ИССЛЕДОВАНИЯ

ПРОЦЕССОВ

РАЗРУШЕНИЯ

СЛАБОКОНСОЛИДИРОВАННОГО

ПЛАСТА

И

РАЗРАБОТКА

ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЯ

Аннотация: В статье на примере Нижне-Сортымского месторождения

определяются причины и механизм разрушения пород призабойной зоны

пласта (ПЗП), приводится модель текущего (разуплотненного) состояния

ПЗП скважин, способ оценки ее геометрических параметров, а также способ

крепления слабоконсолидированного пласта

.

Вынос породы с продукцией добывающих скважин при эксплуатации в

подавляющем числе случаев носит негативный характер, вызывая ряд

факторов

усложняющих

и

удорожающих

разработку

месторождения.

Поэтому работы направленные на разработку эффективной технологии

борьбы с выносом породы всегда были и остаются весьма актуальными.

Нижне-Сортымское месторождение Сургутского района, ХМА-Югры

находится в разработке с 1984 года. Основным объектом разработки является

АС12.

К

характерным

особенностям

месторождения

можно

отнести

следующие:

1. Литологическая однородность и высокая проницаемость коллектора.

Территория науки. 2018. № 2

2.

Коллектор

представлен

слабоконсолидированным

песчаником,

основным связующий элементом которого является насыщающая его нефть.

3. Малая толщина нефтенасыщенного слоя (до 6 метров) при

массивной газовой шапке.

4. Высокая плотность сетки скважин, до 23 скв./га.

5. Мелкодисперсный состав пластового песка (фракция 0,01-0,25 мм

составляет 70%).

Такие особенности коллектора обуславливают основную проблему

месторождения – вынос пластового песка с продукцией добывающих

скважин, которая сопутствует всему периоду разработки месторождения.

За

более

чем

30-ти

летний

срок

разработки

месторождения

применялись практически все существующие на сегодняшний день способы

борьбы с выносом песка. Начиная от простых – механических фильтров

различной

конструкции

и

заканчивая

более

сложными

химическими

способами крепления – коксование нефти, применение вяжущих составов и

смол различного состава. В последнее время наиболее часто применяется

способ предотвращения выноса песка путем крепления ПЗП закачкой

полимеризированного

проппанта

под

давлением.

Это

подтверждается

результатами анализа капитальных ремонтов скважин (КРС) проведенных с

2008 по 2012 годы (рисунок 1).

Рисунок 1 – Распределение видов КРС по скважинам Анастасиевско-Троицкого

месторождения

На диаграмме видно, что число ремонтов, связанных с выносом песка

из года в год растет, это говорит о снижении эффективности применяемых

способов, и необходимости разработки нового, более эффективного.

Для разработки эффективной технологии борьбы с выносом песка

необходимо, в первую очередь, определить основные причины этого явления.

С этой целью был проведен анализ работы скважин Нижне-Сортымского

месторождения,

который

показал,

что

с

увеличением

обводненности

добываемой продукции интенсивность выноса песка растет.

Другой, не менее важной причиной является суффозия. Расчеты

граничных

условий

действия

суффозии

для

зерен

песка

АТМ

с

использованием методики Васильева В.А., показали, что суффозия возможна

только для частиц диаметром менее 0,16 мм и должна прекращаться, как

только все частицы указанного диаметра будут вынесены потоком жидкости

из призабойной зоны. На практике такого не происходит, вынос песка носит

постоянный характер. Следовательно, к призабойной зоне пласта происходит

постоянный приток частиц, который возможен только при сползании

разуплотненного песчаника к забою скважины под действием горного

давления.

Таким образом, если порода пластаразуплотнена и подвержена

суффозии, то основным направлением борьбы с ее разрушением должно

быть

ее

уплотнение

до

первоначального

состояния

с

последующим

закреплением.

В последнее время для борьбы с выносом песка используется способ

крепления породы призабойной зоны пласта полимеризованным проппантом

под давлением, при реализации которого в пласт нагнетается сшитый гель с

проппантом под давлением близким, а иногда и превышающим давление

ГРП. Для расчета необходимых объемов закачки пользуются методикой,

разработанной для операции ГРП.

Классический вид кривой давления закачки геля в пласт при

образовании трещины представлен на рисунке 3а, на котором отчетливо

виден

характерный

для

инициации

трещины

пик

роста

давления,

последующее его резкое падение и последующая стабилизация давления

закачки, отражающая рост трещины.

Проведя анализ результатов более чем 300 операций крепления ПЗП,

выполненных в период с 2010 по 2014 год, было отмечено, что в ряде

случаев, форма кривых давления закачки геля с проппантом, характерна для

операции ГРП. Это свидетельствует о несоответствии расчетных объемов

закачки

требуемым

для

крепления

ПЗП,

при

этом

наблюдается

отрицательный эффект, характеризующийся повышением выноса песка

после проведения операции. Только в 43 % случаев форма кривой давления

закачки геля имеет вид (рисунок 2б), кардинально отличающийся от кривой

закачки при операции ГРП. В этих случаях отсутствуют резкие перепады

давления, сигнализирующие об образовании трещины. Кривая давления

отражает ее плавный рост, переходящий в перегиб и последующее падение

давления закачки.

Следовательно, в этих случаях при таких темпах закачки геля трещины

не образуются. Такое поведение кривой давления закачки схоже с

поведением

кривой

напряжения

на

стенке

подземной

полости

для

вязкопластической среды,

полученной экспериментально и описанной

Николаевским Н.В. и Рабиновичем Н.Р. (рисунок 2а). Отсутствие скачка

давления на графике закачки можно интерпретировать как пластическое

течение породы при разрушении контактных связей в ее матрице.

Таким образом, можно сделать вывод, что в призабойной зоне скважин

Нижне-Сортымского месторождения за долгие годы эксплуатации с выносом

песка, образовались разуплотненные зоны, в которых порода ведет себя не

как упругая, а как пластичная среда.

Рисунок 2 – Характер поведения кривой давления закачки геля в пласт

Под термином разуплотненная зона следует понимать область пласта, в

которой отсутствует матрица породы, фактически не существует природного

цементировочного материала. Взаимодействие между частицами происходит

за счет сил поверхностного трения зерен друг о друга, и связывающего

действия нефти. При этом возникает возможность переноса массива частиц в

границах разуплотненной породы под действием и в направлении градиента

давления.

С учетом предположения о существовании разуплотненной зоны, в

ПЗП работающей скважины можно выделить три области (рисунок 3):

- зона текучей породы, для которой характерна высокая скорость

потока пластовой жидкости, в связи с чем, зерна породы подвержены

суффозии и выносу в наибольшей степени;

-

зона

разуплотненной

породы

-

с

характерным

пластичным

поведением горной породы при уплотнении, в которой значения пористости

и проницаемости несколько выше, чем в уплотненной породе;

- зона уплотненной породы – зона, не дренируемая эксплуатационной

скважиной.

Рисунок 3 – Структура ПЗП сразуплотненной породой

Для устранения или уменьшения выноса песка необходимо уплотнить

и укрепить породу разуплотненной зоны, для чего необходимо оценить ее

размеры, объем закачки уплотняющего и расклинивающего агента, чтобы не

допустить переуплотнения и разрушения породы.

С этой целью была разработана модель состояния ПЗП, которая

позволяет определить объем разуплотненной зоны и его изменение при

уплотнении,

а

также

максимально

допустимое

давление

закачки,

исключающее разрушение уплотненного слоя. На основе модели был

разработан новый способ предотвращения выноса песка, учитывающий

разуплотненное состояние породы ПЗП и геометрические параметры

разуплотненной зоны. Промышленное применение разработанного способа

позволило добиться уменьшения количества выносимых твердых частиц в

среднем в восемь раз.

Список литературы

1.

Васильев.

В.А.

Модель

переноса

песка

в

пористой

среде.

Строительство газовых и газоконденсатных скважин. В.А. Васильев, В.Е.

Дубенко // Сб.научн. трудов ВНИИгаза. – М.: ВНИИгаз,, 1996, с.84-99.;

2. Жихор П.С., Вартумян Г.Т., Кошелев А.Т., Пустовой П.А.: Эволюция

методов крепления призабойной зоны скважин IV горизонта Анастасиевско-

Троицкого месторождения // Строительство нефтяных и газовых скважин на

суше и на море – М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2010. - №6, с. 47-49;

3. Николаевский В.Н. Геомеханика и флюидодинамика. – М.: Недра,

1996. – 447 с.: ил;

4. Патент РФ № 2393339. Способ создания гравийного фильтра в

скважине / В.Н. Климовец, Ю.К.Федоров, А.Д. Четверик. – М. кл. E21B

43/04, заявл. 06.04.2009, опубл. 27.06.2010 Б.И. №1;

5.

Патент

РФ

№

2548629.

Способ

определения

параметров

разуплотненной зоны продуктивного пласта / С.В. Долгов, П.С. Жихор. – М.

кл. E21B 43/04, заявл. 28.01.2014, опубл. 20.04.2015 Бюл. № 11.

6. Патент РФ № 2558080. Способ крепления слабосцементированного

пласта /С.В. Долгов, П.С. Жихор. – М. кл. E21B 43/04, заявл. 05.06.2014,

опубл. 27.07.2015 Бюл. № 21;

7. Рабинович Н.Р. Инженерные задачи механики сплошной среды в

бурении, - М.: Недра, 1989. – 270 с.;