ukasz Habera, Antoni Frodyma ZABIEG PERFORACJI OTWORU WIERTNICZEGO JAKO CZYNNIK ODDZIA UJ CY NA WIELKOŒÆ SKIN-EFEKTU

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ukasz Habera*, Antoni Frodyma* ZABIEG PERFORACJI OTWORU WIERTNICZEGO JAKO CZYNNIK ODDZIA UJ CY NA WIELKOŒÆ SKIN-EFEKTU"

Tadeusz Romanowski
8 lat temu
Przeglądów:

1 WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 25 ZESZYT ukasz Habera*, Antoni Frodyma* ZABIEG PERFORACJI OTWORU WIERTNICZEGO JAKO CZYNNIK ODDZIA UJ CY NA WIELKOŒÆ SKIN-EFEKTU 1. WPROWADZENIE Ka dy zarurowany odwiert musi byæ sperforowany by zapewniæ komunikacjê pomiêdzy otworem a ska³¹ zbiornikow¹ (rys. 1). Perforacja sama w sobie jako fizyczna ingerencja w macierz skaln¹ powoduje zaburzenie przep³ywu p³ynu generuj¹c dodatkowy spadek ciœnienia w odwiercie. Zjawisko to nazwano perforacyjnym wspó³czynnikiem skin-efektu. Koniecznoœæ sformu³owania wspó³czynnika skin-efektu wynik³a z rozbie noœci w rzeczywistej iloœci eksploatowanego p³ynu, a wielkoœciami wyliczanymi na drodze analitycznej, przy za³o eniu tych samych parametrów. Wspó³czynnik skin-efektu s³u y zatem jako poprawka na ró ne zjawiska zachodz¹ce w strefie przyodwiertowej, które pogarszaj¹ lub polepszaj¹ przewodnoœæ hydrauliczn¹, rzutuj¹c tym samym na produktywnoœæ (ch³onnoœæ) odwiertu. Ca³kowity wspó³czynnik skin-efektu dla danego odwiertu, to suma algebraiczna poszczególnych pseudosk³adników skinu reprezentuj¹cych ró ne przyczyny pogorszenia przepuszczalnoœci. Odwierty ropne i gazowe mog¹ byæ otoczone stref¹ o zmniejszonej przepuszczalnoœci, co jest spowodowane wdzieraniem siê p³uczki, cementu, osadu p³uczkowego i cz¹stek sta³ych w g³¹b formacji skalnej, powoduj¹c dodatkowy spadek ciœnienia. Wp³yw tego zjawiska na pogorszenie przepuszczalnoœci formacji skalnej w strefie przyodwiertowej powsta³y na skutek wiercenia, eksploatacji i operacji stymuluj¹cych przep³yw nazwano skin-efektem mechanicznym. W sk³ad ca³oœciowego wspó³czynnika skin-efektu zalicza siê tak e wp³yw geometrii odwiertu, czyli wszelkie odstêpstwa od idealnie pionowego otworu (np. odwiert pochy³y i poziomy). Równie zmiany fazowe p³ynu z³o owego znalaz³y odzwierciedlenie we wspó³czynniku skinu. W przypadku gdy przep³yw wielofazowy wzmaga siê w strefie przyotworowej (gdy np. gaz uwalnia siê z fazy ciek³ej lub gdy z gazu kondensatowego wykrapla siê p³yn) wówczas wp³yw tego zjawiska na produktywnoœæ odwiertu wyra amy poprzez pseudowspó³czynnik wielofazowego skin-efektu. * Zak³ad Techniki Strzelniczej Instytutu Nafty i Gazu, Kraków 305

Perforacja sama w sobie jako fizyczna ingerencja w macierz skaln¹ powoduje zaburzenie przep³ywu p³ynu generuj¹c dodatkowy spadek ciœnienia w odwiercie.

2 a) b) Rys. 1. Schemat sperforowanego otworu wiertniczego (a) oraz przekrój kana³u perforacyjnego wraz z otaczaj¹c¹ go stref¹ uszkodzon¹ spowodowan¹ pracami wiertniczymi i eksploatacyjnymi (b) 2. PARAMETRY PERFORACYJNE WP YWAJ CE NA SKIN-EFEKT Prawid³owe i d³ugoterminowe dzia³anie odwiertu w znacznej mierze zdeterminowane jest sposobem sperforowania jego ok³adziny otworu, czyli odpowiednim dobraniem kluczowych parametrów perforacji. Zasadniczo mo na wyró niæ trzy grupy parametrów, które w odmienny sposób wp³ywaj¹ na produktywnoœæ odwiertu, a tym samym na wielkoœæ skin-efektu: 1) parametry geometryczne: g³êbokoœæ kana³u perforacyjnego L p, promieñ kana³u perforacyjnego r p, odleg³oœæ pomiêdzy perforacjami Δz, k¹t fazowania φ; 2) parametry charakteryzuj¹ce rodzaj udostêpnienia z³o a: perforacja ca³ego poziomu produktywnego, perforacja selektywna, perforacja interwa³owa; 3) parametry fizyczne wykonania zabiegu: przy podciœnieniu (underbalance), oraz przy nadciœnieniu (overbalance). W pracy tej scharakteryzowane zostan¹ czynniki geometryczne grupy pierwszej. 3. D UGOŒÆ KANA U PERFORACYJNEGO Jednym z istotniejszych celów zabiegu perforacji jest wykonanie dostatecznie d³ugiego, jednorodnego, co do kszta³tu i wolnego od zanieczyszczeñ podetonacyjnych, kana³u perforacyjnego. Choæ w rzeczywistoœci trudno jest sprawdziæ, jakie powsta³y otwory perforacyjne w wyniku przeprowadzonego zabiegu, to badania laboratoryjne wykonane na rdzeniach skalnych w warunkach ciœnienia i temperatury odpowiadaj¹cych warunkom z³o owym, jednoznacznie pokazuj¹ zale noœæ g³êbokoœci kana³u perforacyjnego i produktywnoœci odwiertu, co zosta³o zilustrowane na rysunku 2. Wykres ten przedstawia zestawione dane po- 306

dobraniem kluczowych parametrów perforacji.

3 miarowe, wykazuj¹ce zdecydowany wzrost produktywnoœci odwiertu wraz ze wzrastaj¹c¹ g³êbokoœci¹ kana³u perforacyjnego. Wykres na rysunku 2 dostarcza równie informacji, jak zmienia siê produktywnoœæ odwiertu wraz ze zmian¹ liczby wykonanych otworów perforacyjnych na jednostkê d³ugoœci odpowiednio 8, 12, 16 strza³ów na stopê (24, 36, 48 strza³ów na metr). Szerzej o tym zagadnieniu w dalszej czêœci artyku³u. Rys. 2. Wp³yw g³êbokoœci kana³u perforacyjnego na produktywnoœæ odwiertu. n p liczba strza³ów na stopê, odpowiednio 24, 36, 48 strza³ów/metr, linia ci¹g³a przedstawia wyniki obliczeñ uzyskane metod¹ zaproponowan¹ przez Karakas-Tariq (1991), linia przerywana pokazuje wyniki symulacji z wykorzystaniem pakietu SPAN 6.11 Rys. 3. Wp³yw g³êbokoœci kana³u perforacyjnego na skin-efekt Efektywnie przeprowadzony zabieg perforacji, zapewniaj¹cy g³êboko penetruj¹ce kana³y obni a wspó³czynnik skin-efektu. Charakterystykê tego zjawiska obrazuje rysunek 3 przestawiaj¹cy zale noœæ bezwymiarowego wspó³czynnika skin-efektu i g³êbokoœci kana³u 307

stopê (24, 36, 48 strza³ów na metr). Szerzej o tym zagadnieniu w dalszej czêœci artyku³u. Rys. 2. Wp³yw g³êbokoœci kana³u perforacyjnego na produktywnoœæ odwiertu.

4 perforacyjnego wyra onego w calach. Dane zawarte na wykresie przedstawiaj¹ wyniki obliczeñ skin-efektu za pomoc¹ czterech ró nych metod analitycznych (Karakas-Tariq, 3D, Mc Leod, Hybrid), jak równie rezultaty symulacji komputerowej (SPAN 6.0 i SPAN 6.11). Kluczowe za³o enia w powy szej symulacji to w pe³ni sperforowany horyzont produktywny i gêstoœæ perforacji cztery strza³y na stopê (12 strza³ów na metr). 4. GÊSTOŒÆ ROZMIESZCZENIA OTWORÓW PERFORACYJNYCH Wspó³czesne konstrukcje perforatorów pozwalaj¹ na bardzo ró norodne rozlokowanie ³adunków wybuchowych wewn¹trz swojego korpusu. W³aœciwy dobór gêstoœci strza³ów jest bardzo istotny z uwagi na korzyœci, jakie mo e przynieœæ w postaci intensywnie spenetrowanego horyzontu produktywnego, jak równie nios¹cych ze sob¹ zagro eñ choæby w postaci nadmiernego uszkodzenia formacji skalnej. Rysunek 4 ilustruje produktywnoœæ odwiertu w funkcji ró nej gêstoœci perforacji. Mo na zauwa yæ wyra on¹ tendencjê do zwiêkszania produktywnoœci odwiertu wraz ze zwiêkszeniem liczby strza³ów na jednostkê d³ugoœci. Wykres pokazuje, i przy wykonaniu 1 lub 2 otworów perforacyjnych na stopê (3 6 otworów na metr) skin-efekt jest silnie dodatni i powoduje nisk¹ produktywnoœæ odwiertu. Przy zwiêkszeniu iloœci perforacji do oko³o 4 kana³ów na stopê (12 otworów na metr) produktywnoœæ odwiertu równa jest jednoœci. Oznacza to, e wydatek eksploatowanego p³ynu z³o owego przy rzeczywistym gradiencie ciœnienia równa siê wielkoœci wyliczonej analitycznie dla tych samych warunków z³o owych i geometrii odwiertu. Oznacza to równie, e wspó³czynnik skin-efektu wynosi zero. Obserwuj¹c poni szy wykres, nale y zauwa yæ, i dalsze zwiêkszanie iloœci perforacji nie wp³ywa znacz¹co na poprawê produktywnoœci odwiertu. Rys. 4. Produktywnoœæ odwiertu w funkcji gêstoœci strza³ów 5. K T FAZOWY OTWORÓW PERFORACYJNYCH Elementem geometrycznym technologii perforacji silnie wp³ywaj¹cym na wielkoœæ skin-efektu jest k¹t fazowy rozmieszczenia otworów. Równie na rysunku 4 obserwujemy, jak k¹t fazowy, czyli przesuniêcie miêdzy ³adunkami kumulacyjnymi wyra one miar¹ k¹to- 308

(SPAN 6.0 i SPAN 6.11). Kluczowe za³o enia w powy szej symulacji to w pe³ni sperforowany horyzont produktywny i gêstoœæ perforacji cztery strza³y na stopê (12 strza³ów na metr). 4.

5 w¹, wp³ywa na produktywnoœæ odwiertu. Przy fazowaniu 360 o (w literaturze równie oznaczane 0 o ) otwory perforacyjne znajduj¹ siê jeden pod drugim, co skutkuje du ¹ wartoœci¹ wspó³czynnika skin-efektu. Znacznie lepsze rezultaty i zmniejszenie wspó³czynnika skinefektu uzyskuje siê przy fazowaniu 180 o. Ten rodzaj fazowego rozmieszczenia ³adunków pozwala osi¹gn¹æ zerow¹ wartoœæ wspó³czynnika skin-efektu i jak pokazuje rysunek 4 mo liwe jest uzyskanie produktywnoœci odwiertu przekraczaj¹ce wartoœæ jednoœci. Dla rozpatrywanego przypadku dalsze zacieœnienie k¹ta fazowania do wartoœci 90 o nie przynosi ju tak dobrych rezultatów. Przyk³adowe konfiguracje geometrycznego roz³o enia ³adunków kierunkowych pokazuje rysunek 5. Rys. 5. k¹t fazowy i gêstoœæ rozlokowania ³adunków kierunkowych 6. PODSUMOWANIE Wspó³czynnik skin-efektu, odzwierciedlaj¹cy zmniejszenie przepuszczalnoœci w strefie przyodwiertowej spowodowanej m.in. pracami wiertniczymi i eksploatacyjnymi, jest silne zale ny od sposobu i efektywnoœci zabiegu perforacji odwiertu. W³aœciwy dobór parametrów geometrycznych perforatora mo e zapewniæ bardzo zadawalaj¹ce rezultaty w postaci niskiej wartoœci wspó³czynnika skin-efektu i wysokiej produktywnoœci odwiertu. Wykonanie d³ugich kana³ów perforacyjnych siêgaj¹cych g³êboko w formacjê skaln¹, odpowiednio rozlokowanych w przesuniêciu fazowym, oraz jednorodnie rozmieszczonych wzd³u ca³ego poziomu produktywnego, sprzyja obni eniu wspó³czynnika skin-efektu, a tym samym pozytywnie wp³ywa na ekonomiczn¹ stronê przedsiêwziêcia. 309

Znacznie lepsze rezultaty i zmniejszenie wspó³czynnika skinefektu uzyskuje siê przy fazowaniu 180 o.

6 LITERATURA [1] Jacques Hagoort: An Analytical model for predicting the productivity of perforated wells. Journal of Petroleum Science and Engineering, 56 (2007), [2] Yildiz Turhan: Assessment of total skin factor in perforated wells. SPE 82249, przedstawiony na European Formation Damage Conference, The Hague, maja 2003 [3] Behrmann L.A., Pucknell J.K., Bishop S.R., Hsia T.-Y.: Measurement of Additional SkinResulting from Perforation Damage. Paper SPE 22809, przedstawiony na SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Dallas, Texas, USA, 6 9 paÿdziernika 1991 [4] Pucknell J.K., Behrmann L.A.: An Investigation of the Damaged Zone Created by Perforating. Paper SPE 22811, przedstawiony na SPE Annual Technical Conference and Exhibition, Dallas, Texas, USA, 6 9 paÿdziernika 1991 [5] Frodyma A., Griesgraber K.: Zjawiska dynamiczne zachodz¹ce we wczesnym okresie perforacji wykonywanej przy podciœnieniu. Nafta-Gaz, nr 4/2007 [6] Szostak L., Chrz¹szcz W.: Naftowa In ynieria Z³o owa. Kraków,

SPE 82249, przedstawiony na European Formation Damage Conference, The Hague, 13 14 maja 2003 [3] Behrmann L.A., Pucknell J.K., Bishop S.R., Hsia T.-Y.

Podobne dokumenty

Jerzy Stopa, Stanis³aw Rychlicki, Pawe³ Wojnarowski* ZASTOSOWANIE ODWIERTÓW MULTILATERALNYCH NA Z O ACH ROPY NAFTOWEJ W PÓ NEJ FAZIE EKSPLOATACJI

WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 24 ZESZYT 1 2007 Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Pawe³ Wojnarowski* ZASTOSOWANIE ODWIERTÓW MULTILATERALNYCH NA Z O ACH ROPY NAFTOWEJ W PÓ NEJ FAZIE EKSPLOATACJI 1. WPROWADZENIE