способ эксплуатации скважин

Формула изобретения

1. Способ эксплуатации скважин, включающий формирование гравийно-щелевого фильтра в скважине и последующую регенерацию в процессе эксплуатации, характеризующийся тем, что формирование гравийно-щелевого фильтра включает установку щелевого каркаса фильтра и завершение формирования его введением гравийного материала, при этом щелевой каркас выполняют из инертного к кислотам материала, введение гравийного материала с начала процесса и в ходе его ведут составом в виде смеси кварцевого песка и карбонатов щелочноземельных металлов в соотношении 90-50% к 10-50% соответственно, а регенерацию в ходе эксплуатации скважины осуществляют кислотой в количестве 20-40% от объема смеси гравийного материала.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что завершение формирования гравийно-щелевого фильтра осуществляют после достижения его высоты порядка 3 м над верхним уровнем непосредственно щелевого каркаса.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что формирование гравийно-щелевого фильтра ведут намывом гравийного материала.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что завершение формирования гравийно-щелевого фильтра ведут в следующем порядке - устанавливают каркас щелевого фильтра до намыва гравийного материала.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что завершение формирования гравийно-щелевого фильтра ведут обсыпкой гравийного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к газонефтедобывающей, и может быть использовано при заканчивании скважин или проведения ремонта скважин для борьбы с выносом песка в процессе эксплуатации.

Известен способы эксплуатации скважин (RU 2146759 С1, 2000.03.20, RU 2000248 С1, 07.09.1993. SU 1703809 А1, 07.01.1992, US 5058677 А, 22.10.1991).

Известен также способ эксплуатации скважин, включающий установку щелевого фильтра (авт. св. СССР 1712590), намыв гравийного материала в кольцевом пространстве между щелевым фильтром и перфорированным участком осуществляют после установки щелевого фильтра, при этом в качестве гравийного материала, намываемого в расширенную часть пласта, используют кварцевый песок, а в качестве гравийного материала, размещаемого в кольцевом пространстве, используют смесь гранулированного кальция карбоната и стеклянных шариков или из кальция карбоната.

Недостаткам способа является невозможность осуществить регенерацию призабойной зоны скважины (ПЗС), т.к. в качестве гравийного материала, размещаемого в кольцевом пространстве, используют смесь гранулированного кальция карбоната и стеклянных шариков или из кальция карбоната. При воздействии кислота будет реагировать со всем объемом обсыпки, растворяя ее, для последующего извлечения фильтра, не взаимодействуя с кольматантом. Кислота взаимодействует с карбонатом и материалом щелевого фильтра, выполненного из железа, т.к. они наиболее реакционно активны.

Известен способ оборудования гравийными фильтрами вертикальных и наклонных скважин и устройство для его осуществления (RU 2261957 С2), где для эксплуатации скважин перед спуском фильтровой компоновки осуществляют закачку гравия, а установку фильтровой колонны ведут путем спуска ее до уровня гравия, размыва гравия под фильтровой колонной, спуск и погружение фильтровой колонны в гравий до забоя скважины, в качестве гравия используют кислоторастворимый гравийный материал, например ракушечник, известняк или мраморную крошку.

Способу присущи те же недостатки, приведенные в авт.св. СССР № 1712590. Кроме того, наличие щелевого фильтра, выполненного из обычного металла, приводит к снижению эффективности воздействия кислоты на гравийную обсыпку, т.к. кислота взаимодействует с железом и значительная ее часть идет на реакцию с образованием осадка, дополнительно кальматирующего фильтр.

Наиболее близким техническим решением является «Фильтр технологических скважин» (авт.св. СССР № 1199909, БИ № 47 от 23.12.85). В техническом решении осуществляют спуск фильтрующего каркаса, обсыпку с растворимой в рабочем агенте зернистой добавкой, размещенной в нижней части каркасного пространства ПЗС. Работа скважины осуществляется следующим образом: при медленном растворении под действием рабочих растворов гранул пиролюзита, расположенных в нижней части обсыпки, объем обсыпки сокращается и песчано-гравийная смесь, расположенная сверху, начинает смещаться вниз, замещая освободившийся объем. Песчано-гравийная смесь перемещается, и перемещаются частицы относительно друг друга, препятствуя при этом осаждению кольматанта в порах обсыпки, способствуя образованию новых каналов для проходки раствора.

Недостатками технического решения являются:

при растворении растворимой добавки фильтр работает как обычный гравийный фильтр;

фильтр работает в условиях, когда растворимая добавка растворяется в рабочем агенте, что ограничивает область его применения и не позволяет его использовать в нефтяных и газовых скважинах;

присущ общий для всех фильтров недостаток - невозможно его очистить от кольматирующих частиц пород пласта коллектора, и при кольматации вынуждены его извлекать, т.к. в условиях гравийной обсыпки невозможно провести декольматацию и навести проницаемость в фильтре.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности эксплуатации скважин за счет увеличения срока службы гравийно-намывного фильтра в результате проведения работ по его регенерации без проведения капитального ремонта скважины и подъема фильтра из скважины.

Технический результат достигается тем, что в способе эксплуатации скважин, включающем формирование гравийно-щелевого фильтра в скважине и последующую регенерацию в процессе эксплуатации, характеризующемся тем, что формирование гравийно-щелевого фильтра включает установку щелевого каркаса фильтра и завершение формирования его введением гравийного материала, при этом щелевой каркас выполняют из инертного к кислотам материала, введение гравийного материала с начала процесса и в ходе его ведут составом в виде смеси кварцевого песка и карбонатов щелочноземельных металлов в соотношении 90-50% к 10-50% соответственно, а регенерацию в ходе эксплуатации скважины осуществляют кислотой в количестве 20-40% от объема смеси гравийного материала

При этом завершение формирования гравийно-щелевого фильтра осуществляют после достижения его высоты порядка 3 м над верхнем уровнем непосредственно щелевого каркаса.

Кроме того, формирование гравийно-щелевого фильтра ведут намывом гравийного материала.

Кроме того, завершение формирования гравийно-щелевого фильтра ведут в следующем порядке - устанавливают каркас щелевого фильтра до намыва гравийного материала.

Кроме того, завершение формирование гравийно-щелевого фильтра ведут обсыпкой гравийного материала.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В скважину спускают фильтрующий каркас, выполненный из материала, инертного к кислотам. После чего каркас обсыпают гравием одним из известных способов из полидисперсного материала, состоящего из смеси кварцевого песка и карбонатов щелочноземельных металлов, с расположением гравия выше проницаемого каркаса. При снижении производительности скважины в результате кольматации гравийной обсыпки и фильтрующего каркаса породой пласта обычно это мелкодисперсный песок и глинистые материалы, представленные минералами кремния, силикатами алюминия, железа, проводят его регенерацию за счет наведения проницаемости в гравийной обсыпки и частичного растворения кольматанта, т.к. не весь кольматант возможно перевести в водорастворимые соединения. Регенерацию проводят путем закачки в ПЗП кислоты (соляной) в количестве 20-40% от объема смеси гравийного материала, которая взаимодействует избирательно с карбонатами щелочноземельных металлов и породой, а не всем объемом обсыпки, тем самым наводя проницаемость в гравийной обсыпки.

При взаимодействии кислоты с карбонатами щелочноземельных металлов в гравийной обсыпке происходит следующие химические реакции: CaCO₃+HCl=CaCl ₂+H₂O+CO₂, MgCO₃+HCl=MgCl ₂+H₂O+CO₂ с образованием водорастворимых солей и газообразной двуокиси углерода, которые легко удаляются вместе с добываемым флюидом и водой. Все это приводит перераспределению материала гравийной обсыпки, наведению проницаемости и очистке пористого каркаса от кольматантов. Верхняя часть обсыпки за счет сил гравитации и барботирования газа переместится вниз, заполняя освободившийся объем. Скважину переводят на отбор и при удовлетворительном дебите пускают в эксплуатацию. При необходимости последующей регенерации фильтра операцию проводят аналогично путем закачки кислоты в ПЗС, пока не израсходуется гравийная обсыпка, расположенная выше проницаемого каркаса, что будет видно по поступлению породы пласта в скважину. После этого вновь намывают гравийную обсыпку, состоящую из смеси кварцевого песка и карбонатов щелочноземельных металлов в соотношении 90%-40% к 10%-60% соответственно из расчета расположения ее выше каркаса, скважину пускают в эксплуатацию.

Концентрация карбонатов щелочноземельных металлов и кварцевого песка определена на основании экспериментальных и промысловых исследований. Так, согласно ТУ 26-12-638-82 допустимый вынос песка 5 мг/м³ на 1000 м³/сут. Концентрация карбонатов щелочноземельных металлов и кварцевого песка составляет соответственно, в %, 10 и 90. При наличии в добываемом флюиде породы пласта менее 5 мг/м³ на 1000 м³ добываемого газа кольматация обсыпки незначительная и достаточно промывки обсыпки и фильтра раствором ПАВ для декольматации.

Повышение количества породы пласта в добываемом флюиде выше 5 мг/м³ на 1000 м³ приводит к потере производительности скважины. Простой промывкой фильтра кольматант удалить невозможно для наведения проницаемости необходимо декольматировать гравийную обсыпку и фильтр растворением коагулянта, а также навести проницаемость в фильтре за счет растворения части обсыпки фильтра, представленной карбонатами щелочноземельных металлов, т.к. не все соединения породы пласта, возможно, растворить соляной и плавиковой кислотами или их комбинацией. В связи с чем в гравийную обсыпку вводят до 50% карбонатов щелочноземельных металлов. И при потере производительности скважины на 30-50% в ПЗС закачивают кислотную ванну в объеме не менее 20-40% от объема обсыпки, т.к. пористость гравийной обсыпки колеблется от 20-40%. Количество кислотных ванн определяется исходя из дебитов, полученных после кислотной обработки. Если они составят не менее 70-80% от проектной, обработку прекращают. Поэтому количество кислотных обработок в ПЗС может достигнуть 2-3 и более.

При наличии породы в добываемом флюиде более 8-30 г/м³ (К.А.Жуковский, А.А.Ахметов и др. «Ликвидация пескопроявления при добыче газа», Газовая промышленность № 9, 1998 г. стр.20). При дальнейшем выносе породы скважина самозаглушается в результате кольматации фильтра и образования песчано-глинистых пробок. Перевести весь кольматант в водорастворимые соли с последующим их удалением потоком флюида невозможно, т.к. потребуются значительные объемы кислотных ванн, что приведет к осложнениям в стволе скважины, т.е. к осыпям, обвалам и т.д. Так, на перевод 1 г кремнезема в водорастворимую соль необходимо 4 г-моль плавиковой кислоты. Поэтому в данных условиях целесообразно навести проницаемость за счет удаления растворимой части кольматанта, а также за счет растворения частично гравийной обсыпки, карбонатов щелочноземельных металлов, реакция кислоты с которой протекает интенсивно с образованием водорастворимых солей CaCl₂ , MgCl₂, СО₂ - 22,4 л (газообразного) и воды, которые легко удаляются вместе с добываемым флюидом. На растворении 1 г-моль СаСО₃ необходимо 2 г-моль HCl.

Пример конкретного выполнения.

После бурения скважины, спуска эксплуатационной колонны в кровлю продуктивного горизонта проводят геофизические исследования для уточнения залегания кровли, мощности пласта и характера газонасыщенности. Пласт представлен полимиктовым песчаником - терригенный коллектор. Кровля пласта 650 м, подошва 673 м. Интервал пласта коллектора прорабатывается расширителем до диаметра 300-350 мм.

На перфорированном каркасе-трубах диаметром 73 мм из нержавеющей стали с намотанной проволокой общей длиной 23 м собирают фильтр. Низ оборудуют башмаком 1(см. чертеж) с обратным клапаном 2, перфорированной трубой с фильтрующими элементами 3, центраторами 4, надфильтровой трубой 5, контрольным фильтром 6, расположенным на 8 м выше, переводником с 73 мм трубы на разъединитель колонны (байонетный ВРК-02/73) 7, циркуляционным клапаном КЦГ75-350К1 - 8. Собранную компоновку спускают в скважину, обсаженную 168 мм обсадной колонной из расчета, чтобы фильтр находился против пласта коллектора, т.е. 650-673 м, а затвор - надфильтровая труба - 5 и контрольный фильтр в эксплуатационной 168 мм колонне.

Намывают на жидкости-носителе смесь кварцевого песка и мраморной крошки фракции 0,1-3 мм в количестве 30% мраморной крошки и 70% кварцевого песка в затрубное пространство исходя из расчета заполнения расширенной части ствола скважины (пласта коллектора) и пространства, включая контрольный фильтр, расположенный выше каркаса на 8 м, длина контрольного фильтра 2,5 м. В итоге выше каркаса обсыпка располагается на 10,5 м. Согласно расчету это составляет 3,8 т мраморной крошки. При размере частиц менее 0,1 мм наблюдался рост давления, на преодоление гидравлических сопротивлений затрачивалось порядка 20-30% мощности компрессора. При размере зерен выше 3,0 мм вынос песка достигал 80 см³ - низкая пескоудерживающая способность гравийного фильтра. Жидкость-носитель (вода, эмульсия, конденсат или полимерный раствор) с транспортируемой мраморной крошкой поступает в затрубье и доставляет гравий на забой. Жидкость, проходя через фильтр - 3, поступает в 73 мм трубы и выходит на поверхность. Окончание намыва определяют повышением давления в затрубье, что свидетельствует о заполнении гравием пространства между трубой с закрепленным на нем фильтром и стенкой скважины, а также между затвором и колонной диаметром 168 мм.

После отсоединения в разъединителе спускают пакер и осуществляют запакеровку для удержания гравийной обсыпки в затрубном пространстве. Скважину осваивают и пускают в эксплуатацию. Дебит скважины составил 170 тм³/сутки.

По истечении 7 месяцев эксплуатации продуктивность скважины снизилась и дебит составил 10 тм³/сутки. Из-за разрушения и размыва породы пласта коллектора произошло перемещение потоком газа и пластовой воды породы пласта. Отложилась на фильтре песчано-глинистая смесь, проницаемость которой значительно ниже проницаемости пласта и гравийного фильтра. Эксплуатация скважины стала нерентабельной.

Скважину остановили и в ПЗС для регенерации закачали кислотную ванну 2 м³ соляной кислоты 15% концентрации, которая, взаимодействуя с породой пласта закольматировавшими фильтр и мраморной крошкой, растворяет их, с образованием порядка 1200 нм³ двуокиси углерода. Это приводит к перераспределению частиц гравийной обсыпки, созданию новых каналов фильтрации и растворению кольматанта.

Растворенные частицы, в основном это наиболее мелкие и подвижные частицы породы пласта, вместе с добываемым флюидом, водой и хлористым кальцием вымываются на поверхность. Объем ванны рассчитан исходя из заполнения гравийного фильтра. Количество устанавливаемых кислотных ванн может достигать 2-3 в зависимости от производительности скважины, т.к. в условиях анизотропности гравийного фильтра и пласта коллектора охватить весь объем равномерно практически невозможно. Поэтому для повышения степени очистки устанавливают несколько ванн. Если в результате установки одной ванны дебит достаточный, дальнейшие работы прекращают, скважину пускают в эксплуатацию. На место освободившегося объема сместится незакольматированная гравийная обсыпка, расположенная выше каркаса. Скважина вводится в эксплуатацию.