Нефтяные и газовые скважины

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Приток жидкости к перфорированной  скважине

 

При фильтрации жидкости, подчиняющейся  линейному закону, приток жидкости к скважине можно выразить следующим  образом:

 

, где  С - некоторая  геометрическая характеристика

 

где R_^ф - фильтрационное сопротивление.

Приток жидкости к перфорированной  скважине

 

Дополнительное фильтрационное сопротивление R_^доп:

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Приток жидкости к перфорированной  скважине

 

Рис. 4.2. Зависимость С=f(nD, a, l):

n - плотность перфорации;  D - диаметр скважин; d -  диаметр отверстий; l - глубина  перфорационных отверстий; а =  d/D.

1 - а = 0,02; 2 -  а = 0,04; 3 - а = 0,06;

4 - а = 0,08; 5 -  а = 0,1; 6 - а = 0,12;

7 - а = 0,14; 8 -  а = 0,16; 9 - а = 0,18;

10 - а = 0,2.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Гидродинамическое несовершенство скважин

 

Отношение дебита перфорированной  скважины к дебиту скважины с открытым забоем, принятой за эталон, при прочих равных условиях принято называть коэффициентом гидродинамического совершенства:

 

Подставляя вместо qп и q их значения, будем иметь:

 

Несовершенные скважины бывают трех видов:

• скважина с открытым забоем, частично вскрывающая пласт на величину b  - несовершенная скважина по степени вскрытия - δ = b/h;
• скважина с перфорированным забоем и вскрывающая пласт на полную толщину - несовершенная скважина по характеру вскрытия;
• скважина, перфорированная не на всю толщину пласта и вскрывающая его частично - несовершенная по степени и характеру вскрытня (двойной вид несовершенства).

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Гидродинамическое несовершенство скважин

 

Рис. 4.3. Виды несовершенных скважин:

а - скважина, несовершенная  по степени вскрытия;    б - скважина, несовершенная по характеру вскрытия,    в - скважина с двойным видом несовершенства по степени и характеру вскрытия

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Гидродинамическое несовершенство скважин

 

Используя метод ЭГДА для  определения притока в скважины, несовершенные по степени вскрытия, получим зависимости C = f(a, δ) для различных безразмерных толщин пласта а = h/D, где h - полная толщина пласта, D - диаметр скважины (рис. 4.4).

 

Для скважины с двойным  несовершенством величина С может быть найдена следующим образом.

 

Рис. 4.4. Зависимость C = f(a, 6) для скважин, несовершенных по степени вскрытия

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Гидродинамическое несовершенство скважин

 

Представим приток в скважину с двойным несовершенством состоящим из двух последовательных притоков (рис. 4.5): - притока в фиктивную несовершенную по степени вскрытия скважину увеличенного радиуса R и притока в несовершенную по характеру вскрытия скважину с действительным радиусом r_^с и плотностью перфорации n.

       Поток жидкости на пути от контура питания Р_^к до стенки скважины r_^с будет преодолевать несколько фильтрационных сопротивлений:

 

R_¹ - фильтрационное соп-ротивление от Р_^к до стен-ки фиктивной скважины;

R_² - дополнительное фильтрационное сопро-тивление, вызванное несовершенством скважины по степени вскрытия и равное - (μ/2πkh) *С_¹;

 

Рис. 4.5. Схема фильтрации жидкости к скважине с двойным видом несовершенства

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Гидродинамическое несовершенство скважин

 

где С_¹ - коэффициент, учитывающий несовершенство по степени вскрытия фиктивной скважины радиусом R;

R_³ - фильтрационное сопротивление от R до стенки скважины r_^с при толщине пласта b = δ/h, где δ - степень вскрытия;

R_⁴ - дополнительное фильтрационное сопротивление, вызванное несовершенством по характеру вскрытия при толщине пласта также b = δ/h и учитываемое коэффициентом C_².

   Приток в такую сложную систему определится следующим образом:

 

Здесь

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Гидродинамическое несовершенство скважин

 

Тот же приток можно определить через сумму двух фильтрационных сопротивлений. Одно из них есть фильтрационное сопротивление, возникающее при  течении от R_^к до r_^с для плоско-радиального течения и равно:

 

Второе  -  дополнительное фильтрационное  сопротивление R*_², обус-ловлено двойным видом несовершенства скважины и характеризуется коэффициентом С:

 

так что:

 

Из условия равенства  расходов найдем

 

После подстановки выражений  для отдельных сопротивлений R и  некоторых сокращений, получим:

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Гидродинамическое несовершенство скважин

 

Решая относительно искомого С, после преобразований логарифмов найдем:

 

Здесь C_¹ определяется по графику C_¹ = f(δ, а) для скважин, несовершенных по степени вскрытия. Причем безразмерная толщина вычисляется по соотношению а = h/2R;   δ = b /h - относительное вскрытие пласта фиктивной скважины; C_² определяется из графиков C_² = f(nD, а, L) или интерполяцией значений, определяемых из графиков.

 

Величина R принимается равной 5r_^с из условия выравнивания струек тока и перехода их в достаточно правильный плоско-радиальный поток. При этом условии

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Приведенный радиус скважины

 

Приведенным радиусом называется радиус такой фиктивной совершенной  скважины, дебит которой, при прочих равных условиях, равен дебиту реальной гидродинамически несовершенной скважины.

 

Умножая С на 1 = lnе, получим

 

Так как дебиты приравниваются при прочих равных условиях, имеем:

 

Откуда приведенный радиус скважины равен

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Техника перфорации скважин

 

Способы перфорации скважин

 

Пулевая

 

Торпедная

 

Кумулятивная

 

Гидропескоструйная

 

Первые три способа  перфорации осуществляются на промыслах  геофизическими партиями с помощью  оборудования, имеющегося в их распоряжении.

 

Пескоструйная перфорация осуществляется техническими средствами и службами нефтяных промыслов.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Пулевая перфорация скважин

 

Существует два вида пулевых перфораторов:

• перфораторы с горизонтальными стволами. В этом случае длина стволов мала и ограничена радиальными габаритами перфоратора;
• перфораторы с вертикальными стволами с отклонителями пуль на концах для придания полету пули направления, близкого к перпендикулярному по отношению к оси скважины.

 

При пулевой перфорации в  скважину на электрическом кабеле спускается стреляющий пулевой аппарат, состоящий из нескольких (8 - 10) камор - стволов, заряженных пулями диаметром 12,5 мм. Каморы заряжаются взрывчатым веществом (ВВ) и детонаторами. При подаче электрического импульса происходит залп. Пули пробивают колонну, цемент и внедряются в породу.

 

Пулевой перфоратор ПБ-2 состоит из нескольких секций, каждая имеет каморы с ВВ. Стволы, заряжены пулями и закрыты герметизирующими прокладками. В верхней секции два запальных устройства, которые срабатывают при подаче по кабелю тока. В результате мгновенного сгорания ВВ давление газов в каморе достигает 2 тыс. МПа, под действием которых пуля выбрасывается.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Пулевая перфорация скважин

 

В перфораторе ПБ-2 масса заряда ВВ одной каморы составляет 4-5 г, поэтому пробивная способность его невелика. Длина перфорационных каналов составляет 65 - 145 мм (в зависимости от прочности породы и типа перфоратора). Диаметр канала 12 мм.

  Пулевой перфоратор с вертикально-криволинейными стволами ПВН-90 имеет больший объем камор и длину стволов. Масса ВВ в одной каморе - 90 г. Давление газов в каморах - 0,6 - 0,8 тыс. Мпа. Длина перфорационных каналов в породе получается 145 - 350 мм при диаметре около 20 мм.

В каждой секции перфоратора  четыре вертикальных ствола, на концах которых сделаны плавные желобки  -  отклонители. Пули, изготовленные из легированной стали, для уменьшения трения покрываются медью или свинцом.

В каждой секции два ствола направлены вверх и два вниз, чтобы компенсировать реактивные силы, действующие на перфоратор.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Торпедная  перфорация скважин

 

 Торпедная перфорация осуществляется аппаратами, спускаемыми на кабеле и стреляющими разрывными снарядами диаметром 22 мм.

  Внутренний заряд ВВ одного снаряда равен 5 г. Аппарат состоит из секций, в каждой из которых по два горизонтальных ствола. Снаряд снабжен детонатором накольного типа. При остановке снаряда происходит взрыв внутреннего заряда и растрескивание окружающей горной породы. Масса ВВ одной камеры - 27 г. Глубина каналов по результатам испытаний составляет 100 - 160 мм, диаметр канала - 22 мм. На 1 м длины фильтра делается не более четырех отверстий, так как при торпедной перфорации часты случаи разрушения обсадных колонн.

Пулевая и торпедная перфорации применяются ограниченно, так как  все больше вытесняются кумулятивной перфорацией.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Кумулятивная перфорация

 

Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов.

  Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена конической формой поверхности заряда ВВ, облицованной тонким металлическим покрытием (листовая медь толщиной 0,6 мм). Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов - продуктов облицовки пробивает канал.

   Кумулятивная струя приобретает скорость в головной части до 6 - 8 км/с и создает давление на преграду до 0,15 - 0,3 млн. МПа. При выстреле кумулятивным зарядом в преграде образуется узкий перфорационный канал глубиной до 350 мм и диаметром в средней части 8 - 14 мм. Размеры каналов зависят от прочности породы и типа перфоратора..

Все кумулятивные перфораторы  имеют горизонтально расположенные  заряды и разделяются на корпусные и бескорпусные.

Корпусные перфораторы после их перезаряда используются многократно. Бескорпусные - одноразового действия. Разработаны и корпусные перфораторы одноразового действия, в которых легкий корпус из обычной стали используется для герметизации зарядов при погружении их в скважину

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Кумулятивная перфорация

 

 Перфораторы спускаются на кабеле (имеются малогабаритные перфораторы, опускаемые через НКТ, а также на насосно-компрессорных трубах). В последнем случае взрыв производится не электрическим импульсом, а сбрасыванием в НКТ резинового шара, действующего как поршень на взрывное устройство. Масса ВВ одного кумулятивного заряда составляет 25 - 50 г.

  Максимальная толщина вскрываемого интервала кумулятивным перфоратором достигает 30 м, торпедным  - 1 м, пулевым - до 2,5 м. Это одна из причин широкого распространения кумулятивных перфораторов.

   Корпусные перфораторы простреливают интервал до 3,5 м за один спуск, корпусные одноразового действия - до 10 м и бескорпусные или  ленточные - до 30 м.

 

Рис. 4.7. Корпусный кумулятивный перфоратор ПК105ДУ:

1- взрывной патрон; 2  - шнур; 3 - заряд; 4 - электропровод.

Перейти на первую страницу

 

Эксплуатация нефтяных и  газовых скважин

 

Кумулятивная перфорация

 

  Ленточные перфораторы легче корпусных, но  их применение ограничено давлениями и температурами на забое скважины, так как взрывной патрон и детонирующий шнур находятся в контакте со скважинной жидкостью.