Методы опробования и испытания

Для оценки промышленной нефтегазоносности вскрытого скважиной геологического разреза проводят специальные исследования, объем и ме­тоды которых зависят от целевого назначения скважины.

 Эти исследова­ния направлены на решение следующих задач: определение нефтегазоносности отдельных интервалов и предварительную оценку их промышлен­ной значимости, получение достоверных данных для подсчета запасов и последующего проектирования системы разработки месторождений, опре­деление эксплуатационных характеристик пласта.

Для оценки продуктивности разреза применяют косвенные и прямые методы.

Косвенные методы позволяют получать характеристики, ориенти­ровочно указывающие на присутствие нефти или газа в исследуемом ин­тервале. К косвенным методам относят оперативный геологический кон­троль в процессе бурения и геофизические методы исследования в сква­жине.

Прямые методы базируются на непосредственных свидетельствах о присутствии нефти или газа (отбор пробы, получение притока и т.д.). Пря­мые методы требуют вызова притока нефти или газа из пласта.

В задачу исследования прямым методом входят такие вопросы, как вы­явление возможности получения притока нефти или газа из исследуемого объекта, отбор проб пластовой жидкости для изучения ее состава и свойств, установления соотношения компонентов в пластовом флюиде, оценка возможного дебита из исследуемого объекта, оценка величины пластового давления, получение исходных данных для первоначальной оценки коллекторских свойств объекта, вскрытого скважиной.

В группе прямых методов выделяют стационарные и экспресс-методы. Стационарные методы предполагают, что исследование проводят на уста­новившемся режиме фильтрации. Например, метод пробной эксплуатации предусматривает наблюдения в течение длительного времени (до 1 месяца и более). При использовании метода установившихся отборов, наблюдение и измерения проводят на нескольких режимах, доведенных до стабилиза­ции притока, это позволяет получать характеристику пласта и эксплуата­ционные возможности скважины.

Исследования по экспресс-методу требуют значительно меньше време­ни. В их основе лежит контроль за восстановлением давления в ограни­ченном объеме скважины, сообщающемся с продуктивным пластом после вызова притока из него. Иногда приток контролируют по восстановлению предварительно сниженного уровня жидкости в скважине.

По технологии, применяемым техническим средствам и объему полу­чаемой информации исследования по экспресс-методу можно подразде­лить на испытание и опробование.

Задача опробования - вызвать приток флюида из пласта, отобрать его пробу для анализа, определить свободный дебит скважины.

При проведении испытаний ставятся более широкие задачи. Практику­ют два метода испытания скважин: «снизу вверх» и «сверху вниз».

При использовании метода «снизу вверх» скважину доводят до проектной глу­бины, закрепляют обсадной колонной и за ней - цементной оболочкой. Испытания начинают с нижнего объекта, для чего обсадную колонну про­тив этого пласта перфорируют, осуществляют вызов притока, отбирают пробы пластовой жидкости и проводят необходимые измерения. После за­вершения испытания нижнего объекта устанавливают цементный мост или резиновый тампон выше перфорированного участка, рассчитанный на пе­репад давления до 25 МПа. Затем перфорируют обсадную колонну напро­тив расположенного выше объекта, испытывают его и переходят к сле­дующему объекту, перемещаясь вверх. Отсюда и название метода - «снизу вверх».

Этот метод продолжают применять в настоящее время, хотя он имеет существенные недостатки: загрязняются в открытом стволе прой­денные при добуривании скважины пласты; возможно искажение резуль­татов исследования, а иногда и пропуски продуктивных горизонтов с низ­ким пластовым давлением; необходимо спускать и цементировать обсадную колонну для разобщения опробуемых объектов.

Для устранения отмеченных недостатков созданы специальные измери­тельные инструменты, которые позволяют опробовать и испытать каждый объ­ект в открытом стволе скважины сразу же после вскрытия. С созданием таких инструментов появился новый метод, получивший название «сверху вниз».

Приборы и устройства для испытания опробования пластов

Для реализации испытания пластов по схеме «сверху вниз» используют различные глубинные инструменты, которые по конструктивному испол­нению, особенностям применения и назначению можно условно разделить на три типа:

1) пластоиспытатели, спускаемые в скважину на колонне труб;

2) аппараты, сбрасываемые внутрь колонны бурильных труб сразу по­сле вскрытия бурением намеченного объекта;

3) аппараты, спускаемые в скважину на каротажном кабеле.

Наиболее полную информацию об исследуемом пласте получают с по­мощью пластоиспытателя на колонне труб. Аппараты второго и третьего типов позволяют выполнить лишь опробование пласта, поэтому их обычно называют опробователями.

На рис.5.4 показаны этапы работы опробователя, сбрасываемого внутрь бурильной колонны.

 

 

 

Рис. 5.4 - Этапы (I-III) работы опробователя, сбрасываемого внутрь    бурильной колонны:

1 - шлипсовая головка; 2 - грунтоноска; 3 - седло запорного устройства; 4 - впускное окно; 5 - отсекатель; 6 - пакерующее устройство; 7 - нижнее седло опробователя; 8 - впускной клапан; 9 - долото.

Сбрасываемый внутрь бурильной колонны опробователь позволяет вызывать приток сразу после вскрытия продуктивного пласта и отбирать пробу пластовой жидкости.

Для этого над долотом устанавливают специальное пакерующее устройство, которое при промывке скважины не препятствует циркуляции бурового раствора по затрубному кольцевому зазору (рис. 5.4, этап I).

После спуска опробователя в пакерующее устройство открываются каналы, по которым буровой раствор под давлением подается под пакерующий элемент и вызывает его расширение вплоть до полного контакта со стенками ствола скважины и перекрытия кольцевого зазора: происходит изоляция призабойной зоны скважины от остального ствола (рис.5.4, этап II).

С повышением давления внутри бурильной колонны открывается клапан в опробователе и давление в подпакерной зоне резко понижается, в результате чего пластовый флюид проникает в скважину (рис. 5.4, этап III) и попадает в опробователь.

 Одновременно регистрирующим манометром записывается кривая восстановления давления.

По истечении времени, отведенного для опробования пласта, давление в бурильной колонне снижают, в результате чего закрывается клапан в опробователе и пакер постепенно возвращается в исходное положение. Опробователь захватывают овершотом и поднимают с помощью каната на поверхность.

Иногда его извлекают на поверхность вместе с бурильной колонной.

Опробователь, спускаемый на каротажном кабеле, применяют тогда, когда необходимо исследовать пласт на отдельных уровнях, например, для оценки изменения проницаемости пласта по мощности, для определения положения границы пластовой воды и нефти и т.п. (рис.5.5).

После подъема бурильной колонны опробователь спускают в скважину на заданную глубину (рис. 5.5, этап I).

С поверхности по кабелю электрическим импульсом подают команду на выдвижение упорного башмака.

Он прижимает к ограниченному участку стенки ствола скважины уплотнительную подушку, которая изолирует небольшую площадь открытой поверхности пласта.

По команде с поверхности взрывают кумулятивный заряд, и в изолированной части пласта образуется канал, по которому пластовый флюид поступает в нижнюю емкость опробователя (рис.5.5, этап II).

 Регистрирующий манометр записывает восстановление давления в емкости по мере ее заполнения.

Гидравлическая система опробователя в конце исследования закрывает входной клапан емкости.

В результате отобранная проба запирается, избыточное давление под прижимной лапой снижается, и под действием пружины она возвращается в транспортное положение (рис. 5.5, этап III).

Из экспресс-методов, применяемых при исследованиях в скважине, наиболее распространен способ с использованием испытателя пластов, спускаемого на колонне труб.

Его применяют для испытания объектов сразу после их вскрытия, и поэтому при соблюдении правильной технологии испытания он позволяет получить наиболее достоверную оценку незагрязненного буровым раствором пласта.

Испытатель пластов применяют и в обсаженных скважинах, в частности, при испытании пластов с низким пластовым давлением, для очистки прискважинной зоны, для испытания обсадных колонн на герметичность и выявления в них участков нарушения герметичности и при других работах, когда в ограниченном объеме ствола скважины надо создать депрессию.

 

Рис. 5.5 - Этапы (I-III) работы опробователя на кабеле:

1 - верхний заряд и заглушка; 2 - дифференциальный возвратный поршень; 3 - нижний заряд и заглушка; 4 - прижимная лапа; 5 - герметизирующая накладка; 6 - кумулятивный заряд; 7 - впускной клапан; 8 - баллон.

 

Современный  пластоиспытатель включает инструменты, аппараты и приборы, скомпонованные воедино для выполнения функций, необходимых при испытании пласта и проведении измерений.

Такой испытатель называют комплектом испытательных инструментов (КИИ).

 Применяющиеся в настоящее время комплекты пластоиспытателей разработаны совместно Грозненским   и Уфимским нефтяными научно-исследовательскими институтами и носят название КИИ — ГрозУфНИИ.

 

Имеется несколько типоразмеров пластоиспытателей, которые охватывают весь диапазон диаметров скважин от 76 до 295,3 мм.

На рис.5.6 показана схема пластоиспытателя, спускаемого на бурильных трубах.

В состав пластоиспытателя входят следующие основные узлы: циркуляционный клапан, переводник с глубинным регистрирующим манометром, запорный поворотный клапан (ЗПК), гидравлический испытатель пластов (ИПГ), ясс, безопасный переводник, пакер, фильтр-хвостовик, опорный башмак.

Гидравлический испытатель пластов - главное звено пластоиспытателя - оснащен уравнительным и приемным клапанами.

Уравнительный клапан в открытом состоянии обеспечивает гидравлическую связь между подпакерным и надпакерным пространствами.

 По истечении определенного промежутка времени после закрытия уравнительного клапана срабатывает специальное гидравлическое реле времени, управляющее приемным клапаном.

Он открывает доступ пластовому флюиду в бурильную колонну над пластоиспытателем.

Реле времени срабатывает под воздействием сжимающей нагрузки, возникающей при частичной разгрузке бурильной колонны на забой (на 60-120 кН).

По окончании испытания под действием растягивающего усилия приемный клапан закрывается.

 Запорный поворотный клапан закрывается путем вращения бурильной колонны с поверхности и служит для перекрытия проходного канала в бурильную колонну.

После его закрытия регистрируется процесс восстановления давления в подпакерном пространстве.

Циркуляционный клапан, установленный над запорным поворотным клапаном, служит для возобновления циркуляции бурового раствора по стволу скважины.

 Для его срабатывания необходимо, чтобы давление внутри бурильной колонны на 7-10 МПа превышало внешнее гидростатическое давление.

Пластоиспытателями управляют с поверхности.

В соответствии с командами пластоиспытатель выполняет следующие функции: изолирует интервал ствола скважины напротив исследуемого объекта от остальной его части, вызывает приток пластового флюида созданием депрессии на пласт, отбирает пробы пластового флюида для исследования, регистрирует восстановление давления в подпакерной зоне.

 

 

Рис. 5.6 - Схема пластоиспытателя, спускаемого на бурильных трубах:

1 - бурильные трубы; 2 - циркуляционный клапан; 3 - глубинные манометры; 4 - запорный поворотный клапан; 5 - гидравлический испытатель пластов; 6 - ясс; 7 - безопасный переводник; 8 - пакер; 9 - фильтр; 10 - хвостовик; 11 - опорный башмак (пята).

 

Изменения давления регистрируются автоматически в течение всего периода нахождения пластоиспытателя в скважине в пределах ресурса рабочего времени манометра.