автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Повышение продуктивности скважин газовых месторождений Украины методом взрывного нагружения (на примере предприятия "Полтавагазпром")

. ВідаШТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО

^ "УКРАЇНСЬКИЙ НАФТОГАЗОВИЙ ІНСТИТУТ АТ "УКРИТІ"

підорна ПРОДУКТИВНОСТІ СВЕРДЛОВИН газових РОДОВЩ УКРАЇНИ МЕТОДОМ ВИБУХОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ /на прикладі підприємства "Полтавагазпром"/

Спеціальність 05.15.06 - Розробка нафтових та газових родовищ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

КУЛЬ АДАМ ЙОСИПОВИЧ

УДК 622.276

К и ї в - І 9 9 7

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на підприємстві "Полтавагазпром".

Науковий керівник - доктор технічних наук, старший науковий співробітник

НАГОРНИЙ ВОЛОДИМИР ПЕТРОВИЧ . Інститут геофізики ім. СЛ.Субботі на ПАН У, завідуючий відділом

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник СВІТЛИЦЬШ ВІКТОР МИХАЙЛОВИЧ

Відкрите акціонерне товариство "Український нафтогазовий інститут" АТ"УкрНГГ\ завідуючий лабораторією

кандидат технічних наук

ІВАНКІВ ОЛЬГА ОЛЕКСАНДРІВНА .

Науково-виробниче підприємство "Нафтогазтехнологія", завідуюча лабораторією

Провідна установа

Український науково-дослідний інститут газу, Полтавський комплексний науково-дослідний відділ, АТ "Укргазпром", м. Харків

Захист відбудеться ”12" АХіСПлссЛіО^в__________1997 р. о 'ІО-- годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 01.46.01 у Відкритому акціонерному товаристві "Український нафтогазовий інститут” АТ "УкрНГІ" за адресою: 252142, Україна, м. Київ, пр. Палладіна, 44.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Відкритого акціонерного товариства "Український нафтогазовий інститут" АТ "УкрНГІ" за адресою: 252142, Україна, м.Київ, пр. Палладіна, 44.

Автореферат розісланий 11 11 _______1997 р.

Вчений секретар - ,

спеціалізованої вченої ради -> Ягодовський С.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АКТУАЛЬНІСТЬ ТШ

Важливою науково-технічною проблемою в області розробки нафтових та газових родовищ в забезпечення високих темпів видобутку корисних копалин при найбільш повному вилученню їх із надр. Відомо, що успішне вирішення цієї задачі багато в чому залежить від стану привибійної зони пласта /ПЗП/, як особливої області, властивості якої можуть суттєво відрізнятись від властивостей відцаленної зони пласта. В значній мірі стан ПЗП визначається процесами, що відбуваються при бурінні, кріпленні, освоєнні та ремонті свердловин, в результаті чого відбувається забруднення ПЗП шляхом проникнення фільтрату бурового розчину, закупорки каналів фільтрації різного виду асфальтосмолистими і парафіновими фракціями, механічними частинками. Як показує досвід, з силу зазначених причин у більшості свердловин, особливо старих родовищ, значна частина області перфорації продуктивного пласта не працює, що призводить до зниження дебіту свердловин.

Для підвищення продуктивності свердловин застосовуються загальновідомі методи обробки ПЗП, такі як кислотні і теплові обробки, обробки поверхнево-активними речовинами і різного виду розчинниками, гідравлічний розрив пласта, гідропіскоструменева перфорація, ударно-депресійні методи. '

Важливе місце в групі динамічних методів дії на ПЗП займає використання енергії вибуху. Вибухові роботи в свердловинах виконуються при перфорації, ліквідації різного виду ускладнень, встановленні пакерів, очистці фільтрів і т.і. З метою підвищення припливу флюїдів відомі спроби застосувати торпедування свердловин, однак це не привело до стійкого позитивного результату. При цьому часто виникають проблеми можливої втрати цілостдасті основних колон при вибусі зарядів необхідної маси, а зменшення маси заряду знижує технологічний ефект. Підвищення ефзктивності вибухової обробки масиву в ПЗП можливе шляхом застосування нових технологічних схем проведення вибухових робіт в свердловинах, основаних на керуванні фізико-механічніши властивостями порід при динамічних навантаженнях, що призводить до розущільнення порід і підвищення їх фільтраційних можливостей. Особливо це актуально для України, де значна частина газових родовищ знаходиться на пізній стадії експлуатації і привибійні зони свердловин в більшості своїй потребують покращання їх стану.

ЗВ’ЯЗОК РОБОТО З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ Вибраний напрямок досліджень по розроці вибухового методу покращання стану ПЗП свердлевин тісно зв’язаний з державними програмами, такими як, "Розвиток основ геотехнологічних методів розробки ефективних технологічних процесів" та "Вивчення Землі і планет, еволюція геологічних процесів, закономірностей утворення і розробки корисних копалин" /напрямок 12.9 "Розробка родовищ і збагачення корисних копалин"/. Тема дисертації є складовою частиною планів підприємства "Полтавагазпром" по проведенню та розробці заходів щодо підвищення продуктивності газових свердловин, особливо низькодебітних, парк яких складає майже 20% від усіх діючих свердловин підприємства.

мета і задачі досяідання

Мета дисертаційної роботи є керування фізичним станом порід-колекторів нафти та газу при динамічних навантаженнях і розробка нових технологічних схем проведення вибухових робіт‘для підвищення продуктивності свердловин газових родовищ України.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити задачі: проведення районування газових родовищ України за здатністю порід-колекторів до розущільнення їх структури;

вивчення поведінки основних типів порід-колекторів газових родовищ України під дією динамічних навантажень;

розробка вибухових технологій направленої зміни фізико-меха-нічних властивостей порід в ПЗП;

впровадження розроблених методів на газових родовищах для підвищення продуктивності свердловин.

НАУКОВА НОВИЗНА ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ Удосконалено класифікацію, в якій на відміну від відомих, здатність породи до розущільнення своєї структури визначається відношенням <50/&0/де (5<> - межа міцності породи при одноосному стисканні; к0 - модуль об'ємного деформування при одноосному напруженому стані/.

Вперше згідно розробленої класифікації здійснено районування газових родовищ України за здатністю їх порід до розущільнення своєї структури.

Вперше в результаті експериментальних досліджень встановлено що основні типи порід-колекторів газових родовищ України здатні сут тєво розущільнювати свою структуру під дією динамічних навантажень.

На основі вивченої поведінки гірських порід газових родовищ /країни при дії динамічних навантажень встановлені раціональні режими навантаження порід-колекторів в ПЗП для підвищення їх фільтраційних можливостей, що є подальшим розвитком відомих методик розрахунку параметрів вибухових робіт при торпедуванні свердловин.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ Практична цінність роботи полягає в розробці ефективної технології підвищення продуктивності газових свердловин, для чого:

розроблений вибуховий метод розущільнення структури порід в

ДЗП;

запропоновані оригінальна конструкція і схеми взаємодії зарядів в торпеді для створення в масиві ПЗН нерівномірного навантаження;

розроблені розрахункові формули для визначення маси необхідного заряду для розущільнення породи ПЗП в потрібному інтервалі обробки;

приведені технічні рішення, що гарантують цілістність свердловин при розповсюдженні вибухових хвиль по основній колоні;

розроблені рекомендації по ефективному впровадженню результатів роботи в умовах газових свердловин;

розроблена технологія підвищення продуктивності свердловин з використанням енергії вибуху пройшла дослідно-експериментальну перевірку і впроваджена при інтенсифікації роботи газових свердловин підприємства "Лолтавагазпром" з економічним ефектом в сумі 2177,317 тисяч гривні в;

результати досліджень можуть бути використані іншими організаціями, що ведуть розробку корисних копалин геотехнологічними методами, де виникають питання покращання стану порід в ПЗП.

ОСОШСТИИ ВНЕСОК ЗДОБУВАЧА

У працях, які опубліковані в співавторстві, конкретний осо-Зистий внесок здобувача /в порядку приведених в кінці автореферату робіт/ складає: [і] - розроблені технології вибухових робіт впроваджено при інтенсифікації роботи свердловин;[2]- проведено гідроди-іамічні дослідження свердловин і аналіз їх результатів; [3] - запропоновано режими взаємодії зарядів при короткосповільненому під-зиві їх в торпеді; [4] - встановлено закономірності зміни фізико-«еханічних властивостей порід-колекторів від виду напружено-дефор-юваного стану масиву ; [Ь] - досліджено вплив гірського тиску

на деформаційний процес в гірському масиві; [б] - розроблені елементи технології торпедування свердловин; [7] - проведено районування газових родовищ України за здатністю порід-колекторів їх продуктивних пластів до розущіяьгання структури; [8] - запропоновано підривати додаткові заряди для створення попереднього плоского хвильового поля в продуктивному пласті; [9 ] - запропоновано використовувати багаторазові гідравлічні удари для покращання фільтраційних характеристик порід в привибійній зоні пласта.

АПРОБАЦІЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕШЦІЇ

Результати досліджень, що включені до дисертації, оприлюднені на школі-семінарі по вибуховим явищам /м.Алушта, І99І, 1992 p.p./, на нараді при Комітеті по нафті і газу /м.Київ, 1994 р./, на науково-технічних нарадах ВО "Укрнафта" /м.Київ, 1992 р,/, ДП "Полтавагазпром" /м.Полтава, 1995, 1997 p.p./, на науково-технічних нарадах, інститутів "АстраханьНДЯІ г аз " /м. Астрахань, 1992 р./, "Укргазпроект" /м.Київ, 1993 р./, на семінарах ІГФ НАН України /м.Київ, 1993, 1994, 1997 p.p./.

ПУБЛІКАЦІЇ

Результати дисертації опубліковані у 2-х статтях у наукових журналах, 3-х патентах на винахід, 3-х депонованих наукових працях і 1-ій рекомендації.

СТРУКТУРА І ОБ’ЄМ ДИСЕРТАЦІЇ

Дисертаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновків і додатку. Загальний об’єм складає 158 сторінок, включаючи 21 рисунок на 21 сторінці, II таблиць на 14 сторінках, перелік використаної літератури із 121 найменувань на 15 сторінках і додатку на б сторінках. .

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертаційної роботи і дана її загальна характеристика.

У першому розділі дисертації приводиться аналіз геологічних умов газових та газоконденсатних родовищ України і сучасний стан досліджень та впровадження методів підвищення продуктивності свердловин. Встановлено, що колектори Дніпровсько-Донецької впадини представлені в основному пісковиками пористістю 10.. ЛЬ%, карбо-

натними породами пористістю 6...8%, а також алевролітовими породами пористістю 12...16%. Межа міцності названих порід при одноосному стисканні знаходиться переважно в інтервалі значень /400.. .700/-І0 Па, коефіцієнт k0 = /0,72...0.82/* 10^ Па, при проникності порід в основшму /ЗО.. .300/* 10" г. Газоюсні поклади Західної провінції складені в основному пісчаними і алевролітовими породами, для яких пористість - ІІ...17%, проникність - /ЗО... І00/*І0” ьг, €>0 » /400...700/-10^ Па, коефіцієнт k0 = /0,68... 0,78/*І0^ Па. У Південній провінції газовміщуючі породи представлені пісковиками і вапняками пористістю 15...30%, проникністю /4...200/'І0 м2 при значеннях - /400...500/*10^ Па і k0 = /0,65...0,70/«10і Па.

Для оцінки здатності порід розущільнювати свою структуру під дією динамічних навантажень запропоновано класифікацію, в основу якої покладено два параметри: ©о - межа міцності породи при одноосному стисканні і Еідносна здатність породи до розущільнення, що визначається співвідношенням o/ko /Дє ~ коефіцієнт, чисельно рівний модулю об’ємного деформування при одноосному напруженому стані/. За класифікацією здатність породи до розущільнення структури підвищується із зростанням *30 і величини відношення (50/k0 . Крім того, розущільнення структури порід погіршується в більш пористих породах. З урахуванням класифікації здатність горі д-ко лектор і в Східної провінції до розущільнення їх структури під дією динамічних навантажень прогнозується в переважній більшості високою і вище середньої, для порід Західної провінції - вище середньої і середня. Що стосується Південної провінції, то прогнозоване розущільнення порід буде невисоким.

В процесі експлуатації свердловин виникає необхідність у застосуванні методів інтенсифікації їх продуктивності, суть яких полягає в підвищенні проникності порід б ПЗП за рахунок очищення існуючих порових каналів і тріщин, а також в їх розширенні і створенні нових тріщин, що в цілому покращує гідродинамічний зв’язок пласта із свердловиною. Суттєвий вклад в розробку ефективних методів обробки свердловин внесли Р.С.Яремійчук, Е.А.Балакіров, B.C.Бойко, В.О.Зарубін, Р.М.Кондрат, В. 14.Дорошенко, 0.1 .Акульшин, С.Д.Кочмзр, В.М.Світлицький, Г.Г.Вахітов, В.А.Аміян, А.Х.Мірзаджанзаде, О.Т.Горбунов, Д.М.Кузьмічов, М.О.Карнаухов, М.Л.Сургучов, Ю.В.Желтов та інші вчені.

Аналіз впровадження відомих методів обробки свердловин пока-

зав, що загальним недоліком є недостатня вибіркова дія, що знижує їх ефективність, при цьому успішність обробок рідко перевищує 50% від загальної їх кількості. Серед характерних недоліків виділяються відплив кислоти в добре проникні області пласта, в результаті чого деякі області масиву залишаються необробленими; зниження ефективності дії із збільшенням кількості кислотних обробок; часто незадовільний стан електропідігрівачів та комутаційних мереж при теплових обробках; дефіцит розчинників та інші. Зниження ефективності обробки спостерігається на свердловинах, де вибір методів інтенсифікації здійснюється без врахування змін в свердловинах під час їх експлуатації.

Що стосується використання енергії вибуху для підвищення проникності порід у ПЗП, то застосовувані метода перфорації свердловин створюють лише зародкові тріщини, а дія порових генераторів тиску дає невелику кількість тріщин. При традиційних методах торпедування свердловин зарядами до 5,0 кг підвищення проникності масиву спостерігається лише в зоні дробіння до 8...10 радіусів заряду, в підвищення маси заряду для одержання більшого радіусу обробки створює проблему збереження стійкості основних колон.

Аналіз досліджень показує, що гірські породи здатні до роз-ущільнення структури, тобто збільшувати свій об’єм в умовах нфі-вномірного навантаження. При цьому, що досить важливо, підвищення проникності порід спостерігається і в дограничній області навантаження, що перспективно при обробці ПЗП з метою підвищення радіусу їх обробки. Значний внзеок в дослідження розущільнення порід при нерівномірних навантаженнях внесли ВЛ'і.Ніколаєвський.Д.Ззбек

О.М.Ставрогін, А.В.Микалюк, В.П.Нагорний, С.О.Мюррелл та інші вчеі Проте недостатня вивченість питання про поведінку основних типів порід-колекторів газових і газоконденсатних родовищ України в умовах динамічних навантажень не дозволяє розробити ефективні технологічні схеми використання енергії вибуху для цілеспрямованого керування фізико-механічними властивостями та фільтраційними можливостями порід в ПЗП і підвищення продуктивності видобувних свердловин.

На основі вищеподаного визначені названі вище задачі і вибрані методи досліджень.

У другому розділі приведені експериментальні дослідження зміни фізико-механічних властивостей порід-колекторів Шебелинського, Чутівського і Яблунівського родовищ при динамічних навантаженнях

в лабораторних умовах. Характеристики порід-колекторів /пісковик, вапняк, ангідрит та алевроліт/ були в межах ^ * /2,32...2,51/.ІО3 кг/м3, Б0 = /430...640/-ІО5 Па, £ = /І,29...7,05/.І010 Па, Ур = /2,4...4,4/-І03 м/с, П = /8...20Д, V = 0,19...0,27.

Дослідження в лабораторних умовах проводили на зразках, виготовлених із керну гірських порід. Зразки мали циліндричну форму, розміри їх не перевищували значень

И0£ /7...7,5/.І0-2 м; с/0£5.КГ2 м.

Дослідження поведінки зразків при динамічному навантаженні виконувалось із застосуванням спеціального комплексу. Комплекс включає: камеру для досліджень, контрольно-реєструючу апаратуру, системи для імітації гірського та порового тисків і установку для динамічного навантаження зразків /типу копра марки ІОО-РУ-І22/.

Вид напружено-деформованого стану в зразках визначався в залежності від співвідношення розмірів зразка і об’єму камери, в якій він досліджувався, а також від наявності в камері обтискуючи зразок рідини. Експериментальний комплекс дозволяв реалізувати у зразку породи налружено-деформований стан в широких межах - від одноосного до всебічно-рівномірного з можливістю створення в зразках попередньо-налружешго стану і імітації порового тиску в ньому. Вид напружено-деформованого стану зразків порід визначався параметром £= Дебзі(5,~наймешіе і найбільше головне напруження.

Область і умови навантаження зразків вибирались такими, щоб досягти направленої зміни фізико-механічних властивостей масиву і в подальшому використати ці дослідження для розробки динамічних методів дії на породи-колектори з метою підвищення їх фільтраційних можливостей.

Результати лабораторних досліджень показали, що вид напруже но-деформованого стану порід впливає на їх пружні та деформаційні властивості і характеристики міцності. Встановлено, що з підвищенням нерівномірності навантаження /при зміні величини £ від 0,22 до 0,07/ динамічна межа пружності порід суттєво зменшується /в 5,5 разів у вапняків і до 4-х раз для більш слабких порід/. Менші значення такої характеристики міцностіпорід, як зчеплення, спостерігаються при менших значеннях показника £ ,

тобто при підвищеній нерівномірності динамічного навантаження. Зміна ^ від 0,35 до 0,05 супроводжується зменпенням величини зчеплення на 20...40% від початкового рівня, що підтверджується даними інших дослідників. Інша характеристика міцності, кут внутрішнього тертя,від нерівномірності напруженого стану залежить

дуже в малій мірі. Встановлено також, що із зменшенням величини £ від 0,3 до 0,0 відношення 6^/с /деС- величина зчеплення породи в умовах одюосного напруженого стану/ швидко знижує свою величину /в 4 і більше разів/. Це вказує на те, що підвищення нерівномірності навантаження на масив супроводжується падінням відносної величини руйнуючого навантаження, а відтак полегшується перехід 'породи в граничний стан рівноваги, тобто відбувається зне-міцнення породи. Напроти, підвищені значення £ ведуть до швидкого зростання величини/О , в даному разі величина руйнуючого навантаження породи суттєво підвищується.

Експериментальні дослідження зразків гірських порід показали що не тільки нерівномірність динамічного навантаження на зразок, але й кількість нерівномірних навантажень досить замітно впливає на зміну властивостей порід. Зростання кількості нерівномірних навантажень призводить до зниження величини модуля Шита до двох раз для більш міцних порід уже при 4-х навантаженнях. 'Де більше послідовність нерівномірних динамічних навантажень впливає на величину зчеплення порід, при цьому прослідковується суттєве падіння цієї величини із зростанням кількості нерівномірних навантажень.

Так у вапняка при чотирьохразовому навантаженні значення величини зчеплення знижується в 5,7 разів, для інших порід зменшення цієї величини також досить замітне.

Аналіз експериментальних досліджень показав, що породи-колек-тори здатні до розущільнення своєї структури під дією нерівномірних динамічних навантажень, що виражається у збільшенні об’єму зразка породи при його деформуванні і, як наслідок, появи залишкової /незворотньої/ деформації. Аналіз даних експериментів показав, що підвищення нерівномірності навантаження супроводжується більш значною залишковою деформацією, яка сприяє зростанню розді-льнення масиву, а для стійкого розущільнення досліджених зразків порід-колекторів необхідно, щоб показник нерівномірного навантаження масиву £ знаходився в межах значень 0,1...0,13.

Приріст розущільнення порід при нерівномірному динамічному навантаженні супроводжується приростом їх проникності. При цьому, як стверджується б роботах інших дослідників, значення відносної зміни проникності гірських порід /на одиницю амплітуди тиску/ при зміні показника £ від 0,3 до 0,1 зростає в 4,5 рази.

В експериментах з імітацією гірського тиску, діапазон зміни початкового напруженого стану зразків вибирався в межах Рг£: 50 Ше

Аналіз результатів впливу гірського тиску на зміну модуля Енга досліджених зразків порід-колекторів дозволив зробити два важливих висновки. Перший - найбільш висока швидкість зміни модуля Енга спостерігається до значень Рг = /2,5...3,0/‘107 Па, що досить добре співпадає з даними інших дослідників. Другий висновок - вже при значеннях. Рг = 4,5-Ю7 Па модуль Енга збільшується на ЗО...70% від початкового рівня, а подальше зростання гірського тиску не призводить до суттєвої зміни його значень і якісно співпадає з результатами відомих робіт. Отже, з підвищенням гірського тиску модуль їінга гірських порід зростає, результатом чого є підвищення опору порід деформуванню.

В процесі виконання експериментів встановлено, що зростання гірського тиску призводить до зниження ^зворотньої об’ємної деформації, але її величина /а відтак і розущільнення структури масиву/ залишається досить суттєвим /до 0,1%/ і в області глибин

5...7 км. Що стосується порового тиску, то підвищення його величини також призводить до послаблення процесу розущільнення структури порід і уже при значенні Рл = 300Па величина залишкової об’ємної деформації порід зменшується в 2...З і більше разів.

У третьому розділі на базі встановленого факту можливості шляхом зміни виду напружено-деформованого стану досягати певного розущільнення структури порід при динамічних навантаженнях, що супроводжується незворотньою залишковою об’ємною деформацією, розроблена технологія підвищення продуктивності свердловин з використанням енергі ї вибуху. Керувати видом напружено-деформо-ваного стану породи при вибусі можливо за рахунок суперпозиції вибухових хвиль, що розповсюджуються в масиві при підриві зарядів з деяким сповільненням один відносно іншого.

Аналіз теоретичних розрахунків поля напружень, що створюється в масиві при вибусі двох зарядів /радіусом ї0 - 3-Ю"3 м кожний/ в режимі короткосповільненого підриву /де А І = /3...7/• ІСГ3с/ показав, що сумарні напруження (5г і мають два максимуми, причому відстань між ними зростає із збільшенням віддалі від зарядів. Крім того, сумарні напруження <5? і&д маять більшу протяжність та вищі величини напружень у хвості імпульсу,що має зажливе значення для підвищення тривалості вибухового навантаження.

Аналіз зміни показника нерівномірності навантаження середовища £ при вибусі двох зарядів показав, що найбільш вигідними з точки зору створення в масиві нерівномірного напруженого стану максимальної протяжності в часі є дві схеми взаємодії зарядів.

0=

При проведенні вибухових робіт по першій схемі час сповільнення підриву зарядів між собою ДеІ0 - час існування додатної

фази<5$({) першого заряду. У другій схемі = Ін /ін ~ час наростання амплітуди Єг(і) пертого заряду до максимального значення/.

Для реалізації короткосповільненого підриву зарядів в свердловині з метою створення в масиві привибійної зони пласта нерівномірних навантажень за рахунок суперпозиції хвильових процесів використовувалась торпеда спеціальної конструкції. Сумарна маса заряду в торпеді обчислювалась за формулою

З (Ь.п~2р)~ 2, іір Ь+ІІп

2а+ іГр

де Ь.ц - потрібна глибина вибухової обробки масиву в ПЗП;

ІГр - швидкість повздовжніх хвиль в масиві, що підлягає

вибуховій обробці.

Кількість зарядів в торпеді визначається умовою створення в 'масиві максимальної протяжності в часі напружено-деформованого стану високої нерівномірності. Необхідна величина сповільнення підриву зарядів в торпеді в режимі короткосповільненого вибуху може задаватися спеціальними пристроями, але частіше всього для цих цілей використовуються відрізки детонуючого шнура відповіднаї довжини. Заряди і відрізок детонуючого шнура розміщуються в спеціальному корпусі торпеди /із дюралюмінію/ для попередження руйнування всієї збірки зарядів при доставці їх в розрахунковий інтервал обробки свердловини.

Ініціювання торпеди здійснюється електричним способом,починаючи з першого заряду. Спускання торпеди в свердловині здійснюється з допомогою штатних спуско-підйомних механізмів.

При проведенні робіт по торпедуванню свердловин значні навантаження при вибусі передаються як в породний масив привибійної зони,за рахунок чого відбувається руйнування породи і підвищення її проникності, так і по флюїду, що заповнює свердловину і саме такого виду навантаження можуть призвести до аварійного стану основних колон, появи міжпластових перетоків і т.і. При виборі того чи іншого методу захисту свердловин від уражаючої дїї вибуху необхідні попередні знання про можливі величини допустимих тисків в основній колоні, при яких гарантовано її стійкість і герметичність. В роботі запропоновано метод, згідно якому граничний тиск Ргр в основній колоні визначається із умови, що рівні по величині радіальні переміщення внутрішньої стінки цементного кільця і зовнішньої стінки

обсадної труби при такому тиску викликають граничні напруження в цементному камені.

Аналіз засобів захисту свердловин показав, що в основному застосовуються гасії, дія яких грунтується на зниженні механічної дії вибуху шляхом дисипації енергії ударної хвилі і на запиранні продуктів детонації в деякому обмеженому об’ємі. В роботі використано перший вищеприведений шлях гасіння амплітуди вибухової хвилі

і запропоновано конструкцію гасі їв у вигляді еластичних оболонок, наповнених сипучим матеріалом /частіше всього піском/. Головними перевагами таких локалізаторі в дії вибуху е виготовлення їх із недефіцитних компонентів, простота у виготовленні, достатня надійність в експлуатації. Встановлюються такі гасії на віддалі

1,0...2,0 м над торпедою. Кожний такий локалізатор здатний погасити амплітуду вибухової хвилі до двох разів. При необхідності більш значного гасіння вибухової хвилі встановлюється декілька таких гасіїв, встановлених на віддалі 1,0...2,0 м один від одного.

У четвертому розділі приведені результати натурного відпрацювання і промислового впровадження розробленого методу і технологі ї підвищення продуктивності свердловин. Об’єктами впровадження рекомендованих розробок були газові свердловини №40 Чутівського і №58 Яблунівського родовищ.

Вибухові роботи на свердловинах виконувались при таких вихідних даних. Забій св.НО на рівні 3272 м закінчений бурінням долотом діаметром 2І5,9 т. Штучний забій - 2830 н. Глибина залягання продуктивного пласта - 2744...2751 м. Породи продуктивного пласта -вапняки і доломіти густиною 2200...2300 кг/м3, пористість - 17... 25%. Метод розкриття продуктивного пласта - кумулятивна перфорація. Тип перфоратора - ІМС-80. Кількість отворів на один погінний метр-30. '

Штучний забій св.К8 - 5010 м. Породи продуктивного пласта -пісковики, темно-сірі, кварцові, мілко і середньо-зернисті, пористість - ІЗ...18$ Глибина залягання продуктивного пласта 4944... 4954 м. При розкритті пласта застосовувався кумулятивний перфоратор ПКС-80, кількість отворів на один погінний метр - 12. Додаткова перфорація проводилась із використанням перфораторів ПЖ-42 по 14 отворів на один погінний метр.

При цементуванні експлуатаційних колон св.№ 40 і св.№ 58 використовувався тампонажний цемент Здолбунівського заводу, міцність цементного каменю на розрив складає *Ор= 12,8-10^ Па.

Для оцінки змін в параметрах продуктивних пластів проводились

гідродинамічні дослідження на свердловинах як до початку вибухових робіт, так і після торпедування свердловин. Гідродинамічні дослідження свердловин для визначення параметрів пласта/його коефіцієнта газопровідності кіі/^ коефіцієнта рухливості газу к/Мт та проникності породи к / проводились із застосуванням двох методів: методу сталих відборів і методу відновлення тиску. За даними досліджень при сталих режимах визначались параметри пласта безпосередньо у ПЗП, дослідження на нестійких режимах використовувались для встановлення радіусу забруддання ПЗП, а також для визначення параметрів пласта у віддаленій його частині.

При застосуванні методу сталих відборів різні режими роботи свердловин досягались шляхом зміни штуцера. Дослідження починались з режиму мінімального відбору з обов’язковою стабілізацією досліджуваних режимів, після чого проводився перехід на інший режим.

За даними гідродинамічних досліджень методом сталих відборів до початку вибухових робіт побудовані іццикаторні криві св.№ 40. Приймаючи відомий двохчленний закон фільтрації газу до свердловини, враховуючи недосконалість свердловини і визначивши величину коефіцієнта А , що дорівнює відрізку, який відсікає лінійна індикаторне крива с в.. №40 на вісї(Р^-Р^)/0, визначили параметри продуктивного пласта св.№ 40 безпосередньо у привибійній зоні, при цьомуккІМг = 8,бІ-Г9 м3/СДа-сУ,к/Мг= 1,23-ІС"9 ^/(Па-с); к » І,6Л0“14 м2.

На другому етапі гідродинамічних досліджень до початку вибухових робіт із застосуванням методу відновлення тиску побудована крива зростання тиску на забої св.К” 40 після її зупинки в координатах . Визначивши коефіцієнт , що дорівнює тангенсу

нахилу прямолінійного участка кривої зростання тиску до вісі їді , встановили, що у віддаленій області продуктивного пласта св.№ 40 його параметри мають величини:

кк/Нг= 0,58.10'7 М3/Ла-С>; к//-)г- 0,В29Л0~8 і#(Па-с);£=1,077. Ю-13 м3.

- Зіставлення результатів гідродинамічних досліджень за обома методами показали, що проникність пласта у віддаленій його області в 6,7 разів вища, ніж проникність безпосередньо у ПЗП, що вказує на забрудненість продуктивного пласта св.№40 в привибійній зоні.

Розрахунок радіусу забруднення привибійної зони $ і скин-ефекту 5 св.№ 40 показав, що при високому значенні 5 = 26,31 має місце і глибоке забруднення привибійної зони Я = 15,1 м, що свідчить про необхідність проведення робіт по покращанні) стану приви-

бійної зони продуктивного пласта і в даній роботі досягається шляхом торпедування св.№ 40 за рекомендованою технологією.

При розрахунку параметрів вибухових робіт масу зарядів для розущільнення масиву в привибійній зоні свердловин визначали із врахуванням потрібної глибини вибухової обробки породи-колектора, що приймалась не меншою, ніж радіус забруднення привибійної зони.

Для св.№ 40 при глибині вибухової обробки в 15,1 м необхідна маса заряду в торпеді складає 15,9 кг, для св.№ 58 при глибині вибухової обробки в 3,4 м - 8,1 кг.

За результатами експериментальних досліджень розущільнення порід при показнику нерівномірності навантаження £ =0,1 з урахуванням потрібних радіусів вибухової обробки реалізується при режимі взаємодії зарядів в торпеді /що складається з двох рівних по масі зарядів/, коли підрив другого заряду виконується в момент спаду компоненти б3(і)першого заряду до нуля. При цьому, час сповільнення підриву зарядів в торпедах складає: для св.№ 40 - д£ = 5,82*І0~4 с, для св.№ 58 - АІ = 4,І9*І0-4 с і реалізується відрізками детонуючого шнура довжиною 3,8 і 2,72 м.

У відповідності із обрахованими параметрами вибуху було здійснено торпедування св.№ 40 і св.№ 58. Вибухові роботи були виконані в інтервалі 2744...2751 м /св.№ 40/ і 4947...4953 м /св.№ 56/.

З метою зниження тиску в основній колоні до безпечного рівня при торпедуванні свердловин застосовувались по два гасії у вигляді еластичних оболонок, наповнених піском.

Після торпедування свердловин були проведені гідродинамічні дослідження на св.№ 40 з використанням методу сталих відборів.

Було встановлено, що після виконання вибухових робіт параметри пласта безпосередньо у ПЗП досягли значень:к\і!^г- 17,44-І0"^м%Іа*с& 6/Лг* 2,49*10 м^Па-сх к = 3,24-КГ14 м^.

Зіставлення результатів гідродинамічних досліджень до і після торпедування показало, що після виконання вибухових робіт параметри пласта безпосередньо в привибійній зоні суттєво покраща-лись, в результаті чого дебіт свердловин підвищився. Так після торпедування дебіт св.£ 40 виріс до рівня 32,0 тис.м3 за добу /до торпедування був на рівні 16,0 тис. м3 за добу/. Св.№ 58, яка мала практично нульовий дебіт, почала працювати з дебітом 50,0 тис. м3 за добу.

Особливої уваги заслуговує факт стійкості одержаного ефекту в часі на протязі 1,5 року /св.№ 40/ і 0,6 року /св.№ 58/, що свідчить про перспективність розробленої технології.

Сумарний економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в період за 1995-1996 p.p. становить 13000,268 тис. м3 додатково видобутих газу і 1314 т конденсату.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі здійснено нове вирішення актуальної наукової задачі підвищення продуктивності свердловин газових родовищ України на основі встановлених закономірностей розущільнення порід-колекторів при нерівномірних динамічних навантаженнях і застосуванні енергії вибуху, що мас важливе народно-господарське значення.

Основні результати дисертаційної роботи полягають в слідуючому.

1. Аналіз відомих методів обробки свердловин і впровадження у різних регіонах з метою підвищення продуктивності свердловин показує, що загальним недоліком цих методів є недостатня вибіркова дія, що знижує ефективність обробок., при цьому успішність не перевищує 50% від загальної їх кількості. Викладеш вказує на необхідність розробки ефективного альтернативного методу підвищення продуктивності свердловин, що мав би високу вибіркову дію з одночасно високою технологічністю, успішністю і швидкістю проведення обробки. Одним із таких методів є використання енергії вибуху і зв’язані з ним розущільнення структури і зміна фізико-механічних властивостей порід, що може бути використано для підвищення фільтраційних можливостей порід-колекторів у ПЗД.

2. Запропоновано класифікацію порід-колекторів по здатності до розущільнення структури під дією нерівномірних динамічних навантажень, в основу якої покладено два параметри: <50 - міцність породи на одноосне стискання і &0 - коефіцієнт, чисельно рівний модулю об'ємного деформування при одноосному напруженому стані.

3. Проведено районування газових родовищ і встановлено, що для порід-колекторів Східної та Західної газоносних провінцій України здатність порід до розущільнення їх структури під дією динамічних навантажень прогнозується в переважній більшості високою і вище середньої; для порід Південної провінції прогнозоване розущільнення порід буде невисоким.

4. Експериментально встановлено, що вид напружено-деформо-ваного стану впливає на фізико-механічні характеристики гірських порід. Підвищення нерівномірності навантаження в межах значень по-

казника % від 0,3 до 0,05 супроводжується зниженням величини деформаційних характеристик і параметрів міцності порід в 1,5...2,0 та більше разів і сприяє збільшенню величини незворотньої деформації розущільнення порід. При цьому для стійкого розуїдільнення основних типів порід-колекторів газових родовищ України необхідно, щоб показник £ при динамічному навантаженні масиву знаходився в межах значень 0,1...0,13, а подальше зростання нерівномірності навантаження на масив супроводжується більш значним розущільненням його структури.

5. Експериментально доведено, що гірський тиск підвищує опір порід деформуванню; модуль Ьнга гірських порід при зростанні

Рг від 0 до 4,5 • 10 Па підвищується на ЗО...70% від початкового рівня. Підвищення гірського і порового тисків послаблює розущільнення порід, але воно залишається досить суттєвим /в межах

0,1% і більше/ і в області глибин до 5,0 км.

6. Розроблено метод підвищення продуктивності газових свердловин, оснований на розущільненні структури порід-колекторів під дією вибухового навантаження, який на відміну від відомих методів обробки свердловин має підвищену вибіркову дію, високу ефективність і мобільність в застосуванні.

7. Розроблена технологія інтенсифікації роботи газових свердловин, основними елементами якої є: конструкція торпеди, що реалізує короткосповільнений підрив зарядів; схеми підриву зарядів в торпеді для створення в масиві ПЗП нерівномірного динамічного навантаження; засоби захисту свердловин, що забезпечують зниження тиску у вибуховій хвилі до безпечного для основної колони рівня.

8. Розроблені методика обрахунку параметрів вибухових робіт і нормативна документація по застосуванню рекомендованої технології

для підвищення продуктивності свердловин газових родовищ.

9. Результати дисертаційної роботи пройшли промислову перевірку і впроваджені при підвищенні ефективності роботи газових свердловин підприємства "Полтавагазпром''. При цьому дебіт свердловин підвищився в 2...10 і більше разів, позитивний ефект стійкий в часі і спостерігається напротязі 0,6...І,5 року.

10. Достовірність результатів дисертаційної роботи підтверджується: використанням фундаментальних положень механіки суцільних середовищ, механіки гірських порід, механіки вибуху в гірських породах, що мають загальнонаукове значення; використанням сучасної реєструючої апаратури і атестованих методик проведення експериментальних досліджень; збіжністю результатів досліджень з працями інших

вчених; дослідно-промисловою перевіркою і впровадженням результатів роботи в конкретних умовах газових свердловин.

II. Результати досліджень дисертаційно! роботи можуть бути використаними організаціями і підприємствами нафтогазового комплексу України, де виникають питання покращання стану привибійних зон свердловин, а також в системах підземного видужування солей, руд, рідкоземельних і радіоактивних металів, при видобутку сірки та мінеральних добрив і т.і.

Загальний підтверджений економічний ефект від впровадження результатів досліджень в народне господарство складає 2177317,6 грн. /в цінах 1996 р./.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Куль А.Й., Нагорний В.П., Семенякін П.В. Інтенсифікація видобутку газу на свердловинах ДП "Полтавагазпром" // Нафтова і газова промисловість, 1997, № 4, -С. 27.

2. Розущільнення порід у привибійній зоні пластів під дією імпульсних навантажень / В.М.Глоба, В.П.Нагорний, А.И.Куль, О.Е.Кон дратенко // Нафтова і газова промисловість. - 1997. - № 5. - С. 2021.

3. Лаг. 17925 А. Україна, МКІ Е 21 В 43/263. Спосіб інтенсифікації видобутку нафти і газу із підземних формацій /В.А.Данилен В.Л.Нагорний, Б.А.Писарєв та інші. Заявл. 24.12.96; Опубл. 03.06.97

- 2 с.

4. Разуплотнение и снижение прочности пород в призабойной зоне скважины под действием импульсной нагрузки /Нагорный В.П., Кондратенко А.£., Куль А.И. и др.; Ин-т геофиз. НАН Украины. -Киев, 1996. - 13 с. - Рус. - Деп. в ГНГБ Украины 15.05.96, М220 -Ук 96 // Аннот. в РЕ "Депон.наук.роботи ДЇЇГБ України", 1997, №1. Б/0.

5. Влияние горного давления на деформируемость породных массивов при импульсном нагружении /Нагорный В.П., Пекарь Н.Н., Куль И и др.; Ин-т геофиз. НАН Украины. - Киев, 1996. - 9 с. - Рус. - Деп. в ШГБ Украины 24.06.96, $ 1492 - Ук 96 // Акнот в РЇЇ "Депон.наук, роботи ДНТБ України", 1997, №2. Б/0.

6. Нагорный В.П., Куль А.Й. Рекомендації по застосуванню вибухових робіт для підвищення продуктивності газових свердловин. -Київ: ВІП0Л, 1997. - 19 с.

7. Класифікація і районування газових родовищ України за здатністю порід-колекторів їх продуктивних пластів до розущільнення структури / Нагорний В.П., Куль А.Й.; Ін-т геофіз. НАН України. -Київ, 1997. - 4 с,- Укр. - Дел. в ДНТБ України 11.08.97, № 1492 -Ук 97.

8. Рішення про видачу патенту України на винахід. Спосіб інтенсифікації видобутку нафти та газу /В.А.Даниленко, В.П.Нагорний, Ь.А.Писарєв та інші. Заявл. 28.02.97. Рішення прийнято 9.07.97. -

2 с.

9. Рішення про видачу патенту України на винахід. Спосіб інтенсифікації видобутку рідких та газоподібних вуглеводнів із підземних формацій /В.А.Даниленко, В.П.Нагорний, £.А.Писарев та інші. Заявл. 06.03.97. Рішення прийнято 14.07.97. -2 с.

АНОТАЦІЯ

Куль А.Й. Підвищення продуктивності свердловин газових родовищ України методом вибухового навантаження / на прикладі підприємства "Полтавагазпром'У.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.06 - розробка нафтових та газових родовищ. - Відкрите акціонерне товариство "Український нафтогазовий інститут" АТ "УкрНГІ", Київ, 1997.

Дисертацію присвячено питанням підвищення фільтраційних можливостей порід-колекторів продуктивних пластів. В дисертації розроблено новий метод покращання стану привибійних зон пластів газових родовищ, який грунтується на розущільненні структури породного масиву під дією динамічних навантажень. Встановлено, що вид напруже-но-деформованого стану суттєво впливає на фізико-механічні характеристики гірських порід, а підвищення нерівномірності навантаження масиву супроводжується більш значним розущільненням його структури. Запропоновані метод і технологія підвищення продуктивності свердловин, ефективність яких підтверджена практикою. Основні результати дисертації знайшли промислове впровадження при підвищенні продуктивності газових свердловин.

Ключові слова:

Вибух, видобуток, динамічний, заряд, напруження, пласт, родовище, розущільнення, свердловина, структура.

АННОТАЦИЯ

Куль А.И. Повышение продуктивности скважин газовых месторождений Украины методом взрывного нагружения /на примере предприятия "Полтавагазпром"/. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.06 - разработка нефтяных и газовых месторождений. - Открытое акционерное общество "Украинский нефтегазовый институт" АО "УкрНГИ”, Киев, 1997.

Диссертация посвящена вопросам повышения фильтрационных возможностей пород-коллекторов продуктивных пластов. В диссертации разработан новый метод улучшения состояния призабойных зон пластов газовых месторождений, который основывается на разуплотнении структуры породного массива под действием динамических нагрузок. Установлено, что вид напряженно-деформированного состояния существенно влияет на физико-мехашческие характеристики горных пород, а повышение неравномерности нагружения массива сопровождается более значительным разуплотнзнием его структуры. Предложены метод и технология повышения продуктивности скважин, эффективность которых подтверждена практикой. Основные результаты диссертации нашли промышленное внедрение при повьшении продуктивности газовых скважин.

Ключевые слова:

Взрыв, добыча, динамический, заряд, напряжение, пласт, месторождение, разуплотнение, скважина, структура.

ANNOTATION

Kul A.I. Increase of efficiency of chinks of gas decosits of Ukraine by a method explosive loading /on an example of enterprise "Poltavagasprom"/. - Manuscript.

The dissrtation on looking of a scientific degree of the ca-didate of technical sciences on a speciality П5.15.О6 - development of oil and gas deposits. - Open joint-stock company "UkrOGL", Kiev, -1997.

The dissertation is devoted to questions of increase filterin of opportunities of breeds - collectors of productive layers. In the dissertation a new method of improvement of a condition roundweller of zones of layers of ges deposits is developed, which is based on undensivity of structure rock of a file under action dynamic loading. Is established, that the kind of a tension-deformed condition much influences the physick-oechanical characteristics of mountain

breeds, and the increase of non-uniforaity loading of a file is accompanied more significant undensivity of its structure. Are offered a method and technology of efficiency of chinks, the efficiency of which is confirmed by -oractice. The basic results of the dissertation have found industrial introduction at increase of efficiency of gas chinks. .

Key words:

Explosion, -production, dynamic, charge, tension, layer, deoosit, undensivity, chink, structure.