Журнал SPE. Суреш Кумар Челлаппан и Фатма Аль-Энези, Кувейтская Нефтяная Компания (Kuwait Oil Company)

Исходный текст статьи

Первый опыт применения технологии Плазменно-импульсного воздействия в Кувейтской Нефтяной Компании с целью повышения продуктивности скважин

Суреш Кумар Челлаппан и Фатма Аль-Энези, Кувейтская Нефтяная Компания (Kuwait Oil Company); Хуссам А. Марафи, Амро Х. Биби и Василий Б. Еременко, Истерн Юнайтед Петролеум Сервисез (Eastern United Petroleum Services)

Аннотация

Технологии интенсификации притока широко применяются в нефтяной промышленности для повышения продуктивности или приемистости скважин. Технология Плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) – это особый метод интенсификации притока, при котором повышение добычи нефти достигается без нарушения эксплуатационных качеств пласта и без использования химических агентов. Технология ПИВ основывается на научных исследованиях в области геологии, петрофизики, теории взрыва, акустики, волновой теории и резонансной теории.

Скважина RA-000A была отобрана главным образом для обработки с помощью ПИВ очень плотного слоя SID2, которую иным способом трудно производить через обычную перфорацию, а также с целью достижения сопутствующего положительного воздействия на продуктивность соседней скважины RA-000B. Перед применением новой технологии была проведена перфорация трех интервалов; дебит до обработки – 196 баррелей нефти в сутки; обводненность – 90%; скважина была закрыта для повышения давления. Был проведен импульсно-нейтронный каротаж по сечению захвата, который показал, что из трех перфорированных интервалов, нижний слой пласта COAL2 UCH характеризуется очень высокой водонасыщенностью, верхний слой пласта COAL2 UCH – низкой водонасыщенностью, а COAL1 LCH почти сухой. Нижний слой пласта COAL2 UCH обладает очень хорошей проницаемостью и пористостью, тогда как порода COAL1 LCH среднего качества. Из-за очень высокой водонасыщенности пласта COAL 2 UCH, было принято решение его изолировать. Также было решено добавить слой SID, который характеризуется высокой плотностью, низкими пористостью и проницаемостью.

Для оценки потенциального дебита скважины после изоляции обводненного пласта и добавления слоя SID был проведен узловой анализ. Согласно модели оценки продуктивности, было подсчитано, что выбранный интервал будет производить от 800 до 1000 баррелей жидкости в сутки с коэффициентом продуктивности (КП) от 1 до 1,5 барр./сутки/пси.

После проведения успешной первой обработки скважины с помощью ПИВ в Кувейтской Нефтяной Компании, тест на газосодержание нефти, проведенный через месяц, показал устойчивый дебит в размере 1279 баррелей жидкости в сутки, 363 барреля нефти в сутки с КП 2,25 барр./сутки/пси, что в два раза больше прежнего КП. Благодаря ПИВ, добыча жидкости превысила предсказываемые объемы, прирост добычи нефти составил 167 баррелей в сутки, т.е. увеличение на 85% от начального дебита нефти. Помимо этого, сразу после обработки с помощью ПИВ давление на приеме в соседней скважине RA-000B, находящейся на расстоянии 400 метров от обрабатываемой скважины, увеличилось на 81 пси. Планируется проведение обработки методом ПИВ и на других скважинах, в том числе без использования буровой установки.

Введение

Технологии интенсификации притока широко применяются в нефтяной промышленности для повышения продуктивности или приемистости скважин. Технология Плазменно-импульсного воздействия (ПИВ) – это особый метод интенсификации притока, при котором повышение добычи нефти достигается без нарушения эксплуатационных качеств пласта и без использования химических агентов. Технология ПИВ основывается на научных исследованиях в области геологии, петрофизики, теории взрыва, акустики, волновой теории и резонансной теории. Технология Плазменно-импульсного воздействия кардинально отличается от традиционных методов воздействия на пласт и ГРП. Технология Плазменно-импульсного воздействия успешно применяется в Кувейтской Нефтяной Компании для интенсификации притока, повышения продуктивности и приемистости нефтяных и газовых скважин (Рис. 1). Оборудование ПИВ обладает следующими техническими характеристиками и возможностями:

• Глубина скважины — до 13000 футов
• Температура на забое — 200°F
• Энергопотребление — 1,5 кДж
• Внешний диаметр — 4,02 дюйма
• Длина оборудования — 8,9 футов
• Напряжение — 220 В / 50 Гц
• Входная мощность — 500 ватт

Рис. 1 – Обработка с помощью Технологии Плазменно-импульсного воздействия

Технология ПИВ применяется с целью:

• повышения нефтеотдачи пластов;
• запуска скважины на стадии разработки;
• увеличения приемистости нагнетательных скважин;
• восстановления дебита или реабилитации скважины после снижения эффекта от ГРП;
• перераспределения профиля приемистости скважины.

Технология Плазменно-импульсного воздействия (ПИВ)

Оборудование ПИВ создает контролируемую плазменную дугу внутри пласта, при этом за долю секунды выделяется огромное количество тепла с последующей высокоскоростной гидравлической импульсной волной, силы которой достаточно, чтобы удалить отложения, закупоривающие зону перфорации, без вреда для стальных конструкций. Помимо этого, серия импульсных волн/колебаний проникает глубоко в пласт, вызывая образование микротрещин в породе, тем самым повышая проницаемость коллектора.

Плазменно-импульсное воздействие является экологически безопасной технологией, позволяющей добиться устойчивого повышения продуктивности/приемистости добывающих/нагнетательных скважин. Генератор ПИВ очищает интервалы перфорации и изменяет эксплуатационные характеристики скважин, устраняя повреждения призабойной зоны пласта при одновременном повышении подвижности углеводородов в коллекторе. Эффект от очистки призабойной зоны, повышения относительной подвижности нефти, а также генерации упругих колебаний и их резонансного взаимодействия сохраняется и после проведения обработки скважины с помощью ПИВ, поддерживая тем самым повышенную продуктивность скважины на срок до двенадцати месяцев и более. Генерируемые внутри пласта резонансные колебания приводят к очистке существующих и созданию новых фильтрационных каналов на расстоянии более 1500 метров от точки инициирования Плазменно-импульсного воздействия. Помимо вышеназванного широкомасштабного действия, ПИВ также позволяет решить ряд локальных проблем, таких как недостаточное дренирование скважины, благодаря тому, что парафин, асфальтены, и прочие отложения удаляются под воздействием плазмы. Технология ПИВ может применяться в вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважинах с использованием соответствующих способов транспортировки оборудования.

Техника проведения ПИВ очень проста, обработка может быть проведена в короткие сроки:

• Генератор ПИВ размещается напротив интервала перфорации;
• Инициируется взрыв металлического проводника, происходит образование плазмы, сопровождаемое скачком уплотнения;
• Возникшая ударная волна через перфорационные каналы проникает в область питания скважины и далее в пласт, стимулируя упругие колебания;
• Охлаждение плазмы и чрезмерно высокое пластовое давление приводят к выносу кольматанта в зумпф скважины, а ударная волна переходит в объемные упругие колебания.

Отбор скважин-кандидатов и проведение работ

Скважина RA-000A расположена в северо-восточной части месторождения в коллекторе Lower Burgan (LB) (Рис. 2). Структура Lower Burgan представляет собой антиклиналь с двойным погружением. В коллекторе Lower Burgan выделяются две части с различными режимами давления/потока, разделенные литостратиграфической единицей, LBLSID4. Нижняя часть называется Massive (Массивная/Цельная) или LBM, а вышележащая – Layered (Слоистая) или LBL. Массивная часть состоит из песчаника, от плотного среднезернистого до крупнозернистого хорошо отсортированного. Многослойная часть состоит из сравнительно низкого по качеству песка со сланцевыми пропластками. 

Рис. 2 Структурная карта с обозначением скважин-кандидатов

Песчаниковая толща Слоистой части Lower Burgan характеризуется значительной неоднородностью по площади и по разрезу. Этот участок сменяется первым обширным боковым слоем из осадочных горных пород морского происхождения (LBL SID4), соединенным с подводными песчаниками. Этот слой обладает как проградационными, так и ретроградационными элементами. Морской залив перекрыт другой толщей, в которой преобладают канальные песчаные тела (LBL COAL 1&2). По мере напластования этой части сложилась эстуариевая система, подобная тем, что описаны выше. Оставшийся участок Lower Burgan (LBL SID1 2&3) представляет собой ретроградационную толщу подводных песчаников с единично сохранившимися небольшими канальными песчаниками, сформировавшимися в условиях относительного падения уровня моря. Данный участок сменяется толщей напластанных проградационных осадочных пород морского происхождения (Middle Burgan), (Рис. 3).

Рис. 3 Петрофизические свойства с обозначением интервалов перфорации

Изначально эксплуатация скважины RA-000A осуществлялась посредством перфорации высокопроницаемых пластов COAL 2UCH & LCH и COAL 1. Из-за минимальной разницы давления между пластами, была произведена перфорация всех трех пластов, и добыча велась из всех трех пластов одновременно. Суммарная добыча нефти из трех перфорированных интервалов составила примерно 2 млн. баррелей. Согласно последним данным перед проведением обработки с помощью ПИВ, скважина производила 196 баррелей нефти в сутки, при этом уровень обводненности составлял 90%, из-за чего скважина и была закрыта. Для определения нефте- и водонасыщенности каждого из пластов был проведен послойный импульсно-нейтронный каротаж по сечению захвата. Благодаря высокой минерализации пластовых вод (около 220000 промилле), импульсно-нейтронный каротаж является очень эффективным способом для определения флюидонасыщенности. Исследование показало, что из трех перфорированных интервалов, нижний слой пласта COAL2 UCH характеризуется очень высокой водонасыщенностью, верхний слой пласта COAL2 UCH – низкой водонасыщенностью, а COAL1 LCH почти сухой. Нижний слой пласта COAL2 UCH обладает очень хорошими проницаемостью и пористостью, тогда как порода COAL1 LCH среднего качества.

Для повышения продуктивности скважины, в процессе капитального ремонта с использованием буровой установки было принято решение добавить слой LBL SID3 и затем провести обработку с помощью ПИВ. По сравнению с LBL COAL 1&2, LBL SID3 обладает очень высокой плотностью, низкой пористостью и низкой проницаемостью. Из-за разницы в давлении и проницаемости пластов COAL и SID они не были объединены. В данном случае было решено их объединить, обеспечив при этом снижение уровня воды в скважине с помощью УЭЦН (Установки электрического центробежного насоса). Из-за различий между слоями с точки зрения их петрофизических свойств, было решено проводить обработку с различной интенсивностью воздействия. Соответственно, была проведена высокоинтенсивная обработка плазменными импульсами слоя SID3, тогда как слои LBL были обработаны с относительно низкой интенсивностью. Основной целью было извлечение из плотного слоя SID нефти, которая не может быть добыта или которая является трудноизвлекаемой с помощью традиционных технологий, а также повышение продуктивности путем удаления отложений, при их наличии, в поверхностных слоях LBL COAL. Другая сопутствующая цель обработки заключалась в положительном воздействии на продуктивность соседней скважины RA-000B, которая находится всего в 400 метрах от обрабатываемой скважины.

Модель оценки продуктивности – до и после ПИВ

Модель оценки продуктивности была построена с учетом объемов добычи из двух имеющихся и одного добавленного интервала SID. Контрольные испытания для определения эксплуатационных характеристик проводились на основе анализа флюида из скважины RA-000A. Для расчета коэффициента продуктивности (КП) скважины использовались измерения статического забойного давления перед проведением обработки с помощью ПИВ. Анализ чувствительности был выполнен с учетом различных фильтрационно-емкостных параметров. Согласно узловому анализу, производительность скважины варьировалась в пределах от 800 до 1000 баррелей жидкости в сутки с КП от 1 до 1,5 барр./сутки/пси (Рис. 4).

Рис. 4 Модель оценки продуктивности – до и после ПИВ

После успешного выполнения обработки, во время первоначального тестирования скважины было добыто 1408 баррелей жидкости в день, уровень обводненность составил 62%. Последующее тестирование скважины, проведенное по истечении месяца, показало, что дебит скважины стабилизировался на уровне 1279 баррелей жидкости в день, уровень обводненности составил 71%. Фактические объемы добычи жидкости и нефти, достигнутые после проведения обработки скважины с помощью ПИВ превысили значения, предсказываемые моделью оценки продуктивности. Фактический КП, достигнутый после проведения обработки, составил около 2,25 барр./день/пси, что практически вдвое больше прежних расчетных значений КП – от 1 до 1,5 барр./день/пси. Фактический уровень обводненности после проведения ПИВ оказался выше ожидаемых показателей. Поскольку в скважине с УЭЦН отсутствует компоновка труб для спуска в скважину каротажных приборов при спущенном ЭЦН, проведение геолого-технических мероприятий для определения источника воды не представляется возможным.

До обработки из скважины RA-000A добывалось около 196 баррелей нефти в сутки, после проведения ПИВ скважина стабильно производит около 363 баррелей нефти в сутки. Благодаря ПИВ прирост добычи нефти составил 167 баррелей в сутки, т.е. увеличение на 85% от начального дебита нефти. В приведенной ниже Таблице 1 показаны результаты теста на газосодержание нефти до и после выполнения обработки с помощью ПИВ.

Воздействие ПИВ на соседние скважины

Ожидалось, что на соседние скважины, находящиеся в пределах 1 км от RA-000A, ПИВ окажет положительное воздействие. Скважина RA-000B находится на расстоянии 400 метров от RA-000A, обе скважины с УЭЦН и перфорированы в тех же слоях. После ПИВ наблюдалось увеличение давления на приеме на 81 пси (Рис. 5), при этом обводненность снизилась с 48% до 38%.

Рис. 5 Увеличение давления на приеме в соседней скважине RA-000B

Корреляция каротажных диаграмм показывает, что мощность песчаника, интервалы перфорации и уровни обводненности обеих скважин практически одинаковы (Рис 6).

Рис. 6 – Корреляция каротажных диаграмм скважин RA-OOOA и RA-OOOB

Снижение обводненности связано с тем, что ПИВ проводилось только в слоях SID2 и COAL1 LCH, тогда как высоководонасыщенный слой COAL2 UCH обработке не подвергался. В Таблице 2 показано воздействие  на соседнюю скважину RA-OOOB, сопутствующее обработке, проводимой на скважине RA-OOOA.

Таблица 2 Промысловые данные соседней скважины: до и после ПИВ

Заключение и дальнейшие планы

• Плазменно-импульсное воздействие (ПИВ) является экологически безопасной технологией, позволяющей добиться устойчивого повышения продуктивности/приемистости добывающих/нагнетательных скважин.
• Генератор ПИВ очищает интервалы перфорации и изменяет эксплуатационные характеристики скважин, устраняя повреждения призабойной зоны пласта при одновременном повышении подвижности углеводородов в коллекторе.
• Первая тестовая обработка с помощью ПИВ была успешно проведена в Кувейте на скважине RA-000A.
• Коэффициент продуктивности тестируемой скважины увеличился с 1,5 до 2,25 барр./день/пси.
• Обработка с помощью ПИВ оказала положительное воздействие на соседнюю скважину RA-000B, (находящуюся на расстоянии 400 метров от обрабатываемой скважины): давление на приеме увеличилось на  81 пси, уровень обводненности снизился на 10%.
• Обработка может быть проведена в короткие сроки, эффект от обработки виден сразу же.
• Планируется применение технологии ПИВ на других добывающих и нагнетательных скважинах с целью подтверждения ее эффективности.
• Планируется тестовая обработка скважины с помощью тонкокорпусного прибора ПИВ без использования буровой установки и его дальнейшее применение для обработки горизонтальных скважин.

Список литературы

1. Проф. A.A. Молчанов, Проф. П.Г. Агеев. Плазменно-импульсное воздействие на нефтяную залежь как на многофакторную динамическую диссипативную систему. Геолого-геофизический журнал «Каротажник», № 200, Тверь, 2011 г.
2. Проф. A.A. Молчанов, Проф. П.Г. Агеев. Новая эффективная технология ускоренного освоения нефтяных скважин. Журнал «Oil & Gas Eurasia», № 7/8, 2009 г.
3. Вежнин С.А., Нечаев В.К. Применение технологии Плазменно-импульсного воздействия для выравнивания профиля приемистости. Журнал «Нефтяное хозяйство», № 5, 2010 г.
4. Меморандум Кувейтской Нефтяной Компании. Проведение Плазменно-импульсного воздействия на скважине RA-000A компанией Eastern United Petroleum Services. Апрель, 2014 г.
5. Меморандум Кувейтской Нефтяной Компании. Проведение Плазменно-импульсного воздействия на нагнетательной скважине BG-000X. Сентябрь, 2014 г.

Благодарность

Мы благодарим TL RA (FDNK) и менеджера FD (NK) за их поддержку в процессе изучения технологии. Мы также с признательностью хотели бы отметить  тот вклад, который инженеры-нефтяники FD (RA) Хассан Мохаммед Омар и Моутеа Аль Мутаири внесли в успешное проведение работ по обработке скважины с помощью Плазменно-импульсного воздействия, и поблагодарить их за проделанную работу.

Журнал SPE