1.1. Odwiert hydrodynamicznie doskonały.
Odwiert hydrodynamicznie doskonały jest to odwiert, który „przebija” całkowicie poziom produktywny i udostępnia przepływ cieczy złożowej do odwiertu z całej miąższości przewierconego poziomu. Sytuacja ta została przedstawiona na rys. 1.1.
W przypadku gdy odwiert nie przewierca całego poziomu produktywnego, uważa się go za hydrodynamicznie niedoskonały ze względu na stopień dowiercania poziomu produktywnego.
Natomiast jeżeli odwiert przewierca całą miąższość poziomu produktywnego, jest orurowany, zacementowany i w strefie eksploatacyjnej jest zapuszczony lub wykonany filtr, a poziom produktywny udostępniany jest przez perforację to odwiert taki nazywamy odwiertem hydrodynamicznie niedoskonałym ze względu na stopień udostępniania poziomu produktywnego. Ten przypadek został zobrazowany na rys. 1.2.
W przypadku odwiertu nieorurowanego zachodzi płasko – radialny przepływ płynu złożowego do odwiertu.
Odwiert styka się ze złożem na pobocznicy walca, czyli przepływ jest osiowo symetryczny i opisany następującymi równaniami:
- dla cieczy (1)
dla gazu (2)
- korzystając z funkcji pseudociśnienia (3)
gdzie:
q - wydatek przepływu,
m - lepkość dynamiczna płynu,
B - współczynnik objętościowy,
Pd (td) - bezwymiarowa funkcja ciśnienia,
k - przepuszczalność,
h - miąższość złoża,
z- współczynnik pseudościśliwości,
pn - ciśnienie normalne,
Tn - temperatura normalna,
Rys. 1.1. Odwiert hydrodynamicznie doskonały.
Rys. 1.2. Odwiert hydrodynamicznie niedoskonały.
1.2. Zaburzenia przepływu płynu złożowego w strefie przyodwiertowej.
W wyniku eksploatacji lub zatłaczania płynu do złoża, ciśnienie w złożu zmienia się. Wokół otworu obserwujemy spadek ciśnienia, gdy płyn wypływa ze złoża lub wzrost ciśnienia, gdy jest on zatłaczany do złoża. Zakładamy, że wokół otworu znajduje się strefa o przepuszczalności różnej od reszty złoża. Jeżeli ciśnienie pomierzone na ścianie otworu nie jest zgodne z ciśnieniem określonym teoretycznie, to fakt ten przypisujemy zmianie przepuszczalności w strefie przyodwiertowej względem przepuszczalności reszty złoża, a samo zjawisko rozbieżności pomiędzy ciśnieniem teoretycznym a pomierzonym nazywamy "skin efektem".
Ciśnienie na ścianie otworu podczas eksploatacji lub zatłaczania może być wyższe lub niższe od ciśnienia teoretycznego, w zależności od tego, czy przepuszczalność strefy przyodwiertowej uległa pogorszeniu czy poprawiła się.
Dodatkowa zmiana ciśnienia wokół otworu w strefie o zmienionej w stosunku do reszty złoża przepuszczalności zdefiniowana jest wzorem:
Dpskin = qmS/2pkh (4)
Współczynnik S określa stan strefy przyodwiertowej. Mówimy, że jest ona uszkodzona, gdy S > 0 lub stymulowana gdy S < 0. Gdy przepuszczalność strefy wokół odwiertu nie zmieniła się to S = 0 i na ścianie otworu jest:
Ppomierzone = Pteoretyczne (5)
W ogólnym przypadku zachodzi natomiast:
Pteoretyc zne = Ppomierzone + DPskin (6)
Rys. 1.3. Przebieg ciśnienia w pobliżu odwiertu przy obecności „skin efektu”.
2. Technologia dowiercania otworów gazowych.
Sposób, w jaki dany poziom produktywny będzie dowiercony zależy głownie od sposobu wiercenia oraz typu i jakości płuczki stosowanej przy przewiercaniu poziomu. Metody dowiercania i oddziaływania na poziom produktywny mają szczególne znaczenie w skałach o niskiej przepuszczalności i porowatości.
W ostatnich latach wprowadzono szereg nowych metod dowiercania i udostępniania poziomu produktywnego oraz wzbudzania przypływu na spodzie odwiertu zezwalających na efektywne oddziaływanie na przepuszczalność skał strefy przyodwiertowej. Należy do nich zaliczyć: hydrauliczne szczelinowanie skał, obróbkę kwasem, hydrauliczne szczelinowanie kwasem, przemywanie strefy przyodwiertowej ropą lub roztworami środków powierzchniowo czynnych oraz metody stabilizacji skał w strefie eksploatacyjnej.
Nowym kierunkiem w zakresie dowiercania i udostępniania poziomów perspektywicznych jest ochrona naturalnej przepuszczalności skał produktywnych za pomocą płuczek specjalnych (obrobionych powierzchniowo czynnymi środkami, płuczek na osnowie ropnej, płuczek aeryzowanych, płuczek gazowych i powietrznych) oraz stosowanie efektywniejszych metod perforacji.
Wybór metod dowiercania otworu uzależniony jest od wielu czynników technicznych, geologicznych i ekonomicznych. Wszystkie zagadnienia techniczne związane bezpośrednio z metodą dowiercania, opróbowania lub oddawania do eksploatacji złoża ropno – gazowego, powinny być określone przed wykonaniem geologiczno – technicznego projektu wiercenia. Przede wszystkim należy ustalić konstrukcję i schemat orurowania otworu, technologie wiercenia oraz dobór urządzeń i sprzętu.
Niewłaściwy dobór techniki przewiercania poziomów produktywnych może spowodować zmniejszenie przepuszczalności skał strefy przyodwiertowej wskutek przenikania filtratu i cząstek iłu z płuczki w pory i szczeliny poziomu produktywnego. W pewnych wypadkach może nastąpić całkowite zahamowanie przepływu płynu złożowego do odwiertu nawet przy wywołaniu dużych depresji. Wybór typu i technologia stosowanych płuczek o różnej jakości i parametrach reologicznych wpływa na czas prób, prędkość wiercenia, stan techniczny odwiertu oraz wielkość potencjalnego wydobycia.
W celu polepszenia sposobów dowiercania i opróbowania złóż, powinno ograniczać się czas kontaktu poziomu produktywnego z płuczką. Poziomy produktywne należy dowiercać z zachowaniem w strefie przyodwiertowej dużej ostrożności w celu ochrony naturalnej przepuszczalności skał zbiornika złożowego. Skład i receptura płuczki stosowanej do dowiercania złóż ropy i gazu w każdym przypadku powinna być ustalana oddzielnie w zależności od geologicznych warunków występowania złoża.
Podczas dowiercania i opróbowywania złóż ropy i gazu konieczne jest określenie strefy eksploatacyjnej, w skład, której wchodzi powierzchnia poziomu produktywnego udostępniana w czasie wiercenia, perforacji, torpedowania lub wykonywania innych czynności.
Sposób dowiercania do złoża zależy w dużym stopniu od ciśnienia w tym złożu. Dowiercanie do złoża ropy o wysokim ciśnieniu powinno odbywać się z zachowaniem wszelkich środków ostrożności, aby nie dopuścić do niekontrolowanego wybuchu ropy lub gazu.
Przy dowiercaniu do złoża o wysokim ciśnieniu należy przedsięwziąć następujące środki zapobiegawcze:
· zwiększyć ciężar właściwy płuczki,
· utrzymywać jej stałe krążenie,
· przeprowadzać nieprzerwane odgazowanie płuczki na powierzchni,
· umieścić na wylocie otworu wiertniczego głowicę przeciwwybuchową,
· umieścić zawór zwrotny w kolumnie rur płuczkowych,
Szczególnie kłopotliwe jest dowiercanie metodą obrotową do złoża ropy o niskim ciśnieniu złożowym. Wskutek zastosowania nieodpowiedniej płuczki wiertniczej lub też wadliwego zacementowania może dojść do zasklepienia złoża ropy w jego partii wokół odwiertu, co może spowodować nieuzyskanie przepływu ropy lub uzyskanie go w nieodpowiedniej ilości [4].
2.1. Metody dowiercania do złoża gazu.
W zależności od różnych czynników przyrodniczych i technicznych stosowane są różne metody dowiercania do złoża ropy lub gazu.
Zależnie od wysokości ciśnienia złożowego, stopnia nasycenia złoża ropą i gazem oraz obecności pokładów wodnych w serii roponośnej, można stosować następujące sposoby dowiercania do złoża ropy:
1. Produktywna seria roponośna składa się z kilku pokładów ropnych przegrodzonych przeszkodami wodnymi.
Dowiercanie w tym przypadku odbywa się w ten sposób, że przewierca się całą serię roponośną bez zamykania wód międzypokładowych. Następnie zapuszcza się eksploatacyjną kolumnę rur okładzinowych i cementuje całą kolumnę, łącznie z partią rur w pokładzie roponośnym (rys. 2.1. a I i II). Po stwierdzeniu cementu perforuje się rury okładzinowe i płaszcz cementu w partii pokładu roponośnego (rys. 2.1.a III)
2. Złoże ropne składa się ze słabo scementowanych piaskowców bez wód międzypokładowych.
W tym przypadku nad pokładem roponośnym stawia się wodoszczelną kolumnę rur okładzinowych, a następnie przewierca się pokład roponośny i zapuszcza eksploatacyjną kolumnę rur dziurkowanych w dolnej części albo też krótką kolumnę dziurkowanych rur traconych zwaną też filtrem (rys. 7.b I, II, III).
3. Pokład produktywny składa się z warstw zbitych (np. z piaskowców i wapieni).
Ściana otworu wiertniczego w pokładzie roponośnym jest niesypliwa i utrzymuje się dobrze. W tych warunkach przed dowiercaniem do pokładu roponośnego zapuszcza się kolumnę rur okładzinowych i stawia wodoszczelnie (cementuje) ponad stropem pokładu produktywnego (rys. 2.1. c I i II). Następnie przewierca się pokład produktywny, ale nie zapuszcza się osobnej kolumny eksploatacyjnej. W celu zwiększenia dopływu ropy odkrytą część otworu niekiedy się torpeduje. W innych przypadkach zapuszcza się perforowana u dołu kolumnę eksploatacyjną albo też rury „tracone” (filtr). (rys. 7. c III)
4. Strefa roponośna składa się tylko z jednego pokładu roponośnego.
Wówczas przewierca się pokład produktywny, zapuszcza kombinowaną kolumnę rur okładzinowych z częścią dziurkowaną u dołu (z filtrem), a następnie przez otwory ponad filtrem zapełnia się zaczynem cementowym poza rurami ponad filtrem.
I II III
a)
b)
c)
Rys.2.1. Dowiercanie do złoża ropnego i gazowego
I, II, III, - następstwo robót;
I – dowiercanie, II – cementowanie, III – wywoływanie przepływu ropy;
1 – ściana otworu wiertniczego, 2 – zaczyn cementowy, 3 – płuczka wiertnicza, 4 – klocek cementacyjny, 5 – kolumna rur okładzinowych, 6 – otwory dla przepływu zaczynu cementowego, 7 – pierścień oporowy, 8 – perforowana dolna partia kolumny rur okładzinowych, 9 – perforator, 10 – perforowana kolumna rur okładzinowych albo filtr;
Do perforacji otworów w kolumnie rur okładzinowych i w otaczającym ją pierścieniu cementowym stosowane są specjalne przyrządy zwane perforatorami wgłębnymi. Obecnie stosowane są dwa typy perforatorów – pociskowe i bezpociskowe (strugowe) [4].
2.2. Płuczki stosowane przy dowiercaniu poziomów produktywnych.
Przy dowiercaniu złóż ropy naftowej i gazu szczególną uwagę należy zwracać na dobór typu płuczki i jej parametrów reologicznych. Do niedawna nie zwracano uwagi na konieczność stosowania specjalnych płuczek.
Przy doborze typu płuczki i jej parametrów należy brać pod uwagę:
1. Wymaganą różnicę ciśnienia hydrostatycznego słupa płuczki w otworze i ciśnienia złożowego.
2. Fizyczno – mechaniczne własności skał porowato – szczelinowatego zbiornika złożowego ropy i gazu.
3. Czas trwania szkodliwego działania płuczki na poziom produktywny,
4. Możliwe do stosowania w praktyce metody intensyfikacji przepływu płynu złożowego do odwiertu.
5. Skuteczność perforacji stosowanej dla udostępniania poziomu produktywnego.
Ogólne parametry płuczki powinny zapewniać:
1. Łatwość usunięcia płuczki i jej filtratu ze strefy poziomu produktywnego oraz osadu iłowego utworzonego na ścianie odwiertu.
2. Minimalne przenikanie płuczki i je filtratu w porowato – szczelinowate skały zbiornika złożowego oraz minimalne tworzenie się emulsji wodno – ropnych.
3. Niereagowanie płuczki lub filtratu z cząstkami ilastymi znajdującymi się w poziomie produktywnym.
4. Nietworzenie się grubego osadu iłowego zatykającego pory i mikroszczeliny skał strefy przyodwiertowej.
5. Stabilność płuczki w wysokich ciśnieniach i temperaturach, oraz jej odporność przy zetknięciu z wodą złożową oraz skałami powodującymi zmianę parametrów reologicznych płuczki.
Przy dowiercaniu stosuje się następujące rodzaje płuczek wiertniczych:
1. Płuczki iłowe obrobione powierzchniowo czynnymi środkami.
2. Płuczki na osnowie ropnej lub olejowej
3. Płuczki emulsyjne
4. Wodę słodką i zmineralizowaną obrobioną środkami powierzchniowo czynnymi.
5. Ropę surową.
6. Płuczki powietrzne i gazowe.
2.3. Dowiercanie z podciśnieniem.
Dowiercanie z podciśnieniem jest nowoczesną metodą dowiercania odwiertów ropnych lub gazowych.
Technologia ta stosowana jest w przypadku dowiercania lub przewiercania złóż silnie szczerpanych lub z obniżonym ciśnieniem. Wiercenie konwencjonalnymi metodami mogłoby doprowadzić do utraty cyrkulacji płuczki lub przechwycenia przewodu.
Niektóre skały (np. pewne piaskowce) posiadają minerały ilaste pęczniejące pod wpływem zetknięcia z wodą co prowadzi do zalepiania porów. Zastosowanie wiercenia z podciśnieniem znacznie ogranicza inwazję filtratu w skały. W utworach poziomych prawdopodobieństwo uszkodzenie złoża jest znacznie większe niż w pionowych z powodu dłuższego czasu kontaktu płynu wiertniczego ze złożem. Dowiercanie z podciśnienim znacznie ogranicza ten czas.
Ponadto zastosowanie tej nowoczesnej metody powoduje nawet dziesięciokrotny wzrost prędkości mechanicznej wiercenia przy zastosowaniu płuczki pianowej oraz odpowiedniego sprzętu.
Prawidłowe przeprowadzenie tego zabiegu zmniejsza uszkodzenie złoża czyli ogranicza „skin – efekt” w wyniku czego obserwuje się wzrost wskaźników wydobycia gazu ziemnego i ropy naftowej nawet do 50 %. Ponadto istnieje możliwość większego szczerpania złoża i zakończenie eksploatacji przy niższym ciśnieniu złożowym.
W ostatnich latach coraz częściej stosuje się dowiercanie z podciśnieniem przy użyciu elastycznego przewodu nawijanego na bęben tzw. „coiled tubingu”.
3. Opróbowanie skał zbiornikowych.
3.1. Definicje i określenia podstawowe.
...
bianka222