автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Техника и технология вторичного вскрытия продуктивных пластов сверлящими перфораторами на кабеле

На правах рукописи Для слузебного пользования

Экз. й

О и и 05

ЯР7ЛЛИН РАШИТ.НШМОВИЧ

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ СВЕРЛЯЩИМИ ПЕРФОРАТОРАМИ НА КАБЕЛЕ

05.15.10 - бурение скдашн

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 1996

Работа выполнена в Научно-исследовательской и проектно-конс-трукторскои институте геофизически! исследований геологоразведочных скважин.

; Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор,

член РАЕН, АН РБ

Мавлютов М.Р.

Официальные оппонента: Доктор технических наук, профессор

Академик Инженерной Акадеши РБ, Член-корр. АН РБ

Кагарианов Н.Ф. Кандидат технических наук

ИшОлев Г.Г.

Ведущая организация: АО "Татнефть".

Защита диссертации состоится 16 иая 1996 г. в 17.00 часов на заседании диссертационного Совета Д.063.09.02 при Уфимской государственной нефтяной технической университете по адресу: 450062,' Уфа-62, ул.Косионаьтоа, I.

С диссертацией иохно ознакошться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_/£__" апреля 1996 г.

Учений секретарь диссертационного Совета, доктор физико-иатеиати-

ческих наук, профессор Р.Н.Бахтизин

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблей ы. В нашей стране и за рубежом уделяется серьезное внимание разработке технических средств и технологий вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтегазовых скважин. Проведение перфорационных работ является заключительный этапом строительства сквахин, и от того, насколько качественно и эффективно они проведены, зависит, как долго и продуктивно будет работать скважина.

В практике проведения перфорационных работ в промышленных масштабах применяется кумулятивный, пулевой и гидропескоструйный методы. Наиболее широкое применение из перечисленных получил кумулятивный метод. Этот метод, ниепций ряд неоспоримых достоинств, в то яе время обладает некоторыми ограничениями я недостатками, основными из которых являются: воздействие ударной волны на элементы крепления сквазиш, приводящее к деформации и нарушению целостности обсадных труб, возникновению трещш значительной протяженности в цементном камне, а такзхе уплотнению горных пород я сннзенив их фильтрационных свойств в присквазшшой зоне пласта. Все это влечет за собой возникновение заколонных перетоков и сни-хение продуктивности скваяины.

В сложных геолого-технических условиях, когда в эксплуатацию вовлекаются маломощные пласты с подошвенной водой и объекты, где нефтеносная часть пласта отделена от водо- или газоносной тонкой, неустойчивой перемычкой, сохранение качества разобщения при проведении вторичного вскрытия приобретает первостепенное значение. Поэтому для подобных условий необходимо применение специальных

-ч-

технологий и технических средств, обеспечивающих проведение вторичного вскрытия без нарушения целостности элементов крепления скваяшш. Способами щадящей перфорации, не нарушающей достигнутого при креплении уровня качества разобщения продуктивных пластов, являются: кислотное растворение размещенных в фильтре обсадной колонны заглушек из легких металлов, прорезание продольных щелей устройством с дисковыми резцами, установленными на колонне. НКТ или трубах малого диаметра, сверление боковым керноотборником. Однако эти метода обладают рядом технических и технологических ограничений, существенно скихавдих эффективность работ по вторичному вскрытию в указанных условиях.

Цель работы. Исследование возмозкности создания перфорационных каналов без ударного воздействия на элементы крепления сквагины и горные породы продуктивного пласта и разработка технологии и инструмента "щадящего" вскрытия аппаратурой на каротажной кабеле.

Основные задачи исследования.

- Исследование процесса высверливания сплошным забоем перфо-_ рационного канала в стенке обсаженной скважины.

- Выбор и обоснование основных параметров аппаратуры для сверления перфорационных каналов.

- Разработка специального инструмента для сверления сплошным забоем.

- Разработка методики контроля и регистрации процесса формирования перфорационного канала сверлением.

- Промышленное внедрение технологии вторичного вскрытия сверлением, оценка эффективности и определение области ее оптималь-

ного применения, совершенствование аппаратуры и технологии.

Научная новизна.

1. Экспериментальными работами на стевде и в скважинах с использованием сверлящих керноотборников СКМ-8-9, спускаемых на кабеле, показано, что одним из методов, способных, в отличие от кумулятивного, пулевого и гидропескоструйного, обеспечить вторичное вскрытие без нарушения целостности элементов крепления скважин и фильтрационных свойств пород пласта, является создание перфорационных каналов путем сверления металла обсадных труб, цементного камня и горной порода.

2. Теоретическими и экспериментальными исследованиями выявлено, что в рамках технологически целесообразной величины перфорационных каналов и энергетических возможностей электропривода, питаемого по каротажному кабелю большой длины, для обеспечения сверления сплошным забоем металла, цементного камня и горной порода диаметр инструмента должен быть 15 мм. При этом необходимая величина коэффициента совершенства сквахины ф=0,8-0,9 достигается направленным размещением 2-5 каналов длиной 0,025-0,050 и в плоскости перпендикулярной оси скважины с плотностью 5-13 плоскостей на метр пласта.

3. Установлено, что ограниченные возможности электропривода обуславливают, в отличие от практики, принятой в машностороешш, необходимость применения режима с фиксированным уровнен осевой нагрузки, обеспечивающего эффективную работу разрушающего инструмента в условиях меняющейся забойной ситуации при сверлении канала в стенке обсаженной скважины. Установлены зависимости механической скорости, крутящего момента, потребной на сверление мощ-

ности от осевой нагрузки и размеров основных угловых параметров. Обоснованы оптимальные значения основных угловых параметров а=7°; Р=34°; 2ф=110°, обеспечивающих получение высоких механических скоростей при условии сохранения целостности инструмента.

4. Выявлены закономерности изменения скорости проходки и тока нагрузки при последовательном сверлении сред, составляющих стенку обсаженной скважины. Впервые в практике перфорационных работ разработана система и технология регистрации параметров про. ходки и тока нагрузки, метод интерпретации получаемых данных для технологического контроля и документирования диаграммным материалом каждого перфорационного канала в создаваемом рассверливанием скваниннои фильтре.

Основные защищаемые положения.

1. Результаты теоретических, экспериментальных и промысловых . исследований, определящих возможность проведения вторичного

вскрытия без нарушения целостности элементов крепления скважины путем сверления металла обсадных труб, цементного камня и горной порода аппаратурой на кабеле.

2. Результаты исследования процесса сверления горных пород, цементного камня, металла обсадных труб сплошным забоем специальным инструментом в пределах энергетических возможностей электропривода, питаемого через каротажный кабель большой длины.

3. Установленные закономерности изменения скоростей проходки инструмента и тока нагрузки привода при создании перфорационного канала сверлением в различных забойных ситуациях.

Практической ценностью работы является разработка и широкое промышленное внедрение сверлящих перфора-

- 7-

торов (ПС-П2, ПС-112М, ПС-П2/70, МУО-1) и методики перфорации нефтегазовых обсаженных скважин методом сверления, что позволило повысить эффективность и качество проведения работ по вторичноиу вскрытию в сложных геолого-технических условиях.

Реализация в проы ы ш ленности. Раз- -работавшая технология по вторичному вскрытию продуктивных объектов сверлящими перфораторами нашла широкое применение в производ-ствешшх организациях Татарстана, Башкортостана, Западной Сибири, Республики Коми, Пермской и Куйбышеской областей. Геофизическими организациями этих регионов аппаратурой ПС-П2 успешно проведены работы в более чем 2000 скважинах.

Производственные организации обеспечены методическими рекомендациями по проведению работ сверлящими перфораторами ПС-Н2.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались на научно-технической конференции "Развитие геологоразведочных работ на территории деятельности нефтяников Татарии в Западной Сибири" (Альметьевск, 1986 г.); Всесоюзном совещании "Техника и методика прострелочно-взрывных работ в скважинах" (Ходыженск, 1988 г.); научно-практической конференции геофизиков Башкортостана "Использование геолого-геофизических методов при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых в Республике Башкортостан" (Октябрьский, 1994 г.); Международной геофизической конференции и выставке (Санкт-Петербург, 1995 г.); заседаниях Ученого совета ВНИИГИС (1989-1995 Г.Г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе получены два авторских свидетельства.

-<з-

Объем работы. Диссертация общий объемом 177 страниц содержит введение, шесть глав, основные вывода и рекоыен-дации, 5 таблщ, 47 рисунков, список использованной литературы, насчнтывавдий 98 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первый раздел содераит анализ состояния технологии и техники вторичного вскрытия пластов в нефтегазовых скважинах.

Повышение качества вскрытия нефтегазоносных пластов является одной из наиболее важных и сложных проблей, для решения которых проводятся многочисленные исследования в нашей стране и за рубежом. Техника и технология вторичного вскрытия постоянно совершенствуются, однако, на сегодняшний день не существует единого метода, способного обеспечить эффективное проведение работ во всем спектре геолого-технических условий. Это обстоятельство обуславливает применение разнообразной технологии и технических средств.

В промысловой практике широко применяется прострелочно-взрывная аппаратура различных типов: кумулятивные (ПК) и пулевые (ГШ) перфораторы.

Несомненные достоинства кумулятивной перфорации, такие как оперативность, относительная простота в обслуживании, глубокое проникновение в пласт и др., сделали этот метод наиболее распространенный.

Однако, этому методу присущ ряд ограничений, связанных с применение взрывчатых материалов, а также воздействием ударно!

- 9 -

волны на элементы крепления скважины и породы продуктивного пласта, приводящих к нарушению целостности и деформации обсадных труб, растрескиванию цементного камня, загрязнению и уплотнению горных пород в прискважинной зоне пласта. Нарушения в цементном камне, способные вызвать возникновение заколонных перетоков, по оценкам И.Г.Гуфранова, Б.И.Кирпиченко, Н.А.Плотникова и др., могут достигать значительной протяженности - 170 метров.

Метод пулевой перфорации по своим ограничениям во многом сходен с кумулятивным, хотя нарушений, вызываемых в цементном каине, меньше, однако, производительность пулевых перфораторов и глубина проникновения в пласт значительно уступает кумулятивным. Этим и объясняется низкий объем применения пулевых перфораторов.

Третьим методом, применяющимся в значительных объемах, является гидропескоструйная перфорация (ГПП).

Метод позволяет создавать щелевые и точечные каналы большого диаметра и значительной протяженности. Однако, необходимость применения большого количества специальной техники, рабочей жидкости и песка с заданными параметрами, привлечения многочисленного персонала, сложность и трудоемкость процесса обуславливают высокую стоимость ГПП. Исследования, проведенные Кривоносовым И.В. и Балашовым Ю.А., показали, что высокое давление в канале приводит к разрушению цементного камня, деформации и выпучиванию металла вокруг отверстия, а также вызывает интенсивную фильтрацию жидкости в стенки канала, снижающую проницаемость продуктивного пласта за счет проникновения в поровое пространство продуктов разрушения пород, слагающих пласт, и песка.

Таким образом, все традиционные методы вторичного вскрытия

(ПК, ПП и ГПП), применяемые на практике, в той или иной степени обладают как разрушающий воздействием на элемента крепления скважины, способным вызвать возникновение заколоюшх перетоков, так и способностью кольматировать пласт, что значительно снижает качество и эффективность вторичного вскрытия тонких продуктивных пластов с подошвенной водой и продуктивных объектов, где водо- и нефтеносные части разделены тонкой неустойчивой перемычкой.

Использование метода бесперфораторного вскрытия, основанного на химическом растворении заглушек из легких металлов в фильтре, спускаемом на колонне обсадных труб, позволяет во многом решить указанные проблемы, однако, эта технология также имеет ряд ограничений и не обладает оперативностью, присущей аппаратуре, спускаемой на кабеле.

Экспериментальные работы, проведенные в производственных условиях с использованием в качестве средства для перфорации сверлящего керноотборника СКЫ-8-9, показали принципиальную возмоя-ность применения метода сверления для создания перфорационных каналов аппаратурой на кабеле. Однако, конструктивные, технические особенности и ограничения не позволяют использовать эту аппаратуру в качестве средства вторичного вскрытия в основном фонде скважин в производственных масштабах. Это явилось основанием дл* разработки техники и технологии вторичного вскрытия сверлящим! перфораторами на кабеле.

Во второй главе на основании теоретически: расчетов и экспериментальных исследований обосновываются параметра перфорационного канала, выполняемого сверлением, а также необходимость размещения каналов с плотностью как по вертикали, так 1

- lino округлости скважины, обеспечивающих качественное вскрытие продуктивного пласта.

Стенка обсаженной скважины представляет собой многослойную кольцевую систему, строение, химический состав и физико-механические параметры каждой составляющей имеют существенно отличающиеся характеристики. Для выбуривания перфорационного канала в горной породе предварительно необходимо вскрытие сверлением металла обсадных труб и цементного камня. При этом диаметральный размер перфорационного канала будет определяться энергоемкостью инструмента и мощностными характеристиками электропривода перфоратора.

Для теоретической оценки совершенства вскрытия пласта сверлящей перфорацией были проведены расчеты с использованием математических выкладок, изложенных в работе В.К.Джемалинского. Определены значения коэффициента совершенства вскрытия скважины <р при различных значениях длины перфорационного канала I, числа плоскостей вскрытия M ,и числа перфорационных каналов в плоскости Í. Анализ данных расчетов и графиков зависимости ф = f(l) при различной плотности перфорации, когда в кавдой вскрываемой плоскости M располагается по одному перфорационному каналу, и графиков за-зависимости ср = f(l) при различной плотности размещения плоскостей вскрытая Ш показывают, что в случае, когда выполняется по одному перфорационному каналу в единичной плоскости даже при максимальной длине канала и высокой плотности размещения плоскостей вскрытия, величина ф не превышает 0,7. Увеличение числа перфорационных каналов в плоскости вскрытия приводит к значительному росту значения ф. В пределах реально достижимых глубин сверления перфорационных каналов необходимый уровень коэффициента совершен-

ства вскрытия скважины'(<р = 0,8-0,9) достигается при размещении 5-13 плоскостей вскрытия, в которых должно быть размещено по 2-5 каналов.

Исследования, проведенные на стенде с тормозом Панасенкова показали, что при передаче электроэнергии по трехжильному каротажному кабелю длиной 3200 м, номинальная мощность выбранного погружного электродвигателя составляет 750 Вт. С учетом потерь мощность, реализуемая на инструменте, составляет 350-400 Вт.

По проведенным расчетам построен график зависимости потребной мощности привода N от диаметра сверла, из которого определено, что рациональным, с точки зрения энергетики резания, является инструмент диаметром 15-16 миллиметров.

Полученные данные по площади сечения перфорационных каналов согласуются с выводами и рекомендациями теоретических и экспериментальных исследований, проведенных М.Харрисом и Н.Г.Григоряном.

В третьей главе сформулированы основные требования к сверлящим перфораторам на кабеле, описаны конструкции, принципы действия перфораторов ПС-П2, ПС-112М, ПС-П2/70 и модуля углового ориентирования МУО-1, предназначенного для управляемого поворота сверлящего перфоратора вокруг вертикальной оси, для рассверливания скважинного фильтра по заданной схеме расположения каналов.

Скванинный прибор выполнен в виде цилиндра, в котором расположены компенсатор гидростатического давления, силовой электродвигатель, редуктор, блок гидропривода, блок исполнительных механизмов, включащий систему рычагов и пружин для выдвижения и возврата прижимного рычага, а также карданный вал для передачи вра-

-Лощения на редуктор сверла и тяги, обеспечивающие его поступательное перемещение.

Наземное оборудование включает пульт управления и разделительно-повышающий трансформатор.

Контроль за проходкой, уровнем нагрузок на силовой электродвигатель, работой элементов гидравлической системы ведется по приборам, расположенным на панели пульта управления.

Модуль углового ориентирования МУО-1 представляет собой самостоятельный агрегат, соединяемый с головкой перфоратора и кабельным наконечником.

Конструктивно модуль МУО-1 состоит из компенсатора гидростатического давления, электродвигателя, редуктора, коллектора, фиксирующих рычагов, шпинделя и стыковочных узлов. Выдвижение и возврат фиксирующих рычагов, вращение шпинделя производится по команде с пульта управления.

Основные технические характеристики аппаратуры

Показатели Тип аппаратуры

ПС-112 ПС-И2М ПС-Н2/70 МУО-1

I 2 3 4 5

Габаритные размеры глубинного прибора: длина, мм диаметр, ми 2500 112 2500 112 2510 112 808 112

Масса, кг 80 80 85 30

Напряжение на клешах коллектора подъемн., В 600 600 600 27

Ток, А 4 4 4 2

Тип каротажного кабеля и максимальная длина,м КГ7-66-180; 5000 или КГЗ-66-180; 4000

I 2 3 4 5

Максимальная температура, град. С 100 150 150 100

Максимальное давление, МПа 60 80 80 60

Размеры перфорационного канала: диаметр, ыи длина, мм 15 50 15 50 15 70 -

Время сверления, мин. 2-5 2-5 2-5 -

Кол-во перфорационных каналов за спуск, шт. до 35 до 35 до 35 -

Угол управляемого поворота шпинделя, град.: максимальный минимальный - - - 335 15

Диаметр обслуживаемых скванин, мм 190215,9 190215,9 190215,9 -

Диаметр обслуживаемых обсадных труб, мм 146168 146168 146168 146168

Сверлядае перфораторы ПС-112 и ПС-112М успешно прошш межведомственные приемочные испытания.

Четвертая глава посвящена исследованиям процесса сверления отверстий в стенке обсаженных скважин. Исследование процесса разрушения горных пород различного литологического типа лезвийным инструментом сверлящих керноотборников, условий формирования образца в процессе бурения и его отделения от массива породы проводились М.Р.Мавлютовым, Н.И.Филимоновым, И.Н.Соко-ловьш, К.С.Дуплик-Выдрой, Г.Н.Филиди, В.Б.Штуром и позволили определить геометрические размеры инструмента, конструкцию, оптимальные режимы бурения. В работе М.Р.Мавлютова и Г.Н.Филиди обоснованы оптимальные параметры режима бурения: постоянная скорость

вращешш инструмента 250 об/мин и регулируемая в пределах от 0 до 4 кН нагрузка на инструмент, обеспечивающая скорость проходки 1050 мм/мин при ограничениях - не более 400 Вт энергетических затрат на бурение.

Однако, процесс рассверливания металла обсадных труб как составляющего элемента стенки обсаженной скважины с наиболее высокими прочностными характеристиками одними и теми же резцами, что порода и цементный камень, оставался неизученным.

■ С целью максимального приближения условий исследования к реальным эксперименты проводились на установке с использованием электропривода, кинематики и гидравлики ' сверлящего перфоратора ПС-112 с замером величины крутящего момента на вновь разработанном моментомере. Величина крутящего момента считывалась с манометра и регистрировалась тензометричесгаш датчиком ПДНТ-25. Для исключения искажений в величинах задаваемых осеЕых нагрузок, вызванных пульсацией давления, развиваемого плунжерным насосом перфоратора, давление в гидросистеме создавалось ручным насосом и контролировалось манометром.

Образцы металла размером 50x180 мм для высверливания отверстий нарезались из обсадной трубы диаметром 168 мм толщиной стенки 10 мм из стали группы прочности Д.

Специфические особенности условий применения сверлящих перфораторов обусловили необходимость разработки специального сверла штырьевой конструкции, армированного пластинами твердого сплава ВК-8. Исходные значения угловых параметров режущего элемента при проведении экспериментов были взяты исходя из рекомендаций, принятых в машиностроении: а=6°; р=84°; 2ср=120°; 7=0°.

Исследования зависимости крутящего момента, потребной для сверления мощности и механической скорости от осевой нагрузки проводились соответственно подобранным по методу математического планирования эксперимента значениям одного из четырех угловых параметров, а трем из них придавались фиксированные значения. Исходя из этого, была изготовлена серия сверл со значениями: а = 3°, 6°, 9°; р = 78°, 84°, 90°, 93°; 2ср = 90°, 110°, 120°. 135°, 150°, 180°; т = 0°. 3°.

В ходе выбора оптимальных значений G и N исследовалась форма забоя, образуемого в металле углом при вершине 2<р в различных вариантах заточки, а также влияние площади забоя при оптимизированных значениях а, 0 и 2<р на N и V^.

По данным обработки экспериментов методом корреляционно-регрессионного анализа получены зависимости:

г 0,84 „ 0.32 ¡1 = 1890 17 ■ а

ар 1

, r 1.82-0,79

V = 1,59-1(Г ь а

мех "" 0 9,4.^0.29 '

г 0,56 о,. 0,78 _ 0,34 N = 9757 --^—— - ;

¡3

í = 421 - 0,0176 - 9,75 § • 0,048 ар -~1,76 а - 0,89>10~4С2+ + 0,06 р2 - 0,2-Ю'3 2ф2 + 0,068 а2.

Анализ связей механической скорости бурения, крутящих моментов, потребной на бурение мощности с осевой нагрузкой и величинами угловых параметров режущей части инструмента показал, что оптимальными значениями, обеспечивающими наивысший уровень механических скоростей при сохранении целостности инструмента, являют-

- 17—

ся: 0=84°; 2ср=И0°.

В пятой главе приведена методика проведения скважинных работ, регулирования и регистрации процесса сверления перфорационного канала.

Приведен порядок подготовки аппаратуры к проведению скважинных работ, обоснованы перечень и объем подготовительных работ в сквашне. Описан способ привязки к глубинам по данный гамма-каротажа и по локатору муфт при установке в продуктивной зоне одной укороченной обсадной трубы.

Приведен порядок разиетки и'рассверливания вскрываемого объекта. При вскрытии объектов толщиной не более 2,5 метров сверление ведут от нижней точки вверх с шагом, соответствующим плотности перфорации. При вскрытии объектов с однородными характеристиками по вертикали и толщине вскрываемой части более 3 м сверление ведут в три этапа: вначале рассверливают интервал от нижней точки до верха с шагом Г м, затеи устанавливают прибор на 0,5 м выше нижнего отверстия и проходят интервал с шагом I м, после этого снизу вверх рассверливают фильтр с заданной плотностью.

Разработана система контроля и регистрации параметров процесса сверления. В целях обеспечения технологического контроля перфорационных работ разработана методика контроля и регистрации параметров процесса сверления по диаграммам проходки инструмента и тока нагрузки силового электродвигателя. Постоянный уровень осевой нагрузки на инструмент, задаваемый гидравлической системой аппаратуры, вызывает изменение механической скорости бурения и тока нагрузки при последовательном рассверливании составляющих стенку обсаженной скважины (металл обсадных труб, цементный ка-

мень, горная порода), обладающих существенно различающимися физико-механическими характеристиками. Моделирование различных сква-жинных ситуаций в зоне создания перфорационного канала (изменение толщины стенки труб и цементного камня, эксцентричности расположения обсадит труб в скважине, кавернозности перфорируемого участка, наличия муфт и центрирующих фонарей в затрубном пространстве и т.п.) проводилось на специальном стенде, где были определены основные закономерности изменения регистрируемых проходки Я и тока нагрузки I. Приведены типовые виды регистрируемых диаграмм и реперы, соответствующие основным фазам сверления. Даны основные положения интерпретации с учетом характера изменения конфигурации кривых. На примерах работ, проведенных на скважинах 281 Шафраново (Башкортостан), 19248 В-Сулеевская (Татарстан), 625 Безымянная (Кони), продемонстрирована возможность применения методики в реальных условиях.

Шестая глава посвящена результатам промышленного применения сверлящей перфорации в различных геолого-технических условиях. Начиная с 1987 года на месторождениях Татарстана, Башкортостана, Западной Сибири, Пермской и Куйбышевской областей, Республики Коми перфорационные работы сверлением проведены в более чем 2000 скважинах.

Исследования акустическим цементомером, проведенные до и после перфорационных работ, показывают наличие вызванных кумулятивной перфорацией нарушений в цементном камне. Такие нарушения в условиях близкорасположенных пластовых вод приводят к возникновению заколонных перетоков. Результаты исследования скважин акустическим цементомерои до и после перфорирования сверлением, свиде-

тельствуют об отсутствии нарушений и существенных изменений в зоне, прилегающей к интервалу перфорации, что подтверждается результатами освоения и получением безводной нефти на начальном этапе эксплуатации скважины.

Результаты вскрытия продуктивных объектов в сопоставимых условиях кумулятивной и сверлящей перфорациями в скважинах Юсупов-ской и Туймазинской площадей показывают, что применение "щадящей" перфорации позволяет значительно сократить темпы обводнения.

Значительный объем работ, проведенных в скважинах Татарстана, Башкортостана, позволил определить (на примерах работ по скважинам Архангельской, Альшеевской, В-Сулеевской, Юсутювской, Чекмагушевской площадей и др.)• что применение сверлящих перфораторов наиболее эффективно в условиях, когда сохранение качества разобщения в зоне, прилегающей к интервалу перфорации, приобретает первостепенное значение, т.е. при вскрытии продуктивных объектов налой толщины с подошвенной водой; объектов, где нефте- и водоносная части пласта разделены тонкой неустойчивой перемычкой; объектов, представляющих тонкослоистое чередование уплотненных и проницаемых пропластков.

Высокая степень целостности цементного камня при проведении работ сверлящим перфоратором ПС-П2 позволила обеспечить получение безводной нефти в пластах с подошвенной водой при толщине нефтенасыщенной части до 1,0 м.

В сложных геолого-технических условиях ряда месторождений Западной Сибири, где быстрому обводнению и прорыву газа по нарушениям в заколонном пространстве подвержена значительная часть вводимых в эксплуатацию скважин, одним из средств борьбы с подоб-

ными явлениями явилось применение "щадящей" перфорации.

На примерах вскрытия пластов АС8, АС9, БП8, БС7, БСЮ скважинах Лянторской, Тарасовской и Суторминской площадей, пока зана возможность получения безводной нефти при расстоянии от кия него перфорационного отверстия до ВНК или первого водоносног пласта 0,4-8,0 м, а от верхнего перфорационного отверстия до пер вого газоно'сного пласта 8,5-10 м с плотностью перфорации 4-6 от верстий на метр пласта.

На примере скважины 2612 Туймазинской показана возможност применения сверлящих перфораторов для создания технологически отверстий в скважинах с многоколонной конструкцией с целью залив ки тампонирующей смеси в межтрубное пространство и обеспечени сохранности цементного камня за внешней колонной.

Результаты оценки эффективности метода вторичного вскрытия сопоставимых условиях, проведенной по 109 скважинам, вскрыты сверлением, и 184 скважинам, вскрытым кумулятивной перфорацией, различных НГДУ АО "Татнефть", показали, что при сверлении коэффи циент эффективности по удельной продуктивности по нефти варьиру ет от 1,27 до 3,22 и в среднем по АО "Татнефть" составляет 1,91.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

I. Исследования технической и патентной литературы показыва ют, что существует широкий ряд методов и технических средств втс ричного вскрытия продуктивных пластов в нефтегазовых скважинах среди которых наиболее широкое промышленное применение получи! кумулятивный, пулевой и гидропескоструйный методы перфорации. Ос

новнш недостаткои известных методов является разрушающее воздействие на элементы крепления скважины, резко снижающее эффект работ по вторичному вскрытию в сложных геолого-технических условиях и приводящее к быстрому обводнению вскрываемых скважин.

Опытно-промышленные работы с использованием сверлящего кер-ноотборника СКМ-8-9 показали, что одним из методов, способных обеспечить проведение вторичного вскрытия без нарушения целостности элементов крепления, является сверление перфорационных каналов в металле, цементном камне и горной породе.

2. Аналитической оценкой и экспериментально установлено, что при создании перфорационного канала в стенке обсаженной скважины для сверления металла, цементного камня и горной порода, проводимого в пределах энергетических возможностей электродвигателя ПЭД-0,8, питаемого через каротажный кабель большой длины, диаметр инструмента должен быть 15 мм. При этом, с учетом реально достижимых глубин сверления перфорационных каналов (1 = 0,025-0,050 м), необходимый уровень коэффициента совершенства вскрытия скважина Ф=0,8-0,9 достигается при высверливании 2-5 каналов в плоскости с плотностью их размещения 5-13 плоскостей на метр пласта.

3. По сформулированным требованиям разработана конструкция сверлящего перфоратора на каротажном кабеле, предназначенного для вскрытия продуктивных объектов в нефтегазовых скважинах, обсаженных трубами диаметром 146-168 мм на глубинах до 4000 метров и модуля углового ориентирования МУО-1 для обеспечения управляемого поворота перфоратора вокруг вертикальной оси. Сверлящие перфораторы ПС-112 и ПС-П2М прошли приемочные испытания.

4. Для выяснения характера взаимосвязей угловых параметров

-гд-

режущей части инструмента, энергоемкости сверления горной породы, цементного камня, металла и определения оптимальной конструкции сверла изготовлена экспериментальная установка, позволившая провести исследования процесса сверления в условиях, приближенных к реальным.

5. Экспериментальными исследованиями установлены зависимости механической скорости, крутящего момента, потребной мощности на сверление перфорационных отверстий в металле обсадных труб от осевой нагрузки на инструмент и геометрических размеров основных угловых параметров режущего элемента сверла.

Выбраны и обоснованы оптимальные значения основных угловых параметров режущего элемента: а=7°; р~84°; 2ф=П0°, позволяющие достигать максимальных скоростей проходки в процессе сверления обсадных труб при ограниченных величинах нагрузок, обеспечивающих сохранение целостности инструмента.

6. Исследования процесса формирования перфорационного канала в условиях, моделирующих скважинные, позволили выявить основные закономерности изменения тока нагрузки силового электропривода и скорости проходки при рассверливании металла обсадных труб, цементного камня и горной породы в различных забойных ситуациях. Впервые разработанная система контроля и регистрации процесса сверления по параметрам I и Н дает широкие возможности для регулирования технологии проведения работ, а также позволяет обеспечить документирование диаграммным материалом каждого перфорационного канала с учетом глубин в создаваемом рассверливанием скважинном фильтре.

7. Разработана методика проведения работ по вторичному

- 2 3-

вскрытию сверлением, позволящая производственный организациям эффективно и безопасно решать вопросы вторичного вскрытия в различных геолого-технических условиях с учетом конструктивных особенностей и технологических возможностей сверлящих перфораторов.

Промысловые работы сверлящими перфораторами успешно выполнены в более чем 2000 скважинах Татарстана, 'Башкортостана и Западной Сибири. На примере ряда скважин-аналогов показано, что по сравнению с кумулятивной перфорация сверлением Не вызывает разрушения и деформации обсадных труб, нарушения целостности цементного камня в зоне, прилегающей к интервалу перфорации, и ухудшения фильтрационных свойств пород продуктивного пласта, обеспечивая длительные сроки безводной добычи при введении в эксплуатацию продуктивных пластов малой толщины в сложных геолого-технических условиях.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Применение боковых сверлящих керноотборников на каротажной кабеле (Совместно, с М.Р.Мавлютовым, В.Б.Штуром, В.В.Прокши-ным, Г.Н.Филиди) // Нефтяное хозяйство, 34 4, 1981 г., с.59-62.

2. Некоторые результаты опытных работ по исследованию состояния стенок обсаженных скважин с помощью керноотборников на кабеле (Совместно с В.Б.Штурсц, В.В.Прокшиным, Г.Н.Филиди) // Сб.Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Уфа, 1982, с.102-108.

3. Технические средства и технология отбора образцов горных пород приборами на кабеле (Совместно с Г.Н.Филиди, В.В.Дроновым, В.В.Платоновым, А.И.Сорокиным)//Сб.Геофизические исследования разведочных скважин,бурящихся на нефть и газ. Недра, 1982, с.30-38.

- 2,44. Влияние метода вскрытия пласта после спуска колонны на качество, продуктивность и долговечность скважин (Совместно с Н.А.Плотниковым, Э.Ш.Сулеймановым, А.Г.Корженевским, Г.Н.Филиди, Р.Ш.Хайретдиновьщ, З.М.Ахметовым, Ш.Г.Киреевым, Р.Х.Галеевын) // Развитие геологоразведочных работ на территории деятельности нефтяников Татарии в Западной Сибири. Тез. докл. республ. конф. Альметьевск, 1986 г., с.74-83.

5. Применение сверлящих керноотборников в обсаженных скважинах (Совместно с Г.Н.Филиди) // Развитие геологоразведочных работ на территории деятельности нефтяников Татарии в Западной Сибири. Тез. докл. республ. конф. Альметьевск, 1986 г., с.83-84.

6. Сверлящие устройства для вскрытия пластов в обсаженных скважинах (Совместно с Р.Х.Галеевым, H.A.Плотниковым, Г.Н.Филиди) // Нефтяное хозяйство, № 2, 1987 г., с.57-61.

7. Опробование акустического двухчастотного метода контроля качества цементирования обсаженных скважин (Совместно с Ю.А.Гуто-ровым) // Нефтегазовая геология и геофизика, й 5,1988 г.,с.П-13.

8. A.c. 1506078 СССР Е 21 В УДК 622.245.42. Устройство для вскрытия обсадкой колонны / (Совместно с Г.Н.Филиди, А.А.Молчановым, Ю.А.Гуторовым, А.Г.Ахметшиным) // Б.И. JS 33, 1989.

9. А.с.1615353 СССР Е 21 В УДК 622.243.64. Боковой керноот-борник для обсаженных скважин / (Совместно с Г.Н.Филиди, М.Р.Мав-лютовым, В.В.Прокшиным) // Б.И. JS 47, 1990.

10. Применение сверлящих устройств на кабеле для вскрытия продуктивных пластов (Совместно с Г.Н.Филиди, В.Д.Клаузерон). // Техника и методика прострелочно-взрывных работ в скважинах. Тез. докл. Всесоюзного совещания. Ходыженск, 1988 г., с.54-55.

-2 5"-

11. Современное состояние разработки аппаратуры по отбору керна и сверлящей перфорации (Совместно с Г.Н.Филиди). // Использование геолого-геофизических методов при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых в Республике Башкортостан. Тез. докл. научно-практической- конф. геофизиков Башкортостана. Октябрьский, 1994 г., с.57.

12. Боковой отбор керна и сверлящая перфорация приборами на кабеле (Совместно с Г.Н.Филиди) // Тез.докл. Международной геофизической конф. и выставки. Санкт-Петербург, 1995 г.,том I, с.195.

Соискатель