close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2345.Строительство и выбор конструкции скважин с учетом прогноза разрушения пород пласта-коллектора

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

   
   
 
            
            
           

Вынос песка изза разрушения пород пласта
коллектора часто приводит к значительному снижению добычи, повреждению оборудования и может
даже привести к прекращению добычи из скважины
после длительного выноса и образования пробок. Для
создания хорошей конструкции узла заканчивания
скважины экономически целесообразно выполнить
его моделирование на компьютере. На месторождениях в разные годы использовалось несколько методов
заканчивания скважин. Однако эти методы (проб и
ошибок) требовали больших затрат времени, средств и
усилий, прежде чем будет выбран оптимальный метод
заканчивания, предотвращающий проблемы выноса
песка в ходе эксплуатации.
Выполненное авторами исследование показало, что
за счет измерения прочности пород пластаколлектора
и ее изменения в зависимости от глубины для каждой
скважины, можно прогнозировать для каждого интервала условия, приводящие к выносу песка вместе
с продукцией. Таким образом, если для каждой скважины помимо прочности пород будут измерены распределения проницаемости и нефте и водонасыщенность порового пространства, то может быть выбран
оптимальный метод заканчивания без дорогостоящего
метода проб и ошибок.
Разработанная авторами программа SAND3D,
система 3Dанализа механики пород в скважине и
выноса песка с использованием метода конечных
элементов, широко использовалась на месторождениях в течение 15 лет для прогнозирования и управления условиями начала выноса песка из скважины
в продуктивном интервале. В этой статье подробно
описывается использованный авторами подход и
методы анализа.
38








 
 
 

 
Месторождения Джуди и Джоанна находятся на
участке30/07 Северного моря в секторе Великобритании в пределах центрального грабена на расстоянии
почти 175 миль (1 миля = 1609 м) к северовостоку от
Абердина (рис. 1). Это газоконденсатное месторождение триасовой системы с продуктивным пластом,
залегающим на глубине 11 440 фут (1 фут = 0,3048 м).
Месторождение разрабатывается в условиях высоких температур и давлений (НРНТ) на границах при
расчетной температуре в забое, равной примерно 160
°C. Главный пластколлектор это песчаники джоанна
среднего и верхнего отделов триасовой системы.
Кроме того, подтверждено наличие углеводородов и
определены их ориентировочные запасы в песчаниках
джуди среднего отдела триасовой системы и в свите
песчаников фулмар верхнеюрского периода.
Скважины, пробуренные на месторождениях домеловой системы, были обсажены и перфорированы.
На некоторых из этих скважин вместе с продукцией
выходит много твердой фазы, поэтому с помощью
фонтанного штуцера необходимо было создать противоток жидкости для минимизации выхода песка. Для
поиска лучшего решения узлов заканчивания для новых скважин возникшие проблемы были исследованы
с помощью системного анализа механики породы. Два
керна породы из скважины 30/7а7 (джуди) и из скважины 30/7аР3 (джоанна) обеспечили возможность
исследования проб песчаников, типичных для этих
пластовколлекторов, с целью определения прочности
песчаника и оценки выноса песка.
        
    
  •  











       
  
  
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
   


      
   
 
   
Для проведения трехосных испытаний были выбраны части кернов и использовано много пробок для определения зависимостей напряжений от деформаций
и критериев разрушения. Зависимости напряжений
от деформаций были получены для пяти различных
значений всестороннего горного давления: 0,500, 1500,
3000 и 4500 фунт/дюйм2, покрывающий результирующий диапазон напряжений, который предполагается
в течение срока службы месторождения. Затем был









  •  
   
    
 
 
Из обоих кернов были взяты пробы и испытаны с
помощью ручного нагрузочного устройства и пенетрометра для определения предела прочности при неограниченном сжатии (unconfined compressive strength
 UCS). Пробы были так же взяты из тех частей кернов,
у которых пределы прочности изменялись от средних
до промежуточных значений, с целью проведения
испытаний по трем осям.
Породы нефте газоносных пластов джуди имели пределы прочности UCS 20007100 фунт/дюйм2
(1 фунт/дюйм2 =6900 Па) или более (рис. 2). Почти 50 %
испытанных проб имели UCS меньше 3000 фунт/дюйм2.
У менее прочных пород нефте газоносных пластов джоанны 90 % проб имели UCS меньше 3000 фунт/дюйм2.
Около 50 % проб слабых песчаных пород джуди имели
UCS от 7701500 фунт/дюйм2. Значения UCS песчаников Джуди и Джоанна для Р10/Р50/Р90 испытан
ных проб были соответственно равны 2500; 3000 и
3600 фунт/дюйм2 и 1000; 1600 и 3400 фунт/дюйм2.
Уменьшение прочности песчаников и глубина
пластаколлектора предполагает вынос песка с продукцией или разрушение породы, поэтому нужна какаято
стратегия борьбы с этим процессом.

 
 
  
  
 
       
     
 

   
  


 
 
     
       
       
        
     
выполнен анализ этих данных с целью определения
зависимостей для пород с нелинейным характером
изменения параметров и критических пределов
пластических деформаций, после которых происходит
разрушение, для прогнозирования разрушения пород
и заплывания скважин песком (рис. 3).
Анализ зависимости напряжений от деформаций
и данных, характеризующих разрушение/пластические деформации породы, показывает, что имеет место
разрушение пород кровли пласта (рис. 4). Песчаники
джоанна будут разрушаться изза коллапса пор при
высоком горном давлении, поскольку пористость песчаников равна 2532 %. Начальный диапазон разрушений
изза сдвига в кровле пласта характеризует начало разрушения породы изза коллапса пор. Диапазон пластических деформаций J1 характеризует арифметическую
сумму трех главных (нормальных) напряжений, в то
время как SQRT (J2) это общее напряжение сдвига в 3D.
В песчаниках джуди не обнаружено разрушения кровли,
но были сдвиговые разрушения изза большей плотности этих песчаников и их пористости, равной 1525 %.
   
Анализ разрушений пласта позволяет оценить
условия возникновения разрушений для конкретных
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
верстия диаметром 0,4″, с глубиной проникновения
в пласт на 11″, с плотностью 6 отверстий на длине 1
фут и с 60120градусным фазированием перфораций.
В этих случаях не предполагалось, что между направлением фазирования перфораций и направлением
действия напряжений в стволе скважины существует
какаято связь. В вариантах стандартных скважин с
перфорацией, ориентированной с учетом действующих напряжений, использовались перфорированные
отверстия диаметром 0,4″ с глубиной проникновения
в пласт на 11″, с плотностью 24 отверстия на длине 1
фут и с 0/180градусным фазированием перфораций
(0° вверх и 180° вниз). Для обоих вариантов скважин
с горизонтальными и открытыми стволами с большими углами наклона выполнена оценка возможности
разрушения песчаников.
  
 
Выполнено моделирование вариантов стандартных
скважин, пробуренных в породах пластаколлектора с
различными пределами прочности песчаников. Пределы прочности UCS, равные 3242 и 1152 фунт/дюйм2,
это нижние значения среднего предела прочности
песчаников и они используются для анализа разрушения песчанистых пород в пластахколлекторах джуди
и джоанна, соответственно.
Стандартная скважина, обычная перфорация. Программа моделирования механики пород по методу конечных элементов позволяет оценить, будет ли происходить
разрушение породы в данном диапазоне прочности, при
истощении пласта по мере отбора из него жидкости и
связанном с этим снижением пластового давления, или
не будет. Полученные результаты, определяющие диапазон разрушения пород, показаны на рис. 5.
Кривая разрушения породы, полученная на основе индивидуальных прогонов программы, учитывает
эффекты истощения пластаколлектора и депрессию
пластового давления. На оси Х откладывается пластовое давление, а на оси Y рабочее динамическое давление пластовых жидкостей у забоя. Линия единичного
наклона пересекает этот график по диагонали. Она
  
   
значений прочности породы пластаколлектора. Для
моделирования разрушения пласта и устойчивости
каверн и полостей в нем собранные данные разделили
на четыре группы:
– прочность породы;
– напряженное состояние пород пласта;
– свойства пластаколлектора и течение жидко
сти в нем;
– геометрия скважины и план заканчивания.
Для песчаников джоанна характер и механизм
разрушения породы более сложный, т.е. имеет место
комбинация разрушений, происходящих в результате
сдвига и изза коллапса пор. Имеет место нормальный
процесс разрушения песчаников изза сдвига пород в
результате истощения участков пласта.
Напряжения в породах пласта были определены с
помощью каротажа скважин, устройства для испытания
пластов, спускаемого на колонне бурильных труб, испытаний на герметичность, испытаний кернов и журналов
с отчетами бурильщиков по скважинам месторождения.
При моделировании использовались средние глубины
(11 261 и 11 621 фут), соответственно для пластов джоанна
и джуди. Начальные напряженные состояния, которые
были получены и оценены для слоя четвертичных отложений, характеризуются следующими максимальными и минимальными горизонтальными градиентами
напряжений: Sv = 0,98 фунт/дюйм2/фут; Shmax =
= 0,91 фунт/дюйм2/фут и Shmin = 0,86 фунт/дюйм2/фут.
Точно также были определены градиенты поровых
давлений для пластовколлекторов джуди и джоанна
0,736 фунт/дюйм2/фут и 0,728 фунт/дюйм2/фут, соответственно. Для определения давлений во всей системе
пластколлектор/ствол скважины, были использованы
значения проницаемости породы для жидкости и проницаемости пластаколлектора. Это позволило прогнозировать изменения напряжений изза течения жидкости
и изменений давлений. Некоторые из параметров и
свойств, которые использовались при моделировании,
включают следующие значения:
• проницаемость К=20 мД (джоанна), 5 мД (джуди)
• насыщение углеводородами; 21 % (джоанна),
15 % (джуди)
• плотность газа (относительно воздуха), 0,74;
• температура в пластеколлекторе, 148,9 °C (джоанна) и 160 °C (джуди);
• пористость, 30 % (джоанна), 25 % (джуди
• давление, 8200 фунт/дюйм2 (на глубине 11 261 фут
и 8550 фунт/дюйм2 (на глубине 11 621 фута
Были исследованы скважин разных геометрий
(от стандартной до горизонтальной). Наклон ствола
изменялся от 0 до 90°, все скважины с углами наклона
меньше 90° считались стандартными. Во всех моделях
скважин использовался 8 1/2дюймовый ствол, который проходил через весь пластколлектор. Этот ствол
был обсажен или оставлен открытым, как это требовал
оцениваемый вариант. Стандартные скважины моделировались с обычной произвольно ориентированной
перфорацией и с перфорацией, ориентированной с
учетом действующих напряжений, для предотвращения разрушения.
В вариантах стандартных скважин с обычной
перфорацией использовались перфорированные от-
 
 





  
  
       
      
       
       
   
  •  











Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  





      
        
      
       
          
разделяет варианты добычи с нагнетанием жидкости
в пласт, которые соответствуют верхней половине
графика, от исследованных вариантов добычи с положительной депрессией в нижней половине графика.
Также нанесена линия разрушения пород пласта.
В этом примере линия разрушения пересекает
линию единичного наклона при давлениях по той и
другой оси приблизительно равных 2500 фунт/дюйм2.
Линия разрушения в случае депрессии для прочности
конкретной породы обычно определяется с помощью
значений UCS. Линия разрушения характеризует
пластколлектор и рабочие пластовые давления, которые возникнут при конкретных значениях UCS в
процессе разрушения породы пласта (при условиях
в скважине и в зоне заканчивания). Можно предполагать, что при давлениях выше линии разрушения
(зона I), в добываемой продукции не будет песка, в
то время как при давлениях ниже линии разрушения
(зона II) будет происходить разрушение пород пласта
и в добываемой продукции будет много песка.
Стандартная скважина, с ориентированными и
неориентированными перфорациями. Результаты
прогнозирования разрушения песчаников с UCS от
715 до 4026 фунт/дюйм2 для стандартных скважин
с узлами заканчивания с обычными неориентированными перфорациями на глубине TVD от 11 261 до
11 621 фут, представлены на рис. 6. Более прочные
породы (с UCS более 4026 фунт/дюйм2) могут также
разрушаться, но разрушение будет происходить при
более низких давлениях при дальнейшем истощении пластаколлектора. На этом графике показано
несколько линий разрушения для различных пород.
Каждая линия разрушения характеризует конкретный тип породы, определяемой с помощью UCS. Все
эти линии показывают, что разрушение песчанистых
пород будет происходить раньше, т.е. при истощении
пласта коллектора в пределах 16,4–22 % или менее,
если в узле заканчивания стандартной скважины использовалась обычная (произвольная) перфорация.
Выполненные непосредственно на месторождении
наблюдения подтвердили результаты более раннего
«попадания твердой фазы» в скважину вместе пластовой жидкостью.











  •  
     
 
  
   
  
   
     
   
  





       
        
      
       
Ориентированная с учетом напряжений перфорация благоприятно повлияла на условия разрушения
пород пластаколлектора джуди на глубине 11 621
фут (рис. 7).
Условия устойчивости при использовании ориентированной с учетом напряжений перфорации
значительно улучшились. Например, для наклонной
(50°) скважины разрушение пласта изза его истоще
ния (разрушение изза сдвига при депрессии
0 фунт/дюйм2) могло происходить с задержкой до
1400 фунт/дюйм2, если вместо обычной перфорации использовалась перфорация, ориентированная
(с учетом напряжений). Таким же образом задержка
разрушения песчанистых пород только изза истощения пласта увеличилась (улучшилась) до 3300, 4500,
5100 фунт/дюйм2 для скважин с наклонными стволами
65, 75, 80°, соответственно.
Однако в пласте джуди имеет место существенное
сдерживание высокой депрессии, поскольку огибающая линий разрушения сдвигается вверх с положительным наклоном в режиме притока жидкости из пласта
в скважину. Это указывает, что перфорированные
каналы в породе становятся неустойчивыми изза изменения напряженного состояния. Аналогичные семейства линий разрушения были получены для песчаников
джоанна, однако эти линии разрушения становятся
немного более ограниченными в той части, где имеет
место депрессия. Случай джуди немного лучше случая
джоанна, поскольку наклон линии менее крутой и положительным он становится только, когда угол наклона
ствола увеличивается до 65° или выше.
Сдвиг вверх огибающих линий разрушения в
режиме притока пластовой жидкости связан с тем,
что перфорированные каналы в породе становятся
неустойчивыми. В то же время в случае депрессии
при использовании ориентированной перфорации
степень различия напряжений, зависящих от направления (отношение Sv /Sh), в радиальной плоскости (в
плоскости поперечного сечения перфорированных
каналов в породе) становится большей и «неоднородной» изза постоянной депрессии вследствие отбора
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жидкости из пласта и большего притока в скважину.
Поэтому если прочность самой породы или прочность
при цементировании становится достаточно высокой,
то перфорированные каналы становятся более слабыми в процессе отбора жидкости из пласта. В результате
кривая разрушения сдвигается вверх, что ограничивает депрессию, обеспечивающую «отсутствие песка».
Отношение напряжений и угол перфорирования
влияет на общую устойчивость перфорированных
каналов в породе. Увеличение устойчивости благодаря депрессии становится совершенно очевидным
для более прочных пород и при больших степенях
различия напряжений или больших значениях Sv /Sh
отношения. Другие факторы, такие как нелинейность
свойств породы, также могут влиять на устойчивость
перфорированных каналов.
Горизонтальные скважины с большими углами
наклона и необсаженными стволами. Аналогичный анализ разрушения пород был выполнен для
пластовколлекторов джуди и джоанна. Задачей анализа стало количественное сравнение стойкости пород
при разных вариантах заканчивания. По результатам
моделирования разрушения пород при эксплуатации
горизонтальных и с большими углами наклона скважин с не обсаженными стволами была построена
огибающая линий разрушения. Были также исследованы стволы с углами наклона 90 (горизонтальная
скважина) и 65°.
 
Во время выполнения работ по исследованию разрушения пород пластовколлекторов джуди/джоанна
и прогнозированию выноса песка в течение марта
2005 г. забурили новую скважину Р20 до меловой
системы. Сравнительно низкие значения UCS песчаников джоанна и тот факт, что скважина Р20 была
закончена с 80градусным отклонением ствола от
вертикали, стали достаточным основанием с целью
исследования решений для борьбы с твердой фазой,
поступающей из пласта в забой скважины.
Были предложены два варианта: с автономными
песчаными фильтрами в не обсаженном стволе скважины и ориентированной перфорацией. С учетом
первых результатов выполненного анализа разрушения пород и прогнозирования выноса песка, а также
успешного использования компанией ConocoPhillips
UK Ltd. песчаных фильтров на месторождениях в
южной части Северного моря с 1995 г., вариант с
песчаными фильтрами считался предпочтительным.
Однако, поскольку на участке J исследования для
выбора оптимального бурового раствора ранее не
проводились, а поскольку требуется длительное время
для предварительной установки системы базовых труб,
этот вариант посчитали не приемлемым.
В качестве альтернативного варианта была выбрана
система ориентированной перфорации Halliburton
GForce. Эта система позволила получить перфорированные отверстия диаметром 3 1/8″, с частотой 4
отверстия/фут длины и с фазированием 0/180°. Эта
система была выбрана с учетом успешного ее использования ранее на Индонезийском месторождении, а
также с учетом легкости развертывания по сравнению
42
с другими системами перфорации. Система заканчивания скважины Р20 была размещена в стволе одного
5 1/2дюймового диаметра. Она включала узел с раздвижной боковой дверцей для опробования/с приемным гнездом пакера (PBR)/с эксплуатационным
пакером/ с хвостовой трубой и зацементированную
эксплуатационную колоннухвостовик. До спуска
верхнего узла заканчивания в бурильную трубу, заполненную чистым насыщенным раствором соли цезия,
спустили и развернули устройство перфорации.
В пласте джуди ствол скважины был перфорирован
на глубине 1200 фут, а в пласте джоанна на глубине
800 фут и между ними был неперфорированный участок протяженностью приблизительно 600 фут. После
успешной перфорации был выполнен спуск верхнего узла заканчивания с использованием большого
объема чистой жидкости. После спуска и посадки
на место узла заканчивания и установки фонтанной
арматуры было произведено выкачивание морской
воды, мешающей добыче продукции, из ствола скважины и кольцевого пространства и скважина была
подготовлена для ввода в эксплуатацию. Скважина
была закончена в сентябре 2005 г.
В качестве определения принципов борьбы с твердой фазой, поступающей из пласта в забой скважины,
которые были приняты на платформе Джуди, на следующей скважине Джуди (Р21) приступили к исследованию решения с автономными песчаными фильтрами.
Будет выполнен спуск аналогичного верхнего узла
заканчивания (без раздвижной боковой дверцы для
опробования). Однако, без использования обсаженной
эксплуатационной колонныхвостовика с ориентированной перфорацией оператор месторождения надеялся закончить скважину с использованием песчаных
фильтров в не обсаженном 4дюймовом стволе.
 
Когда скважину Р20 ввели в эксплуатацию, показатели добычи оказались выше ожидаемых и первоначальная добыча нефти составила 13 000 брл/сут и
газа 33 млн фут3/сут при открытии штуцера на 31 %.
Поскольку требовалось управлять процессом добычи
из этого пластаколлектора, скважина продолжала
эксплуатироваться при такой установке штуцера. Попадание в продукцию твердой фазы контролировалось
системой Сormon, установленной в выкидной линии
скважины Р20.
На рис. 8 показано семейство линий разрушения
пород, полученное при моделировании с помощью
программы SAND3D. Зона I  зона безопасной работы.
Зона II  зона, в которой вероятно попадание песка
в добываемую продукцию. В таблице, приведенной
ниже, суммированы данные, с использованием которых была построена зона рабочих режимов и для
сравнения там же приведены данные, полученные для
варианта с перфорированной обсадной трубы (TCP) с
обычной перфорацией. Положительный наклон линий
разрушения ограничивает депрессию, поэтому раннего разрушения песчаных пород не будет происходить.
Точки соответствуют данным, которые показывают,
как скважина работала в течение 6месячного периода
с момента сдачи ее в постоянную эксплуатацию (до
  •  











Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
  
    
      
        
      
 
 







  
 
   
      
      
    
       
       
        
конца марта 2006 г.). Признаки активного попадания
песка в добываемую продукцию зарегистрированы с
помощью внедряемого зонда в начале эксплуатации
скважины Р20, которые были связаны с очисткой ствола скважины. С тех пор не было свидетельств выноса
песка в продукцию. Как следует из данных, соответствующих этим двум последним точкам, в добываемой
продукции не будет песка, несмотря, даже на то, что
эти точки оказались в зоне II.
  
  
  
   
   
 

























 
Месторождение Эмбла, разрабатываемое по лицензии PL018, находится Норвежском секторе Северного
моря на расстоянии 300 миль на югозапад от Ставангера. Через некоторое время на нескольких скважинах этого месторождения было отмечено аномально
высокое снижение добычи и вероятной причиной
посчитали разрушение пород пластаколлектора.
Обнаруженные колебания давления и изменение
притока жидкости в скважину из пласта, позволили
предположить, что падение давления вплоть до 99 %
от суммарной депрессии произошло изза коллапса
перфорированных каналов в породе.
Месторождение Эмбла это песчаные
пластыколлекторы, залегающие на глубине 13 250 фут.
Девонские песчаники D1 и D3 имеют гетерогенную структуру с последовательностью толстых слоев глинистых
сланцев и продуктивный пласт толщиной почти 1000 фут.











  •  
Однако песчаники пермского возраста это коллектор
с более высоким суммарным содержанием углеводородов. Проницаемость этих песчаников составляет
135 мД и из них добывается нефть 42 °API. В продуктивных интервалах среднее пластовое давление равно
приблизительно 12 200 фунт/дюйм2 и температура
около 163 °C. Скважины были пробурены с малыми
углами наклона (до 30°) и закончены с использованием
обычной неориентированной перфорации с частотой
6 или 12 отверстий/фут длины.
 
Были испытаны пробы из трех кернов породы, взятых из скважин 2/721S, 2/723S и 2/726S. Прочность
песчаников UCS изменялась от 18007000 фунт/дюйм2.
Пористые породы пластовколлекторов обычно прочные
и удовлетворяют требованиям, предъявляемым нефте
и газоносным породам, и у большинства таких пород
UCS находится в диапазоне от 30005000 фунт/дюйм2.
Прочность песчаников несколько больше, потому что
они являются более мелкозернистыми и менее проницаемыми породами. При бурении скважин в условиях
HPHT и в случае более глубоких пластовколлекторов
есть большие возможности для разрушения песчаных
пород, особенно для песчаников с прочностью UCS
меньше 3500 фунт/дюйм2.
Точно так же как это делалось на месторождениях
Джуди и Джоанна, для проведения трехосных испытаний из кернов породы взяли много проб, чтобы охватить
все группы прочности песчаников UCS в диапазоне от
3050 до 5690 фунт/дюйм2. В отличие от разрушений
песчаников в кровле пластаколлектора джоанна разрушение песчаников эмбла происходило только изза
сдвига вследствие их более низкой средней пористости (12 %). Для пластов месторождения Эмбла были
определены следующие градиенты напряжений: Sv =
= 1,02 фунт/дюйм2/фут; Shmax = 0,95 фунт/дюйм2/фут
и Shmin = 0,91 фунт/дюйм2/фут.
Были исследованы скважины различных геометрий
от стандартной до горизонтальной, которые заканчивались с перфорированными участками. Во всех моделях
ствол скважины, проходящий через весь коллектор,
имел диаметр 8 1/2″. Линии разрушения показывают,
что породы с UCS 1800 фунт/дюйм2 разрушались изза
сдвига, когда пластовое давление падало с 12 191 до
7491 фунт/дюйм2 (давление при истощении пласта
38,6 %). За границей этого значения из пласта в скважину поступает много песка при всех показателях
депрессии и это согласуется с наблюдениями на месторождении. Нефте газоносные пластыколлекторы
эмбла с породами со средней прочностью UCS
3455 фунт/дюйм2 были более устойчивыми, чем породы
с меньшей прочностью, равной 1800 фунт/дюйм2. Разрушение только изза истощения пласта могло начаться,
когда пластовое давление падало до 6091 фунт/дюйм2
(давление при истощении пласта 50 %).
Ориентированные с учетом напряжений перфорации в наклонных скважинах также оказывают благоприятное влияние на условия разрушения пород месторождения Эмбла, т.е. лучше, когда ствол скважины
имеет больший угол наклона. Все линии разрушения
имеют «отрицательный» наклон. Песчаники эмбла в
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
основе своей прочнее пород джуди и джоанна. Поэтому в пластах эмбла нет такого сдерживания депрессии,
как в пластахколлекторах джуди и джоанна.
Разрушение песчаных пород не зависит от угла
наклона скважины с произвольной или случайно выбранной перфорацией. Значительный процент перфорированных каналов в породе при произвольной перфорации направлен неправильно. Как бы то ни было,
большинство перфорированных каналов в породе при
произвольной перфорации будут разрушаться при
истощении пласта приблизительно на 4050 %.
Моделирование показывает, что ориентированные
вверх/вниз перфорации могут привести к задержке
повреждения песчаных пород пласта, особенно при
углах наклона ствола скважины более 40°. При увеличении угла наклона ствола скважины до 7075° будет
небольшое разрушение песчаных пород, или же его
не будет совсем, даже если давления в пласте не будет вообще. Это происходит главным образом изза
того, что при более высоких углах наклона ствола
ориентированные вверх/вниз перфорированные каналы в породе будут в какойто степени параллельны
направлению максимальных напряжений. При углах
наклона ствола 6075° за счет ориентированных вверх/
вниз перфорированных каналов допускаемое падение
пластового давления значительно увеличивается при
истощении пласта в менее прочной породе.
фильтр с наружным диаметром 5,627,66″. Чем больше
диаметр, тем меньше проблемы, связанные с прекращением притока в скважину изза песчаных пробок
и разрушением сеток. Однако, поскольку предполагается, что фильтры будут установлены в стволах с
большими углами наклона, поэтому выбрали песчаный фильтр с 6,13дюймовым наружным диаметром,
при установке которого оставался 1дюймовый зазор
между наружным ограждением и внутренней трубой
в стволе. Анализ показал, что заканчивание скважин
без обсадной колонны может привести к разрушению
песчаных пород в интервале пластаколлектора с менее
прочными породами при углах наклона до 30°.
Результаты расчетов с использованием программы
Pipe3D показывают, что стандартные базовые трубы
марок N80 и J55 будут оставаться устойчивыми при
пластовом давлении до 500 фунт/дюйм2 при временном оставлении скважины. В скважинах месторождения Эмбла безопасно использовать поставляемые
промышленностью автономные песчаные фильтры,
не взирая на угол наклона ствола скважины.
Проблема проницаемости пород является важным
фактором для определения эффективности автономного песчаного фильтра. Если проницаемость пород
менее 1000 мД, как в большинстве пластовколлекторов
эмбла, то повреждение наружной сетки на фут длины
необсаженного ствола будет очень небольшим.
   
   
Вероятно, в какойто момент из всех
пластовколлекторов с породами с исходной прочностью UCS (около 1800 и 3455 фунт/дюйм2) скважины будет поступать песок. Как и предполагалось,
увеличение угла наклона приводит к более быстрому
разрушению песчаных пород в течение продуктивного срока службы скважин. Аналогично, как можно
видеть, при более прочных породах пластаколлектора
разрушение песчаных пород происходит на более
поздних этапах.
Для более высокого значения UCS (3455 фунт/дюйм2)
песок в скважину вместе с продукцией может начать поступать, когда пластовое давление упадет до
5500 фунт/дюйм2 (45,1 % исходного давления); это означает, что на 10,6 % увеличивается пластовое давление
отбора жидкости из пласта без начала разрушения
песчаных пород.
В скважинах с углами наклона необсаженного
ствола 60 и 50° падение давления изза истощения
пласта на 41 и 46 %, соответственно, может привести
к разрушению песчаных пород в тех частях пласта
эмбла, где породы имеют малые значения прочности
(UCS 1800 фунт/дюйм2).
  
На основе исследований разрушения песчаных пород, оценки издержек и конструктивных параметров
узла заканчивания приняли решение при бурении
самой новой скважины в пластеколлекторе эмбла
использовать ствол с углом наклона 60° и при заканчивании установить обсадную колонну и применить
ориентированную с учетом напряжений перфорацию.
Позднее при проходке через пластколлектор угол наклона ствола скважины был изменен на 5055°, потому
что возникли проблемы, связанные с НТНР и появились
ограничения с использованием скважинных зондов.
Программа строительства скважины 2/7D07 была
скорректирована для достижения угла наклона ствола
скважины 5055°. При бурении скважины на глубине
12 000 фут был выполнен ее поворот на угол ± 50 и этот
угол сохранялся до глубины 15 196 фут. С помощью
талевого стального троса спустили стреляющий перфоратор, имеющий эксцентриситет массы, с наружным
диаметром 3 3/8″ для ориентации зарядов по окружности колонны 0°/180°. В перфораторе использовались
заряды для пробивания отверстий и перфорирования
каналов, глубоко проникающих в породу, с плотностью
6 отверстий/фут длины. Бурение и заканчивание проходило плавно и в отчете о бурении скважины 2/7D07
не сообщалось о возникновении серьезных проблем.
Начальный узел заканчивания включал 426футовую
секцию обсадной колонны в основном продуктивном
горизонте; для ее перфорации потребовалось десять
спусков перфоратора. Система перфорации включала устройство определения ориентации зарядов
для регистрации ориентации перфоратора во время
подрыва зарядов и данных, указывающих, что система
ориентации функционирует правильно. Скважина
 

Использование на месторождении Эмбла автономных песчаных фильтров рассматривалось в качестве
варианта узла заканчивания не обсаженных стволов
с большими углами наклона или горизонтальных
стволов. Было принято, что для 8 1/2дюймового необсаженного ствола мог быть использован песчаный
44
  •  











Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
была введена в эксплуатацию в декабре 2005 г. Исходя
из ограниченной добычи продукции к настоящему
времени, еще слишком рано говорить об успехе метода
заканчивания с использованием ориентированной с
учетом напряжений перфорации.

Использованный подход при строительстве скважины и выборе конструкции узла заканчивания основан на систематическом анализе разрушения пород
пластаколлектора, прогнозирования выноса песка из
пласта и разрушения песчаного фильтра с использованием фактических эксплуатационных данных, собранных на наших месторождениях в Северном море.
Прочность пород пластаколлектора и характер
развития разрушений это ключевые элементы для
определения параметров скважин, выбора схемы заканчивания и эффективной борьбы с выносом песка
в скважину в течение истощения пластаколлектора.
Имеются заметные различия в механизмах разрушения песчаных пород нефте газосодержащих пластов
на месторождениях Джуди, Джоанна и Эмбла, от
которых зависит выбор конструкции заканчивания.
Эффективность метода заканчивания скважин с большими углами наклона стволов с использованием ориентированной с учетом напряжений перфорации является достаточно высокой для многих типов различных
пород. Однако этот метод может не быть идеальным
для других пород, где управление процессом разрушения песчаных пород или выноса песка в добываемую
продукцию становится трудным или возможности его
становятся ограниченными в процессе добычи углеводородов из пласта и при его истощении.
Использование систематического анализа с помощью программ SAND3D/Pipe3D позволяет получить
реалистичный и надежный метод оценки и оптимизации вариантов конструкций узлов заканчивания, когда
рассматривается и оценивается риск поступления из
пласта песка вместе с углеводородами в скважину и
разрушения ствола или перфорированных каналов в
породе. Эксперименты на месторождениях поддерживают такой подход.
Периодическое взятие кернов породы из
пластаколлектора является заслуживающей внимания инвестицией при разработке будущих проектов
строительства скважин и при выборе конструкций
узлов заканчивания для достижения оптимальной
производительности скважины, эффективной борьбой
с выносом песка в скважину или управлением процессом добычи и продления срока службы скважины
  
 
1. N. Moruta et al., «Realistic sandproduction prediction: Numerical
approach», SPE Production Engineering Journal, v. 40, n. 9, p. 1524,
February, 1989
2.N. Moruta et al., «“Parametric study of sand production prediction:
Analytical approach», SPE Production Engineering Journal, v. 5, n. 1,
p. 2533, February, 1989
3. N. Moruta and G. F. Fuh, «Prediction of sand problems of a horizontal
well from sand production histories of perforated cased wells», SPE
48975 presented at SPE Annual Technical Conference and Exhibition,
New Orleans, La, September 2730, 1998











  •  
4. R. C. Burton et al., «Application of reservoir strength characterization
and formation failure modeling to analyze sand production potential
and formulate sand control strategies for a series of North Sea
reservoirs», SPE 48979 presented at SPE Annual Technical Conference
and Exhibition, New Orleans, La, September 2730, 1998
5. G. F. Fuh et al., «PreCretaceous Judy/Joanne reservoir formation
failure analysis for sanding prediction and well completion design»,
ConocoPhillips Report, WBT.550077.PO, 2005
6. G. F. Fuh et al., «Embla reservoir formation failure analysis for
sanding evaluation and screen stability study», ConocoPhillips Report,
WBT.520148.PO, 2005
7. G. F. Fuh and N. Moruta., «Development of Pipe3D model for
casing and/or screen stability analysis of sequential loading during
reservoir depletion and drawdown», ConocoPhillips Report, WBT.
CU5711.PO, 2004
8 N. Moruta, «Collapse resistance of tubular strings under geotectonic
load», SPE 95691 presented at SPE Annual Technical Conference and
Exhibition, Dallas, Texas, 912, 2005
9. M. S. Bruno, «Geomechanical analysis and decision analysis for
mitigating compaction related casing damage», SPE 71695, SPE Annual
Technical Conference and Exhibition, New Orleans, La, September
30  October 3, 2001
GiinFa Fuh (ДжинФа Фах), получил степень доктора по механике горных пород в университете г.
Медисон (шт. Висконсин). Др Фах 29 лет работает в
компании ConocoPhillips, где занимается проблемами технического сервиса и разработки технологий
для отделений компании, занимающихся освоением месторождений во всем мире. Он разрабатывает
проекты, связанные с обеспечением устойчивости
стволов при бурении и заканчивании скважин, прогнозированием
разрушения пород пластов/выносом песка, повышением прочности
стволов скважин и предотвращением прекращения циркуляции,
с прогнозированием сжатия, уплотнения и оседания пород в
пластеколлекторе и с гидравлическим разрывом пластов. Др Фах
представляет интересы ConocoPhillips в техническом совете компании Upstream Technology (г. Хьюстон, шт. Техас).
Ian Ramshaw (Ян Рэншоу), получил степень бакалавра в области
химической технологии в Кембриджском университете. Он
начал свою карьеру с должности инженера на месторождении.
С 2001 г.мр Рэншоу работает в компании ConocoPhillips на
различных должностях. Мр Рэншоу руководит находящимся в
Абердине подразделением ConocoPhillips, занимающимся освоением месторождений в блоке J Северного моря.
Kerry Freedman (К. Фридман), получил степень бакалавра в области технологии добычи нефти в университете шт. Луизиана.
Мр Фридман работает инженером по заканчиванию и эксплуатации скважин в отделении компании ConocoPhillips, разрабатывающем месторождения в Северном море.
Mabeel Abdelmalek (Н. Абдельмалек), получил степени бакалавра
в области химии и магистра в области технологии добычи нефти
в университете г. Питтсбург. Он имеет 30летний опыт работы на
различных инженерных должностях в компании ConocoPhillips.
Мр Абдельмалек осуществлял комплексную техническую поддержку при освоении месторождений во всем мире, занимался
проектированием и строительством скважин, анализом рабочих
характеристик и оптимизацией добычи на месторождениях.
Мр Абделмалек больше всего был связан с исследованиями пород
пластовколлекторов, с техническими аспектами заканчивания и
эксплуатации скважин.
Nobuo Morita (Н. Моурита), получил степени магистра и доктора
в области технологии добычи нефти в университете г. Остин, шт.
Техас. Др Моурита занимался НИР для компании ConocoPhillips;
в настоящее время работает профессором в университете Васеда,
Япония, на факультете технических средств освоения полезных
ископаемых и охраны окружающей среды
45
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
14
Размер файла
528 Кб
Теги
строительство, породы, выбор, конструкции, коллекторов, 2345, разрушение, скважин, прогноз, учетом, пласта
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа