Введение

При разработке трещиноватых нефтегазовых коллекторов на добывающих скважинах часто наблюдается резкий скачок обводненности продукции или аномальное изменение газового фактора. Это, как правило, является прямым признаком прорыва воды или газа.

1. Характеристика трещиноватых коллекторов

Трещиноватые коллекторы представляют собой резервуары с двойной пористостью, состоящие в основном из матричных блоков и естественных трещин: Матричные блоки обладают относительно высокой пористостью, но крайне низкой проницаемостью, выступая основным пространством скопления нефти. Естественные трещины, напротив, имеют крайне низкую пористость, но сверхвысокую проницаемость, являясь основными каналами миграции флюидов. При закачке воды или изменении пластового давления, поскольку проводимость сети трещин намного превышает проводимость матрицы, флюиды будут преимущественно фильтроваться по сети трещин.

2. Механизмы возникновения прорывов воды и газа

В основе прорывов воды и газа лежит тот факт, что флюиды используют высокую проницаемость трещин.

• Прорыв воды: Закачиваемая вода имеет тенденцию перемещаться по системам трещин с наименьшим гидравлическим сопротивлением. Когда чрезмерный перепад давления нагнетания провоцирует раскрытие микротрещин, вода по трещинам быстро прорывается к добывающей скважине, что приводит к появлению воды в продукции скважины. При этом остаточная нефть внутри матрицы не охватывается вытеснением, образуя застойные зоны (целики нефти).

• Прорыв газа: Газ обладает низкой вязкостью и высоким отношением подвижностей. Когда пластовое давление падает ниже давления насыщения, что приводит к выделению растворенного газа, или под воздействием гравитационной сегрегации, свободный газ быстро мигрирует в сводовые (повышенные) участки структуры или по микротрещинам, занимая каналы фильтрации жидкости.

  

3. Промысловые риски при добыче

Прорывы воды и газа не только влияют на объемы добычи нефти, но и наносят ущерб внутрискважинным системам механизированной добычи. Поступление большого объема свободного газа в цилиндр насоса увеличивает сжимаемость флюида. В таких условиях эксплуатации традиционное оборудование для механизированной добычи подвержено газовому блокированию, что приводит к резкому снижению КПД насоса или даже к полной невозможности откачки жидкости. В то же время прорыв воды часто сопровождается миграцией пластовых частиц (выносом песка) и притоком высокоминерализованной пластовой воды. Под эрозионным воздействием этих сложных флюидов традиционное подъемное оборудование крайне подвержено усталостному разрушению, а изменение условий смазки значительно усугубляет эксцентричный (односторонний) износ насосных штанг и труб (НКТ).

4. Решения в области технологии добычи нефти

Для решения проблем прорывов воды и газа в трещиноватых коллекторах, помимо применения таких методов разработки пластов, как выравнивание профиля приемистости и водоизоляция для контроля перетоков флюидов, в области технологии добычи необходимо внедрять системы механизированной добычи, способные работать в условиях высокого содержания газа, высокой обводненности и абразивной среды. Для таких сложных условий эксплуатации в настоящее время оптимизация оборудования может быть в основном сосредоточена на следующих двух направлениях:

Газостойкость цельнометаллических конструкций и адаптивность к многофазным средам: Использование таких ключевых компонентов, как цельнометаллические статоры и роторы, вместо традиционных конструкций с эластомерным статором, позволяет избежать проблем набухания, старения и ухудшения характеристик эластомеров, которые могут возникнуть под воздействием высоких температур, компонентов нефти и определенных газовых сред. Это повышает стабильность работы оборудования в сложных флюидных средах. В то же время принцип работы винтового насоса с непрерывными герметичными полостями обеспечивает присущую ему способность к перекачке газожидкостных смесей. В пределах допустимого газосодержания на приеме насоса это снижает влияние свободного газа на КПД насоса и стабильность подъема жидкости. В сочетании с рациональным контролем условий на приеме насоса и регулировкой зазора можно дополнительно смягчить проблемы газового влияния и внутренних утечек (проскальзывания) в условиях высокого газового фактора (ГФ), повышая адаптивность системы к колебаниям многофазного потока.

Динамическая регулировка зазора и защита от эксцентричного износа: В ответ на рост обводненности, увеличение выноса песка, ухудшение условий смазки и усиление механического износа, вызванных прорывами воды и газа, а также изменениями режимов эксплуатации, в скважинном насосе и системе штанг и труб (НКТ) могут быть установлены системы динамической регулировки зазора и компоненты для защиты от одностороннего износа. За счет регулировки критических рабочих зазоров насоса в соответствии с рабочими условиями можно в определенной степени компенсировать изменения зазоров и механический износ, возникающие в процессе эксплуатации. Это снижает влияние внутренних утечек, эксцентричного износа и абразивного истирания на КПД насоса и срок службы оборудования. Кроме того, путем оптимизации напряженного состояния и условий контакта между штангами и трубами можно снизить риск эксцентричного износа штанг и труб в наклонно-направленных, горизонтальных скважинах и в условиях повышенного износа. В конечном итоге это повышает долгосрочную стабильность работы системы механизированной добычи и способствует увеличению межремонтного периода (МРП) скважины.

5. Заключение

Прорыв воды и газа в трещиноватых коллекторах не является изолированным эксплуатационным сбоем, а представляет собой результат взаимодействия между неоднородностью пласта и миграцией флюидов. Это не только затрудняет извлечение остаточной нефти из матрицы, но и создает серьезные испытания для скважинного подъемного оборудования, такие как газовое блокирование и аномальный износ.

Следовательно, для борьбы с прорывами воды и газа необходимо придерживаться стратегии «интеграции пласта и добычи»: со стороны пласта необходимо использовать такие методы, как выравнивание профиля приемистости и водоизоляция, для блокирования преобладающих каналов фильтрации и повышения коэффициента охвата вытеснением; в то же время со стороны добычи необходимо модернизировать специальные технологии механизированной добычи, обладающие газостойкостью и износостойкостью, для адаптации к изменяющимся внутрискважинным флюидным условиям. Только одновременное применение регулирования потоков флюидов и модернизации скважинных технологий позволит эффективно снизить риски отказов, вызванные сложными условиями эксплуатации, и обеспечить долгосрочную и стабильную разработку трещиноватых нефтегазовых месторождений.