НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ГЛУБИНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ ФИЛЬТРАТА БУРОВОГО РАСТВОРА В ПРОДУКТИВНЫЙ ПЛАСТ ПРИ ЗАРЕЗКЕ БОКОВОГО СТВОЛА

АННОТАЦИЯ

Цель исследования определить глубину проникновения промывочной жидкости в коллектор и степень снижения проницаемости прискважинной зоны коллектора. Предложены методические подходы оценки проникновения фильтрата бурового раствора, с учетом технологических параметров процесса забуривания бокового ствола, и оценки проницаемости призабойной зоны пласта.

ABSTRACT

The purpose of the study is to determine the depth of flushing fluid penetration into the reservoir and the degree of permeability reduction in the near-wellbore reservoir zone. The methodological approaches to estimate the penetration of the drilling fluid filtrate, taking into account the technological parameters of the sidetracking process, and the permeability assessment of the bottomhole formation zone are proposed.

Ключевые слова: фильтраты бурового раствора, загрязнение призабойной зоны пласта (кольматация), радиус проникновения, проницаемость прискваженной зоны, падение годовых отборов.

Keywords: drilling mud filtrates, bottomhole zone contamination (skin-factor), penetration radius, permeability of the bottomhole zone, decline in annual withdrawals.

В связи с перспективным ростом энергопотребления в Узбекистане актуальным является увеличение добычи углеводородов (УВ). Истощение запасов крупных разрабатываемых месторождений, сопровождаемое выбытием из эксплуатации действующих скважин, ставит перед нефтегазодобывающими предприятиями задачу восстановления ранее законсервированных (бездействующих) и ликвидированных скважин, из-за их малых дебитов и обводнения, за счет применения высокотехнологичных капитальных ремонтов (КРС). Одним из таких направлений в промысловой практике является применение зарезки бокового ствола (ЗБС). Эффективность ЗБС в восстанавливаемых из бездействующего фонда скважин характеризуется увеличением их дебитов и, соответственна, ростом отборов газа и газоконденсата, т.е. увеличением коэффициентов извлечения этих УВ.

В промысловой практике при ЗБС с горизонтальным стволом пластовое давление практически остаётся неизменным или незначительно растет, за счет увеличения длины бокового ствола, в направлении слабодренируемых участков залежи. В то же время гидростатическое давление в наклонном боковом стволе растет пропорционально его глубине, что обуславливает увеличение репрессии на пласт и способствует загрязнению (кольматация) призабойной зоны пласта (ПЗП), за счет проникновения фильтратов бурового раствора (ФБР) и механических примесей (МП) при бурении скважины, что результируется в снижении её производительности.

Традиционные методы освоения скважины после ЗБС не могут обеспечить прогнозируемый приток газа, из-за кольматации ПЗП. В этих условиях для выхода на проектный дебит скважины приходится увеличивать депрессию на пласт, что увеличивает риски обводнения и, тем самым, снижение продуктивности газовой скважины.

В работах [1-6] исследуется влияние загрязнения ПЗП на производительность скважины месторождений УВ. В этих работах оценка кольматации прискважинной зоны пласта после бурения производится на базе данных промыслово-геофизических исследований (ГИС). При проведении ГИС получают информацию о свойствах различных зон вскрываемого пласта. Микрометоды промысловой геофизики характеризуют свойства зоны кольматации и промытой зоны, кавернометрия и коркометрия – механические свойства глинистой корки. Зонды малых размеров из комплекса бокового каротажа зондирований (БКЗ) позволяют определять сопротивление зоны проникновения. Комплекс методов ГИС с разной глубиной исследования позволяет оценить изменения физических свойств в зоне кольматации, зону массообмена и оценить радиус зоны проникновения.

В работе [1] результаты моделирования загрязнения ПЗП горизонтальных скважин с использованием цилиндрической системы координат показали, что продуктивность скважин по этой причине может снижаться на 50% и более. В работе [2] показано, что при высоких репрессиях на пласт (15-20 МПа) глубина зоны проникновения фильтрата может достигать 10 и более метров. В работе [3] математическое моделирование показало, что для сохранения дебита закольматированной горизонтальной скважины требуется увеличить депрессию на пласт в 5 раз.

Методы исследования физических свойств в околоскважинных зонах подробно изложены в работах [4,5,6].

Однако, не существует единого аналитического метода оценки кольматации ПЗП, из-за влияния технологических параметров процесса бурение, таких как скорость проходки бокового ствола, вязкость бурового раствора, репрессия на пласт.

В настоящей работе предлагаются методические подходы оценки глубины проникновения ФБР в пласт, с учетом технологических параметров процесса бурения и проницаемости ПЗП, в зависимости от глубины проникновения ФБР. При этом, радиус зоны кольматации определяется с учетом влияния вязкости бурового раствора (БР), скорости проходки бокового ствола скважины и репрессии на пласт при бурении.

 Проникновение ФБР происходит не равномерно по длине наклонной/горизонтальной части ствола. Предположим, что скорость проходки бокового ствола равна v_бур. Если длина БС равняется L_г, то время его бурения (t_бур) определяется по формуле:

где  время бурения БС равно времени нахождения БР в пробуренной части.

Фильтрацию БР в пласте определим по формуле Дюпьюи [7]:

где  k_пл – проницаемость пласта, ΔР_реп – репрессия на пласт, µ_бур – вязкость бурового раствора, R_кг – радиус контура дренирования, R_с – радиус скважины.

Для упрощения задачи, геометрическую фигуру проникновения БР в пласт представим в виде цилиндра объемом V, который находится из выражения:

где  m – пористость пласта, R_кол – радиус проникновения БР.

Объем (V) проникшего ФБР можно определить по формуле:

Приравнивая формулы (3) и (4), с учетом (1) и (2) получим формулу оценки радиуса максимального проникновения БР в пласт.

С использованием выражения  (5) можно определить максимальное значение глубины загрязнения ПЗП при разных значениях L_г, ΔР_реп, v_бур и µ_бур.

Авторами предлагается метод оценки проницаемости в ПЗП, которая влияет на производительность скважины и определяется в зависимости от глубины проникновения фильтрата.

Предположим, что в процессе бурения бокового ствола ПЗП не загрязняется и, следовательно, проницаемость призабойной зоны не снижается. В этом случае проектирование показателей технологического режима работы скважины осуществляется на базе коэффициентов фильтрационных сопротивлений а_г.без и b_г.без для горизонтальной скважины, которые определяется при условии, что до забуривания бокового ствола на вертикальной скважине были выполнены гидродинамические исследования (ГДИ). По результатам этих ГДИ определяются коэффициенты фильтрационного сопротивления а_в и b_в вертикальной скважины [7]:

Полученное выражение (7) обозначим через выражение (6):

Такие же преобразования выполняются для коэффициентов b_в:

Полученное выражение (11) обозначим через выражение (10):

На базе коэффициентов фильтрационных сопротивлений, полученных из выражений (9), (12) для горизонтального ствола представляется возможным определить дебит скважины проектируемым боковым стволом по формуле [7]:

Как было сказано выше, что при проникновении ФБР в продуктивный пласт производительность газовой скважины снижается и, чтобы выйти на её проектное значение дебита, необходимо увеличить депрессию на пласт. В этом случае формула (14) принимает следующий вид:

Из выражения (16) можно определить проницаемость кольматированной зоны пласта при бурении бокового ствола:

Чтобы определить значения коэффициента фильтрационного сопротивления a_г.кол необходимо решить следующую систему уравнения при условии, что при разных депрессиях имеем одинаковые значения производительности (Q_без=Q_кол=Q):

где   – проектное забойное давление без учета кольматации,   – забойное давление после бурения бокового ствола.

Результаты решения уравнения (19) следующие:

Поставляя выражение (20) в формулу (18), с учетом (9) получим уравнение:

Выражение (22) позволяет оценить проницаемость кольматированной зоны продуктивного пласта при значение максимального радиуса проникновения БР в пласт, определяемого согласно формуле (5).

Вывод

Знание величин радиуса проникновения ФБР и проницаемости ПЗП, которые находятся согласно предложенным методическим походом формул (5) и (22), предоставляет возможность выбрать конкретный метод воздействия на пласт с целю увеличения продуктивности скважины, например, при планировании ГТМ: гидравлический разрыв пласта (ГРП), соляно-кислотная обработка (СКО) и другие.

Список литературы:

1. Крылов В.И., Крецул В.В. (РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина) Оценка загрязнения и очистки неоднородных продуктивных пластов в процессе строительства горизонтальных скважин// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море ˗ 2006, №12. - с.41-46.
2. Применение эффективной промывочной жидкости при вскрытии продуктивного пласта // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Умедов Ш.Х. [и др.]. 2020. 10(79). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10799
3. Бондаренко В.В. Учет влияния кольматации на производительность горизонтальных скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. ˗ 2009, №5.-c.45-47.
4. Берман Л.Б, Нейман В.С. Исследование газовых месторождений и подземных хранилищ газа методами промысловой геофизики. М.,
   Недра, 1972.
5. Вендельштейн Б.Ю., Резванов Р.А. Геофизические методы определения параметров нефтегазовых коллекторов. М., Недра, 1978.
6. Дахнов В.Н. Геофизические методы определения коллекторских свойств и нефтенасыщения горных пород. 2-е изд. М., Недра, 1985.
7. Алиев З.С., Бондаренко В.В. Руководство по проектированию разработки газовых и газонефтяных месторождений. Печора, Печорское время,
   2002. – 895 с.