудования при сбоях работы насосных агрегатов, поэтому применяется она ограниченно.

Перфоратор для ГМЩП (рис. ООО «НПК «Эксбур-К»)

При гидромеханической щелевой перфорации (ГМЩП) накатный диск перфоратора, спущенного в скважину на НКТ и привязанного к пласту геофизическими методами, проделывает в обсадной колонне длинные продольные щели. Затем через них, воздействуя гидромониторной струей из форсунок перфоратора, в породе вымываются сплошные каверны. «В отличие от точечной перфорации, ГМЩП обеспечивает максимальное вскрытие флюидопроводящих каналов и не нарушается целостность крепи обсадной колонны вне интервала перфорации, что исключает проникновение пластовой воды из близкорасположенных водоносных горизонтов в добываемую продукцию, - полагает Александр Ярыш, технический директор ООО «НПК «Эксбур-К» (г. Краснодар). - Достигается селективное вскрытие продуктивных пропластков без нарушения перемычек между ними и возможность вскрытия пласта на нефти или любой другой жидкости, сохраняющей коллекторские свойства пласта». При ГМЩП удельная площадь вскрытия в 12-14 раз (глубина проникновения сопоставима с глубиной проникновения кумулятивных зарядов) больше, чем при кумулятивной перфорации.
Развитие этой технологии - комплексная пластическая перфорация (КППС), продвигаемая ООО «Некко» (г. Екатеринбург). Двухсторонний щелевой перфоратор с двумя режущими дисками, совершая возвратно-поступательные движения, вскрывает колонну методом пластической деформации металла. Перфоратор оснащен двумя гидромониторными форсунками, через которые находящейся под давлением жидкостью (техническая вода, нефть, кислота или поверхностно-активное вещество) обрабатывается ПЗП. КППС относится к щадящим видам перфорации, поэтому позволяет проводить работы в скважинах со слабым или нарушенным состоянием заколонного цемента.
Комплексная пластическая перфорация на одной из скважин Зап. Сибири (фото ООО «Некко»)

При КППС вскрытие происходит в виде двух продольных щелей, диаметрально противоположных друг другу. Следовательно, при вскрытии равной площади время работ при КППС в два раза меньше, чем при ГМЩП. Еще одно важное различие – форма накатных дисков. Если при ГМЩП диски только разрушают эксплуатационную колонну методом накатки дорожки, то в комплексном пластическом перфораторе применяются специальные диски-фрезы, которые после входа в «тело» эксплуатационной колонны фрезеруют созданную щель, предотвращая ее смыкание. Как показала скважинная акустическая профилеметрия, ширина щелей (до 12 мм) остается стабильной.
Глубина создаваемых при ГМЩП и КППС каналов – до 600 мм.
В Омске предприятиями консорциума «Россибмаш» реализуется проект «Перфонафт», в рамках которого спроектированы щелевой перфоратор ПЩ-1 и технология его применения. «Площадь перфорированной щели за один спуск перфоратора (15000 см² при глубине щели 0,5 м и протяженности 1,5 м) в десятки раз больше площади канала, полученного любым известным способом, - убежден Анатолий Захаров. - ПЩ-1 обладает повышенной надежностью и требует минимальных затрат энергии. Перфоратор имеет следующие основные механизмы: узел фрезерования щели заданного размера в стенке обсадной трубы выдвижной дисковой фрезой; узел последующего программного прорезания щели в цементном слое и в продуктивном пласте бесконечной цепью с режущими элементами (бар); узел перемещения перфоратора вдоль трубы. ПЩ-1 опускается в скважину на каротажном кабеле, устанавливается в нижнее положение продуктивного пласта и начинает самостоятельное движение вверх по колонне со стабильно дозированной скоростью в интервале пласта».
Эффективность проекта «Перфонафт» на практике пока не подтверждена, поскольку испытания ПЩ-1 еще только предстоят. «Насколько мне известно, ПЩ-1 существует только в чертежах (конструктор М.П. Сергиенко)», - уточняет Олег Жутаев.

Щелевой перфоратор ПЩ-1 (рис. Консорциума «Россибмаш»)


Взрывать или нет?

При аккуратном подходе к делу и с помощью современных материалов и оборудования часто можно пренебречь негативными последствиями небольшого подземного взрыва для обсадной колонны. И все же щадящие методы вторичного вскрытия пласта, безусловно, лучше – и если бы они были дешевле, кумулятивный способ быстро ушел бы в прошлое.
«Удачно проведенная глубокая перфорация щадящим методом позволяет задействовать новые участки пласта, получить положительную динамику по гидропроводности, пьезопроводности и скин-фактору, - утверждает Олег Жутаев. – А это увеличивает пластовое давление, дебет скважины, коэффициент продуктивности и уменьшает обводненность флюида».
«Каждая из существующих технологий применяется той или иной сервисной компанией в зависимости от своих технических возможностей, наличия имеющегося оборудования и накопленного опыта, - полагает Виктор Митькин, директор ЗАО НТЦ «Сибмаш» (г. Омск). - Но в настоящий момент общую тенденцию «популярности» можно сформулировать следующим образом – минимизация всех издержек вскрытия скважин при максимальном повышении их продуктивности, что и будет определять поиск и использование самых эффективных и современных технологий и соответствующего им оборудования. Насколько востребован сейчас сервис по вскрытию пластов перфорацией? Все определяет рынок - если спрос на нефть будет расти, то, естественно, будет расширяться и востребованность услуг сервисных компаний».
По мнению технического директора ЗАО «Башвзрывтехнологии» Андрея Якубы, сервис по вскрытию пластов перфорацией востребован сейчас примерно так же, как и в 2008 году.
При любом методе вскрытия обсадной колонны следует помнить, что в процессе перфорации важен фактор «совместимости» оборудования и материалов. К примеру, нельзя сначала зацементировать скважину сверхпрочными материалами, а затем применять устаревший или неподходящий в данном случае метод перфорации.


Олег Никитин, EnergyLand.info