Первичное вскрытие продуктивных пластов

 

Назначение первичного вскрытия продуктивных пластов – бурение нефтегазовых отложений горных пород с целью создания в интервале их залегания эксплуатационного забоя в добывающих скважинах; оценки фильтрационно-емкостных свойств коллекторов и потенциальных балансовых запасов нефти, газа, газоконденсата нефтегазовой залежи в поисково-разведочных и разведочных скважинах.

Задачами первичного вскрытия продуктивного пласта являются: максимально возможное сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта и предотвращение неуправляемого поступления пластового флюида в скважину (газонефтепроявлений); обеспечение безаварийности строительства скважины и экологическую безопасность недр и окружающей среды.

Для первичного вскрытия продуктивных пластов необходимо подобрать тип и параметры бурового раствора в соответствие с геологическими условиями залегания пласта, его строения и насыщающих флюидов, обеспечивающие минимальное проникновение твердой фазы и фильтрата бурового раствора в пласт, минимальное снижение проницаемости коллекторов пласта при проникновении в них компонентов бурового раствора. При этом должны быть созданы условия для получения качественной и достоверной информации при проведении геофизических исследований скважин

 

2.1. Влияние технологических процессов первичного вскрытия на состояние продуктивного пласта

 

При вскрытии продуктивного пласта технологические процессы разбуривания горных пород нефтегазовой залежи оказывают существенное влияние на состояние прискважинной зоны пласта (ПЗП). Это обусловливается физико-механическим и физико-химическим воздействиями.

Физико-механическое воздействие обусловлено следующими факторами:

- разгрузкой горного массива пород в результате разбуривания продуктивного пласта;

-изменением давления при вскрытии продуктивного пласта;

- изменяющимся температурным режимом в скважине;

-гидродинамическим и механическим воздействием на коллектор в разбуриваемом пласте движущимся буровым инструментом;

- гидродинамическими эффектами (гидроударами в процессе бурения и спуско-подъемных операций);

- проникновением компонентов бурового раствора в пласт;

-вибрационным воздействием на коллектор в процессе разбуривания пласта.

Физико-химическое воздействие на прискважинную зону пласта обусловлено взаимодействием насыщающего пласт флюида с компонентами бурового раствора, а также действием адсорбционных, капиллярных и диффузионных сил.

К факторам, влияющим на качество вскрытия продуктивного пласта, относятся:

- тип бурового раствора и его параметры (плотность, водоотдача, химический состав). В результате воздействия твердыми частицами бурового раствора на коллектор может осуществляться блокирование поровых каналов и трещин. Фильтрат бурового раствора может вызывать: набухание глинистых частиц минералов горной породы продуктивных пластов; образование нерастворимых осадков вследствие взаимодействия фильтрата бурового раствора с пластовым флюидом; создание эмульсий;

- величина превышения забойного давления (гидростатического и гидродинамического) над пластовым давлением;

- длительность  контакта бурового раствора с пластом;

- напряженное состояние прискважинной зоны пласта;

- особенности геолого-физического строения и залегания продуктивных пластов.

В процессе набухания глинистых частиц, содержащихся в порах коллекторов, снижается проницаемость продуктивного пласта. Уровень снижения проницаемости зависит от типа глинистого материала, степени его дисперсности, природы обменных катионов и свойств фильтрата. Основной причиной снижения проницаемости является межкристаллическое и внутрикристаллическое набухание, обусловленное ориентацией слоев диполей молекул воды между плоскостями частиц и на самих частицах. При этом следует отметить, что пластовая вода продуктивного горизонта обычно не снижает проницаемость коллектора, так как вследствие установившегося ионного равновесия не происходит набухание частиц.

Снижение фазовой проницаемости пластового флюида происходит за счет молекулярно-поверхностных явлений и капиллярных эффектов.

Снижение проницаемости пласта в результате образования в порах нерастворимых осадков осуществляется при взаимодействии фильтрата бурового раствора и пластовой воды (например, образование малорастворимого осадка возможно при взаимодействии щелочных фильтратов с высокоминерализованной пластовой водой).

Таким образом, химический состав бурового раствора определяет совместимость его с пластовым флюидом и влияет на степень снижения проницаемости пласта.

В соответствие с этим, при вскрытии продуктивных пластов необходимо учитывать особенности геологической структуры строения и залегания продуктивных пластов, состав пластового флюида и насыщающих его компонентов.

Величина водоотдачи бурового раствора влияет на глубину проникновения фильтрата в пласт.

Глубина проникновения фильтрата бурового раствора в пласт существенно влияет на качество вскрытия продуктивного пласта. Размеры глубины проникновения фильтрата оцениваются геофизическими исследованиями скважин, по которым определяется отношение диаметра зоны проникновения фильтрата (ЗПФ) к диаметру долота, разбуриваемого ствол скважины.

Время контакта бурового раствора с продуктивным горизонтом увеличивает степень воздействия вышеизложенных факторов на коллекторские свойства и способствует снижению проницаемости в прискважинной зоне пласта.

Наряду с фильтратом в пласт проникает дисперсная фаза бурового раствора в виде твердых частиц.

Фракционный состав твердых частиц определяет глубину их проникновения в пласт.

Экспериментальные и промысловые работы, проведенные различными исследователями, показали, что твердые частицы при проникновении в поровое пространство могут существенно снижать проницаемость продуктивного пласта.

Для предотвращения углубленного проникновения компонентов бурового раствора в пласт целесообразно формировать кольматационную зону около ствола скважины.

Проникновение твердых частиц в коллектор обусловливается соотношением размеров пор и твердых частиц.

Необходимым условием для проникновения твердых частиц в поровое пространство и создания кольматационного слоя является следующее соотношение:

 

         3d<dп<10d;                                                          (2.1) 

 

где d-диаметр твердых частиц;

dп - диаметр пор.

Исходя из этого, диаметр пор должен в 3 раза и более превышать диаметр частиц и быть меньше 10 диаметров частиц.

Сформировавшая при этом зона кольматации в прискважинной зоне пласта играет значительную роль в системе «скважина-пласт», оказывает положительное влияние на технологические процессы при дальнейшем бурении и заканчивании скважины с улучшением условий сохранности фильтрационно-емкостных свойств  продуктивного пласта.

В процессе вскрытия продуктивных пластов возрастание величины репрессии на пласт (значительное превышение забойного давления над пластовым давлением) может существенно повлиять на состояние ПЗП, увеличивая зону проникновения фильтрата и твердых частиц в продуктивный пласт.

В результате анализа промыслового материала выявлены закономерности снижения удельного дебита скважин вследствие проникновения компонентов бурового раствора в пласт.

По данным промыслового материала для терригенных продуктивных пластов месторождений Западной Сибири ЗПФ может достигать до 3,5-5,0м. При этом, при анализе промысловых данных пробуренных скважин, увеличение зоны проникновения фильтрата бурового раствора может привести к существенному снижению дебита вводимых в эксплуатацию скважин.

Наиболее существенное снижение проницаемости продуктивного пласта и дебита пластового флюида, вводимых в эксплуатацию скважин, вызывает высокая репрессия на пласт при первичном вскрытии.

По данным промысловых исследований, вводимых в эксплуатацию добывающих скважин, увеличение репрессии на пласт при вскрытии в 1,5 раза, может привести к снижению удельного дебита при вводе скважин в эксплуатацию в 2 раза.

При этом, необходимо учитывать, что возникновение высоких репрессий на пласт может привести к самопроизвольному гидроразрыву пласта, что вызовет осложнения при вскрытии продуктивного пласта и большое снижение коллекторских свойств.

Процессы воздействия бурового раствора на коллекторские свойства продуктивного пласта оказывают отрицательное влияние на продолжительность освоения скважин. Для очистки прискважинной зоны пласта и обеспечению запланированных дебитов скважин необходимы обработки ПЗП (соляной кислотой, проведение гидроразрыва пласта и др.). Все это увеличивает время освоения, снижается коммерческая скорость, возрастает стоимость строительства скважины.

Основные требования к буровому раствору для качественного вскрытия продуктивного пласта:

-плотность бурового раствора должна быть минимальной;

- буровой раствор должен быть совместим с пластовой водой по составу и минерализации, предотвращающей образование нерастворимых осадков;

- состав раствора не должен способствовать набуханию глинистого материала, расположенного в порах коллектора;

- буровой раствор должен обеспечивать условия для проведения качественных геофизических исследований продуктивных пластов;

- обеспечивать экологическую безопасность недр и окружающей среды.

Основные пути уменьшения и предупреждения загрязнения пласта:

- четырехступенчатая система очистки бурового раствора, включающая вибросита, илоотделитель, гидроциклон, центрифугу;

- контроль и снижение гидродинамических нагрузок на пласт при проведении спуско-подъемных операций бурильного инструмента и во время промывок скважины;

- увеличение механической скорости и проходки на долото (применение высокостойких по прочности долот);

- проведение экспериментальных исследований влияния бурового раствора на проницаемость образцов керна продуктивного пласта;

-оценка состояния прискважинной зоны пласта гидродинамическими исследованиями.