Способ заканчивания скважин

Изобретение относится к способам и устройствам для добычи жидких и газообразных полезных ископаемых, в том числе нефти и газа, и может быть использовано при сооружении газовых, газоконденсатных, нефтяных и других скважин, в том числе в слабосцементированных и рыхлых коллекторах. Обеспечивает повышение продуктивности скважины за счет ее сооружения в пласте-коллекторе с малой прочностью породы, в том числе в слабосцементированном и рыхлом коллекторе, ее эксплуатации без выноса песка и устранения причины обрушения боковых стенок отрытого забоя в пласте-коллекторе - неустойчивости протяженного открытого забоя скважины в рыхлых или слабосцементированных горных породах. Сущность изобретения: по способу спускают и цементируют эксплуатационную колонну до вскрытия пласта-коллектора, устанавливают башмак эксплуатационной колонны в подошве покрышки, перекрывающей пласт-коллектор, проверяют герметичность эксплуатационной колонны, разбуривают цементный стакан, а перед спуском насосно-компрессорных труб создают каверну на границе пласта-коллектора и покрышки, которую расширяют в горизонтальном направлении до достижения размера, величину которого определяют по аналитическому выражению.

 

Изобретение относится к способам и устройствам для добычи жидких и газообразных полезных ископаемых, в том числе нефти и газа, и может быть использовано при сооружении газовых, газоконденсатных, нефтяных и других скважин, в том числе в слабосцементированных и рыхлых коллекторах.

Известен способ заканчивания скважин (А.А.Бабичев и др. Высокоэффективное заканчивание скважин открытым забоем на Невском ПХГ, в сборнике Подземное хранение газа. Проблемы и перспективы, М., ВНИИГАЗ, 2003 г., с.324-330). Известный способ включает спуск и цементирование эксплуатационной колонны до вскрытия пласта-коллектора, установку башмака эксплуатационной колонны в подошве покрышки, перекрывающей пласт-коллектор, проверку герметичности эксплуатационной колонны, разбуривание цементного стакана, спуск насосно-компрессорных труб.

Недостатком известного способа является невысокая продуктивность получаемой скважины в рыхлых или слабосцементированных коллекторах вследствие осуществления ее углубления на 4-5 м для вскрытия верхней части пласта-коллектора без перекрытия ее обсадной колонной из-за осыпания и обрушения боковых стенок открытого забоя. Из-за нескрепленности частиц породы пласта в таких коллекторах цилиндрическая форма открытого забоя при бурении не создается и не поддерживается. При вскрытии пласта-коллектора, сложенного рыхлыми или слабосцементированными горными породами, невозможно обеспечить устойчивость открытого забоя скважины. Для рыхлых пород сразу при вскрытии пласта-коллектора и углублении скважины происходит осыпание и обрушение открытого забоя. В слабосцементированных коллекторах открытый забой скважины неустойчив и обрушение его боковых стенок происходит при незначительном воздействии при заканчивании или освоении скважины. Это делает известный способ заканчивания скважины открытым забоем непригодным для применения в пластах-коллекторах, сложенных рыхлыми или слабосцементированными горными породами.

Техническим результатом, который достигают с помощью данного изобретения, является повышение продуктивности скважины за счет сооружения скважины в пласте-коллекторе с малой прочностью породы, в том числе в слабосцементированном и рыхлом коллекторе, ее эксплуатации без выноса песка и устранения причины обрушения боковых стенок отрытого забоя в пласте-коллекторе - неустойчивости протяженного открытого забоя скважины в рыхлых или слабосцементированных горных породах.

Данный технический результат достигают за счет того, что в предлагаемом способе заканчивания скважины спускают и цементируют эксплуатационную колонну до вскрытия пласта-коллектора, устанавливают башмак эксплуатационной колонны в подошве покрышки, перекрывающей пласт-коллектор, проверяют герметичность эксплуатационной колонны, разбуривают цементный стакан, а перед спуском насосно-компрессорных труб создают каверну на границе пласта-коллектора и покрышки, определяют средний размер частиц породы в кровле пласта-коллектора, определяют значения плотности и давления флюида в пласте-коллекторе, коэффициента проницаемости породы пласта-коллектора, пористости породы пласта-коллектора, коэффициента динамической вязкости флюида, плотности частиц породы пласта-коллектора, толщины вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, среднего сцепления и средней плотности вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, а каверну расширяют в горизонтальном направлении до достижения размера D, значения величины которого определяют по формуле:

где d - средний размер частиц породы в кровле пласта-коллектора, м;

q - дебит скважины, м³/с;

ρ_ф - плотность флюида в пласте-коллекторе, кг/м³;

π - число, равное отношению длины окружности к ее диаметру;

μ - коэффициент динамической вязкости флюида, Па·с;

m - пористость породы пласта-коллектора, безразмерная;

k - коэффициент проницаемости породы пласта-коллектора, м²;

х - реальный положительный корень уравнения

безразмерный;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

ρ_ч - плотность частиц породы пласта-коллектора, кг/м²;

h - толщина вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, м;

С - среднее сцепление вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, Па;

ρ - средняя плотность вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, кг/м³;

Р - давление флюида в пласте-коллекторе, Па;

2, 3, 4, 6 - безразмерные коэффициенты.

Способ осуществляют следующим образом. Спускают и цементируют эксплуатационную колонну до вскрытия пласта-коллектора. Устанавливают башмак эксплуатационной колонны в подошве покрышки, перекрывающей пласт-коллектор. Проверяют герметичность эксплуатационной колонны. Разбуривают цементный стакан. Создают каверну на границе пласта-коллектора и покрышки. Средний размер частиц породы d (в м) в кровле пласта-коллектора определяют по данным лабораторных исследований кернов породы. Значения коэффициента динамической вязкости флюида μ (в Па·с), плотности флюида при нормальных условиях ρ_о (в кг/м³) и плотности частиц породы пласта-коллектора ρ_ч (в кг/м³) определяют по данным лабораторных исследований. В случае газообразного флюида определяют значения его давления Р (в Па) и температуры Т (в K) в пласте-коллекторе в результате газодинамических исследований, например, с помощью глубинных манометра и термометра, определяют коэффициент сверхсжимаемости газа Z (безразмерный), зависящий от давления и температуры флюида в пласте-коллекторе по методике, изложенной, например, в книге А.И.Гриценко, З.С.Алиев, О.М.Ермилов и др. Руководство по исследованию скважин. М.: Наука, 1995, с.44-56 и рассчитывают плотность флюида ρ_ф (в кг/м³) в пласте-коллекторе по формуле

где 101300 - давление флюида при нормальных условиях, Па;

293 - температура флюида при нормальных условиях, K.

В случае несжимаемого флюида его плотность в пласте-коллекторе определяют по формуле

Она совпадает с плотностью при нормальных условиях. Значения коэффициента проницаемости породы пласта k (в м²) и пористости породы пласта m (безразмерная) определяют по данным лабораторных исследований кернов породы из пласта-коллектора, а также по данным геофизических и газодинамических исследований скважин. Значения среднего сцепления вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород С (в Па) определяют в результате геомеханических исследований, в частности испытаний трехосного сжатия кернов породы. Значения толщины h (в м) вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород определяют по данным геофизических исследований. Значения средней плотности вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород ρ (в кг/м³) определяют по данным лабораторных исследований кернов, а также по данным геофизических исследований. Рассчитывают по формуле (1) значения размера каверны в горизонтальном направлении D, а затем расширяют каверну в горизонтальном направлении до достижения этого размера. Спускают насосно-компрессорные трубы.

При осуществлении способа на границе пласта-коллектора и перекрывающей его покрышки создают каверну естественной формы, которую принимает рыхлая горная порода под действием силы тяжести и силы взаимодействия с находящимся в пласте-коллекторе флюидом. Каверну расширяют в горизонтальном направлении для поддержания ее устойчивой формы и отсутствия выноса песка до размера, значения величины которого определяются в зависимости от параметров эксплуатации скважины, свойств флюида, свойств горной породы пласта-коллектора и вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород. Наибольший размер каверны в горизонтальном направлении ограничен условием устойчивости ее кровли от обрушения.

Наличие в настоящее время промышленно выпускаемого инструмента для расширения подземных каверн обеспечивает техническую реализуемость предлагаемого изобретения.

Предлагаемый способ обеспечивает эффективную эксплуатацию скважин, сооруженных в рыхлых и слабосцементированных пластах-коллекторах, без выноса песка, поскольку позволяет при отсутствии движения твердой фазы поддерживать высокие скорости движения флюида в скважине.

Способ заканчивания скважин, включающий спуск и цементирование эксплуатационной колонны до вскрытия пласта-коллектора, установку башмака эксплуатационной колонны в подошве покрышки, перекрывающей пласт-коллектор, проверку герметичности эксплуатационной колонны, разбуривание цементного стакана, спуск насосно-компрессорных труб, отличающийся тем, что перед спуском насосно-компрессорных труб создают каверну на границе пласта-коллектора и покрышки, определяют средний размер частиц породы в кровле пласта-коллектора, определяют значения плотности и давления флюида в пласте-коллекторе, коэффициента проницаемости породы пласта-коллектора, пористости породы пласта-коллектора, коэффициента динамической вязкости флюида, плотности частиц породы пласта-коллектора, толщины вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, среднего сцепления и средней плотности вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, а каверну расширяют в горизонтальном направлении до достижения размера D, значения величины которого определяют по формуле:

где d - средний размер частиц породы в кровле пласта-коллектора, м;

q - дебит скважины, м³/с;

ρ_ф - плотность флюида в пласте-коллекторе, кг/м³;

π - число, равное отношению длины окружности к ее диаметру;

μ - коэффициент динамической вязкости флюида, Па·с;

m - пористость породы пласта-коллектора, безразмерная;

k - коэффициент проницаемости породы пласта-коллектора, м²;

х - реальный положительный корень уравнения

безразмерный;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

ρ_ч - плотность частиц породы пласта-коллектора, кг/м²;

h - толщина вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, м;

С - среднее сцепление вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, Па;

ρ - средняя плотность вышележащих перекрывающих пласт-коллектор горных пород, кг/м³;

Р - давление флюида в пласте-коллекторе, Па;

2, 3, 4, 6 - безразмерные коэффициенты.