Геологические процессы и документы

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

 

При этом движении поток жидкости на своем пути от контура питания Р_к до стенки скважины r_с будет последовательно преодолевать несколько фильтрационных сопротивлений: R₁ - фильтрационное сопротивление от Р_к до стенки фиктивной скважины R,

R₂ - дополнительное фильтрационное сопротивление, вызванное несовершенством скважины по степени вскрытия и равное - (μ/2πkh) *С₁, где С₁ - коэффициент, учитывающий несовершенство по степени вскрытия фиктивной скважины радиусом R, R₃  -  фильтрационное сопротивление от R до стенки скважины r_с при толщине пласта b = δ٠h, где δ - степень вскрытия; R₄ - дополнительное фильтрационное сопротивление, вызванное несовершенством по характеру вскрытия при толщине пласта также b = δ٠h и учитываемое коэффициентом C₂. Приток в такую сложную систему определится следующим образом:

,                             (4.8)

Из формул (4. 1) и (4.3) следует

;                                         (4.9)

;                                              (4.10)

;                                        (4.11)

.                                           (4.12)

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 равное

.                                       (4.13)

Второе  -  дополнительное фильтрационное  сопротивление R*₂, обусловлено двойным видом несовершенства скважины и характеризуется коэффициентом С:

,                                              (4.14)

так что

.                                                 (4.15)

Из условия равенства расходов, т. е. приравнивая (4.8) и (4.15), найдем

.                         (4.16)

После подстановки в (4.16) значений согласно (4.9) - (4.14) и сокращений получим

.                    (4.17)

Решая (4.17) относительно искомого С и после преобразований логарифмов найдем

.                                                       (4.18)

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

.                                                               (4.19)

Здесь C₁ определяется по графику C₁ = 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; C₂ определяется по одному из графиков C₂ = f(nD, а, L) или интерполяцией значений, определяемых из графиков.

Определение С для скважины с двойным видом несовершенства по формуле (4.19) более правильно учитывает дополнительнoe фильтрационное сопротивление такой скважины и дает большую величину для С, нежели простое сложение C₁ и C₂, как это необоснованно делается в ряде литературных источников.

Для расчетов притока  жидкости к системе взаимодействующих гидродинамически несовершенных, т. е. перфорированных, скважин важное значение имеет понятие приведенного радиуса r_пр. Приведенным радиусом называется радиус такой фиктивной совершенной скважины, дебит которой, при прочих равных условиях, равен дебиту реальной гидродинамически несовершенной скважины.

Из определения следует 

.                          (4.20)

Поскольку дебиты приравниваются при прочих равных условиях, то из (4.20) следует, что

.

Умножая С на 1 = lnе и делая некоторые преобразования, получим

откуда

                                                                                            (4.21)

Таким образом, зная r_пр для перфорированной скважины из (4.21) и подставляя его значение вместо действительного радиуса скважины r_с в любые формулы радиального притока или притока группы взаимодействующих скважин, получим приток для перфорированной скважины или их системы. Подставляя вместо r_с значение r_пр, мы как бы заменяем одну скважину или систему реальных перфорированных скважин их гидродинамическими эквивалентами  -  совершенными скважинами с фиктивными приведенными радиусами r_пр. Таким образом, введение понятия приведенного радиуса позволяет распространить сложные расчетно-аналитические формулы по определению дебитов системы взаимодействующих идеальных совершенных скважин с плоской фильтрацией на такую же систему реальных перфорированных скважин с пространственной фильтрацией вблизи забоев.

4.3. Техника  перфорации скважин

Существует четыре способа  перфорации: пулевая, торпедная, кумулятивная, пескоструйная.

Первые три способа  перфорации осуществляются на промыслах  геофизическими партиями с помощью  оборудования, имеющегося в их распоряжении. Поэтому детально техника и технология этих видов перфорации первыми тремя  способами изучается в курсах промысловой геофизики. Пескоструйная перфорация осуществляется техническими средствами и службами нефтяных промыслов. 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. 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.

Пулевой перфоратор ПБ-2 собирается из нескольких секций. Вдоль  секции просверлено два или четыре вертикальных канала, пересекающих каморы с ВВ, стволы которых заряжены пулями и закрыты герметизирующими прокладками. Верхняя секция - запальная имеет два запальных устройства. При подаче по кабелю тока срабатывает первое запальное устройство и детонация распространяется по вертикальному каналу во все каморы, пересекаемые этим каналом. В результате почти мгновенного сгорания ВВ давление газов в каморе достигает 2 тыс. МПа, под действием которых пуля выбрасывается.

Происходит почти одновременный  выстрел из половины всех стволов. При  необходимости удвоить число  прострелов по второй жиле кабеля подается второй импульс и срабатывает вторая половина стволов от второго запального устройства. В этом перфораторе масса заряда ВВ одной каморы мала и составляет 4-5 г, поэтому пробивная способность его невелика. Длина образующихся перфорационных каналов составляет 65 - 145 мм (в зависимости от прочности породы и типа перфоратора). Диаметр канала 12 мм.

На рис. 4.6 показан пулевой  перфоратор с вертикально-криволинейными стволами ПВН-90. При вертикальном расположении стволов объем камор и длина  стволов больше.

Одна камора отдает энергию  взрыва сразу двум стволам. Масса ВВ в одной каморе достигает 90 г. Давление газов в каморах здесь ниже и составляет 0,6 - 0,8 тыс. МПа, но действие их более продолжительное. Это позволяет увеличить начальную скорость вылета пули и пробивную способность перфоратора. Длина перфорационных каналов в породе получается 145 - 350 мм при диаметре около 20 мм.

В каждой секции перфоратора  имеются четыре вертикальных ствола, на концах которых сделаны плавные  желобки  -  отклонители. Пули, изготовленные  из легированной стали, для уменьшения трения в отклонителях покрываются медью или свинцом. Выстрел из всех стволов происходит практически одновременный, так как все каморы с ВВ сообщаются огнепроводным каналом. В каждой секции два ствола направлены вверх и два вниз. Это позволяет компенсировать реактивные силы, действующие на перфоратор.

Рис. 4.6. Пулевой перфоратор с вертикальнокриволинейными стволами

 

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 имеется 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 обычно 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.

Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена коняческой 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. Однако разработаны и корпусные перфораторы одноразового действия, в которых легкий корпус из обычной стали используется только лишь для герметизации зарядов при погружении их в скважину.

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

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

Рассмотрим устройство корпусного кумулятивного перфоратора  ПК-105ДУ (рис. 4.7), нашедшего широкое  распространение.

Рис. 4.7. Устройство корпусного кумулятивного перфоратора ПК105ДУ:

1 - взрывной патрон; 2 - детонирующий шнур; 3 - кумулятивный  заряд; 4 - электропровод

Рис. 4.8. Ленточный кумулятивный перфоратор ПКС105:

КН - кабельный наконечник; 1 - головка перфоратора; 2 -стальная лента;

3 - детонирующий шнур; 4 - кумулятивный заряд; 5 - взрывной патрон; 6 - груз

 

Электрический импульс  подается на взрывной патрон 1, находящийся  в нижней части перфоратора. При  взрыве детонация передается вверх  от одного заряда к другому по детонирующему  шнуру 2, обвивающему последовательно все заряды.

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

Ленточные перфораторы (рис. 4.8) намного легче корпусных, однако их применение ограничено величинами давления и температуры на забое скважины, так как их взрывной патрон и детонирующий шнур находятся в непосредственном контакте со скважинной жидкостью. В ленточном перфораторе заряды смонтированы в стеклянных (или из другого материала), герметичных чашках, которые размещены в отверстиях длинной стальной ленты с грузом на конце. Вся гирлянда спускается на кабеле. Обычно при залпе лента полностью не разрушается, но для повторного использования не применяется. Головка, груз, лента после отстрела извлекаются на поверхность вместе с кабелем. К недостаткам бескорпусных перфораторов надо отнести невозможность контролирования числа отказов, тогда как в корпусных перфораторах такой контроль легко осуществим при осмотре извлеченного из скважины корпуса.

Кумулятивные перфораторы  нашли самое широкое распространение. Подбирая необходимые ВВ, можно в  широких диапазонах регулировать их термостойкость и чувствительность к давлению и этим самым расширить  возможности перфорации в скважинах с аномально высокими температурами и давлениями. Однако получение достаточно чистых с точки доения фильтрации, и глубоких каналов в породе остается актуальной проблемой и до сих пор. В этом отношении определенным шагом вперед было осуществление пескоструйной перфорации, которая позволяет получить достаточно чистые и глубокие перфорационные каналы в пласте.