Содержание к диссертации
Введение
1. Методы воздействия на призабоиную зону скважины: технологии, оборудование, схемы, основные достоинства и недостатки
1.1. Общая характеристика методов воздействия на ПЗС 9
1.2. Гидроразрыв пласта (ГРП) 11
1.3. Перфорация 17
1.4. Вибропроцессы 22
1.5. Акустическое воздействие на ПЗС 28
1.6. Обработка ПЗС депрессиями-репрессиями 36
1.7. Импульсные методы 39
1.8. Сводная таблица методов воздействия на ПЗС 42
2. Оборудование и технология газо - импульсной обработки (гио) скважин
2.1. Предпосылки создания нового вида оборудования 52
2.2. Технологический процесс газо-импульсной обработки скважин 57
2.3. Оборудование, применяемое при ГИО
2.3.1. Состав оборудования комплекса, заправляемого газообразным азотом 60
2.3.2.Состав оборудования комплекса, заправляемого твердым источником топлива 66
2.4. Примеры газо-импульсной обработки скважин 68
Выводы по ГЛАВЕ II 71
3. Теоретические исследования рабочего процесса газо-импульсного воздействия
3.1. Метод решения дифференциальных уравнений, описывающих воздействие на пласт 74
3.2. Математическая модель газо-импульсного воздействия на продуктивный пласт 78
3.3. Метод решения дифференциальных уравнений, описывающих воздействие на пласт 87
3.4. Алгоритм решения задачи в системе MATHCAD 95
3.5. Результаты проведения расчетов основных параметров давления и времени в системе MATHCAD 102
3.6. Предполагаемое увеличении дебита скважины 108
Выводы по ГЛАВЕ III 112
4. Промысловые испытания техники и технологии га-зо-импульсной обработки призабойной зоны скважины (ПЗС)
4.1. Промысловые испытания 114
4.2. Проведение промысловых испытаний 118
4.3. Анализ результатов промысловых испытаний 124
Выводы по ГЛАВЕ IV 127
Выводы по работе 128
Список литературы
- Гидроразрыв пласта (ГРП)
- Акустическое воздействие на ПЗС
- Технологический процесс газо-импульсной обработки скважин
- Метод решения дифференциальных уравнений, описывающих воздействие на пласт
Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время на долю нефти приходится более 30% современного мирового потребления топливно-энергетических ресурсов. И на ближайшие десятилетия можно уверенно прогнозировать невозможность создания новых крупных мощностей для изменения структуры добычи и потребления этих ресурсов.
Современное состояние нефтяной и газовой промышленности России характеризуется проблемой уменьшения запасов углеводородов (как жидких, так и газообразных), для добычи которых имеются разработанные, хорошо себя зарекомендовавшие, техника и технологии. Как известно, более 65% всех запасов нефти в России относятся к трудноизвлекаемым. Именно поэтому всё большее значение приобретают методы воздействия на призабойную зону скважин и сами продуктивные пласты, которые могут повысить продуктивность существующих объектов добычи углеводородов.
Разработаны теоретические основы множества различных методов обработки призабойных зон и технологий их проведения, используемых на отечественных и зарубежных нефтяных и газовых месторождениях. Ежегодно на месторождениях России проводится около 10000 обработок призабойных зон скважин (ПЗС), при этом дополнительно добывается несколько миллионов тонн нефти. Однако успешность многих методов воздействия на призабойные зоны остается низкой и составляет около 40-60%. Это объясняется тем, что применяемые методы обладают некоторыми или всеми следующими недостатками: невысокая успешность; громоздкость технологий; значительный расход дефицитных и дорогостоящих химических реагентов; недостаточно полно разработанные теоретические основы проектирования процессов; недостаточно обоснованный выбор скважин для осуществления различных методов воздействия и их очередности; недостаточный учет свойств и строения призабойной зоны конкретной скважины, а также распределения нефтенасыщенности и ее динамики во времени; неизвестность путей обводнения скважины и степени водо-насыщенности пластов. Не всегда учитываются и изменения, происходящие в пласте и ПЗС в процессе разработки залежи. В нефтепромысловой практике часто выбирают метод обработки ПЗС исходя из имеющихся возможностей: наличия технических средств и материалов, освоенности метода в данном регионе, его сложности и трудоемкости. Важный недостаток всех методов воздействия на ПЗС - недостаточная их регулируемость, которая особенно важна при разработке многопластовых месторождений, включающих многослойные расчлененные коллекторы.
Таким образом, анализ проблем, связанных с искусственным воздействием на пласт или ПЗС, представляет несомненный интерес.
Цель работы
Существенное повышение эффективности газо-импульсного воздействия на призабойную зону скважины за счет создания математической модели и разработки теории этого способа воздействия.
Для достижения цели работы необходимо решить следующие задачи исследования:
-
На основании проведенного анализа способов обработки призабойной зоны скважин выявить достоинства и недостатки газо-импульсного воздействия на призабойную зону скважины;
-
Разработать методику (математическую модель и теорию газо-импульсного воздействия), позволяющую с наибольшей эффективностью проводить обработки призабойной зоны методом ГИО;
-
Используя современную компьютерную платформу (например - MathCad), автоматизировать расчет основных показателей, необходимых для эффективного воздействия на ПЗС с помощью газо-импульсную обработки скважин, т.е. создать программу расчета основных рабочих показателей ГИО;
-
Протестировать программу расчета основных рабочих показателей ГИО на реальных объектах нефтедобычи и откорректировать методику с учетом выявленных недостатков.
Методы решения поставленных задач
Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и опытно-промысловых работ. Проведен анализ научной литературы, а также исследований, выполненных другими авторами по аналогичным темам. Теоретические исследования выполнялись комплексно: аналитическим путем и применением современных методов компьютерного моделирования. Опытно-промысловые испытания проводились в различных нефтегазовых регионах России с применением гидродинамических исследований и компьютерной обработки информации.
Научная новизна работы
Для повышения эффективности газо-импульсной обработки (ГИО) разработана методика (математическая модель и теория газо-импульсного воздействия), позволяющая выполнять многократные циклы воздействия на призабойную зону методом ГИО с оптимальными рабочими параметрами (давление, время, расход газа и др.). Разработанная методика позволяет не на основании статистических данных, а на основании теоретически обоснованных расчётов правильно выбрать и назначить режим воздействия (амплитуду и длительность импульсов давления).
На основе разработанной математической модели на базе современной компьютерной платформы MathCad создана программа расчета основных рабо-
чих показателей, необходимых для эффективного воздействия на призабойную зону скважины (ПЗС) при газо-импульсной обработке.
Адекватность разработанной модели подтверждена промысловыми испытаниями.
Практическая ценность работы
Алгоритм расчета основных рабочих показателей ГИО протестирован на реальных объектах нефтедобычи - нефтедобывающих скважинах в различных регионах России. Результаты промысловых испытаний показали хорошую сходимость с данными, полученными при математическом моделировании и использовании разработанной программы расчета. Рабочие параметры реального комплекса ГИВ практически совпадают с расчетными: давление зарядки генератора Р = 65 - 80 МПа (расчетное давление зарядки генератора Р = 65 МПа); время открытия клапана t = 0,08 - 0,2с (расчетное время открытия клапана t = 0,1 с); количество циклов воздействия z = 2 - 4 (расчетное количество циклов воздействия z = 2).
Теперь для определения оптимальных параметров производства работ по газо-импульсной обработке достаточно ввести в программу расчета данные по месторождению, полученные в результате геофизического исследования скважин.
Апробация работы
Результаты исследований докладывались на: «VI-ом Конкурсе молодых ученых и специалистов ОАО «Лукойл» на лучшую научно-техническую разработку», 2007 г.; «6-ой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России», при РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2005 г.; 59-ой межвузовской студенческой научной конференции "Нефть и газ-2005", при РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина; 2005 г., 60-ая межвузовской студенческой научной конференции "Нефть и газ-2006", при РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2006.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 - в материалах научных конференций и 1 учебно-методическое пособие.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 129 страницах и содержит 22 рисунка и 9 таблиц. Общий объем работы составляет 178 страниц.
Гидроразрыв пласта (ГРП)
В последние годы в условиях высоких мировых цен на нефть российские компании резко увеличили применение методов интенсификации добычи, и сохранение этой тенденции просматривается в обозримой перспективе. Прежде всего, это относится к гидроразрыву пласта (ГРП).
Для расширения и углубления естественных и образования искусственных трещин с одновременной закачкой рабочих агентов в продуктивные низкопроницаемые пласты проводят ГРП путем создания высоких давлений на забоях скважин закачкой в пласт специальных жидкостей при больших расходах. Для предотвращения смыкания образующихся трещин их заполняют наполнителем (песком), который вводят вместе с жидкостью - песконосителем.
Практика показывает, что ГРП в настоящее время является одним из эффективных методов повышения продуктивности скважин, как при обработке ПЗС, так и при глубокопроникающем воздействии на продуктивный пласт для интенсификации разработки низкопроницаемых коллекторов.
В отечественной практике ГРП применяют главным образом в ПЗС для восстановления продуктивности или приемистости скважин с большим радиусом зоны сниженной проницаемости. При этом создают закрепленные трещины протяженностью свыше 10 м, соединяющие забой скважины с незагрязненной частью пласта. ГРП проводят при капитальном ремонте, реже при освоении скважин, дебит которых ниже потенциального. Особую роль отводят выбору объекта (скважины) на основе тщательной диагностики ПЗС. ГРП применяют не только для восстановления проводимости ПЗС, но и для повышения дебита скважин, вскрывающих низкопроницаемый пласт. В США начали применять ГРП в 1949 г., а к началу 90-х годов было проведено более 800 000 успешных операций. В настоящее время до 40% фонда скважин США и обработано методом ГРП с успешностью 90%, что обеспечило прирост добычи нефти в 1,3 млрд. м , а также перевод 25-30% запасов нефти и газа из забалансовых в балансовые. ГРП является составной частью комплекса работ по заканчиванию скважин. Все это требует проектирования оптимальной технологии и более высокого уровня материально-технического оснащения. Таким образом, обеспечивается максимальная прибыль за счет дополнительной добычи путем проектирования оптимальных технологических процессов ГРП, тогда как в отечественной нефтепромысловой практике главную роль играет выбор отдельных скважин для проведения ГРП.
Зарубежные исследования, подтвержденные промысловым опытом, показывают, что оптимальная для интенсификации разработки низкопроницаемых коллекторов длина трещин гидроразрыва находится в обратной зависимости от проницаемости пласта. Согласно этому выводу, для эффективного воздействия на нефтяной пласт необходимо создать и закрепить трещины длиной свыше 50 м, что достигается закачкой в трещины до 30-50 т. крупнозернистого песка. В зарубежной литературе принят термин "глубокопроникающий гидроразрыв пласта". В последние годы за рубежом широкое внедрение получила и технология "массированного ГРП".
При глубокопроникающем ГРП воздействию подвергается не только ПЗС, но и удаленная часть пласта. Эффект достигается за счет резкого снижения фильтрационных сопротивлений, изменения характера фильтрационного потока, подключения к скважине практически не-дренируемых зон.[23,24]
Существуют различные виды ГРП: Метод гидроразрыва и локального гидроразрыва пластов; Метод гидродинамического разрыва пластов.
Методы гидроразрыва (ГРП) и локального гидроразрыва (ЛГРП) пластов основаны на создании в скважинах напряжений, превышающих пределы прочности продуктивных пород, закольматированных пластов, что приводит к образованию в последних «техногенных» трещин различной ориентировки (горизонтальных и вертикальных) протяженности (при ГРП — в 100 м и более, а при ЛГРП — до 30 м) и раскрытое (до 10-18 мм). Закрепление «техногенных» трещин в процессе выполнения операций осуществляется заполнением их пропантами (зернами кварцевого песка, искусственными зернами и др.)- При выполнении операций по ГРП используется значительное количество спецтехники, химреагентов и закрепляющих материалов, в большинстве своем импортного производства, что и является определяющим фактором высокой себестоимости операций.
Кроме того, при проектировании работ ГРП в достаточной мере не рассматриваются такие вопросы, как литологическое строение пласта и слагающих его пород, характер и направленность процессов, протекающих в коллекторах и насыщающих их флюидах под воздействием деформационных напряжений, соотношение структур и деформационно-прочностных параметров пород и закачиваемых в «техногенные» трещины пропантов, что на практике приводит к снижению эффективности, а иногда и к ее полному отсутствию от проводимых работ. Учет положительных и отрицательных сторон традиционной технологии ГРП, а также горно-геологических условий районов деятельности НК «ЛУКОЙЛ» привел к созданию более дешевого метода ЛГРП, специально ориентированного на расформирование зон кольматации в низко-дебитных скважинах старых нефтедобывающих районов. Отличительными особенностями ЛГРП является то, что: разрыву подвергаются не только традиционные по мощности продуктивные пласты, но и их маломощные представители с остаточной нефтенасыщенностыо в виде целиков и защемленных участков; протяженность создаваемых «техногенных» трещин составляет не более 30 м, и они строго локализованы по разрезу скважин; для создания подобных трещин требуются меньшие величины давлений разрыва, объемов жидкостей разрыва и буфера, а также пропанта.
Средний прирост дебита составляет 3-5 т/сут., средняя суммарная дополнительная добыча на скважину — 1,2 тыс.т, а продолжительность эффекта от операций — до 2 лет. Сравнение результатов по приростам дебитов нефти, полученных от ЛГРП и ГРП, выполненных по технологии зарубежных фирм, показало, что они практически одинаковы, а вот стоимость операций ЛГРП в 1,5-3 раза меньше, чем ГРП.
Метод гидродинамического разрыва пласта (ГДРП) основан на использовании для создания «техногенных» трещин энергии высокотемпературных (1200-1600К) газов, образующихся при сгорании горюче-окислительных составов (ГОС) и твердотопливных пороховых систем с регулируемым импульсом давления (ПГРИ). Метод ГДРП комплексный, и его воздействие на обрабатываемый пласт осуществляется в 2 этапа:
1-й этап — собственно разрыв пласта давлением, создаваемым газообразными продуктами сгорания ГОС, и созданием «техногенных» трещин;
2-й этап — воздействие на породы пласта температурой и циклическими колебаниями столба жидкости в скважине, возникающими после сгорания ГОС и порохового генератора (типа ПГД-42Т, ПГД.БК-100М или 150, ПГД.БК-170МТ), что приводит к очистке созданных трещин и перфорационных отверстий от обломков (частиц) пород, расплавленных углеводородных соединений и продуктов химических реакций. Длительность импульсного воздействия составляет не менее 10 сек."
Акустическое воздействие на ПЗС
Геофизические и гидродинамические исследования до и после проведения работ по созданию многократных мгновенных депрессий -репрессий на пласт выявили следующее:после воздействия вводятся в разработку ранее не работав шие участки пласта, при этом интервал продуктивности уве личивается; в фильтрационные параметры призабойной и удаленной зон пласта выравниваются, а иногда становятся выше, чем в природном состоянии. Технология прошла промысловые испытания и успешно внедряется в ряде нефтяных регионов стран СНГ. Обработано свыше 400 добывающих и нагнетательных скважин, дополнительно добыто около 300 тыс. т нефти, до-полнительно закачано около 20 млн м воды. Успешность обработок составляет в среднем 80 %. Продолжительность эффекта от 6 до 18 мес. и более. Охват пласта по толщине увеличивается на 30 — 50 % и выше.
В Западной Сибири проводилось освоение горизонтальных скважин по предлагаемой технологии. В ходе опытно промысловых работ (ОПР) получены значительные притоки нефти. При доосвоении действующих гори зонтальных скважин достигнуто резкое снижение обводненности продукции и увеличение дебита по нефти.
В Башкортостане технология внедряется на месторождениях НГДУ Краснохолмскнефть. Работы проводятся по сервисному методу. Всего обработано 24 нагнетательные и 7 добывающих скважин. Успешность работ составила 90 %. Большинство скважин до обработки имело нулевую приеми-стость, а после обработки приемистость составила 150 - 300 м /сут. Продолжительность эффекта 6-20 мес. и более. По добывающим скважинам достигнуто увеличение продуктивности в 1,5 — 3,0 раза. Дополнительная добыча нефти составила около 3 тыс. т на скважину. В ходе внедрения достигнуто увеличение охвата пласта заводнением на 30 - 80 %. Следует отметить, что 80 % обработок проводилось в "чистом виде", без сочетания вибровоздействия с закачкой химреагентов и другими мероприятиями.
Применение технологии, основанной на использовании струйных аппаратов, показало ее высокую успешность с точки зрения увеличения дебитов скважин различных глубин при разной проницаемости вскрытых пород. Длительность этого эффекта по наблюдаемым скважинам составляет не менее 1 года. Возможно повышение эффективности технологии путем совмещения ее с другими видами воздействия, в частности с кислотными обработками.
Применение данной технологии сталкивается с большими трудностями при выборе скважин; внедрение технологии ограничивается наличием близлежащих водоносных горизонтов, небольшими по величинам депрессиями, потребностями большого количества рабочего агента и потребляемой мощности силового оборудования.
Кроме того, сложность устройства струйных аппаратов требует высокой квалификации обслуживающего персонала, а также выполнения регламентных работ в специализированных подразделениях. 1.7. ИМПУЛЬСНЫЕ МЕТОДЫ
В настоящее время импульсные методы можно разделить на 3 основные группы: Гидроимпульсного воздействия (ГИВ); Электрогидравлического воздействия (ЭГВ); Газо — импульсного воздействия.
Метод гидроимпульсного воздействия (ГИВ) основывается на импульсном дренировании продуктивных пластов, что приводит: - к рассредоточению кольматирующего эффективное пустотное пространство материала по объему пласта; - к разблокированию зон, целиков, насыщенных нефтью и пластовой водой; - к изменению первичной структуры пустотного пространства пород ПЗП за счет развития в них «техногенных» микротрещин.
Для создания импульсов при выполнении операций в скважинах используются гидроимпульсный насос типа НПГ, гидроимпульсные пульсаторы типа П-1 или ПГС-1 и виброструйное устройство типа УВС-1, разработанные НПО «ПАРМ-ГИНС». Спуск гидроимпульсных устройств (насосов, пульсаторов и др.) к объектам работы осуществляется с помощью НКТ. В качестве силовых флюидов используются вода, нефть и водные растворы химических реагентов (кислоты, ПАВ и др.).
При выполнении операций расход силового флюида составляет 100-500 мЗ/сут. При этом величины давлений силового флюида достигают 20 МПа, амплитуды колебаний —10-12 МПа, а частоты генерируемых импульсов составляют 5-50 Гц. Метод ГИВ применяется в компаниях «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть», «Когалымнефтегаз», а также «Сургутнефтегаз» и «Ноябрьскнефтегаз». Коэффициент успешности работ составил 75-95%, а среднесуточный прирост добычи нефти из малодебитных скважин — 5-6 т/сут. Приемистость нагнетательных скважин возрастала в 1,5-4 раза. Оценка времени сохранения эффекта от обработки пород методом ГИВ не была выполнена.
Метод электрогидравлического воздействия (ЭГВ), авторами которого являются специалисты компании «Геокарт», относится к группе импульсных воздействий на ПЗП. Он основан на создании с помощью электрического разряда гидравлических импульсов давления энергией 1-5 кДж, распространяющихся по породам обрабатываемого пласта, диспергирующих и выносящих кольматанты из него. К настоящему времени разработан и прошел стендовые испытания скважинный прибор ЭГИС-5. Диаметр прибора 102 мм, длина 3,5-6,5 м (в зависимости от числа накопительных модулей), ограничения по температуре — 100С, давлению — 50 МПа. Спуск и подъем прибора осуществляется на геофизическом грузонесущем кабеле. Электрическая мощность прибора, выделяемая на искровом промежутке работы в жидкости, составляет 250-500 МВт, частота воспроизведения разрядов — до 10 имп/мин. (для 5 модулей). Фугасный эффект электрического разряда эквивалентен взрыву 1,0-1,5 г тротила, давление на фронте ударной волны в районе электродной системы — до 80 МПа. Блоки аппаратуры рассчитаны на 105 электрических разрядов.
В 1986-92 гг. скважинный прибор «Скиф» энергоемкостью 1 кДж проходил скважинные испытания на предприятиях "Электрогидравлика», «Татнефтегеофизика» и «ЛУКОИЛ-Пермьнефть» и 2 месторождениях Казахстана. Коэффициент успешности составил 70%, дебиты нефти и приемистость нагнетательных скважин увеличивались на 50-150%, скважинное оборудование очищалось от парафинов, минеральных солей и ржавчины. [39]
Технология газо-импулъсной обработки (рис. 1.1) относится к типу физико-механических методов обработки призабойной зоны пласта скважин и предназначена для восстановления (улучшения) фильтраци-онно-емкостных характеристик призабойной зоны пласта, которые были утрачены как в процессе эксплуатации, так и при бурении скважин.
Технологический процесс газо-импульсной обработки скважин
Процесс газо-импульсного воздействия на призабойную зону скважины может быть смоделирован взрывом. Рассмотрим метод решения дифференциальных уравнений, описывающих воздействие на пласт при взрывных процессах, предложенный С.А. Ловля, чтобы в дальнейшем использовать его для решения поставленной перед нами задачи.
Действие взрыва связано с расширением продуктов быстрого горения и распространением ударной волны в окружающей среде. Этот сложный вопрос часто требует экспериментального исследования. Но, к сожалению, это дорого и часто технически неосуществимо. Масштабы взрывов различны, и иногда величины зарядов настолько велики (например, в Медео взрывались тысячи тонн ВВ), что воспроизвести их в лаборатории невозможно. Да и не каждому производственному взрыву должен предшествовать опытный взрыв. Все это заставляет искать общий подход, который можно было бы положить в основу выбора условий применения разных зарядов для решения конкретных задач.
Действие ударной волны на объект определяется свойствами объекта и параметрами волны. Характер нагрузки дастся функцией, описывающей изменение давления в ударной волне от времени т в промежуток фазы сжатия. Действие может определяться избыточным давлением Ар на фронте ударной волны, или величиной удельного импульса у фазы сжатия, или более сложным характером действия. Действие волны связано также и со временем релаксации, или периодом собственных колебаний Т системы. Если поведение системы таково, что за период существования высокого давления в волне она успеет деформироваться (т»7), то действие будет определяться давлением на фронте. Если же давление в волне снизится к тому времени, когда объект практически не деформировался (т«Т), конечная деформация будет определяться количеством движения, приобретенного им при прохождении волны, - удельным импульсом фазы сжатия. Приближенно считается, что при действие волны определяется максимальным давлением (статический характер действия), а при т«0,25Т- импульсом (импульсное действие). При временах т=0,25+10Т действие волны является промежуточным между чисто статическим и чисто импульсным.
Для оценки параметров ударной волны большое значение имеют законы подобия. Используя их, можно сопоставлять параметры волн, возбуждаемых разными зарядами, отличающихся видом и массой ВВ, а также моделировать большие взрывы взрывами малых зарядов.
Простейшим моделированием является геометрическое подобие, при котором равное давление в волне при взрывах двух зарядов радиусом i j и г2 регистрируется на расстояниях Ri и R2, причем R r/rj. Отсюда следует, что избыточное давление
Сказанное верно для зарядов из одного ВВ равной плотности. Чтобы исключить влияние плотности, следует вместо радиуса брать величину, пропорциональную корню кубическому из массы заряда m3: г - kljm 3 .
В той записи, которая приведена выше, закон называют обобщенным геометрическим законом подобия. Но для сравнения ВВ с разными теплота-ми взрыва нужно учитывать и этот фактор. Применив вместо параметра \Jm jR параметр ъ4Ё/я, где Е энергия взрыва (E = m3Qv , где Qv— удельная теплота взрыва данного ВВ в ккал/кг), получим выражение для энергетического закона подобия
Поскольку конкретный взрыв может характеризоваться направленным действием, при моделировании целесообразно применять геометрически подобные заряды.
Распространение ударных волн в воздухе изучалось М. А. Садовским. В этом случае, поскольку плотность воздуха мала, на расстояния до 10 — 20 радиусов заряда главную энергию несут продукты взрыва. Давление ударной волны на расстоянии 1 Rnp 15 определяется формулой 0,84 2,7 7,0 о л КПР RnP RnP
М. А. Садовским [71] выведены формулы, позволяющие определять импульс, время действия фазы сжатия и другие параметры волны в воздухе. Аналогичные формулы, но для взрывов в грунтах предложены Г. М. Ляховым. [71] Так, давление в волне,
Кроме того, имеются иные формулы, в деталях описывающие взрывы, протекающие в различные средах. По ним можно определить удельную энергию, период пульсации и иные параметры волны, распространяющейся в жидкости. Необходимые формулы можно найти в книгах, где рассматриваются взрывы, проводимые в разных средах. Однако эти формулы непригодны или ограниченно пригодны для расчета параметров волн, распространяющихся в скважинах, поскольку последние являются хорошими волноводами, в которых волна затухает медленно. Теорию, изложенную выше, можно использовать для определения параметров давления, создаваемого ударной волной в определенный момент времени, а также удельного импульса.
В основу математической модели, моделирующей газо-импульсное воздействие на ПЗС, лежат те же уравнения, поскольку при кратковременном открытии клапана освобождается энергия, сходная с энергией, выделяемой при взрыве.
Метод решения дифференциальных уравнений, описывающих воздействие на пласт
Промысловые испытания позволили сделать следующие выводы: Подтверждена возможность функционирования комплекса ГИВ с азотным генератором импульсов давления, доказана работоспособность и эффективность технологии и оборудования для газо-импульсной обработки (ГИО) скважин в различных геолого-технических и климатических условиях. Проведена проверка временных затрат на проведение газоимпульсного воздействия (ГИВ), которые составили: до 30 минут - продолжительность подготовки ПГГ-1 к спуску в скважину (включая время на заправку); 3 - 8 часов - время обработки скважины, включая шабло-нирование и привязку к зоне перфорации. Подтверждена безопасность проведения газо-импульсного воз действия, в качестве рабочего тела может применяться газооб разный азот (ГОСТ 9293-74) или другая взрывопожаробезопасная рабочая смесь, разрешенная к применению в нефтяной промыш ленности, то есть входящая в «Перечень химпродуктов, согласо ванных к применению в нефтяной промышленности» ВНИИЫП, МИХП, Минтопэнерго РФ, утв. НИИ «Нефтепромхим».
Подтверждена достаточность численного состава бригады в количестве двух человек для сервисного сопровождения комплекса оборудования для газо-импульсной обработки (ГИО) скважин.
Подтверждена достаточность использования силовой сети напряжением 380 В для электропитания комплекса.
Проведена оценка производительности комплекса при проведении работ на скважине, определено, что количество эффективных выпусков газа за один спуск генератора импульсов давления на глубину до 2000 метров при начальном давлении заправки генератора равным 100 МПа может достигать 4-8. оптимальное рабочее давление зарядки генератора для наиболее эффективной обработки составляет 65 МПа для скважин глубиной расположения обрабатываемых пластов до 2000 м. Повышение давления зарядки генератора может быть использовано только для увеличения количества циклов эффективных выпусков газа за одну спуско-подъемную операцию.
Расчетного времени открытия клапана ГИД в 0,1 с вполне достаточно для высокорезультативного воздействия на при-забойную зону скважины, причем участок эффективного воздействия вдоль оси скважины составляет 1,0 — 1,5 м для однократного выпуска газа Запись давления при работе генератора импульсов давления на скважине №8619 Зеленогорской площади — первый этап обработки ПЗС (реальный — черным, теоретический - красным) сравнение расчетного времени затухания волны {рЪ с), полученного с помощью численного эксперимента с фактиче 125 ским временем (48 с), полученным при использовании газоимпульсного воздействия на скважине № 8619 Зеленогор-ской площади, показало расхождение в 17 с. Видимо, это связано с некоторыми упрощениями в математической модели ГИВ (отсутствие свободного газа, использование в качестве рабочего флюида при расчете воды и т.д.) Однако формы кривой практически полностью совпадают (см. рис. 4.6). Аналогичные результаты при сравнении численного и промыслового эксперимента были получены на скважинах №18553 Восточно-Лениногорской площади и №9813 Кара-малинской площади {см. Приложения). Кроме того промышленные испытания подтвердили достаточность комплекта ЗИП, низкий уровень экологически вредного воздействия на организм человека и окружающую среду, а также соответствие эргономических характеристик оборудования стандартам.
1. Результаты промысловых испытаний, проведенных на одиннадцати скважинах в различных нефтяных регионах РФ подтвердили работоспособность и эффективность комплекса газо-импульсного воздействия (ПИВ).
2. Рабочие параметры реального комплекса ГИВ практически совпадают с расчетными: Р зарядки генератора = 65-80 МПа (Р расчетное зарядки генератора = 65 МПа); время открытия клапана t = ОД - 0,3 с ( расчетное время открытия клапана t = 0,1 с); количество циклов воздействия z = 4 (расчетное количество циклов воздействия z = 2).
3. Фактическое время затухания волны, возникающей при газоимпульсном воздействии в скважинах с глубиной расположения обрабатываемых пластов до 2000 м по результатам промыслового эксперимента составило 58 - 65 с, что на 10 - 17 секунд больше, чем расчетное время - 48 с.
4. Форма кривой распределения давления, записанная в результате промыслового эксперимента, соответствует форме кривой, полученной в результате теоретических исследований, а амплитуды колебаний давления обеих кривых различаются незначительно АР = 97 атм (АР расчетное = 88 атм).
Газо-импульсное воздействие на призабойную зону скважины является перспективным способом повышения проницаемости призабойной зоны пласта добывающих и нагнетальных скважин, в первую очередь в карбонатных и терригенных (сформированных из обломков горных пород и минералов) пластах, сложенных как поровыми, так и трещиноватыми горными породами с проницаемостью от нескольких единиц до нескольких сотен миллиДарси, с пористостью 12-30 % и залегающими на глубине до 2000 метров; Проведенный анализ выявил основные достоинства и недостатки газо-импульсной обработки (ГИО). Одним из ключевых недостатков ГИО, не позволяющим повысить эффективность его применения, являлось отсутствие математической модели процесса. В связи с этим основной задачей работы было ее создание.
Для повышения эффективности ГИО разработана методика (математическая модель и теория газо-импульсного воздействия), позволяющая выполнять многократные циклы воздействия на призабойную зону методом ГИВ с оптимальными рабочими параметрами (давление, время, расход газа и др.). Кроме того, разработанная методика позволяет не на основании статистических данных, а на основании теоретически обоснованных расчётов правильно выбрать и назначить режим воздействия (амплитуду и длительность импульсов давления).
На основе разработанной математической модели на базе современной компьютерной платформы MathCad создана программа расчета основных рабочих показателей, необходимых для эффективного воздействия на ПЗС при газо-импульсной обработке. Оператору достаточно ввести в программу данные по месторождению, полученные в результате геофизического исследования пласта скважины, и он получит ответ относительно того, какие параметры воздействия необходимо задать для получения максимального эффекта.
