Обсадные трубы в нефтяных и газовых скважинах нужны для предотвращения обрушения горных пород. В них перфорируют каналы, чтобы обеспечить гидродинамическое соединение пласта со скважиной. Однако в результате этих работ может снижаться проницаемость прискважинной зоны пласта, а вместе с тем — и эффективность добычи нефти или газа. Самым безопасным и менее воздействующим на свойства горных пород признан струйно-абразивный метод перфорации. Ученые Пермского Политеха с помощью разработанной численной модели определи, как располагать щелевые каналы, чтобы сохранить проницаемость на начальном уровне.
В ПНИПУ оптимизировали метод перфорации скважин для более эффективной добычи нефти / © Jared Evans Источник Unsplash
Статья опубликована в журнале Heliyon. Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования России. Скважина представляет собой горную выработку цилиндрической формы, длина которой во много раз превышает ее диаметр. Для предотвращения обрушения горных пород в конструкции скважины предусматривают спуск обсадных труб на всем ее протяжении. Добыча углеводородов происходит из так называемых коллекторов – нефтегазосодержащих горных пород. Одним из коллекторских свойств является проницаемость, то есть способность пропускать через себя флюиды (нефть, газ и воду) под действием перепада давления.
Для обеспечения гидродинамического соединения пласта со скважиной используются различные методы перфорации обсадных колонн. Однако такие скважины часто работают неудовлетворительно в процессе добычи. Во многом это обусловлено снижением проницаемости прискважинной зоны пласта в результате создающегося напряжения в продуктивной части горных пород в процессе перфорации обсадных колонн.
Ученые ПНИПУ изучили, как формирование и расположение щелевых каналов при перфорации влияет на проницаемость пород-коллекторов. Для исследования выбрали струйно-абразивную перфорацию, которая считается наиболее щадящим методом для сохранения начальной проницаемости горных пород. Это способ, при котором отверстия в обсадной колонне и цементном камне создаются с помощью высокоскоростных струй жидкости с добавлением мелких твердых частиц. В отличие от других видов перфорации, этот обладает наибольшей экологичностью и безопасностью, не допускает повреждений и деформации обсадной трубы и позволяет точно контролировать глубину и размер отверстий.
Политехники посредством численного и аналитического моделирования выяснили, что расстояние между структурами щелевых каналов не имеет значения, поскольку при стандартных схемах они слабо взаимодействуют друг с другом по высоте. Ученые установили, что наилучшей схемой их размещения является система из четырех отверстий, сдвинутых по длине скважины на высоту щелевого канала.
«Необходимо расположить щелевые каналы таким образом, чтобы их ориентация составляла угол 90 градусов относительно друг друга. Это позволит эффективно использовать площадь фильтрации в системе «скважина-пласт» и сохранить исходную проницаемость коллектора благодаря разгрузке от действующих напряжений», – пояснил Вадим Дерендяев, младший научный сотрудник кафедры «Нефтегазовые технологии» Пермского Политеха.
Помимо улучшенной связи «скважина-пласт», еще один положительный эффект предлагаемой технологии – возможность ориентировать каналы перфорации и за счет этого подготовить скважину к созданию условий для направленного гидроразрыва пласта коллекторов с учетом всех его особенностей для интенсификации добычи нефти и/или газа в будущем.
Разработанная учеными ПНИПУ численная модель и проведенные исследования применимы для строительства скважин и повышения эффективности их эксплуатации при разработке трудноизвлекаемых запасов.
