Что такое депрессия газовой скважины

15RosNeft.ru Добыча и транспортировка нефти

Nav view search

Навигация

Понятие о бурении с депрессией на пласт

Из самого термина следует, что условия депрессии на пласт возникают каждый раз, когда эффективное циркуляционное давление бурового раствора, рабочей жидкости для заканчивания, интенсификации или ремонта скважины (гидростатическое давление столба жидкости плюс давление, развиваемое буровыми насосами при циркуляции или нагнетании жидкости, и сопутствующий перепад давления из-за сил трения) оказывается меньше, чем

эффективное поровое давление в продуктивном пласте.

За исключением случаев аномально высокого пластового давления, столб бурового раствора на водной основе создает избыточное противодавление на продуктивный пласт. При разбуривании горизонтов с аномально высокими пластовыми давлениями и использованием буровых растворов на водной или нефтяной основе условия депрессии на пласт создаются естественным путем. Такие условия характеризуются термином «бурение с притоком из скважины», если они возникают в ходе бурения. Этот метод успешно применялся при разбуривании таких формаций, как Austin Chalk в штате Техас и штате Луизиана, а также в Мексике, Китае, и в других регионах, где имеются продуктивные пласты с запасом энергоносителей и наличием сероводорода.

При достаточно низком пластовом давлении в скважине нельзя получить условия депрессии на пласт с использованием обычных буровых растворов на водной или нефтяной основе. В этих случаях для получения депрессии на пласт в циркулирующий буровой раствор вводится неконденсируемый газ, в результате чего понижается плотность бурового раствора. Этот метод часто называют «искусственным созданием условий депрессии на пласт». При вскрытии истощенных продуктивных пластов для достижения депрессии на пласт часто используется азот криогенного происхождения или полученный мембранным методом. Все более широкое распространение для получения условий депрессии на пласт получают рабочие агенты в виде пены, в основном потому, что стабильная пена имеет наиболее высокую выносную способность по сравнению с любой другой рабочей жидкостью при данной скорости подъема в кольцевом пространстве.

Источник

Бурение скважин на депрессии и репресии

Бурение скважин на депрессии (UBD)- это технология бурения с отрицательным дифференциальным давлением в системе скважина-пласт, когда пластовое давление превышает давление столба жидкости в скважине.

Бурение скважин на депрессии (UBD)- это технология бурения с отрицательным дифференциальным давлением в системе скважина-пласт, когда пластовое давление превышает давление столба жидкости в скважине.

В этих условиях фильтрат бурового раствора, жидкость глушения и тд не попадают в продуктивный пласт, что не приводит к ухудшения коллекторских свойств пласта.

При создании депрессии на пласт в скважину будет поступать пластовый флюид (газ, нефть, вода) с различным дебитом.

Дебит флюида зависит от значения депрессии и коллекторских свойств пласта.

Обычно продуктивность пласта определяют в результате проведения комплексных газогидродинамических, гидрогеологических и геофизических исследований после его вскрытия и в законченной бурением скважине.

Бурение скважин на депрессии позволяет:

— минимизировать загрязнение пласта, в тч призабойной зону пласта (ПЗП);

— обеспечить одновременное повышение коэффициента извлечения нефти (КИН) и притока, в связи с минимизацией повреждения коллекторов;

— увеличить показатель проходки на долото и увеличить механическую скорости бурения, в связи со снижением угнетающего давления на забой скважины;

— снизить отрицательное воздействие бурового раствора на его коллекторские свойства.

Технология депрессивного бурения позволяет эффективно поддерживать (регулировать) заданное дифференциальное давление в системе скважина — пласт, что снижает вероятность поглощения промывочной жидкости, флюидопроявления, осыпей, обвалов и других осложнений ствола скважины.

Агента при использовании этой технологии применяют:

— раствор низкой плотности, к примеру, воду или нефть;

— аэрированные растворы, газифицированные воздухом, азотом, природным газом или даже отходящие газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

При использовании технологии бурения на депрессии дебит скважины вырастает в разы.

Эффективность этой технологии снижает ее высокая стоимость.

Бурение на депрессии не всегда допустимо.

Допустимая депрессия на стенки скважины при бурении не должна превышать 10-15 % эффективных скелетных напряжений (разность между горным и поровым давлением пород).

При освоении скважин допустимая депрессии определяется из условия обеспечения устойчивости призабойной зоны пласта и сохранности цементного кольца за обсадной колонной.

Депрессия в 10-15 % эффективных скелетных напряжений пренебрежимо мала, в других случаях — велика или даже недопустимо велика.

К примеру, на истощенных месторождениях (особенно газоконденсатным и газовым), где падение пластового давления к первоначальному уровню доходит до 4 раз, использование этой технологии возможно с учетом величины коэффициента аномального давления пластов (kа) в зависимости от глубины.

для kа = 0,5 — 1,0 минимальная глубина составит примерно 1 км, для kа = 1,5 — не менее 2,5 км, kа = 2,0 — более 4 км.

В настоящее время наиболее распространено бурение на репрессии, когда давление столба жидкости в скважине превышает пластовое давление.

Вскрытие пласта происходит за счет циркуляции бурового раствора средней плотности 1,2 — 1,3 т/м 3 .

Бурение на репрессии эффективно на скважинах незначительной глубины и в неустойчивых грунтах.

Недостатком является относительно быстрое снижение дебита.

За 20 лет продуктивность добычи может снижаться в интервале 5 — 60 раз из-за быстрого падения скважинной проницаемости забойного пласта (ПЗП).

Это происходит при кольматации (закупоривании), независимо от используемого инструмента и типа бурового оборудования.

Источник

Геомеханическое моделирование в оценке величины допустимой депрессии для скважины с открытым забоем

PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. – 2017 — № 4(6). – С. 36-39

Ю.В. Кондрашова
РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина

Ключевые слова: геомеханическая модель, вынос твердой фазы, стабильность ствола, разрушение, допустимая депрессия, глубина повреждений, напряжения

Дано описание геомеханического исследования в области стабильности околоскважинного пространства и прогноза устойчивости стенок ствола скважины при ее эксплуатации со значительным выносом твердой фазы. Сделана попытка ответить на вопрос: до какой степени можно снижать забойное давление при эксплуатации скважины, чтобы избежать неконтролируемого выноса твердых частиц и коллапса скважины. Такая необходимость часто связана с поддержанием добычи на плановом уровне по экономическим соображениям. Основным инструментом в подобном анализе является качественно построенная 1D геомеханическая модель ствола скважины. Приведена простая методика, позволяющая с помощью такой модели спрогнозировать критичность состояния околоскважинной зоны.

geomechanical modeling in estimation of limit drawdown pressure for the open hole well

PRONEFT». Professional’no o nefti, 2017, no. 4(6), pp. 36-39

Yu.V. Kondrashova
Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University), RF, Moscow

Keywords: geomechanical model, solid production, wellbore stability, shear failure, critical drawdown pressure, depth of damage, stresses

The article is devoted to geomechanical research in wellbore stability analysis area. It’s related to solid production prediction and maintaining borehole zone in stable conditions during recovery. The research attempts to answer the question – what the bottom hole pressure should we use (and could we decrease it) to avoid uncontrolled solid production and wellbore collapse. This need is often associated with maintaining production at a planned level for economic reasons. The main tool in such analysis is a qualitatively constructed 1D geomechanical model (1D MEM – Mechanical Earth Model). This article presents a methodology which allows to predict of borehole zone criticality and to define allowable and critical drawdown pressure.

введение

Прогнозирование количества вынесенной породы из скважин с открытым забоем – одна из главных задач при назначении для них рабочей депрессии.

Как известно, вопрос пескопроявления и выноса твердой фазы необходимо рассматривать с двух сторон: геомеханической – для оценки степени разрушения околоскважинного пространства, и гидродинамической – для определения скорости потока и ее влияния на вынос разрушенных частиц. Однако часто наблюдается незакономерный вынос породы, обусловленный влиянием особых процессов, происходящих в призабойной зоне, когда при снижении забойного давления вынос отсутствует, и, наоборот, с его повышением обломки породы появляются на поверхности. Это свидетельствует об уже имеющихся разрушениях околоскважинной зоны. В этом случае 1D геомеханическая модель (MEM – Mechanical Earth Model) позволяет оценить уровень и характер разрушений, что в свою очередь определяет возможность увеличения депрессии на текущий период эксплуатации скважины, чтобы избежать ее полного разрушения.

Оценка возможности повышения депрессии с целью увеличения добычи была проведена для скв. S-1 месторождения Х, карбонатный коллектор которого характеризуется аномально высоким пластовым давлением. Вынос твердой фазы происходил вне зависимости от применяемой депрессии или дебита. Опыт освоения соседней скважины данного месторождения, полностью разрушенной при опробовании, также свидетельствует о разрушающем воздействии применяемой депрессии. Главная задача заключается в том, чтобы найти критическое значение давления, при котором не будет происходить постепенного разрушения околоскважинной зоны, а также неконтролируемого выноса породы.

Целью данной работы являлась оценка состояния открытого забоя исследуемой скважины. Необходимо было дать рекомендации по ограничению депрессии (возможно ли ее увеличить на текущий момент), чтобы избежать негативных последствий при эксплуатации скважины.

ПОСТРОЕНИЕ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАЗРУШЕНИЯ

Для решения описанной задачи был проведен расчет и анализ 1D МЕМ, представляющей собой коллаборацию действующих в пласте напряжений, упруго-прочностных свойств, пластового давления с учетом искривления скважинной выработки [1]. На текущий момент пластовое давление по скважине S-1 снизилось с 72,8 МПа до 67,3 МПа. Общее количество твердых частиц, вынесенных на поверхность М_solid , составило 724 кг. Используя в данной модели некоторое пре- дельное значение, по которому можно определить, разрушится ли тот или иной интервал при тех или иных условиях (в данном случае использовался критерий Мора-Кулона), а также оценить состояние и степень разрушения прослоя мощности открытого забоя. На рис. 1 приведена данная модель, где желто-оранжево-красная заливка указывает на интервалы, которые являются наиболее слабыми и больше других подвержены разрушению.

Рис. 1. 1D MEM участка коллектора с разной глубиной повреждений относительно радиуса скважины

Левая граница зоны с серой заливкой характеризует градиент начала нефтегазопроявления, зоны с желтой заливкой – градиент начала обрушений, правая граница зоны с голубой заливкой — градиент начала поглощений, а зоны с темно-синей заливкой – градиент разрыва или градиент начала трещинообразования. Между данными зонами находится так называемое «безопасное окно» бурового раствора, указывающее на вес бурового раствора, который можно применять при бурении данной скважины, чтобы не вызвать осложнений и аварий во время ее проводки.

Чтобы перейти от качественного анализа к количественному, существует концепция глубины повреждений (depth of damage), основанная на утверждении, что критическое состояние ствола скважины или самый высокий риск обрушения достигается в тот момент, когда радиус скважины по наибольшей оси эллипса составляет 20-25 % номинального радиуса скважины [2] (зона, указанная красной заливкой на рис. 1). Следует отметить, что в плане модель разрушения ствола скважины в идеале представляет собой эллипс: со стороны большей оси действует минимальное горизонтальное напряжение, со стороны меньшей – максимальное SH_max (рис. 2).

Рис. 2. Фактическое разрушение (а) и модель разрушения (б) ствола скважины (в плане) в зонах с наибольшей вероятностью выноса породы:
r₀ – начальный радиус скважины; r_a, r_b – соответственно большая и малая полуось эллипса разрушения

Если предположить, что максимальное разрушение ствола возникает в момент достижения максимальной депрессии (или минимального забойного давления), то количество разрушенной породы по принятой эллиптической модели разрушения M_model должно быть с долей погрешности соизмеримо с накопленным количеством фактически вынесенной породы на поверхность M_solid. Таким образом, об адекватности подобранной эллиптической модели по всему открытому стволу можно судить, сравнивая количество разрушенной породы, определеное по модели, с накопленным количеством породы, фактически вынесенной на поверхность, что в итоге позволяет оценить критичность состояния всего резервуара.

В таблице представлены результаты расчетов по модели разрушения. Следует отметить, что рассчитанное по модели количество разрушенной породы при забойном давлении 46 МПа практически соответствует ее фактической массе.

Группа	Диаметр ствола с учетом показаний каверномера D, м	Площадь зоны разрушения, м 2			Количество разрушенно породы, м 3 (масса, кг), при давлении, МПа
		красной	желтой	светло-желтой	46	47,7	50	52,3
1	0,14	0,00862	0,00238	0,00077	0,0167	0,0085	0,0055	0,0020
2	0,1397	0,00858	0,00237	0,00077	0,0370	0,0255	0,0240	0,0162
3	0,1397	0,00858	0,00237	0,00077	0,0135	0,0102	0,0039	0,0015
4	0,145	0,00924	0,00256	0,00083	0,2234	0,1550	0,1266	0,0982
Всего	0,2906 (755,52)	0,1993 (518,11)	0,1600 (415,93)	0,1178 (306,33)

Из рис. 1 видно, что зеленая линия, соответствующая минимальному (за время эксплуатации скважины) забойному давлению, пересекает красно-оранжево-желтую зону во многих интервалах, следовательно, разрушения достигли критического уровня в некоторых особенно слабых интервалах, и превышение данного значения давления в дальнейшем может негативно отразиться на стабильности ствола скважины. Критическое значение забойного давления для скважины S-1 составило 46 МПа.

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ИСТОЩЕНИЯ НА СТАБИЛЬНОСТЬ СТЕНОК СТВОЛА СКВАЖИНЫ

Помимо критической депрессии, которая может стать причиной сдвиговых разрушений в той или иной области, по мере истощения и снижения пластового давления повышаются эффективные напряжения σ_eff, представляющие собой разность полного напряжения σ и текущего пластового давления p_init

где η – коэффициент пороупругости.

Эффективное тангенциальное напряжение вычисляется по формуле

где σ₁, σ₂ – главные напряжения в поперечном сечении ствола скважины, МПа;
p_w – текущее забойное давление, МПа.

Эти напряжения (тангенциальные или кольцевые), действующие на стенки ствола скважины, могут привести к разрушению горной породы. Для того, чтобы компенсировать нарастающие напряжения, забойное давление в процессе эксплуатации должно превышать установленное критическое значение.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На рис. 3 представлен результирующий график, суммирующий вышесказанные положения по определению допустимой депрессии для скважины S-1, исходя из существующих пластовых условий.

Рис. 3. Определение допустимой депрессии для скважины S-1 c учетом истощения пласта и состояния его призабойной зоны

По рис. 3 можно определить, в каком диапазоне должна быть депрессия, чтобы избежать сдвиговых разрушений в околоскважинной зоне. При попадании в «конус» возникают условия, способствующие образованию дополнительных разрушений за счет возрастающих тангенциальных напряжений, действующих на стенки ствола. Крайняя правая образующая конуса указывает на критическую депрессию, превышение которой крайне нежелательно и может привести к полному обрушению скважины. Крайняя левая образующая является границей опасной зоны: при депрессии ниже данного предельного значения риск разрушений минимизирован. Таким образом, при текущем пластовом давлении скважины S-1, равном 67,3 МПа, диапазон значений депрессии Δp, при которой могут возникать разрушения, составляет 19,0-21,3 МПа. При текущем критическом забойном давлении, равном 46 МПа, возможно снижение забойного давления с текущего значения 51 МПа на 5 МПа.

На основе полученных результатов была составлена программа по снижению забойного давления, которое необходимо проводить пошагово в три этапа: 1,5 МПа на каждом этапе. После каждого этапа необходимо контролировать состояние скважины. В случае возникновения выноса твердой фазы следует пересматривать 1D MEM и эллиптическую модель разрушения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы был предложен оперативный метод определения критической и допустимой депрессии для скв. S-1 с открытым забоем, рассчитана допустимая депрессия с учетом тангенциальных напряжений на текущий период эксплуатации скважины, а также определена ее динамика по мере снижения пластового давления. Для подобной оценки требуется только корректно построенная 1D MEM ствола скважины, которая позволяет корректно определить главные напряжения, а также упруго-прочностные свойства пород. Последние, как правило, являются самой большой неопределенностью в подобных моделях и в наибольшей степени влияют на результаты исследования.

В частности, такой параметр, как прочность на одноосное сжатие UCS, существенно влияет на вид и локализацию разрушений. Магнитуда и анизотропия напряжений также вносят весомые изменения в модель стабильности ствола.

Контроль разрушения околоскважинного пространства при разработке – процесс сложный, зависящий от совокупности множества факторов. Разрушения могут носить непредсказуемый характер: ослабленные участки по границам вполне могут создать условия для разрушения устойчивых интервалов (например, сколы по плоскостям трещин). Однако приведенный метод является хорошим инструментом, позволяющим оценить рабочий потенциал скважины до полного ее разрушения или обвала, и может быть использован в оценке состояния призабойной зоны пласта в случае наличия хвостовика, например, может объяснить резкое увеличение скин-фактора или неустойчивость перфорационных отверстий.

Список литературы

1. Zoback Geomechanics. — Cambridge: Cambridge University Press, 2007. — 500 р.
2. US Patent Application No. 13/863572. Determining A Limit Of Failure In A Wellbore Wall / M. Frydman. — filed .

References

1. Zoback M.D., Reservoir geomechanics, Cambridge University Press, 2007, 500 p.
2. Frydman M., Determining a limit of failure in a wellbore wall, IS11.0844, US Patent Application no. 13/863572, filed .

Ссылка на статью в русскоязычных источниках:

The reference to this article in English is:

Источник