книги из ГПНТБ / Мамедов, А. А. Нарушения обсадных колонн при освоении и эксплуатации скважин и способы их предотвращения

А. А. МАМЕДОВ

НАРУШЕНИЯ

ОБСАДНЫХ

КОЛОНН ПРИ ОСВОЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН И СПОСОБЫ

ИХ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ

МОСКВА «НЕДРА» 1974

НАРУШЕНИЯ ФИЛЬТРОВОЙ ЧАСТИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ПРИ ОСВОЕНИИ

И ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

Анализ промысловых материалов показывает, что из всех ви­ дов аварий, выводящих скважины из строя, нарушение фильтро­ вой части обсадных колонн при освоении и эксплуатации сква­ жин является наиболее распространенным.

Изучение причин нарушений на основе промысловых данных свидетельствует, что нарушение фильтровой части колонны при освоении вызвано процессом перфорации, а при эксплуатации скважин — разрушением пород призабойной зоны и последую­ щим выносом их жидкостью на дневную поверхность.

Так, в течение 1960—1961 гг. нарушения фильтровой части обсадных колонн при освоении скважин в результате залповой! перфорации произошли в 608 скважинах б. МНДП Аз. ССР [64].

Нарушения обсадных колонн в зоне фильтра при эксплуата­ ции скважин произошли также в 46 скважинах НГДУ Абиннефть Краснодарского края [56].

Большое количество случаев нарушения фильтровой части обсадных колонн при освоении и эксплуатации скважин приво­ дится и в работах [11, 16, 57, 80].

В табл. 1 приведены числовые данные о нарушениях филь­

НАРУШЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ПРИ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИН

Состояние низа обсадных эксплуатационных колонн после их перфорации в нефтяных и газовых скважинах изучено недоста­ точно. Имеющиеся сведения о причинах нарушения и выхода из

4

строя обсадных эксплуатационных колонн основываются на про­ мысловых статистических данных, не дающих наглядную кар­ тину о состоянии перфорированного участка. Объясняется это отсутствием эффективных технических средств, позволяющих вести наблюдения за состоянием нарушенного участка колонны.

Исследование данного вопроса лучше всего было бы прово­ дить непосредственно в скважинных условиях, т. е. на колоннах обсадных труб, спущенных и зацементированных в скважине на некоторой оптимальной глубине. Однако постановка таких экспериментов сопряжена со значительными техническими и практическими трудностями, поскольку извлечение зацементи­ рованной на глубине эксплуатационной колонны почти не пред­ ставляется возможным.

Практически целесообразно исследовать этот вопрос в лабо­ раторных условиях, имитирующих в некоторой степени условия забоя скважины.

Заканчивание скважин и виды перфорации

Заканчивание скважин. Завершающим этапом при строитель­ стве нефтяных и газовых скважин является их заканчивание, т. е. крепление забоя, вскрытие и сообщение продуктивного пла­ ста с обсадной эксплуатационной колонной. Правильное закан­ чивание скважин, пробуренных для эксплуатации нефтяных и газовых залежей, является важнейшим мероприятием во всей дальнейшей работе скважин.

Выбор конструкции забоя и метода завершения скважин определяется прежде всего геологическим строением залежи, па­ раметрами продуктивного пласта и предусматриваемым режи­ мом его работы.

В зависимости от положения башмака обсадной эксплуата­ ционной колонны относительно продуктивного пласта методы крепления призабойной зоны скважины можно разбить на две группы:

1)крепление ствола скважины обсадной колонной осущест­ влено только до кровли продуктивного пласта-скважины с от­ крытым забоем;

2)обсадная эксплуатационная колонна спущена до подошвы продуктивного пласта-скважины с обсаженным забоем.

Врезультате ряда преимуществ в подавляющем большин­ стве случаев применяют конструкции скважин с обсаженным забоем. В этом случае обсадная эксплуатационная колонна спу­

скается ниже продуктивного горизонта, сплошь цементируется, а затем в желаемых интервалах перфорируется при помощи раз­ личных стреляющих аппаратов-перфораторов.

Применяемые в настоящее время перфораторы по принципу действия и конструкции делятся в основном на две группы:

5

1) пулевые и снарядные перфораторы; 2) перфораторы кумуля­ тивного действия.

Обе группы перфораторов являются залповыми, и в обоих случаях для перфорирования стенки обсадных колонн, цемент­ ного камня и породы используют энергию взрывчатого веще­ ства.

В последнее время стал распространяться новый гидроабра­ зивный эрозионный способ перфорирования, исключающий при­ менение взрывчатых веществ, так называемая гидропескоструй­ ная перфорация.

Пулевые перфораторы относятся к более раннему периоду создания стреляющих аппаратов, предназначенных для перфо­ рирования обсадных колонн, и имеют много различных конст­ рукций. Конструкции пулевых перфораторов усовершенствова­ лись в основном геофизическими организациями в Баку и Гроз­ ном. За последние годы в тресте Азнефгегеофизика разработаны и внедрены новые более высокопроизводительные пулевые двух­ канальные перфораторы типа ПБ2, которые в сравнении с пер­ фораторами типа АПХ при прочих равных условиях позволяют сократить время прострела скважины примерно в четыре раза [1].

С появлением более совершенных стреляющих аппаратов, в частности перфораторов кумулятивного действия, пулевые пер­ фораторы в последующем были вытеснены из нефтепромысло­ вой практики.

В табл. 2 приведены основные технические характеристики применяемых в настоящее время пулевых и снарядных перфора­ торов.

6

Кумулятивные перфораторы созданы сравнительно недавно. В настоящее время они наиболее широко распространены в неф­ тепромысловой практике как за рубежом, так и у нас.

Существуют различные типы и конструкции кумулятивных перфораторов. Кумулятивная перфорация — наиболее эффектив­ ное, производительное и надежное средство вскрытия продук­ тивных пластов, особенно сложенных породами средней твердо­ сти и твердых.

Перфорирование стенки колонны и цементного камня, а так­ же проникновение в породу на необходимую глубину происходит вследствие образования от кумулятивного эффекта направлен­ ной струи огромной скорости и чрезмерно высокого давления.

В зависимости от формы выемки заряда и параметров обли­ цовки (материала, геометрии, толщины) скорость кумулятивной струи на разных ее участках достигает величины 5—10 тыс. м/сг а давление — несколько сот тысяч кгс/см2.

Перфораторы кумулятивного действия конструктивно де­ лятся на две приципиально разные группы: 1) перфораторы с разрушающимися корпусами (как бескорпусные); 2) перфора­ торы корпусные многократного действия.

Внефтяной промышленности СССР в настоящее время при­ меняются кумулятивные перфораторы примерно двадцати типо­ размеров. В числе этих перфораторов корпусные ПК, ПКОг ПСК, ленточные ПКС, разрушающиеся КПР и раскрываю­ щиеся ПКР.

Втабл. 3 приведены краткие технические характеристики некоторых применяемых кумулятивных перфораторов.

Эрозионный способ перфорирования появился совсем недав­ но. Это перфорирование скважин, исключающее применение взрывчатых веществ, основано на принципе использования абра­ зивного и мониторного эффектов высоконапорных песчаножидкостных струй, вылетающих с большой скоростью из твердо­ сплавных насадок специального глубинного устройства — песко­ струйного перфоратора. Струя абразивной жидкости при доста­ точном перепаде давления пробивает отверстие в обсадной ко­ лонне, цементном камне за колонной и углубляется в породу достаточно быстро (за несколько минут). Глубина проникнове­ ния в пласт может быть значительной. В случае эрозионного способа применяют патрубок, снабженный точно калиброван­ ным соплом (насадкой) из твердого сплава, присоединенный к нижней части колонны промывочных труб. Наземное оборудо­ вание состоит из насосного агрегата и пескосмесителя.

Для осуществления эрозионного, или, как его еще называют, гидропескоструйного, способа перфорирования скважин поль­ зуются также специальными устройствами, предварительно при­ крепленными к нижней части обсадной эксплуатационной колонны.

7:

Эрозионный метод перфорирования скважин находится в ста­ дии промышленного испытания.

Применение того или иного метода перфорирования или кон­ струкции перфораторов определяются в основном характером вскрываемой породы и условиями в забое скважины в момент ее заканчивания (параметрами промывочной жидкости, свойст­ вами цемента, глубиной, температурой и т. п.).

Пулевые перфораторы рекомендуется применять для вскры­ тия пластов, сложенных из мягких пород. Перфораторы кумуля­ тивного действия считаются более эффективными при вскрытии твердых пород и позволяют простреливать обсадные колонны малых диаметров.

Однако в результате отсутствия единого общепринятого мне­ ния по оценке эффективности и недостатков применение того или иного метода перфорации по отдельным нефтяным районам не диктуется целиком приведенными выше соображениями.

В тех горизонтах, пласты которых представлены трещинова­ тыми и кавернозными породами с низкими пластовыми давле­ ниями, рекомендуют спускать обсадную эксплуатационную колонну с готовым фильтром (в ее нижней части) и цементиро­ вать ее до кровли продуктивного пласта.

АНАЛИЗ РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ВЛИЯНИЯ ПЕРФОРАЦИИ НА ПРОЧНОСТЬ ОБСАДНЫХ ТРУБ

В работе [64] проанализированы промысловые данные влия­ ния пулевой залповой перфорации на целостность обсадных эксплуатационных колонн в НГДУ Кировнефть, Бузовнынефть, Лениннефть, Ширваннефть, Орджоникидзенефть, Азизбековнефть и Сиазаньнефть Азербайджанской ССР, простреленных в

1960—1961 гг.

Установлено, что из рассмотренных 608 скважин у 602 ко­ лонны прострелены пулевыми залповыми перфораторами типа АПХ, а у 6 — перфораторами кумулятивного действия. Продол­ жительность появления нарушений колонн распределяется сле­ дующим образом: через 1—10 сут — 9,4%; через 11—20 сут —

11,7%, через 21—30 сут— 14,0%, через 31—40 сут — 7,0%, через

41—50 сут— 11%, через 51—60 сут'— 3,9% и, наконец, через более 60 сут — 43%. Как видно из приведенных выше цифр, чис­ ло скважин, колонны которых нарушились не позже чем через 30—40 сут, составляет 35,1—42,1% (т. е. более 200 скважин). Причиной нарушения колонны в этих скважинах авторы счи­ тают применение пулевых перфораторов залпового действия.

В работе [26] приведены результаты перфорации обсадной эксплуатационной колонны скв. 206 Бахметьевского нефтяного месторождения. Эксплуатационная колонна диаметром 168 мм, составленная из труб группы прочности Д, была спущена в эту скважину на глубину 2283 м с поднятием цемента на высоту

9