Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Повышение эффективности вскрытия терригенных коллекторов перфорацией с последующей интенсификацией притоков импульными взрывными методами

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности вскрытия терригенных коллекторов перфорацией с последующей интенсификацией притоков импульными взрывными методами"

РГб ОД

1 о к::'! >

На и]лша\ рукописи

Попов Ияан Федорович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВСКРЫТИЯ ТЕРРИГЕННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ПЕРФОРАЦИЕЙ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ИНТЕНСИФИКАЦИЕЙ ПРИТОКОВ ИМПУЛЬСНЫМИ ВЗРЫВНЫМИ МЕТОДАМИ

Специальность

04.00.12 - неофшнчипше .чгетоды поискоа и ралн'.гкн местороадмпш полсзш.ге иек-опаемых

АВТОРЕФЕРАТ дкссертшпгп од соискание ученой степени ькшдпдата технических паук

Тверь -1996

Работа выполнена в акционерном обществе открытого типа Всероссийской научно-исследовательском и просктно-конструкторском институте по использованию энергии взрыва в геофизике (АООТ ВНИПИВзрывгеофизика) и в тресте "Сургутнефтегеофизика",

Научные руководители: Доктор технических наук, профессор

Фионов А.И.,

кандидат геолого-ынн ер алогических наук Стефанкевнч З.Б.

Официальные огахоненгы: доктор технических наук, профессор

Державец A.C.

кандидат технических наук Павлов В.И. Ведущая организация: АООТ "Ноябрьскнефтегазгеофизгаса"

Защита состоится июня 1996 г. в -^^часов на заседании диссертационного совета Д 169.13.01 в акционерном обществе открытого типа по геофизический работам, строительству и закаичиванию скважин (АООТ НПП ГЕРС) по адресу: 170034, г.Тверь, проспект Чайковского, 28/2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИГИК АООТ НПП ГЕРС.

и

Автореферат разослав^! лая 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, доцент В.В.Глуздовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В Западной Сибири, крупнейшем нефтегазовом регионе России, за юследние годы значительно сократилась добыча нефти - с 400 млн. тонн 11987 г. до 226 шш.тонн в 1993 г. Падение добычи обусловлено тем, что :рупные нефтяные месторождения в силу интенсивной эксплуатации кггупили в сложную позднюю фазу эксплуатации. Неуклонно нилсаются дебиты скважин, увеличивается обводненность продукции, шогие скважины простаивают в силу технических или других причин. 7оследнсе пагубно сказывается на прошщаемости прискважинных зон [ефтеносных пластов и техническом состоянии самих скважин. 1овторный ввод в эксплуатацию скважин после их длительного фостаивания или ремонта связан с улучшением состояния [рискважинных зон, повышением гидравлической связи между гродуктивньши пластами и скважиной с помощью искусственных 1етодов воздействия на пласты.

Вновь подготовленные запасы нефти приурочены в основном к ложнопостроенным залежам, коллекторы которых характеризуются юниженньши фильтрационно-ешсосгными свойствами и дебетами [ефти менее 5 тонн в сутки. Это объективная закономерность, поэтому овлечение таких залежей в разработку также обусловлено применением гетодов интенсификации притоков.

Для улучшения гидравлической связи между продуктивными ластами и скважиной и увеличения продуктивности добывающих кважин широко применяются различные методы воздействия на [рискважинную зону пласта (ПЗП). Наряду с традиционными методами оздействия. • кислотными и термическими обработками, идроразрывами пластов и др., - в последнее годы широкое аспространение получило импульсное воздействие - применение енераторов дав пения ПГД БК, электр огидравлическип метод и др.

При импульсном воздействии на ПЗП обычно образуются ополнительные пути потоку нефти ю пласта в скважину в виде тдельных трещин или их системы. Эффективность импульсного оздействия не всегда высокая. Связано это со многими причинами, в

том числе с отсутствием знаний о факторах, влияющих на процесс Трещинообразования пород при импульсном воздействии, и их недостаточном учете при проведении интенсификации. В первую очередь к такии факторам следует отнести размеры (диаметр и длину) каналов перфорации, состояние и свойства их поверхности, характеристики горных пород, способствующие или препятствующие трещинообразованию - минеральный состав, глинистость, коэффициенты пористости и проницаемости, сложность флюидальной системы.

Диссертация посвящена научному и промысловому исследованию степени влияния размеров каналов перфорации и давлений гидродинамических импульсов на процесс трещинообразования в терригенных породах и создания на этой основе ресурсосберегающих технологий для интенсификации притоков.

Цель работы заключается в разработке геолого-геофизических основ методологии проведения в едином комплексе работ по вторичному вскрытию пластов каротажными перфораторами и интенсификации притоков пластовых флюидов импульсным воздействием, создаваемым взрывом пороховых зарядов генератора давления, в зависимости от классов терригенных коллекторов и их свойств.

При выполнении диссертационной работы решались следующи« основные задач:!-.

1. Выбор и усовершенствование установки высокого давления длз моделирования напряженного состояния пород в прискважинной зоне I процессов трещинообразования при импульсном взрывном воздействии.

2. Разработка методики и проведения экспериментальноп изучения процессов трещинообразования в образцах пород зависимости от давления импульсного воздействия через канал! перфорации разных размеров.

3. Анализ и обобщение результатов экспериментальны исследований процессов трещинообразования в образцах терригенны пород в зависимости от давления импульсного воздействия в канала перфорации, размеров (диаметра н длины) каналов, фильтрационнс

жкостных н прочностных свойств пород, подвергаемых «ггенсифгасации.

4. Анализ и обобщение промысловых данных по интенсификации притоков нефти из терригенных коллекторов импульсными взрывными методами.

5. Разработка рекомендаций' по выбору типов перфораторов для вскрытия терригенных ко-^шекторов на месторождениях Западной Сибири и последующей интенсификации притоков нефти импульсным взрывным воздействием.

Научная новизна исследований состоит в следующем:

1. Впервые экспериментально установлено и подтверждено промысловыми данными влияние каналов перфорации на процесс трещинообразовання при импульсном воздействии с целью интенсификации притоков нефти. В зависимости от суммарной просветности каналов перфорации, ее пропускной способности давление последующего импульсного воздействия может быть полностью направлено на процесс трещинообразовання, либо существенно ослаблено быстрым проникновением реагента давления в поровое пространство.

2. Установлены зависимости между давлением гидродинамического импульса, приводящего к трещинообразованию, фильтрационно-емкостными, физическими и механическими параметрами пород и размерами каналов перфорации.

3. Разработаны рекомендации по выбору типов перфораторов для вторичного вскрытия коллекторов разных классов (по классификации А.А.Ханина) в зависимости от давления импульсного врывного воздействия, необходимого для образования трещшюватости в прискважиннсй зоне продуктивных пластов.

Основные защищаемые результаты и научные положения:

1. Установленные механизмы влияния размеров каналов перфорации на процесс трещинообразовання в терригенных коллекторах при Импульсном воздействии.

2. Установленные значения давлений гидродинамического импульса, при воздействии которых в породах начинается процесс трещинообразования, и их зависимости от фильтрационных, физических и механических свойств пород.

3. Методология выбора типов перфораторов для вторичного вскрытия пластов н технических взрывных средств для последующей интенсификации протоков нефти импульсными методами.

Практическая ценность работы: в диссертации приведены новые фактические данные, подтверждающие возможность повышения эффективности методов импульсного воздействия на пласты. Результаты работы указывают на возможность эффективного планирования в едином комплексе работ по вторичному вскрытию пластов и интенсификации притоков нефти импульсными методами.

Разработанные рекомендации по выбору типов перфораторов для вторичного вскрытия пластов с учетом особенностей и свойств последних позволяют эффективно и с меньшими затратами ресурсов провести работы по интенсификации притоков импульсными взрывными методами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на Всесоюзных совещаниях в городах Джубга (1987 г.), Лермонтово (1990 г.), школах-семинарах передового опыта по вскрытию пластов и испытанию скважин Мингео РСФСР и Главткшеньгеологии (1979-1983 г.г.), Межгосударственной конференции в г. Тюмени (1993 г.) и др.

Фактический материал и личный вклад.

Диссертация подготовлена на основе результатов многолетних личных исследований автора по вторичному вскрытию терригенных коллекторов на месторождениях нефти Западной Сибири и интенсификации притоков из них, а также на основании результатов большого объема экспериментальных исследований, выполненных во ВНИПИвзрывгеофизике с формулированием автором задач исследований и личным участием в проведении работ. В работе использованы обширные геолого-геофизические и промысловые материалы по месторождениям Западной Сибири, которые подтвердили

предположения автора и других исследователей (З.Б.Стефанксвича и др.) о значительном влиянии каналов перфорации на процесс образования трещиноватости при импульсных методах воздействия на терригенные коллекторы с целью интенсификации притоков.

Автором совместно с сотрудниками ВНИПИвзрывгеофизики разработана методика лабораторных исследований по изучению влияния размеров каналов перфорации на процесс трещинообразования в образцах терригенных пород при импульсном воздействии. Планирование лабораторных исследований, а также специальных работ в скважинах проводилось при непосредственном участии автора.

При выполнении диссертационной работы автор на протяжении многих лет тесно сотрудничал со специалистами ВНИПИвзрывгеофизики, что дало возможность провести большой объем экспериментальных исследований, которые легли в основу диссертационной работы. Рассмотренный подход определил структуру диссертационной работы. Она состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы го 72 наименований.

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность специалистам и сотрудникам треста Сургутнефтегеофизика, АО Сургутнефтегаз и ВНИПИвзрывгеофизика за внимание и содействие данной работе, а также благодарность научным руководителям за постановку задач исследований и их корректировку в зависимости от полученных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ публикаций по изучению влияния параметров перфорационных каналов на эффективность вскрытия пластов, которая характеризуется коэффициентом гидродинамического совершенства скважин. Рассмотрены также работы, освещающие трещинообразование пород при их повторной вскрытии перфорацией, а также в процессе гидроразрыва пластов.

Теоретические и лабораторные работы, выполненные B.C. Асмо-ловским, В.О.Бойко, Е.М.Вицени, И.Н.Гайворонским, Н.Г.Григоряном, УД .Картером, М.Х.Харрисом, М.И.Шулындиным, В.И.Щуровым и другими, позволили оценить влияние размеров и плотности расположения каналов перфорации, характеристик ПЗП и окружающих перфорационные каналы зон с нарушенной естественной проницаемостью на коэффициент Кс гидродинамического совершенства скважин. Если глубина каналов такова, что вскрыта лишь обсадная колонна и цементный камень, то даже при большой плотности перфорации, значение Кс не превышает 0.5. Оптимальное значение диаметров перфорационных каналов близко при этом к 5-6 мм. Его увеличение мало влияет на Кс, однако уменьшение диаметра каналов резко снижает значение Ке. Д'м наиболее распространенных диаметров скважин (150-200 мм) и плотности перфорации 10-20 отв/м оптимальная длина чистых каналов в идеальных условиях (сохранение естественной проницаемости ПЗП, хорошая центровка обсадной колонны) равна 100-150 мм. Значение Кс составляет при этом 0.80-0.95. Оно уменьшается на 10-15%, если каналы расположены по одной образующей стенки колонны. С увеличением прочности пород и глубины их залегания длина каналов перфорации и их диаметр уменьшаются. Для пород, характеризующихся твердостью по штампу 400 и 700 МПа соответственно, это уменьшение составляет 12-20%. Образование зоны смятия и зоны уплотнения пород вокруг перфорационных каналов уменьшает проницаемость этой части пород на 10-20% по сравнению с проницаемостью ненарушенной структуры, что ограничивает поток нефти в скважину. Изучению этих факторов посвящены работы Н.Г.Григоряна, В.Т.Белла, У.Д.Картера, В.П.Челышева, З.Б.Стефанкевича и др.

В работах Н.Г.Григоряна, И.Н.Гайворонского, А.А.Мордвинова, З.Б.Стефанкевича, У Д. Картера и других отмечена существенная роль загрязнения перфорационных каналов в снижении Кс. Показано, что около 15% каналов могут бьпъ полностью закупорены пестом, представляющим собой сигарообразный стержень, сформировавшийся из металлической облицовки кумулятивного заряда.Остальная часть перфорационных каналов может бьпъ в той или иной мере перекрыта частично.

Вопросом связи скважины с продуктивным пластом и улучшения >той связи посвящены работы В.А.Амияна, Н.П.Васильсвой, Ш.Ахметова, А.АЛитвннова, И.Ф.Никитко, Е.М.Вицени, З.С.Замахаева, Н.И.Гущина, В.М.Куртинова, В.М.Тебякина, 1.Я.Фридляндера, УД.Картера, Г.Т.Овнатанова, БД.Панова, Т.В.Наюк, В.А.Сндоровского, Е.Ф.Бригера, ВЛ.Портера и других. Токазано, что силовые воздействия, возникающие в породах при штенсификации притоков импульсными нагрузками, делятся на 2 руппы. В случае гидроразрыва пласта решающим критерием является )ремя нарастания давления в скважине. Критерием действия импульса мвления, образованного взрывом, служит скорость нарастания им-тульса давления при очень малой (10-5 с) его длительности.

Вопросами моделирования процессов гидроразрыва пласта снимались П.П.Скотт, Ю.П.Желтов, Ю.ВЗКелтов, Г.И.Баренблатг, К.П Лесик, Г.Т.Овнатанов, К.В.Реппенейт, Е.Я.Солохнн, Usman Ahmed, Г.W.Thompson и другие. Ими установлены основные закономерности процесса, определяющиеся фильтрационной способностью пород, вязкостью жидкости разрыва, напряженным состоянием пласта, которое, а свою очередь, зависит от пластового и горного давлении.

Разрывное воздействие изучено работами Н.Г.Григоряна, Л.Я.Фрндляндера, З.Б.Стефанкевича и других специалистов ВНИПИвзрывгеофизикн. Установлены количественные критерии применения взрывного воздействия. Для газонасыщенных пород критическое значение коэффициента пористости, при котором происходит трещинообразование, составляет 15%, а для пород, насыщенных жидкостью - 18" о. Промежуточное положение между этими методами по режиму нагружения занимает метод воздействия на пласт газами при горешш пороховых зарядов , ракетного топлива и других веществ. Fomeu, Б.М.Беляев, Н.С.Сансарян, Р.А.Слиозберг, Ю.Г.Улунцев и другие указывают на преимущества применения для образования трещин жидкости, по сравнению с газом, так как проникание жидкости в пласт более эффективно сказывается на увеличение длины трещины, чем проникание газа. Моделированию процесса образования трещин воздействием управляемого импульса

горения посвящены работы Р.П.Свифта, Э.С.Кузуба, Hanson R.P., Smidt, Keough и др.

БД.Картер считает, что острие канала перфорации может служить концентратором напряжений при разрыве пласта импульсными методами.

В целом, для всей совокупности методов импульсного силового воздействия на коллекторы в обсаженной скважине установлена очередность факторов, определяющих эффективность воздействия: качество перфорации, горное и пластовое давления, критические напряжения растяжения, смятия и сдвига породы, фильтрационные свойства пород, наличие и размеры имеющихся трещин, вязкость и плотность вещества разрыва. Наименее изучено влияние этих факторов при импульсном взрывном воздействии. При планировании работ по вторичному вскрытию пластов не учитываются влияние размеров каналов перфорации, через которые происходит воздействие импульсов гидродинамического давления, состояние и свойства поверхности каналов, фнльтрационно-емкостные свойства пород. Несмотря на большое количество работ, не изучен механизм возникновения вокруг каналов перфорации трещиноватости, определяющий во многом эффективность интенсификации притоков. Настоящая работа посвящена детальному рассмотрению этих вопросов и решению задач, изложенных во введении, и разработке рекомендаций по выбору типов перфораторов и технических средств интенсификации.

Во второй главе описаны аппаратура и предложенная автором методика моделирования процессов трещинообразования в коллекторах при импульсном воздействии через каналы перфорации. Экспериментальные исследования, результаты которых приведены в данной работе, выполнены на установке высокого давления УПЗП-1, разработанной и изготовленной во ВНИПИвзрывгеофизике. Автор работы принимал непосредственное участие в усовершенствовании гидравлической системы установки, которая выполняет основные функции при моделировании процессов перфорации и импульсного взрывного воздействия на породы с целью интенсификации притоков пластовых флюидов. Измерения давлений импульсов воздействия и проницаемости пород, изменение которой определяет >ффективность

интенсификации, производились в условиях действия на образец осевого, бокового и внутрипорового давлений и многократного повторения импульсов воздействия.

Основу установки составляет камера высокого давления, в которую устанавливается образец исследуемой порода диаметром 75 мм и длиной до 200 мм. Камера рассчитана на рабочее давление 150 МПа и внутрипоровое давление до 100 МПа. Для создания в образцах пород внутрипорового давления, прокачки через них различных флюидов, подачи на образец импульсов воздействия высокого давления используются разделительные цилиндры, представляющие собой толстостенные сосуды высокого давления. Сквозная эталонировка гидравлической системы производилась определением падения в гидравлической системе давления импульса воздействия в случае, когда вместо образца породы в установку помещали такой же по форме и размеру непроницаемый образец, изготовленный из металла.

Экспериментальные исследования выполнены на образцах пород, отобранных из скважин нефтяных месторождений Западной Сибири: Приобского, Федоровского, Североалехинского, Малобалыкского, Tammcicoro, Лянторсхого и Южно-сургутского. Образцы предварительно экстрагировались спнрто-бензольной смесыо. Затем на каждом образце определялся полный комплекс стандартных петрофизических параметров: коэффициенты проницаемости по газу и жидкости, открытой пористости, плотность, скорость распространения упругих продольных волн. Насыщение образцов раствором хлористого натрия производилось под вакуумом. Оставшиеся кусочки керна использовались для проведения гранулометрического анализа и изготовления шлифов. Для исключения влияния неконтролируемых факторов часть исследований проведена на образцах с искусственными высверленными каналами перфорации. Основная часть исследований по интенсификации притоков импульсными взрывными методами выполнена на образцах с отстрелянными каналами перфорации. Отстрелы проводились в специальной сборке мишени зарядами ЗПК40 и ЗПКЮЗ.

Экспериментальные исследования на установке высокого давления заключались в изучении влияния давления гидродинамического

импульса на проницаемость образцов пород, незатронутых кольмагацией и закольматированных частицами глин, цементов и эмульсий, образуемых при смешении пластовых флюидов с промывочной жидкостью и ее фильтратом. Методика моделирования такой кольматации описана в следующей главе. При проведении эксперимента осевое давление Рм обычно вдвое превышало боковое Ре; их значения выбирались из следующего ряда ступеней нагруження: 3, 6, 12, 20, 30 и 40 МПа. При достижении давлений Рос = 40 МПа и Рб = 20 МПа в образце поднималось внутрипоровое давление Рпл равное 16-18 МПа. Затем на образец породы через канал перфорации воздействовали импульсом гидродинамического давления, значение которого обычно было на 2 - 3 МПа больше внутрипорового давления. Если после такого воздействия проницаемость образца не изменялась или изменялась

незначительно, на образец подавали новый импульс давления,

«

превышающий предыдущий на 3 - 5 МПа. Такая последовательность проведения измерений сохранялась до тех пор, пока после очередного воздействия не отмечался значительный рост проницаемости, что объяснялось образованием в образце трещин, либо образец разрушался. Давление импульса, после воздействия которого отмечалось резкое увеличение проницаемости, обозначалось через РИМп.тр.

Таким образом, до начала основных исследований автором и пр.и его участии была разработана методика фиксации начала процесса трещинообразования образцов пород под воздействием гидродинамического импульса и определение давлений импульса, при котором оно наступает. Уже по результатам первых опытов установлен факт падения давления гидродинамического импульса в образцах ( высокими фильтрационно-емкостными свойствами за сче1 проникновения реагента давления (воды) в поровое пространство.

Третья глава наиболее обширная и содержит результать экспериментальных исследований по изучению влияния размерю каналов перфорации, фнльтрационно-емкостных и прочностных свойсп пород, горного давления, на процесс трещинообразования I проницаемость пород при импульсном воздействии. Исследование выполнены на коллекции, образцы которой охватывают все основны литотипы и классы коллекторов нефтегазовых месторождений Западно)

Сибири. Небольшую часть коллекции представляют породы--кколлекторы, прослои которых повсеместно встречаются в коллекторах. Их включение в коллекцию повысило достоверность пггерпрстацни результатов исследований.

По составу обломочной части образцы представляют две группы юрод - полим!пстовые и кварцево-полевошпатовые песчаники и 1левролиты. Из них кварцево-полевошпатовые - это породы с более штенсивно развитым и эпигенетическими процессами, в результате соторых обломки кварца и полевых шпатов разрушены и выполняют >оль цементов. По составу и структуре цементов образцы включают ( группы пород. Наибольшая из них имеет цементы порового и, реже, шеночного типов сложного состава, который содержит глннпсто-:ерицитовое, хлоритовое, карбонатное и кварцевое вещества. Вторая руппа образцов обладает глинисто-сернцитовым цементом порово-шеночного типа, а третья сцементирована преимущественно :арбонатным цементом. По емкостным свойствам образцы охватывают штрокий диапазон пород • от низкопористых (Кг, = 2.9%) до 1ысокопористых (Кп = 27.0%). Распределение пород по проницаемости ->т тпкопроницаемых (0.0009-10-5 мкм2) до средне- и хорошо гроницаемых (Клр < 230-10-3 мкм2). Средние (<1) и эффективные (<1>фф) дтметры пор вычислены по значениям коэффициентов проницаемости ю газу Кпрх и жидкости Кпрл и пористости Кп на основе модели, тльтрацнонные свойства которой определяются уравнениями 1уазейля. Хотя полученные значения диаметров довольно условные, ни представляют интерес для интерпретации результатов исследовании.

С учетом выявленного уже при первых опытах влияния ишьтрацнонно-еикостных свойств пород на гидродинамический мпульс, имеющего своим следствием ослабление давления импульса за чет проникновения реагента давления в поры породы, по результатам кспериментов рассчитаны значения коэффициента пъезопроводности ород, характеризующего скорость распространения давления в упругой реде, насыщенной упругой жидкостью. Он изменялся для сследованных образцов в пределах от 0.018 см2/с до 7143 см2/с. Другие арактернстики образцов изменялись в пределах: общая плотность о • от .19 г/см3 до 2.67 г/см3; скорость распространения Ур упругой

продольной волны - от 2230 м/с до 4100 м/с; акустическая жесткость - от 5.00 г/см2-с до П.2 г/смЧ; относительная глинистость - от 0 до 0.75.

Методика изучения влияния давления гидродинамическогс импульса на проницаемость Кпр пород, в том числе вызваннук трешинообразованисм, заключалась в следующем. Часть образцов насыщенных водой, подвергалась через канал перфорации воздействие гидродинамических импульсов в условиях осевого, бокового I пластового давлений. Прямое измерение проницаемости этих образцо] производили тг же, как это описано во второй главе. Для больше! части образцов фильтрационную способность пород в начальной стадш эксперимента специально уменьшали посредством многократноп попеременного вытеснения вода керосином и наоборот. Процес вытеснения проводился при осевом, боковом и поровом давления? соответствующих естественному залеганию пород. Получении заниженные значения Кпр имитировали ее снижение в прискважинно зоне пласта вследствие влияния кольматации и являлись начально точкой для оценки эффективности воздействия импульс гидродинамического давления. Затем на образец через кана перфорации воздействовали импульсом давления, превышающим п величине внутрипоровое давление на 3 МПа, после чего опять измерял коэффициент проницаемости. Аналогичные измерения проводили пр увеличивающихся значениях давления Римп импульса. Эксперимек заканчивали после значительного увеличения Кпр, что объясняло! образованием трещиноватосги. Результатом исследований служил графики зависимости Кпр от РкмП'

По характеру изменения кривых Кпр = Г (Ркип ), отражаюхщ влияние давления гидродинамического импульса на проницаемос пород, образцы разделились на три группы. Первую небольшую груш составили образцы, для которых характерно . небольшое изменен! (увеличение или уменьшение) Кпр с ростом Римп до определенно] предела (Рииплр), а затем резкое падение проницаемости или разрушен! образца. Вторую, несколько большую по объему, группу определи образцы, для которых с увеличением Ршп проницаемость в нача изменяется незначительно, а затеи разко увеличивается. Для треть основной группы образцов характерно довольно сложное ступенчат

изменение Кпр с ростом Ри*л. На кривой зависимости Кпр = ( (Римп) выделяются три участка: небольшое повышение Кпр. с ростом РИМп вначале, затем увеличение градиента изменения Кпр с последующим его выполаживанием и, наконец, резкое увеличение проницаемости после очередного воздействия»

Анализируя результаты экспериментальных исследований, автор считает, что достаточно большие изменения Кпр при воздействий импульсом гидродинамического давления вызваны образованием в образцах отдельных трещин или системы трещин, а не сочетанием двух факторов - трещннообразования и разрушения сложного состояния флюидальной системы. Предполагалось, что разрушение флюидальной системы будет предшествовать трещинообразовашпо, что как-то должно отражаться на кривых Кпр = Г (Римп), подобно второму участку зависимости для третьей группы образцов. Однако, наблюдаемые в пределах этого участка изменения Кпр существенно меньше по абсолютной величине, чем уменьшение проницаемости, вызванное образованием в начале опьгга сложной флюидальной системы. По-видимому, медленное изменение Кпр с увеличением Р1ШП связано с начальной стадией трещннообразования, когда в образце возникают отдельные иикротрещины малой глубины и протяженности.

Значения давлений Риматр гидродинамических импульсов, при которых происходит трещинообразование.при прочих равных условиях существенно зависят от диаметров (<!*) каналов перфорации и незначительно от га дтшы I*. Для плотных глинистых образцов (т|гя > 0.4) с увеличением (1* от 6 до 15 мм (при длине 1* = 50 мм) значения Римп.тр уменьшаются в 1.4 раза - с 47.5 до 35.0 МПа. С улучшением коллекторских свойств влияние диаметра каналов перфорации (точнее, их поверхности) изменяется. Для низкопоровых пород эффективный диаметр пор которых равен 5 мкм , значения Римп.тр уменьшаются с 46 МПа до 41 МПа с увеличением с!» от бмм до 15 мм. Для образцов, в которых сЦг = 500мкм, значения Римл.тр, увеличивается с 31 МПа до 51 МПа при тех же диаметрах канала. Такое поведение РИмп.тр с изменением с1к можно объяснить следующим образом. Для того, чтобы при импульсном воздействии начался процесс трещннообразования, необходимо приложить определенное напряжение, превышающее предел

прочности породы. В плотных породах (<Цф < 5 ыкм) с увеличением & увеличивается поверхность канала перфорации и количество отдельных неоднородностей и микротрещин, что способствует быстрейшему образованию трещиноватости. Увеличение суммарной просветности (аналога коэффициента пористости) на поверхности каналов перфорации не влияет на трещннообразование, так как микропоры обычно заполнены связанной водой. С увеличением эффективного диаметра пор (ёэфф = 500 мкм) роль суммарной просветности возрастает с увеличением Часть реагента (воды) давления импульса проникает в поровое пространство породы, в результате чего воздействие нспульса давления на породу уменьшается. Поэтому для получения желаемого эффекта величину давления гидродинамического импульса необходимо увеличить.

Увеличение длины 1к (пробивной способности) канала перфорации увеличивает суммарную проеветность и пропускную способность породы при прочих равных условиях и тем самым способствует увеличению давления Ришир, необходимого для образования трещиноватости. В плотных породах это увеличение равно 1.2 - I 35 при увеличении длины канала в 3 раза ( от 30 до 90 им).

Влияние коллекторских и прочностных свойств пород на процесс трещинообразования пород под воздействием импульса гидродинамического давлашя и значения Р^.т-, необходимые для возникновения этого процесса, определяются тем, как они сказываются на значения суммарной просветности поверхности перфорационного канала, эффективный диаметр пор и их пропускную способность. Основное внимание автор обратил на изучение влияния характеристик пород, которые можно определить по материалам ГИС или на образцах керна - коэффициент пористости, средний и эффективный диаметры пор, коэффициенты пьезопроводности и относительной глинистости, абщую плотность пород, скорость распространения упругой продольной волны и акустическую жесткость.

Зависимости Рииплр от эффективного диаметра пор для трех разных диаметров каналов перфорации <6; 10 и 15 мм) и постоянной длины каналов ведут себя так же, как описанные выше зависимости между Рнматр и (1* при разных значениях В билогарифмичесхом масштабе

они представляют собой прямые с коэффициентами корреляции более 0.85. Для каналов диаметром 6 мм значение РНИп.тр уменьшается от 50 до 33 МПа, если <1эф$ растет от 2 до 200 мкм. Для тех же значений (Ц>ф давление Римллр увеличивается с 38 до 49 МПа для каналов диаметром 15 мм. Для каналов диаметром 10 мм зависимость между Р ниплр н ёэфф занимает промежуточное положение и выражена неявно. Такое влияние сЦф объясняется следующим образом. При малом значении (1*, равном 6 мм, суммарная просветность и проникновение реагента давления в поры породы незначительно ослабляют эффект во всем диапазоне изменения сЦ^; превалирует уменьшение прочности пород при улучшении их коллекторских свойств. При большом диаметре каналов перфорации (15 мм) с ростом с!эфф увеличиваются суммарная просветность пород и объем проникающего в поры реагента давления импульсного воздействия, ослабляя его. Влияние этого фактора выше, чем уменьшение прочностных свойств пород. Для того, чтобы в породе начался процесс трещинообразования, давление импульсного воздействия необходимо увеличить.

Уменьшение размера пор и увеличение прочностных свойств пород связано, при прочих равных условиях, с увеличением глинистой фракции. Давление РИМп.тр увеличивается с ростом относительной глинистости при диаметре перфорационного канала 6 мм, уменьшается для каналов 10 и 15 мм. Полученные зависимости представляют собой прямые линии в полулогарифмическом масштабе. Аналошчные по характеру воздействия получены зависимости давления РИМп.тр от коэффициента пьезопроводности, плотности пород, скорости распространения упругих продольных волн Ур и акустической жесткости ст-Ур.

Оценка влияния горного давления на эффективность импульсного гидродинамического воздействия через каналы перфорации выполнена на естественных образцах в основном при осевом давлении, равном 40 МПа, и боковом, равном 20 МПа, что соответствует глубине залегания пород около 1600 м. Небольшая часть естественных образцов, а также искусственные образцы исследованы при осевом давлении в 60 и 85 МПа и боковом, равном 30 и 40 МПа. Применение искусственных образцов вызвано желанием исключить влияние на результаты

эксперимента других, помимо горного давления, факторов, например неоднородного состава минеральных частиц, их размеров, окатанности и отсортированное™ зерен, состава и типа цемента и др. Установлено, что с увеличением осевого и бокового давлений в 2 раза, значение Ршюлр увеличивается примерно в 1.5 раза.

Таким образом, в результате экспериментального изучения влияния размеров каналов перфорации, коллекторских и прочностных свойств пород на эффективность гидродинамического импульсного воздействия и трещинообразование коллекторов установлена определяющая роль диаметра перфорационных отверстий и эффективного Диаметра пор. В плотных породах, характеризующихся малыми значениями сЦф (единицы мкм), давление трещинообразования уменьшается с увеличением В породах с высокими значениями йы^ (сотни мкм) с увеличением с1х растет и давление гидродинамического импульса, необходимого для трещинообразования. Последнее связано с проникновением части реагента давления (воды) в поры породы и снижения по этой причине амплитуды действующего импульса давления. Увеличение длины канала перфорации в 3 раза ( о I 30 до 90 мм) увеличивает давление трещшгообразования в 1.2 -1.35 раза.

„ Характер влияния глинистости и карбонатности пород, среднего и эффективного диаметров пор, коэффициентов открытой пористости и проницаемости по газу и воде, общей плотности, коэффициентов сжимаемости пор, упругоеыкости и пиезопроводности пород на трещинообразование и необходимое для этого давление гидродинамического импульса определяется тем, как они сказываются на суммарную просвстность и фильтрационную способность поверхности перфорационного канала. Если суммарная просвстность низкая, поры небольшие и при отстреле перфорационного заряда образовалась зона уплотнения, то вся энергия импульса гидродинамического воздействия затрачивается на трещинообразование, которое происходит непосредственно от поверхности канала перфорации. С увеличением просветности, размеров пор и пропускной способности часть реагента, передающего давление при импульсном воздействии, уходит в поры. Трещинообразование происходит с поверхности канала перфорации и внутри порового

пространства вблизи канала. При дальнейшем увеличении фильтрационно-емкостных свойств пород всё большая доля реагента уходит в поровое пространство, уменьшая давление гидродинамического импульса. Трещинообразование происходит от поверхности канала и в поровом пространстве либо не происходит вовсе, если гидродинамический импульс ослаблен ниже критической

ВеЛИЧИНЫ (Ришитр).

В четвертой главе приведены результаты анализа эффективности работ по интенсификации притоков импульсным воздействием, полученные по промысловым данным на месторождениях Западной Сибири. Для анализа и обощения автором отобраны материалы по скважинам, в которых выполнены измерения скважинных давлений Рс, развивающихся при горении пороховых зарядов ПГД БК. Во внимание приняты только те значения Рс, при воздействии которых получено увеличение дебита нефти не менее чем на 20%. Учтены также другие данные: тип перфоратора, используемого для вторичного вскрытия, фильтрационно-емкостные свойства пород, дебит скважин, глубина залегания пластов и др.

Уже беглый анализ промысловых данных свидетельствует, что положительный эффект при интенсификации притоков нефти с помощью ПГД БК достигается при различных давлениях Рс. Основная масса результатов получена, когда Рс = (0.9-1.5)-Рг, где Рг - горное давление и только в отдельных скважинах увеличение дебита произошло, когда Рс = (0.7 - 0.8)-Рг, а в единичных скважинах при Рс > 1.5-Рг. На глубине 1600 м, для которой выполнен основной объем лабораторных исследовании, получен диапазон разброса значений Рс, равный диапазону значений РНИплр на образцах пород.

О том, что выводы лабораторных исследований соответствуют промысловым данным можно судить также по результатам сопоставления зависимостей Ре = f (Клр) и Ришыр = f (Кпр), полученных для глубин залегания коллекторов, равных 1500-1700 м. Повторное вскрытие коллекторов выполнено перфораторами ПК 103, для которых d« = 8.5 - 10 мм, 1г = 130 - 150 мм. В билогарифмическом масштабе первая зависимость представляет собой прямую IqPc = 1.65 - 0.06 lqKnp. Вторая зависимость параллельна первой, но смещена от нее в сторону

меньших давлений на 8-12 МПа. Такое смешение объясняется разной длиной каналов перфорации в скважинных условиях и в образцах пород.

Анализ' промысловых данных по Федоровскому нефтяному месторождению, на котором проводились работы по интенсификации партиями треста "Сургутнефтегеофизика", дал возможность установить некоторые закономерности, которые послужили первоначальной основой для проведения исследований, изложенных в работе. Основной объем работ по интенсификации выполнен по залежи пласта БСю. Вторичное вскрытие осуществлено перфораторами ПКС 80 и ПК 103 размеры каналов перфорации у которых близки. Из 30 добывающих скважин, в которых выполнена интенсификация притоков, прирост дебетов получен в 19. Он был различным: от 0.1 т в скважине № 3740 до 80 т в скважине № 3818. Установлен рост давления Рс в скважине от относительного потенциала а™, аналогичный зависимости Римп.тр=Г (Лга). полученной на образцах керна. Получена также сложная корреляционная зависимость между давлением Рс импульсного воздействия и проницаемостью'пород. Для отложений пласта БСю давление Рс уменьшается с ростом Кпр в диапазоне от НО-3 до 100-10-3 мкы2, а при значениях Кпр > 100-10"3 мкы2 давление воздействия постепенно увеличивается. В первой области к основному влияющему фактору можно отнести прочность породы, которая уменьшается с улучшением коллекторских свойств последней, во второй - преобладание фактора проникновения реагента давления в поровое пространство коллектора.

Чтобы получить подтверждение лабораторных результатов для более, широкого диапазона изменений размеров каналов перфорации, автор воспользовался материалами по нефтяным месторождениям Тимано-Печорской провинции (ТПП), любезно предоставленными специалистами ВНИПИвзрьшгеофизика З.Б.Стефанкевичем и В.В.Иваненко. В провинции наряду с перфораторами ПК 103 и ПКС 80 широко применяют два других типа - ПКС 105 и ПКО 89. Пробивная способность последних больше, чем у перфораторов ПК 103 и ПКС 80, в 1.4 - 1.5 раз по диаметрам (12 - 14 мм) и в 1.5 - 2.1 раза по длине пробиваемых каналов (275-365 мм у ПКС 105 и 250-285 мм у ПКО 89) Продуктивные коллекторы 1 - V классов по А~А.Ханнну сложены

песчаниками и алевролитами преимущественно кварцевого состава. Глубина залегания коллекторов среднего и верхнего девона - 1840 - 2043 м.

Зависимости Рс = Г(Кпр) для двух групп перфораторов отличаются в области малых значений проницаемости (менее 15-10-3 мкм2). Для перфораторов с меньшей пробивной способностью (ПК 103 и КПС 80) значения Рс уменьшаются с ростом Кпр, для второй группы (ПКС 105 и ПКО 89) они увеличиваются. В породах с проницаемостью более 15- Ю-3 мкм2 значения Рс ^дя перфораторов второй группы продолжают увеличиваться. Одна единственная точка в этой области для перфораторов первой группы имеет весьма сомнительные характеристики. Гипотетическая огибающая кривая для всех точек имеет вид, аналогичный для такой же зависимости для коллекторов Федоровского месторождения. Следовательно, и причины для такого поведения зависимостей должны быть общими. В области низкопоровых и низкопроницаемых пород большая часть энергии взрывного импульса перфораторов ПК 103 и ПКС 80 (формирующих каналы меньшего объема и поверхности) направлена на разрыв прочностных связей между частицами породы. На существенно большей поверхности каналов, пробитых перфораторами ПКС 105 и РКО 89, присутствует и большее количество неоднородностей, дислокаций и микротрещин, созданных кумулятивной струей. . Поэтому процесс трещинообразования происходит у них при меньших давлениях Рс. В области высокопористых и высокопроницаемых . пород гидродинамическое воздействие ослабляется за счет проникновения реагента давления в поры, поэтому кривая зависимости Рс = f (Кпр) приобретает положительный градиент для всех типов перфораторов.

В 1995 - 96 годах на месторождениях, обслуживаемых трестом "Сургутнефтегеофизика", опробован комбинированный аппарат МКАВ 42-150/100, предназначенный для повторного вскрытия коллекторов кумулятивной перфорацией с одновременной обработкой каналов генераторами давления ПГД. Аппарат разработан во ВНИПИвзрывгеофизгасе по предложению автора. Все испытания проведены в скважинах с осложненными геологотехническими условиями (толщины коллекторов до 4 м, низкие фильтрационно-емкостные свойства пород). Положительные результаты

интенсификации с помощью аппарата МКАВ 42-150/100 получены в 4-х скважинах, значения давлений РИмп и количество пороховых зарядов, для которых рассчитаны по рекомендациям автора. Также в 4-х скважинах, где фактическое количество пороховых зарядов превышало расчетное, получены отрицательные результаты импульсного воздействия.

Таким образом, результатами анализа и обобщения фактических данных, полученных при интенсификации притоков нефти генераторами порохового давления ПГД БК на нефтяных месторождениях Западной Сибири, подтверждены установленные в лабораторных условиях основные закономерности между давлением импульса гидродинамического взрывного воздействия, необходимого для трешино* образования пород, и геометрическими размерами перфорационных каналов, коллекторскими и прочностными свойствами пород.

В пятом главе изложены рекомендации по выбору типов перфораторов для повторного вскрытия терригенных коллекторов и технических средств для последующей интенсификации притоков нефти импульсным взрывным воздействием. Результаты исследований по теме диссертационной работы можно использовать в двух направлениях. Во-первых, для научного обоснования разработки приборов (перфораторов) вторичного вскрытия пластов. Эти приборы должны обладать разной пробивной способностью по диаметрам и длине каналов перфорации. Во-вторых, для целенаправленного выбора типов перфораторов для вторичного вскрытия пластов и определения давления импульсов гидродинамического, воздействия с целью образования зон трещиноватостн в прискважннных частях коллекторов и интенсификации притоков.

В первом направлении автор выдвинул идею. создания комбинированного аппарата, включающего в себя кумулятивны? перфоратор и пороховые заряды для интенсификации притоков.

По второму направлению ^в результате анализа и обобщен!« лабораторных и промысловых1 данных о природе и процесса! образования искусственной трещиноватостн под воздействием взрывньс импульсов, а также эффективности разных типов перфораторов 1 средств импульсного взрывного воздействия на присквалашную част

коллекторор (пороховые генераторы давления ПГД БК) автор пришел к следующим основным рекомендациям'

а), для повторного вскрытия наиболее распространенных на месторождениях Западной Сибири коллекторов НМУ классов по А.А.Ханину, обладающих проницаемостью в диапазоне (10-500)-10-3 . мкм2, необходимо применять перфораторы ПК 103, ПКС 80, ПК 105 и ПКС 65; лучшие условия вскрытия коллекторов V и VI классов (проницаемость меньше 10'2 мкм2) обеспечивают перфораторы ПКС 105 и ПКО 89;

б), значения гидродинамических импульсов давления и количество необходимых для их достижения пороховых зарядов ПГД БК, обеспечивающих трещинообразование пород, зависит от многих факторов - типов и пробивных возможностей (диаметров и длин каналов) перфораторов, коллекторских и физических свойств продуктивных коллекторов. Рекомендуемые давления взрывных импульсов и количество парадов ПГД БК определяются свойствами и глубиной залегания коллекторов. Конкретные значения этих величин заданы таблицей, учитывающей многообразие влияющих факторов;

в), предварительные рекомендации по единовременному вскрытию коллекторов . перфорацией и интенсификации притоков импульсным взрывньш воздействием с помощью комбинированного аппарата МКАВ 42-150/100 относятся к коллекторам со средней [(10 -100)-Ю-3 мкм2] и низкой (< Ю'2 мкм2) проницаемостью и должны быть уточнены в ходе накопления фактических данных.

В заключении изложены основные результаты, выводы и рекомендации, сформулированные в содержательной части работы.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в б работах:

1. Попов И.Ф., Рогожников Г.Б., Соколов М.С. Эффективность вскрьггия пластов перфорацией на разведочных площадях Тюменской области // Сб.тр."Прострелочно-взрывные работы в глубоких скважинах". - М., 1981 - с.120-124.

2. Попов И.Ф., Иваненко В.В., Стефанкевич З.Б. Влияние размеров каналов перфорации на процесс трещинообразования в коллекторах при

воздействии волной давления// Геология нефти и газа. - М.. 1995-№ 3 -

3. Зависимость процесса трецинообрачования в коллекторах от размеров каналов перфорации при импульсном воздействии / И.Ф.Попов, В.М.Тебякин, В.В. Иваненко, З.Б.Стефанкевич // Геология нефти игаза. ^ М., 1995 - № 4-С.12-14.

4. Исследование зависимости интенсификации притоков нефти импульсными методами от особенностей перфорации скважин / И.Ф.Попов, В.М.Тебякин, В.В.Иваненко, З.Б.Стефанкевич //Геологическое изучение и использование недр. Науч.тен.информ.сб. АОЗТ Теоинформмарк". - М., 1995 - Вып.2-с.21-28.

5. Основные направления совершенствования кумулятивных зарядов перфораторов /И.Ф.Попов, В.И.Колпаков, В.В.Иваненко, З.Б.Стефанкевич и др. // Геологическое изучение и использование недр. Науч.техн.информ.сб.АОЗТ Теоинформмарк".-М.,1995-Вып.4-с.27-40.

6. Оценка возможности интенсификации притока нефти перфорацией /И.Ф.Попов, В.И.Колпаков, В.В.Иваненко, З.Б.Стефанкевич// (В печати).

с.12-14.