Умралиев Б.Т., Ермеков М.М. Капитальный ремонт скважин
Подождите немного. Документ загружается.
требуемого давления.
Как показывают исследования, трещины, возникающие в пласте при
ГРП, могут иметь протяженность до нескольких десятков метров.
Расход и давление нагнетания жидкости рассчитывают заранее на
основе данных о проницаемости пласта, его пористости и т. п.
Гидравлический разрыв пласта проводят следующим образом (рис.
4.12):
а) в зоне пласта, подлежащей разрыву, устанавливают пакеры (нижний
может отсутствовать);
б) по специальной колонне труб закачивают жидкость для образования
в пласте трещин. Установка пакеров обусловлена необходимостью
разгрузки эксплуатационной колонны от давления жидкости, а также
обеспечением нагружения определенного интервала пласта,
находящегося между пакерами;
в) в трещину закачивают крупнозернистый песок, который остается в
ней и в дальнейшем при эксплуатации скважин выполняет роль каркаса,
препятствует смыканию стенок трещин после того, как давление
жидкости будет снижено.
Последовательность работ при проведении ГРП следующая.
Подготовительные работы. При гидравлическом разрыве пласта, когда
давление может оказаться выше допустимого для эксплуатационной
колонны, в колонне следует устанавливать лакеры.
Места установки агрегатов для ГРП должны быть соответствующим
образом подготовлены и освобождены от посторонних предметов,
препятствующих установке агрегатов и прокладке коммуникаций.
Перед ГРП в скважинах, оборудованных ШСК, необходимо отключить
привод станка-качалки, затормозить редуктор, а на пусковом устройстве
вывесить плакат «Не включать — работают люди!». Балансир станка-
качалки устанавливают в положение, при котором можно
беспрепятственно разместить заливочную арматуру и обвязать устья
скважины.
После этого выполняют следующие операции.
1) У устья скважины устанавливают агрегат подземного ремонта для
спуска-подъема колонны труб при спуске и установке внутрискважинного
оборудования. Рядом со скважиной располагают оборудование для
выполнения непосредственно ГРП, насосные и пескосмесительные
агрегаты, цистерны и другое оборудование.
Агрегаты для ГРП устанавливают на расстоянии не менее 10 м от устья
скважины и таким образом, чтобы расстояние между ними было не менее
1 м и кабины не были обращены к устью скважины.
2) Из скважины извлекают оборудование, использовавшееся для
ее эксплуатации (колонна подъемных труб, скважинный штанговый насос
или ЭЦН).
Уточняют глубину забоя скважины, расположение пласта (или группы
пластов), подлежащего разрыву.
3) Скважину промывают для удаления загрязнений и песчаных пробок.
В ряде случаев для повышения эффективности ГРП проводят кислотную
обработку и дополнительное вскрытие продуктивного пласта в интервале,
намеченном для гидроразрыва. При этом используют кумулятивную или
гидропескоструйную перфорацию, создавая до 100 отверстий на 1 м
скважины. В результате давление, развиваемое насосами при ГРП,
уменьшается, а количество трещин в пласте возрастает.
210
4) На колонне НКТ спускают пакер с якорем и устанавливают на 5—10
м выше верхних отверстий перфорации.
В ряде случаев он может находиться ниже верхней кровли пласта.
Длина хвостовика должна быть максимально возможной, чтобы
обеспечить движение песка в восходящем потоке к трещине и
предупредить его выпадение в зумпф скважины.
В зависимости от технологии гидроразрыва может быть установлен и
второй пакер — ниже перфорационных отверстий.
5) Скважину промывают и заполняют до устья жидкостью: если
скважина, эксплуатационная — дегазированной нефтью, если
нагнетательная — водой.
6) Сажают и спрессовывают пакер той же жидкостью, какой заливают
скважину. При этом во внутренней полости спущенных НКТ создают
давление, а качество герметизации контролируют по отсутствию
перелива жидкости из кольцевого пространства скважины.
Спрессовывают пакер при двух давлениях — заведомо меньшем и
максимально возможном, развиваемом насосами.
Если пакер не обеспечивает требуемой герметичности, его срывают и
проводят повторную посадку, после чего опять спрессовывают.
7) После опрессовки устье скважины обвязывают. Для этого
используют специальную арматуру устья.
Непосредственно ГРП выполняют следующим образом.
1) Насосным агрегатом закачивают в скважину жидкость разрыва,
которая в зависимости от физико-механических особенностей пласта
имеет соответственно повышенную вязкость и бывает двух типов: на
основе углеводородных жидкостей или водных растворов. В первом
случае это могут быть сырая высоковязкая нефть, загущенные керосин
или дизельное топливо, во втором — вода, сульфитспиртовая
барда, загущенные растворы соляной кислоты.
Жидкость разрыва закачивают при нескольких значениях подач насосов
и на каждом режиме работы определяют приемистость скважины, строят
график зависимости расхода поглощаемой жидкости от развиваемого
давления. Расход жидкости, закачиваемой в пласт, ступенчато
увеличивают до тех пор, пока не произойдет скачкообразного увеличения
поглощения жидкости и некоторого уменьшения давления нагнетания,
что свидетельствует об образовании трещин в пласте.
2) После появления трещин в колонну НКТ начинают закачивать
жидкость –песконоситель. Это может быть та же жидкость, что
использовалась при разрыве пласта, но смешанная с песком.
Жидкость-песконоситель закачивают всеми насосными агрегатами
при максимальных давлении и подаче.
Содержание песка в жидкости изменяют в пределах 100 — 600 кг на
1 м
3
жидкости. Песок должен быть более прочным, чем дорода,
слагающая пласт, и достаточно крупным. Перед ГРП его промывают от
глины и пыли и отсеивают по размерам песчинок-фракциям. Наиболее
приемлемой фракцией является песок с размером зерен 0,5—1,0 мм.
Общее количество песка, закачиваемого в скважину, зависит от
протяженности трещин и изменяется в пределах от 4 до 20 т.
3) Без прекращения подачи жидкости и снижения давления лосле
окончания закачки жидкости-песконосителя начинают закачивать в
скважину продавочную жидкость, объем которой должен быть на 1,5—2
м
3
больше объема насосно-компрессорных труб, на которых спущен
211
пакер, и зумпфа. В качестве продавочной жидкости используют
маловязкую нефть или воду, обработанную ПАВ. Часто в нефтяные
скважины после закачки жидкости-песконосителя закачивают 2—2,5 м
3
чистой жидкости без песка, после чего приступают к закачке
продавочной жидкости — воды. В этом случае объем воды выбирают
таким, чтобы предупредить попадание ее в пласт.
При гидравлических испытаниях обвязки устья и трубопроводов
обслуживающий персонал удаляют от испытываемых объектов за пределы
опасной зоны.
Во время закачки и продавки жидкости нахождение людей возле устья
скважины и у нагнетательных трубопроводов запрещается. Во время
работы агрегатов запрещается ремонтировать их или крепить обвязку
устья скважины и трубопроводов. Перед отсоединением трубопроводов
от устьевой арматуры следует закрыть краны на ней и снизить давление в
трубах до атмосферного.
Пуск агрегатов разрешается только после удаления людей, не -
связанных непосредственно с выполнением работ, за пределы опасной
зоны.
Заключительные работы выполняют следующим образом:
1) После закачки продавочной жидкости устье скважины закрывают
до тех пор, пока давление в колонне НКТ не уменьшится до
атмосферного или близкого к нему. Это необходимо для предотвращения
выноса песка из трещин, созданных при гидроразрыве, и образования
песчаных пробок. В это время обычно демонтируют коммуникации,
соединявшие наземное оборудование, убирают его со скважины.
2) Срывают пакер и извлекают на поверхность внутрискважинное
оборудование.
3) Промывают скважину от песка, не попавшего в пласт и осевшего на
забой.
4) Освоение скважины проводят обычным путем: если она эк-
сплуатационная— спускают насос, колонну НКТ и начинают отбор
жидкости, если нагнетательная — промывают от взвешенных частиц;
поднимают колонну промывочных труб и подключают к водоводу.
5) Остатки жидкости разрыва и нефти должны сливаться из емкостей
агрегатов и автоцистерн в промышленную канализацию, нефтеловушку
или специальную емкость-отстойник.
В зимнее время после временной остановки работ следует пробной
прокачкой жидкости убедиться в отсутствии пробок в трубопроводах.
Запрещается подогревать систему нагнетательных трубопроводов
открытым огнем.
212
Рис.4.12. Схема проведения гидравлического разрыва пласта:
а-установка пакера; б -создание трещины; в- закачка песка; 1-эксплуатационная
колонна; 2-колонна труб; 3-продуктивный горизонт; 4-верхний пакер; 5-нижний
пакер; I-жидкость разрыва; I I-жидкость-песконоситель; I I I-промывочная жидкость
213
Рис. 4.13. Схема проведения поинтервального гидравлического разрыва пласта
сверху вниз
106
Если продуктивный пласт достаточной толщины или состоит из
отдельных, чередующихся прослоев песчаника и глины, то максимальный
эффект от ГРП может быть получен при создании большого количества
трещин, равномерно распределенных по высоте всех слоев продуктивного
пласта. Для решения этой задачи проводят поинтервальный ГРП.
Существует несколько его технологий. Одна из них предусматривает
проведение ГРП, начиная с нижнего пропластка (рис. 4.13, а). При этом
перфорируют нижний пропласток в требуемом интервале, устанавливают
пакер и проводят ГРП. Далее колонну труб с пакером извлекают и
подвергнутый интервал изолируют с помощью песка, засыпаемого в
скважину (рис. 4.13, б). После этого вновь спускают перфоратор на мень-
шую высоту, соответствующую расположению лежащего выше
пропластка, который вскрывают. Затем аналогичным образом проводят
ГРП вскрытого пропластка (рис. 4.13, в).
Для каждого из обрабатываемых пропластков комплекс работ
повторяют. Затем скважину промывают до забоя и вводят в эксплуатацию
(рис. 4.13, г).
Если толщина пропластков глин и песчаника достаточно велика, то
поинтервальный ГРП можно проводить с помощью сдвоенного пакера,
при этом верхний пакер устанавливают несколько выше кровли пласта, а
нижний чуть ниже его подошвы. Сдвоенный пакер позволяет исключить
изоляцию ранее разорванных пропластков засыпкой песка и
последующую промывку скважины.
При ГРП используют оборудование, схема расстановки (рис. 4.14)
которого у устья скважины может изменяться в зависимости от
параметров скважины и технологии проведения процесса.
В комплексе оборудования входят: насосные агрегаты УН1-630Х700А
(4АН-700), пескосмесительные машины 4ПА, УСП-50, автоцистерны ЦР-
500, ЦР-7АП, ЧЦР для транспортирования, а в ряде случаев и
кратковременного хранения жидкостей, мани-фольд, арматура устья 2АУ-
70 скважин, пакеры, якори и другое оборудование.
Арматуру устья соединяют двумя трубопроводами с блоком
манифольда, напорный коллектор которого отдельными трубопроводами
соединен с насосными агрегатами.
Для обвязки оборудования с устьем применяют металлические трубы с
шарнирными коленами. Перед началом работ обвязку спрессовывают (без
скважины) на пробное давление, в 1,5 раза превышающее ожидаемое при
разрыве пласта. К блоку манифольда подключают станцию контроля и
управления для точного измерения расходов жидкости и ее давления.
В первый период ГРП (создания трещин) насосные агрегаты забирают
рабочую жидкость непосредственно из емкостей или автоцистерн, далее
на их прием подключают пескосмесительные агрегаты, имеющие запас
песка и пополняющие его от песковозов, жидкость для приготовления
смеси поступает от соответствующих цистерн. При закачке продавочной
жидкости на прием насосных агрегатов поступает жидкость из других
емкостей или резервуаров.
При гидроразрыве пласта насосные и пескосмесительные агрегаты
монтируют в большем, чем необходимо по расчету, количестве на случай
их выхода из строя во время проведения процесса или при необходимости
получения большего расхода жидкости, чем положено по расчету.
Технологические жидкости и песок также доставляют к скважине в
212
большем, чем необходимо, количестве, поскольку особенности
протекания процесса ГРП предусмотреть с большой точностью весьма
трудно.
Помимо перечисленного оборудования у устья скважины располагают
агрегат подземного ремонта для проведения спуско-подъемных операций
при промывке скважины, установке, срыве-якоря и т. п.
После ГРП на скважине остается агрегат подземного ремонта, насосная
установка и емкость для воды, необходимые для окончательной
промывки скважины и последующего ввода ее в действие.
В процессе ГРП все оборудование работает на предельных паспортных
режимах, при высоких давлениях, поэтому для обеспечения безопасности
работ необходимо придерживаться следующих правил:
Рис. 4.14. Схема обвязки наземного оборудования при гидроразрыве пласта (ГРП)
213
1) Работников допускают к проведению ГРП только после со
сответствующего инструктажа по технике безопасности.
2) Территорию вокруг скважины очищают от посторонних предметов.
3) Расстанавливают агрегаты, обвязывают все оборудование и
опрессовывают его под непосредственным руководством и контролем
ответственного руководителя работ.
4) Насосные агрегаты должны иметь исправную контрольно-из-
мерительную аппаратуру; предохранительные клапаны должны быть
предварительно спрессованы, а их сброс должен быть обеспечен линией,
отводящей жидкость под агрегат.
5) При опрессовке обвязки и пакера рабочие не должны находиться у
устья скважины и у элементов обвязки. В это время запрещается
проводить какие-либо работы с элементами обвязки.
6) Демонтаж оборудования разрешается только после снижения
давления в нем до атмосферного.
4.9. Гидропескоструйная перфорация
Наиболее эффективно вскрытие продуктивного пласта, обсаженного
колонной и зацементированного гидропескоструйной перфорацией. При
этом образуются радиальные конусообразные полости длиной до 1 м и
диаметром до 60 мм.
При гидропескоструйной перфорации в скважину на колонне НКТ
спускают гидропескоструйный перфоратор, по которому от насосного
агрегата под давлением до 30 МПа подают водопесчаную смесь,
приготавливаемую пескосмесительными агрегатами. Смесь вытекает из
насадок перфоратора с большой скоростью и промывает в обсадной
колонне, цементном кольце и породе пласта каналы (рис. 4. 15).
Гидропескоструйный перфоратор служит для создания каналов в
скважинах с 146, 168 и 219-мм эксплуатационными колоннами. С его
помощью вырезают окна в обсадных колоннах, расширяют забои
необсаженных скважин. Основное назначение перфоратора — создание
перфорационных отверстий.
Перфоратор (рис. 4.16) состоит из корпуса 2, в верхней и нижней
частях снабженного коническими резьбами. С помощью резьбы в верхней
части корпуса он соединяется с колонной бурильных труб, на которой
спускается в скважину, с помощью нижней — с хвостовиком 6, имеющим
перо, на котором установлен центратор 5. На боковой поверхности
корпуса имеется шесть гнезд с конической резьбой, в которые
вворачиваются узлы насадок 3 или заглушки. Насадки снабжены
держателями с небольшими закраинами, предохраняющими корпус
перфоратора от разрушения отраженной от стенки скважины струи
жидкости. Насадки выполняются из прочного материала, устойчивого к
воздействию водопесчаного потока, текущего во время перфорации в
отверстиях насадок.
В корпусе перфоратора размещены два шариковых клапана 1, 4
различного диаметра, обеспечивающих возможность опрессовки колонны
бурильных труб после спуска перфоратора, а также промывки скважины
от песка.
В зависимости от вида выполняемых работ применяют насадки с
различными диаметрами: для вырезки прихваченных в скважине труб—3
214
мм; для перфорации обсадных колонн и других работ, при которых
расход жидкости ограничен—4,5 мм; для получения максимальной
глубины каналов —6 мм.
Для повышения эффективности абразивного действия струи,
истекающей из насадок, за счет исключения ее столкновения со
струей отработанной
Рис. 4.15. Схема проведения
гидропескоструйной перфорации
Рис. 4.16. Гидропескоструйный
перфоратор
жидкости насадки устанавливают таким образом, чтобы угол наклона оси
отверстия к горизонтальной плоскости составлял 2—3°.
При пескоструйной перфорации отсутствуют ударные волны,, которые
наблюдаются при пулевой и торпедной перфорациях, а поэтому не
нарушается изоляция отдельных пропластков. Эффективность этого
процесса не уменьшается с увеличением глубины залегания вскрываемого
пласта.
215
Гидропескоструйная перфорация не дает высокого эффекта для
пластов, ранее подвергавшихся солянокислотной обработке, гид-
равлическому разрыву, а также уже вскрытых пластов с высоко-
проницаемыми породами.
С помощью описанного комплекса оборудования, дополненного
устройством для вертикального или кругового перемещения перфоратора,
можно:
создавать глубокие вертикальные или кольцевые щели;
срезать обсадные, бурильные и насосно-компрессорные трубы в
скважине;
разрушать металлические предметы, находящиеся в скважине,
цементные стаканы или твердые песчаные пробки.
Последовательность операций при гидропескоструйной перфорации
следующая.
1) У устья скважины устанавливают агрегат подземного ремонта
для спуско-подъемных операций, рядом со скважиной располагают и
обвязывают насосный и пескосмесительные агрегаты.
2)На колонне насосно-компрессорных или бурильных труб спускают
перфоратор с гидравлическим центратором, расположенным выше него.
Расположение перфоратора относительно вскрываемого пласта
определяют либо с помощью радиоактивного каротажа, либо точным
измерением длины труб, на которых спускают перфоратор.
3)После спуска инструмента устье скважины обвязывают арматурой
типа 2АУ-70, обеспечивающей возможность прямой и обратной промывки
скважины.
4)Промывают скважину водой до забоя.
5)Спускают в скважину опрессовочный шаровой клапан и оп-
рессовывают оборудование пробным давлением, превышающим
рабочее в 1,5 раза.
6)Обратной промывкой поднимают опрессовочный (верхний)
клапан на поверхность.
7)Опускают в трубы клапан перфоратора (нижний).
8)Проводят пробную закачку жидкости без песка и уточняют режим
работы насосных установок.
9)Начинают проведение гидроперфорации. При этом двумя-тремя
агрегатами закачивают песчаную смесь, содержащую 50—100 кг
песка на 1 м
3
жидкости. Фракционный состав песка может изменяться от
0,2 до 1 мм. При вскрытии эксплуатационных скважин в качестве
жидкости-песконосителя можно использовать дегазированную нефть, при
проведении работ в нагнетательных скважинах, а также связанных с
обрезкой колонн — воду. Подачи насосов составляет 3—4 л/с, что
обеспечивает скорость истечения из насадок перфоратора 200—260 м/с
при перепаде давления на них 18—22 МПа. Водопесчаная смесь
образует углубления в стенке скважины со скоростью 0,6—0,9 мм/с. На
обработку одного интервала пласта затрачивают 15—20 мин, после чего
прокачку смеси прекращают и колонну труб вместе с перфоратором
поднимают, устанавливая у следующего интервала. Процесс перфорации
повторяют.
Одной из основных задач в процессе перфорирования является
поддержание циркуляции жидкости-песконосителя. Потеря циркуляции,
например, в результате поглощения жидкости высокопроницаемыми
пластами может привести к появлению песчаных пробок.
216