Обсадные трубы в нефтяных и газовых скважинах нужны для предотвращения обрушения горных пород. В них перфорируют каналы, чтобы обеспечить гидродинамическое соединение пласта со скважиной. Однако в результате этих работ может снижаться проницаемость прискважинной зоны пласта, а вместе с тем — и эффективность добычи нефти или газа. Самым безопасным и менее воздействующим на свойства горных пород признан струйно-абразивный метод перфорации. Ученые Пермского Политеха с помощью разработанной численной модели определи, как располагать щелевые каналы, чтобы сохранить проницаемость на начальном уровне.
Статья опубликована в журнале «Heliyon» в марте 2024 года. Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2023-0005).
Скважина представляет собой горную выработку цилиндрической формы, длина которой во много раз превышает ее диаметр. Для предотвращения обрушения горных пород в конструкции скважины предусматривают спуск обсадных труб на всем ее протяжении. Добыча углеводородов происходит из так называемых коллекторов — нефтегазосодержащих горных пород. Одним из коллекторских свойств является проницаемость, т.е. способность пропускать через себя флюиды (нефть, газ и воду) под действием перепада давления.
Для обеспечения гидродинамического соединения пласта со скважиной используются различные методы перфорации обсадных колонн. Однако такие скважины часто работают неудовлетворительно в процессе добычи. Во многом это обусловлено снижением проницаемости прискважинной зоны пласта в результате создающегося напряжения в продуктивной части горных пород в процессе перфорации обсадных колонн.
Ученые ПНИПУ изучили, как формирование и расположение щелевых каналов при перфорации влияет на проницаемость пород-коллекторов. Для исследования выбрали струйно-абразивную перфорацию, которая считается наиболее щадящим методом для сохранения начальной проницаемости горных пород. Это способ, при котором отверстия в обсадной колонне и цементном камне создаются с помощью высокоскоростных струй жидкости с добавлением мелких твердых частиц. В отличие от других видов перфорации, этот обладает наибольшей экологичностью и безопасностью, не допускает повреждений и деформации обсадной трубы и позволяет точно контролировать глубину и размер отверстий.
Политехники посредством численного и аналитического моделирования выяснили, что расстояние между структурами щелевых каналов не имеет значения, поскольку при стандартных схемах они слабо взаимодействуют друг с другом по высоте. Ученые установили, что наилучшей схемой их размещения является система из четырех отверстий, сдвинутых по длине скважины на высоту щелевого канала.
— Необходимо расположить щелевые каналы таким образом, чтобы их ориентация составляла угол 90 градусов относительно друг друга. Это позволит эффективно использовать площадь фильтрации в системе «скважина-пласт» и сохранить исходную проницаемость коллектора благодаря разгрузке от действующих напряжений, — пояснил Вадим Дерендяев, младший научный сотрудник кафедры «Нефтегазовые технологии» Пермского Политеха.
Помимо улучшенной связи «скважина-пласт», еще один положительный эффект предлагаемой технологии — возможность ориентировать каналы перфорации и за счет этого подготовить скважину к созданию условий для направленного гидроразрыва пласта коллекторов с учетом всех его особенностей для интенсификации добычи нефти и/или газа в будущем.
Разработанная учеными ПНИПУ численная модель и проведенные исследования применимы для строительства скважин и повышения эффективности их эксплуатации при разработке трудноизвлекаемых запасов.