Лекция 15. Испытание перспективных горизонтов. Задачи и сущность опробывания

Окончательное решение о наличии нефти и газа в том или ином пласте, о их промышленных запасах можно получить только в результате прямого опробывания, т.е. получение притока нефти или газа из пласта. В задачи опробывания перспективных горизонтов вводят:

- получение притока пластовой жидкости из опробываемого горизонта;

- отбор пробы пластовой жидкости для последующего лабораторного анализа;

- оценка продуктивности объекта;

- оценка коллекторских свойств пласта;

- оценка степени загрязненности приствольной зоны пласта.

Сущность процесса опробывания заключается в изоляции опробываемого пласта от всех остальных проницаемых объектов и от воздействия столба промывочной жидкости, создания достаточно большой разницы между давлением в пласте и давлением в скважине с целью получения притока пластовой жидкости, регистрации объемной скорости притока и характера изменения давления в скважине против данного объекта на протяжении всего периода опробывания, а также отбор достаточной для анализа пробы пластовой жидкости.

Решить эти задачи можно как в процессе бурения, сразу же после вскрытия данного продуктивного горизонта, так и после завершения процесса бурения всей скважины. В последнем случае решение задач опробывание совмещают с детальным испытанием объекта, если из него получают приток жидкости.

Опробывание пласта в период бурения позволяет получать более достаточные данные, поскольку степень загрязненности пласта меньше. Кроме того, если опробованные пласты оказались непродуктивными, то отпадает необходимость спуска и цементирования обсадной колонны; если непродуктивным оказалась часть объекта, то отпадает необходимость детального испытания его, перфорация обсадной колонны против таких объектов, а также установка разобщающих мостов.

К опробыванию после окончания бурения прибегает лишь в крайних случаях:

- если породы крайне неустойчивы и эффективное опробывание в процессе бурения невозможно или ненадежности разобщения данного объекта от других проницаемых объектов и воздействия давления столба промывочной жидкости;

- если аппаратура непригодна для опробывания данного объекта, например, вследствие высокой температуры.

В процессе бурения объекты опробывают сверху вниз. После окончания бурения - снизу-вверх.

Для опробывания объектов в процессе бурения используют специальные аппараты. Их можно выделить в три группы.

1. Аппараты, спускаемые на каротажном кабеле. С их помощью можно отобрать небольшое количество нефти или газа (5-20 дм³), зарегистрировать характер изменения давления и температуры за период отбора.

Достоинства - минимальный объем подготовительных работ, минимальные затраты времени на спуск и подъем аппарата и отбор пробы, минимальная степень загрязненности объекта.

Недостатки - малый объем информации, что связано с ограниченной вместимостью баллона и с тем, что исследование охватывает лишь незначительную часть мощности объекта.

2. Аппараты, спускаемые на колонне бурильные труб. Их называют пластоиспытателями.

Основные недостатки пластоиспытателей - необходимость выполнения довольно значительного объема подготовительных работ, значительные затраты времени на СПО, возможность более существенного загрязнения подлежащего опробыванию объекта промывочной жидкостью за время подготовительных работ и спуска аппарата, большая стоимость работ.

3. Аппараты, сбрасываемые внутрь колонны бурильных труб непосредственно перед началом опробывания объекта. Такие аппараты позволяют опробывать тот объект, который в данный момент разбуривается. Основные достоинства - возможность опробывания объекта, пока он не загрязнен промывочной жидкостью; минимальные затраты времени на СПО и подготовительные работы; минимальная стоимость работ.

Недостатки - сравнительно малый объем отбираемой пробы и недостаточный объем получаемой информации, возможность их использования только в роторном бурении.

Аппараты первой и третьей группы используются в основном в качестве оперативных средств для получения первичной информации. Пластоиспытатель - в тех объектах, где подтверждено данными геофизики наличие нефти или газа.

Пластоиспытатели, спускаемые на бурильных трубах

Современный пластоиспытатель состоит из следующих узлов - фильтра, пакера, опробывателя (пластоиспытателя с уравнительным и главным впускным клапанами), запорного и циркуляционного клапанов.

Основные узлы трубного пластоиспытателя типа КИИ (комплект испытательных инструментов) УфНИИ, ГрозНИИ.

В состав КИИ входят:

Фильтр - предназначен для пропуска жидкости из пласта в пластиспытатель в период опробывания и для задержания сравнительно крупных частиц породы. Состоит из двух секций, разделенных между собой заглушкой. Верхняя секция представляет собой патрубок с резьбой на концах, в стенках которого профрезованы продольные щели. Нижняя секция имеет радиальные щели для сообщения со скважиной. Длина фильтр 3,5 - 1м.

В процессе опробывания возможна кольматация щелей фильтра. При этом скорость поступления пластовой жидкости уменьшается. Для разграничения уменьшения скорости притока вследствие кольматации от других причин необходимо знать изменение давления. Для этого в обеих секциях помещают глубинные манометры. Манометр в нижней секции регистрирует давление в скважине. Различие в показаниях манометров является признаком закупорки щелей. К нижней секции снизу присоединяют опорный башмак. Фильтр должен находится непосредственно против того участка пласта, из которого предстоит получить приток. Если расстояние от этого участка до забоя больше длины фильтра, то к последнему присоединяют хвостовик. На конце хвостовика навинчивают башмак.

Пакер - служит для разобщения предлежащего опробыванию объекта от остальной части скважины. Используют пакеры механического и гиравлического действия. Пакер состоит из полого штока, на который насажены цилиндрический резиновый уплотнительный элемент, корпуса с верхним переводником, нажимной головки, лепестковой металлической опоры, нижнего переводника и шпоночного соединения для передачи вращения от корпуса к штоку и нижнему переводнику.

При постановке башмака на забой создается частью веса инструмента нагрузка, корпус пакера будет перемещаться вниз относительно передвижного штока, который через нижний переводник соединен с фильтром. При перемещении корпуса вниз нажимная головка прижимаем резиновый элемент к металлической опоре, и сдавливает его в осевое направлении: при этом в радиальном направлении резиновый элемент расширяется и плотно прижимается к стенкам скважины, лепестковая опора препятствует затеканию резины и служит нижней опорой. По окончании опробывания при приложении осевой растягивающей силы элемент сокращается в радиальном направлении, а пластины лепестковой опоры воз вращаются в исходное транспортное положение

- в период опробывания нижние узлы могут быть прихвачены.

Для их освобождения в компоновку включают гидравлический .

Опробыватель. В его состав входят:

- уравнительный клапан (для перетока жидкости промывочной при спуске пластоиспытателя);

- главный или впускной клапан (должен препятствовать поступлению промывочной жидкости в полость пластоиспытателя из скважины при спуске);

- тормозная камера с поршнем (гидравлическое реле времени) предназначена для задержки открытия впускного клапана на некоторый наперед заданный интервал времени после создания на пластоиспытатель осевой сжимающей силы;

- штуцер для ограничения скорости притока пластовой жидкости в период опробывания и уменьшения ударной нагрузки на хвостовик в момент открытия впускного клапана;

- шток и корпус, предназначенные для размещения названных устройств, а также для передачи осевых усилий и вращающего момента от колонны труб к расположенным ниже узлам.

В период спуска пластоиспытателя шток занимает наивысшее положение; отверстия впускного клапана закрыты гильзой, уравнительный клапан открыт. При создании же осевой нагрузки шток опускается относительно корпуса в нижнее положение: при этом сначала сальник закрывает уравнительный клапан, а затем нижний конец штока выходит из гильзы, открывая отверстия впускного клапана. Сжимающая осевая нагрузка может возникнуть при посадке инструмента на уступ, прихвате и т.д. чтобы впускной клапан не сработал, в опробывателе устанавливают тормозную камеру. Поршень тормозной камеры посажен с некоторой свободой по наружной проточке штока. Поршень делит полость камеры на две части - нижнюю и верхнюю. Они могут сообщаться друг с другом через узкий канал в поршне, если на испытатель действует сжимающая сила, а также через зазор большего сечения между поршнем и штоком, открывающейся в случае приложения к пластоиспытателю осевой растягивающей силы.

Когда шток под действием осевой сжимающей силы стремится опуститься вниз относительно корпуса, с ним также перемешается и поршень. Перемещению же поршня препятствует жидкость, находящаяся в нижней части камеры. Так как в этот период жидкость может перетекать из нижней в верхнюю полость только- через узкий канал в поршне, - то скорость опускания штока и поршня будет зависеть от гидродинамических сопротивлений этого канала, а длительность перемещения штока от размеров камеры.

Гидравлическое сопротивление канала можно регулировать изменением его длины и вязкости жидкости в камере. Для этого поршень изготовлен из двух деталей, соединяемых между собой при помощи резьбы.

Запорный поворотный клапан служит для прекращения притока пластовой жидкости в полость колонны бурильных труб при закрытом уравнительном клапане. Задачи опробывания более полно решаются при использовании запорного клапана многократного действия.

Циркуляционный клапан. Этот клапан позволяет промывать скважину после завершения опробывания и освобождения пакера, а также установить всевозможные ванны в случае прихвата бурильным труб. Цель промывки - заменить промывочную жидкость, которая могла б период опробывания газироваться, на свежую, негазированную, а также при необходимости, вытеснить пластовую жидкость из колонны бурильных труб на устье.

Измерительные приборы. Перед спуском в скважину в пластоиспытателе устанавливаются глубинные манометры и термометры. Они устанавливаются с целью регистрации давления и температуры. Рекомендуется устанавливать несколько глубинных манометров - в фильтре, между главным и запорным клапанами. Длительность работы глубинных приборов должна быть достаточной на весь период опробывания. Регулировка длительности работы приборов производится с помощью часового механизма.

Пробоотборники. Для отбора пробы пластовой жидкости в период опробывания при давлении, максимально приближающемся к пластовому, используют специальные пробоотборники. Они устанавливаются ниже запорного клапана. При создании осевой нагрузки на пластоиспытатель для пакеровки нагрузка передается на патрубок, размещенный в корпусе пробоотборника. При его перемещении открываются размещенные по его торцам два клапана, при снятии нагрузки патрубок возвращается в первоначальное положение и клапана закрываются. Отсеченная жидкость вместе с прибором подымается на устье.