WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Разработка комплексной технологии кумулятивной перфорации скважины и газодинамической обработки прискважинной зоны пласта

На правах рукописи

УДК 550.83:622.24(031)

БАЛДИН АНАТОЛИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ КУМУЛЯТИВНОЙ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИНЫ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИСКВАЖИННОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА

Специальность 25.00.10 – Геофизика, геофизические методы

поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2008

Диссертация выполнена в ООО «Пермский инженерно-технический центр «Геофизика» (ООО «ПИТЦ «Геофизика»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гайворонский Иван Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Валиуллин Рим Абдуллович
кандидат технических наук Павлов Владимир Иванович

Ведущая организация: ЗАО «НТФ «ПерфоТех» (г.Москва)

Защита состоится «25» декабря 2008 г. в 1500 часов, в конференц зале на заседании диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.020.01 при Открытом Акционерном Обществе «Научно-производственная фирма «Геофизика» (ОАО «НПФ «Геофизика») по адресу: 450005, г.Уфа, ул. 8-ое Марта, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПФ «Геофизика»

Автореферат разослан «24» ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор химических наук Д.А.Хисаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одним из важнейших элементов, определяющих потенциальные возможности скважины, является так называемая прискважинная зона пласта (ПЗП) - объем продуктивного пласта, вскрытый данной скважиной и примыкающий к ней, в котором потери энергии на движение флюида существенны. При эксплуатации скважин состояние ПЗП постоянно изменяется вследствие как различных природных явлений, так и целенаправленной производственной деятельности, предусматривающей увеличение дебитов добывающих или приемистости нагнетательных скважин.

Установлено, что на изменение дебита скважин более сильное влияние оказывает снижение, а не увеличение проницаемости ПЗП по сравнению с проницаемостью невозмущенной (естественной) породы. Исследования показали, что снижение проницаемости в непосредственно прилегающей к скважине зоне пласта может достигать 100-кратной величины и более. При вскрытии продуктивного пласта, от качества которого в значительной степени зависит последующая эксплуатация скважины, и на всех стадиях разработки месторождения необходимо сохранять и восстанавливать естественную проницаемость ПЗП.

При строительстве скважины фильтрационные свойства ПЗП ухудшаются. Поэтому после окончания ее строительства целесообразно проведение работ по улучшению гидродинамической связи скважины с пластом.

При наличии околоскважинной зоны продуктивного пласта с ухудшенной проницаемостью качество вторичного вскрытия будет определяться тем, насколько надежно удастся связать скважину с незагрязненной зоной пласта. Известно, что методы вторичного вскрытия пласта применяются на этапах заканчивания, эксплуатации и ремонта скважин, а также для интенсификации притока флюида.

В настоящее время все более широкий интерес проявляется к разработкам так называемых комплексных, сочетающих в себе перфораторный и генераторный модули, аппаратов, технологии применения которых позволяют обеспечить за одну спуско-подъемную операцию совместно или последовательно кумулятивную перфорацию скважины и воздействие на пласт продуктами сгорания зарядов твердого топлива. Эффективность гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом, которая может быть получена с помощью таких комплексных аппаратов и технологий, существенно превышает эффективность гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом, обеспечиваемую при применении как существующих, так и перспективных кумулятивных перфораторов. Технологии, осуществляемые с применением аппаратов, сочетающих в себе перфораторный и генераторный модули, позволят гарантированно, за счет газодинамического воздействия через перфорационные каналы на продуктивный пласт с образованием в пласте сетки трещин, обеспечить гидродинамическую связь скважины с продуктивным пластом при больших зонах загрязнения ПЗП.

Для повышения эффективности разработки нефтяных и газовых месторождений разработка и совершенствование комплексных аппаратов, сочетающих в себе перфораторный и генераторный модули, а также технологий их применения в различных геолого-технических и геолого-физических условиях является актуальной задачей как с теоретической, так и с практической точки зрения.

Цель диссертационной работы. Разработка и внедрение комплексной технологии, обеспечивающей проведение за одну спуско-подъемную операцию кумулятивной перфорации скважины и последующей газодинамической обработки ПЗП.

Основные задачи исследований



1. Патентные и литературные исследования, анализ известных конструктивных схем комплексных устройств и технологий для кумулятивной перфорации и газодинамического воздействия на продуктивный пласт.

2. Выбор принципиальной схемы комплексного устройства, позволяющего за одну спуско-подъемную операцию выполнить последовательно кумулятивную перфорацию скважины и газодинамическое воздействие на продуктивный пласт продуктами сгорания твердотопливных зарядов.

3. Обоснование работоспособности твердотопливных зарядов при действии на них ударных нагрузок, возникающих вследствие детонации кумулятивных зарядов, и возможности воспламенения твердотопливных зарядов продуктами детонации.

4. Разработка физико-математической модели газодинамического воздействия на ПЗП как элемента комплексной технологии и совокупности взаимозависимых физических процессов, протекающих в устройстве, скважине и продуктивном пласте, позволяющей рассчитать изменение давления в скважине и размеры образующихся трещин в зависимости от геолого-технических, геолого-физических условий скважины и характеристик твердотопливных зарядов.

5. Экспериментальное определение скорости горения твердых топлив при высоких давлениях с учетом тепловых потерь.

6. Отработка конструкции комплексного устройства и технологии его применения при скважинных испытаниях, оценка эффективности комплексной технологии в различных геолого-технических и геолого-физических условиях скважин.

Методы решения поставленных задач

Применение теории ударных волн и теории состояния реальных газов, физико-математическое моделирование, экспериментальные исследования в скважинах, анализ и обобщение промысловых данных.

Научная новизна

1. На основании выполненных расчетов и оценки действующих на твердотопливные заряды ударных нагрузок, образующихся во внутренней полости комплексного устройства, доказано отсутствие детонации твердотопливных зарядов и их надежное воспламенение при детонации кумулятивных зарядов, что обеспечивает возможность применения этого устройства как основы комплексной технологии воздействия на ПЗП.

2. Разработана физико-математическая модель газодинамического воздействия продуктами сгорания твердотопливных зарядов на ПЗП как совокупность взаимозависимых физических процессов, возникающих в устройстве, скважине и продуктивном пласте. Модель позволяет до проведения обработки скважин обосновать комплексную технологию путем выбора конструкции, размеров и количества твердотопливных зарядов, расчета изменения давления в скважине и размеров образующихся трещин в зависимости от скважинных условий и характеристик твердотопливных зарядов.

3. Получены, с учетом тепловых потерь в сосуде постоянного объема, зависимости скорости горения от давления для баллиститных ракетных и смесевых твердых топлив, применяемых в скважинных газогенерирующих устройствах, что позволяет до проведения обработки скважин выбрать параметры комплексной технологии в зависимости от конкретных скважинных условий.

Основные защищаемые положения

  1. Комплексная технология воздействия на пласт с применением устройства, состоящего из газосвязанных перфораторной с кумулятивными зарядами и газогенерирующей с твердотопливными зарядами частей, внутренние объемы которых представляют собой единую герметичную полость, что обеспечивает за одну спуско-подъемную операцию последовательное выполнение кумулятивной перфорации скважины и газодинамического воздействия на продуктивный пласт продуктами сгорания твердотопливных зарядов через образованные перфорационные каналы для создания эффективной гидродинамической связи с продуктивным пластом при вторичном его вскрытии.
  2. Физико-математическая модель газодинамического воздействия на продуктивный пласт продуктами сгорания твердотопливных зарядов через образованные перфорационные каналы как элемента комплексной технологии, которая учитывает взаимозависимые физические процессы, протекающие в комплексном устройстве, скважине и продуктивном пласте.
  3. Конструкции твердотопливных зарядов, обеспечивающие возможность выбора компоновки снаряжения газогенерирующей части комплексного устройства с целью достижения оптимальных параметров газодинамического воздействия на продуктивный пласт для конкретных геолого-технических и геолого-физических условий скважины, и зависимости скорости горения твердых топлив от давления при высоких его значениях, характерных для условий нефтяных и газовых скважин.

Практическая ценность и реализация работы

1. Полученные научные результаты использованы предприятиями ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика» и ООО «Пермский ИТЦ «Геофизика» для разработки и внедрения при непосредственном участии автора комплексной технологии применения устройства ГП105 («Перфоген»), обеспечивающего за одну спуско-подъемную операцию последовательное выполнение кумулятивной перфорации скважины и газодинамического воздействия через перфорационные каналы на продуктивный пласт продуктами сгорания твердотопливных зарядов.

2. Промышленное производство неснаряженного устройства ГП105, кумулятивных зарядов и твердотопливных зарядов освоено Нефтекамским машиностроительным заводом, ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика» и пороховыми предприятиями России соответственно.

3. Промышленное применение комплексной технологии воздействия на пласт с применением устройства ГП105 «Перфоген» успешно освоено на предприятиях ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» (ранее ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМНЕФТЬ», ООО СП «Кама-нефть», ЗАО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»), ЗАО «Уральская нефтяная компания», ЗАО «ЛУКОЙЛ-АИК», ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» (ТПП «Когалымнефтегаз»), ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз».

Апробация работы

Основное содержание диссертации докладывалось и обсуждалось на научно-технических конференциях, советах и семинарах предприятий ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика», ООО «Пермский ИТЦ «Геофизика» и ООО «Лукойл-Пермь» в 2000-2006 г.г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ в изданиях, рекомендованных ВАК, в том числе 3 патента России на изобретения и 2 патента России на полезные модели.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованных источников из 97 наименований, содержит 129 страниц текста, в том числе 20 рисунков и 11 таблиц.

Автор выражает особую благодарность своему научному руководителю действительному члену РАЕН, д.т.н., проф. Гайворонскому И.Н., который был идейным вдохновителем и постоянным наставником данной работы. Автор благодарит ведущих инженеров-конструкторов ООО «ПИТЦ «Геофизика» Рябова С.С. и Сухорукова Г.И. за помощь в выполнении работы, к.т.н. Дуванова А.М. за ценные замечания на этапе апробации работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели, основные задачи исследований и методы их решения.

В первой главе проведен анализ конструкций известных скважинных устройств для кумулятивной перфорации скважины и технологий газодинамической обработки ПЗП, разработанных и предложенных российскими учеными и специалистами: Фридляндером Л.Я., Григоряном Н.Г., Гайворонским И.Н., Кузьмицким Г.Э., Амеличевым А.Т., Тахаутдиновым Ш.Ф., Хисамовым Р.С., Минибаевым Ш.Х., Падериным М.Г., Крощенко В.Д., Ликутовым А.Р., Меркуловым А.А. и др. Показаны достоинства и недостатки этих устройств и технологий. В результате анализа выбрана принципиальная схема комплексного устройства для реализации комплексной технологии воздействия на пласт, позволяющей гарантированно обеспечить гидродинамическую связь скважины с продуктивным пластом при больших зонах загрязнения ПЗП.

Комплексное устройство представлено на рис.1 и состоит из газосвязанных перфораторной 1 с кумулятивными зарядами 2 и газогенерирующей 3 с твердотопливными зарядами 4 частей, внутренние объемы которых представляют собой единую герметичную полость.

Сформулированы и обоснованы основные технические требования к комплексному устройству, унифицированному на базе кумулятивного перфоратора ПК105-7, и его элементам. Комплексное устройство может применяться в различных компоновках в зависимости от геолого-технических и геолого-физических условий скважин.

На основании теории ударных волн и результатов исследований распространения ударных волн в трубах проведена оценка работоспособности твердотопливных зарядов комплексного устройства. Показано, что твердотопливные заряды, размещенные в газогенерирующей части комплексного устройства, не детонируют от воздействия ударных волн, распространяющихся во внутренней полости устройства от мест установки детонирующих кумулятивных зарядов, что обеспечивает работоспособность его при проведении геофизических работ в скважинах.

На основании теории состояния реальных газов проведен расчет давления и температуры газа во внутренней полости комплексного устройства в момент окончания работы кумулятивных зарядов.

По результатам расчета на рис.2 представлены зависимости давления во внутренней полости от коэффициента заполнения газогенерирующей части устройства. Показано, что для исключения возможности проникновения скважинной жидкости во внутреннюю полость необходимо по известному значению гидростатического давления в зоне обработки скважины Ргст определять предельные минимальные значения коэффициентов заполнения газогенерирующей части Кзап.min для различных компоновок устройства.





Рис.1. Комплексное устройство для кумулятивной перфорации и газодинамической обработки ПЗП: 1 – перфораторная часть; 2 – кумулятивные заряды; 3 –газогенерирующая часть; 4 – твердотопливные заряды.

Фактическое значение коэффициента заполнения газогенерирующей части для выбранной к применению компоновки устройства должно быть больше соответствующего предельного минимального значения Кзап.min. Показано, что в момент окончания работы кумулятивных зарядов во внутренней полости одновременно реализуются следующие параметры продуктов детонации - давление не менее 17,51МПа и температура не менее 2380К. В качестве твердотопливных зарядов в комплексном устройстве могут использоваться как заряды из баллиститных ракетных твердых топлив, так и заряды из смесевых твердых топлив. Для воспламенения твердотопливных зарядов необходимо и достаточно одновременное выполнение двух условий:

давление окружающей среды должно быть не менее 4МПа для баллиститных топлив и не менее 0,5МПа для смесевых топлив;

температура окружающей среды должна быть не менее 456 К для баллиститных топлив и не менее 553 К для смесевых топлив.

Показано, что в выбранных компоновках комплексного устройства в момент окончания работы кумулятивных зарядов во внутренней полости выполняются условия, достаточные для воспламенения твердотопливных зарядов (по давлению и температуре окружающей среды) продуктами детонации кумулятивных зарядов и детонирующего шнура.

Во второй главе описаны физические процессы, происходящие при комплексном воздействии на ПЗП. Они представлены в виде последовательности следующих основных физических процессов:

а) кумулятивной перфорации скважины установленными в перфораторной части кумулятивными зарядами;

б) воспламенения твердотопливного заряда газогенерирующей части продуктами детонации детонирующего шнура и кумулятивных зарядов;

в) газодинамического воздействия комплексным устройством на ПЗП, включающего:

работу газогенерирующей части до момента достижения в скважине давления, не превышающего давления разрыва пласта;

работу газогенерирующей части в период времени, когда давление в скважине превышает давление разрыва пласта;

газодинамическое воздействие на ПЗП в период времени после окончания работы твердотопливного заряда газогенерирующей части.

Процесс кумулятивной перфорации скважины при применении комплексной технологии практически не отличается от процесса перфорации штатным корпусным кумулятивным перфоратором ПК105-7. Поэтому физико-математическая модель процесса кумулятивной перфорации скважины комплексным устройством в диссертационной работе не рассматривается.

Время воспламенения установленного в газогенерирующей части комплексного устройства твердотопливного заряда определяется временем от начала образования на поверхности твердотопливного заряда локальных очагов горения до момента, соответствующего состоянию, когда твердотопливный заряд воспламенится полностью по всей поверхности горения. Особенностью комплексного устройства является то, что твердотопливный заряд установлен в герметичной полости, наполненной атмосферным воздухом. Это позволяет рассматривать процесс воспламенения твердотопливного заряда комплексного устройства аналогичным процессу воспламенения твердотопливного заряда ракетного двигателя. Определение расчетным путем времени воспламенения твердотопливного заряда является сложной теоретической и прикладной задачей, решение которой должно включать учет неравномерности распределения давления и температуры во внутреннем объеме комплексного устройства в период времени работы кумулятивных зарядов, учет физической природы твердого топлива и неравномерности прогрева поверхности горения твердотопливного заряда и другое. Время воспламенения твердотопливного заряда по аналогии с твердотопливными ракетными двигателями определяется при отработке комплексного устройства в скважине по результатам измерения зависимости давления во внутренней полости устройства или в зоне обработки скважины от времени работы устройства.

В результате работы комплексного устройства в скважине образуется газовый пузырь, изменяющий свой объем преимущественно вверх в зависимости от давления продуктов сгорания твердотопливного заряда, текущего барического состояния и движения скважинной жидкости. В период работы комплексного устройства, когда давление в скважине будет превышать давление разрыва пласта, изменение объема газового пузыря под действием давления продуктов сгорания твердотопливного заряда будет происходить как вследствие деформации и движения скважинной жидкости, так и вследствие наличия процесса трещинообразования в продуктивном пласте. Процесс трещинообразования представлен состоящим из следующих основных процессов:

образования в продуктивном пласте нарушений - нераскрытых трещин, которые образуются под действием давления продуктов сгорания твердотопливного заряда при заполнении ими пробитых перфорационных каналов;

раскрытия и роста в продуктивном пласте трещин под действием давления продуктов сгорания твердотопливного заряда, которые поступают через пробитые перфорационные каналы в пласт.

Указанные основные процессы трещинообразования в продуктивном пласте зависят от интенсивности газодинамического воздействия продуктов сгорания твердотопливного заряда на пласт, а именно от величины давления и скорости его изменения (градиента давления) в газовом пузыре. Для образования нарушений в продуктивном пласте необходимы более высокие градиенты давления, чем для раскрытия и роста трещин. Величина градиента давления и характер его изменения, а также расход продуктов сгорания через перфорационные каналы в продуктивный пласт определяют количество и размеры трещин в пласте.

После окончания работы твердотопливного заряда газогенерирующей части комплексного устройства газодинамическое воздействие на прискважинную зону пласта будет продолжаться до момента прекращения изменения барического состояния скважинной жидкости.

В соответствии с изложенной качественной картиной физических процессов, протекающих в комплексном устройстве, скважине и пласте, разработана физико-математическая модель газодинамического воздействия комплексным устройством на ПЗП, как элемента комплексной технологии. Исходя из законов сохранения массы и энергии газового пузыря, получены основные уравнения внутренней баллистики, позволяющие определить давление и температуру газов, образуемых твердотопливным газогенерирующим устройством в скважине, в любой момент осуществления технологии обработки. Разработанная физико-математическая модель определяет взаимосвязь параметров рабочего процесса в комплексном устройстве с параметрами скважины и пласта и позволяет определить давление и температуру в обрабатываемой зоне скважины не только в любое время работы газогенерирующей части комплексного устройства, но также в течение некоторого времени после окончания его работы.

Основные уравнения физико-математической модели газодинамического воздействия на ПЗП отражают газодинамическое воздействие как взаимосвязь двух основных протекающих в скважине процессов – газообразования, определяемого горением твердотопливного заряда, и изменения объема газового пузыря, определяемого сжимаемостью, движением скважинной жидкости и трещинообразованием в продуктивном пласте.

На процесс газообразования оказывают влияние давление в газовом пузыре, характеристики твердого топлива и величина поверхности горения твердотопливного заряда. На процесс изменения объема газового пузыря оказывают влияние давление в газовом пузыре, изотермический коэффициент сжимаемости скважинной жидкости, масса скважинной жидкости, геофизические характеристики продуктивного пласта.

Интенсивность процесса газообразования, динамика газодинамического воздействия в целом и продолжительность действия давления газового пузыря на продуктивный пласт зависят от режима горения твердотопливного заряда. Поэтому выбор марки (типа) твердого топлива и конструкции твердотопливного заряда является основным фактором, определяющим работу комплексного устройства и следовательно, всей комплексной технологии воздействия на пласт в конкретных геолого-технических и геолого-физических условиях скважины.

Физико-математическая модель газодинамического воздействия представлена в виде блок-схемы. Сравнение расчетных параметров газодинамического воздействия на пласт с фактическими приведено для комплексного устройства ПГК-102. Согласование расчетного и фактического давлений в скважине удовлетворительное (рис.3).

Проведен анализ изменения давления в газовом пузыре при газодинамическом воздействии на ПЗП комплексным устройством и представлены конструкции твердотопливных зарядов, обеспечивающие различные режимы их горения. Для зарядов предложенных конструкций по разработанной физико-математической модели работниками проектных геофизических организаций может производиться расчет параметров газодинамического воздействия комплексным устройством на ПЗП для конкретных геолого-технических и геолого-физических условий скважины. По результатам расчетов выбираются оптимальные параметры газодинамического воздействия и компоновка твердотопливного заряда.

Обоснована необходимость определения скорости горения твердых топлив при давлениях, характерных для условий нефтяных и газовых скважин. Для расчетов внутрибаллистических параметров работы твердотопливных газогенерирующих устройств в скважинах необходима зависимость скорости горения твердотопливного заряда от давления – «закон» скорости горения твердого топлива при давлениях до 100 МПа и более.

Проведено экспериментальное определение скорости горения твердых топлив в сосуде постоянного объема (СПО) с учетом тепловых потерь. Получены зависимости скорости горения твердых топлив от давления при высоких значениях последнего, характерных для условий нефтяных и газовых скважин, для следующих марок баллиститных ракетных твердых топлив (БРТТ) и смесевых твердых топлив (СТТ), применяемых в различных газогенерирующих устройствах (таблица 1).

Таблица 1 – Зависимости скорости горения от давления

Марка твердого топлива Зависимость скорости горения от давления при номинальной температуре (U в мм/с, Р в кгс/см2) Диапазон давлений в СПО, кгс/см2 Примечание
РСИ-60 U(Р)=2,1Р0,36 200
U(Р)=2,6+0,057Р 200
РНДСИ-5КМ U(Р)=0,508Р0,655 100-180
U(Р)=3,402+0,0749Р 100-530
U(Р)=0,3501Р0,7518 100-530
РБФ U(Р)=0,388Р0,254 100-180
U(Р)=9,13Р0,0582 100-180
РБ-1 U(Р)=0,41Р0,82 200-3460
РБ-2 U(Р)=0,16Р0,94 200-3616
ВИК-2Д U(Р)=0,31Р0,87 200-3650
РАМ-10К U(Р)=138,3+0,058P 1400-4170 10% Al
РАМ-12К U(Р)=2,4+0,06P 160-450 12% Al
ДГ-2 U(Р)=0,049Р 200-2000
ДГ-3 U(Р)=0,053Р 200-2000
ДГ-4 U(Р)=0,059Р 200-2000
ТБП1 U(Р)=0,079Р 500-1500
ТСП-200 U(Р)=0,061Р 500-1500

РСИ-60, РНДСИ-5КМ, РБФ, РБ-1, РБ-2, ВИК-2Д - баллиститные ракетные твердые топлива.

РАМ-10К, РАМ-12К - баллиститные ракетные твердые топлива металлизированные с содержанием порошка Al соответственно 10% и 12%.

ДГ-2, ДГ-3, ДГ-4 - метательные твердые топлива для мощных артиллерийских систем.

ТБП1, ТСП-200 - смесевые твердые топлива соответственно для пулевого перфоратора и для генератора давления, применяемого в глубоких и высокотемпературных скважинах.

По зависимостям скорости горения от давления твердые топлива можно разделить на две группы:

первая группа - твердые топлива марок РСИ-60, ДГ-2, ДГ-3 и ТСП-200, скорости горения которых близки и находятся в пределах 9,0…62,0 мм/с при давлениях, соответственно, 200…1000 кгс/см2;

вторая группа - твердые топлива марок РНДСИ-5КМ, РБ-1 и РБ-2, скорости горения которых находятся в пределах 18,0…119,0 мм/с при давлениях, соответственно, 200…1000 кгс/см2, существенно различаются друг от друга при одном и том же давлении и превышают скорости горения твердых топлив предыдущей группы.

Баллиститные ракетные твердые топлива марок РСИ близки по характеристикам и широко применяются в составе различных скважинных газогенерирующих устройств в течение последних 25 лет. Поэтому для изготовления твердотопливных зарядов комплексного устройства целесообразно использовать твердые топлива, близкие по характеристикам к топливам марок РСИ, например, твердые топлива первой группы. Применение смесевого твердого топлива марки ТСП-200 позволит расширить температурный диапазон применения комплексного устройства до температуры 150…2000С. Зависимости скорости горения баллиститных ракетных и смесевых твердых топлив, применяемых в скважинных газогенерирующих устройствах, дают возможность до проведения обработки скважин обосновать комплексную технологию путем выбора марки твердого топлива, конструкции, размеров и количества твердотопливных зарядов в зависимости от геолого-технических и геолого-физических условий скважин и продуктивных пластов.

В третьей главе изложены результаты отработки комплексной технологии кумулятивной перфорации и газодинамического воздействия на пласт и проведена оценка научно-технических показателей эффективности ее применения. На основании полученных при выполнении диссертационной работы научно-технических результатов при непосредственном участии автора разработано и запатентовано унифицированное на базе корпусного кумулятивного перфоратора ПК105-7 комплексное устройство – генератор перфораторный ГП105 («Перфоген»).

Отработка комплексной технологии с применением устройства ГП105 в различных компоновках перфораторной и газогенерирующей частей проводилась предприятием ООО «ПИТЦ «Геофизика» в Пермском регионе на скважинах предприятия ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМНЕФТЬ». В период отработки комплексной технологии проведено не менее 200 спуско-подъемных операций с запуском комплексного устройства. В результате проведенных скважинных испытаний установлено:

во время работы устройства ГП105 в интервале обработки создается давление, превышающее давление разрыва пласта;

величина максимального давления, создаваемого в интервале обработки скважины во время работы устройства ГП105, зависит от конструкции и массы твердотопливного заряда и от марки твердого топлива, что позволяет задавать динамику и уровень газодинамического воздействия на продуктивный пласт выбором схемы снаряжения газогенерирующих камер устройства с учетом геолого-технических и геолого-физических характеристик скважины;

наилучшие показатели качества гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом достигнуты при обработке скважины устройством ГП105 с углом смещения осей соседних кумулятивных зарядов равным 600 и диаметром пробиваемого перфорационного канала 18…22мм.

Разработка комплексной технологии с использованием устройства ГП105 потребовала создания новых твердотопливных зарядов и новых кумулятивных зарядов, пробивающих большие отверстия в обсадной колонне и продуктивном пласте. Устройство можно использовать как для перфорации обсаженной скважины с одновременной очисткой перфорационных каналов и зоны, загрязненной во время бурения, так и для реперфорации скважины и интенсификации притока.

В результате многочисленных промысловых испытаний и опытно-промышленного применения комплексной технологии воздействия на пласт с использованием устройства ГП105 на нефтедобывающих предприятиях России показана ее высокая технико-экономическая эффективность и надежность работы самого устройства. В большинстве случаев применения технологии подтверждалась ее эффективность – увеличение суточного дебита скважин в 1,5…4 раза, на примере скважин ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМНЕФТЬ» в 2002-2003 г.г. (таблица 2).

Таблица 2 - Результаты применения комплексной технологии кумулятивной перфорации и газодинамического воздействия на ПЗП в скважинах ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМНЕФТЬ» в 2002-2003г.г.

№ скважины, категория скважины, месторождение Добыча нефти до применения устройства ГП105, т/сут. Дата применения устройства ГП105 Дата пуска скважины в работу Средний при-рост добычи нефти после пуска скважи-ны, т/сут.
463, доб., Чураковское 0,4 09.01.02 11.01.02 1,5
201, доб. Кустовское 0,4 17.01.02 22.01.02 0,0
202, доб., Кустовское 0,9 22.01.02 31.01.02 0,9
2154бис, доб., Кокуйское 0,1 19.01.02 21.01.02 1,5
170, доб., Батырбайское 2,9 26.01.02 29.01.02 0,9
183, доб., Батырбайское 2,4 28.01.02 30.01.02 1,5
244, доб., Батырбайское 1,5 04.02.02 12.02.02 1,4
1315, доб., Баклановское 0,5 06.02.02 13.02.02 0,0
112, доб., Батырбайское 0,5 08.02.02 10.02.02 1,3
956, доб., Москудьинское 0,5 12.02.02 15.02.02 0,8
641, доб., Кокуйское 0,1 28.03.02 02.04.02 1,2
1010, доб., Гожанское 0,5 29.11.02 02.12.02 3,3
42, доб., Чураковское 0,2 29.11.02 02.12.02 0,9
90, доб., Чураковское 0,0 15.12.02 01.01.03 3,7
307, доб., Мазунинское 1,9 20.12.02 24.12.02 2,5
337, доб., Мазунинское 0,2 24.12.02 27.12.02 5,1
399, доб., Гожанское 1,7 10.01.03 12.01.03 0,0
402, доб., Курбатовское 1,3 20.01.03 21.01.03 0,7
25, доб., Курбатовское 0,8 07.02.03 10.02.03 2,0
304, доб., Москудьинское 0,4 04.03.03 07.07.03 4,9

Коэффициент успешности применения комплексной технологии, равный отношению количества успешных обработок к общему количеству обработок, составляет величину не менее 0,85. Успешной считалась обработка, где наблюдался прирост добычи нефти в скважине после применения технологии.

Промышленное производство неснаряженного устройства ГП105 освоено в России на Нефтекамском машиностроительном заводе (г.Нефтекамск). Промышленное производство кумулятивных зарядов для устройства ГП105 освоено предприятием ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика» (г.Раменское). Промышленное производство твердотопливных зарядов для устройства ГП105 освоено пороховыми предприятиями России. Промышленное применение комплексной технологии с использованием устройства ГП105 «Перфоген» освоено на предприятиях ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» (ранее ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМНЕФТЬ», ООО СП «Кама-нефть», ЗАО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»), ЗАО «Уральская нефтяная компания», ЗАО «ЛУКОЙЛ-АИК», ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» (ТПП «Когалымнефтегаз»), ОАО «Сибнефть-Ноябрьскнефтегаз».

Комплексная технология воздействия на ПЗП вписывается в традиционные схемы вызова притока на этапе заканчивания скважин и стимуляции притока на этапе капитального ремонта, не требует дополнительного нефтепромыслового и геофизического оборудования, при этом время проведения геофизических работ, затрачиваемое на каждую обработку скважины, не превышает времени, затрачиваемого на обычную кумулятивную перфорацию скважины, а стоимость работ увеличивается незначительно.

В результате отработки комплексной технологии с применением устройства ГП105 в скважинах и с учетом полученных в диссертационной работе научно-технических результатов предложены и защищены технические решения, позволяющие разработать новые скважинные аппараты.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

  1. На основании оценки предельных нагрузок, действующих на твердотопливные заряды комплексного устройства при детонации кумулятивных зарядов, получены следующие научно-практические результаты:

доказано отсутствие детонации твердотопливных зарядов;

установлено, что в момент окончания работы кумулятивных зарядов комплексного устройства в его внутренней полости реализуются давление и температура, достаточные для воспламенения твердотопливных зарядов;

показана необходимость соблюдения соответствия коэффициента заполнения газогенерирующей части гидростатическому давлению в зоне обработки скважины для исключения возможности проникновения скважинной жидкости во внутреннюю полость комплексного устройства.

  1. Разработана физико-математическая модель газодинамического воздействия продуктами сгорания твердотопливных зарядов на ПЗП как совокупность взаимозависимых физических процессов, возникающих в комплексном устройстве, скважине и продуктивном пласте, и предложены конструкции твердотопливных зарядов, что позволяет до проведения обработок скважин обосновать комплексную технологию воздействия на ПЗП путем расчета параметров газодинамического воздействия и компоновки заряда газогенерирующей части, обеспечивающего оптимальное для конкретных геолого-технических и геолого-физических условий скважины газодинамическое воздействие на ПЗП.
  2. Определены скорости горения твердых топлив в сосуде постоянного объема с учетом тепловых потерь при давлениях до 100 МПа и более. Для 13 марок твердых топлив получены зависимости скорости горения от давления, необходимые для определения параметров газодинамического воздействия на продуктивный пласт при проектировании новых скважинных газогенерирующих устройств и технологий их применения.
  3. Разработана и успешна внедрена комплексная технология воздействия на ПЗП с применением устройства ГП105 «Перфоген», унифицированного на базе корпусного кумулятивного перфоратора ПК105-7, обеспечивающая за одну спуско-подъемную операцию кумулятивную перфорацию скважины и последующее газодинамическое воздействие через образованные перфорационные каналы на продуктивный пласт продуктами сгорания твердотопливных зарядов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК

  1. Балдин А.В. Влияние гидростатического давления в скважине на работоспособность комплексного прострелочно-взрывного аппарата ГП105 («Перфоген») // Научно-технический вестник КАРОТАЖНИК. – Тверь, изд.АИС.- 2008.- № 2 (167).-С.67-79.
  2. Гайворонский И.Н., Меркулов А.А., Балдин А.В. и др. Обеспечение эффективной гидродинамической связи скважины с пластом при вторичном вскрытии // НТВ «Каротажник». - Тверь: АИС: 2006.- вып. № 10-11 (151-152). - С.153-169.
  3. Балдин А.В., Рябов С.С., Сухоруков Г.И. Оценка влияния на работоспособность зарядов генераторов давления условий в нефтяных скважинах и возможностей применения в генераторах давления утилизированных зарядов из баллиститных ракетных твердых топлив // Нефтепромысловое дело. – 2005.-№ 9.- С.14-24.
  4. Балдин А.В., Пинчук М.М., Рябов С.С. и др. Основные уравнения процесса обработки прискважинной зоны пласта пороховыми газогенерирующими устройствами // Нефтепромысловое дело. – 2004.-№1.- С.16-20.
  5. Балдин А.В., Пинчук М.М., Рябов С.С. и др. Влияние сжимаемости и движения скважинной жидкости на процесс обработки прискважинной зоны пласта пороховыми газогенерирующими устройствами // Нефтепромысловое дело. – 2004. - №3.- С.46-53.
  6. Дуванов А.М., Балдин А.В. Совершенствование конструкции пороховых генераторов давления // Научно-технический вестник Каротажник. – Тверь, изд.АИС. - 2003.- № 106. - С.139-150.
  7. Дуванов А.М., Воробьев Л.С., Балдин А.В. и др. Перфоген – новое устройство для одновременного вскрытия и газодинамической обработки пласта //Нефтяное хозяйство. - 2003. - № 11.- С.87-88.
  8. Способ обработки прискважинной зоны пласта и заряд / Балдин А.В., Рябов С.С., Сухоруков Г.И. // Патент России №2275500 от 27.04.2006г.
  9. Устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта / Балдин А.В., Пинчук М.М., Рябов С.С. и др.// Патент России на полезную модель №43305 от 20.09.2004г.
  10. Устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта / Балдин А.В., Пинчук М.М., Рябов С.С. и др. // Патент России на полезную модель №44740 от 20.09.2004г.
  11. Способ перфорации и обработки прискважинной зоны пласта и устройство для его осуществления (варианты) / Балдин А.В., Новоселов Н.И., Рябов С.С. и др. // Патент России №2245440 от 24.01.2003г.
  12. Устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта / Дуванов А.М., Гайворонский И.Н., Воробьев Л.С. и др.// Патент России №2194151 от 28.11.2000г.


 





<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.