Противопесочные гравийные фильтры: решение проблемы добычи нефти из слабосцементированных коллекторов пластов ПК
Пресс-служба ООО «Камский кабель» Существенная доля мировых запасов нефти и газа приходится на продуктивные пласты с низкими прочностными свойствами вскрываемого коллектора, которые подвержены разрушению при разработке. Основные проблемы с которыми сталкивается недропользователь при разработке пластов группы ПК, с низкими прочностными свойствами, является сам процесс строительства скважины и обеспечение длительного срока ее эксплуатации.
Рис. 1. Кумулятивная кривая гранулометрического состава одного из месторождений пласта ПК1-2.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
Разрез представлен Покурской свитой (K1а2-К2al-s), сложен неравномерным переслаиванием песков, слабосцементированных песчаников, глин алевритистых до алевритовых, глинистых известняков. Накопление этой части свиты происходило в условиях морских и прибрежно-континентальных фаций. К покурской свите приурочена самая крупная нефтегазовая залежь ПК1-2. Толщина покурской свиты составляет 689-780 м. Гранулометрический состав представлен в большей степени мелкими фракциями 63,8% менее 44мкм. (Рис.1). Прибрежно - континентальный характер отложений пласта ПК1-2. обуславливает высокую изменчивость его свойств:- Слабосцементированный продуктивный горизонт, представленный сложным геологическим разрезом с высоким содержанием взвешенных частиц в добываемом флюиде;
- Высокая вязкость нефти варьирует по площади от 80 до 823 сПз, в зависимости от газосодержания проб;
- Мощная газовая шапка;
- Давление насыщения соответствует пластовому давлению на ГНК;
- Недостаточная изученность залежи, по площади.
Наиболее сопоставимыми месторождениями являются Северо Комсомольское, Восточно - Мессояхское , Ван - Еганское, Русское.
Заканчивание, подобного рода осложненных скважин, подразумевает под собой, применение технологии гравийной набивки (матрица выбора типа заканчивания Тиффина - SPE 39437, D.Tiffin, 1998г), которая в условиях санкций и ухода иностранных компаний с рынка, практически не реализуема, либо же строительство скважины не рентабельно.
Альтернативным решением было предложено использование фильтров с предустановленной гравийной набивкой. Предполагается, что данное решение в отличии от технологии гравийной набивки позволит:
- Уменьшить цикл строительства скважин.
- Не ограничивать длину горизонта до 500м.
- Осуществить сегментирование горизонтального участка, набухающими пакерами.
- Отказаться от привлечения дополнительной техники (флотов ГРП).
- Увеличить межремонтный период подъемного оборудования.
- Сократить время по подготовке скважинной продукции.
- Снизить стоимость заканчивания скважины.
- Исключить вероятность пустых зон в гравийном слое.
- Минимизировать риски обрушения породы при установке.
- Увеличить коэффициент извлечения нефти.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Типовые противопесочные фильтры используют принцип, при котором песок меньшего размера оседает на накопленном песке большего размера, что позволяет отделить пластовый флюид от песка, обеспечивая более чистую добычу (Рис.2). 
Рис. 2. Формирование фильтрационной песчаной пачки на проволочном фильтре.
Формирование такой системы фильтрации - это длительный и нестабильный процесс, на который влияют: изменение давления; изменение расхода; сопротивление течения жидкости. Во время каждой дестабилизации системы песок начинает двигаться вместе с добываемой жидкостью, разрушая фильтрующий элемент, что приводит к увеличению зазоров в фильтре и еще большей нестабильности системы (Рис.3).
Рис.3. Эрозийный износ проволочного фильтрующего элемента
Типовые скважинные фильтры эффективно задерживают песок, но они крайне нестабильны в условиях меняющихся скважинных условиях, что ограничивает срок их службы. Для обеспечения стабильной работы фильтра в условиях изменения давления и расхода предложено установить дополнительный фильтрующий слой из гравия на заводе при изготовлении фильтра. Качественные характеристики гравийного слоя подобраны по специальной методике, разработанной на базе европейских стандартов таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение качества фильтрации и проницаемости фильтра в скважинных условиях. 
Рис. 4. Наполнитель гравийного фильтра
Наполнителем для гравийного фильтра могут служить пропант, подготовленный кварцевый песок или керамика с определенным набором свойств (Рис.4):
- Размер и форма зерен;
- Допустимое количество примесей;
- Кислотная растворимость;
- Выдерживаемое давление.
ТЕСТИРОВАНИЕ
Тестирование образцов фильтра (купонов, Рис.5) проводилось в Институте нефти и газа им. М.С. Гуцериева на модифицированной установке для оценки влияния технологических жидкостей на фильтрационные свойства призабойной зоны пласта (Рис.6).
Рис.5.Испытательные купоны составного гравийного фильтра
Рис.6. Установка для оценки влияния технологических жидкостей на фильтрационные свойства призабойной зоны пласта
Условия эксперимента были максимально приближены к пластовым условиям. Эксперимент позволил выстроить зависимость изменения перепада давления и объемной скорости фильтрации от удельного объема прокачиваемой жидкости при фильтрации жидкости через песчаную пачку и составной фильтр (Рис.7.).
Рис.7. Результаты проведения экспериментов
После стабилизации системы видимый вынос частиц отсутствует (Рис.8).
Рис.8. Отобранные образцы профильтрованной жидкости через песчаную пачку и составной фильтр
В результате нескольких тестов с учетом дестабилизаций системы, общий вынос песка при испытаниях был значительно ниже, чем в существующих скважинах. Оптимальное значение перепада давления при котором удельный объем прокачиваемой жидкости стабилизируется, составило 4-6 МПа. Значимого засорения фильтров не произошло.
Рис. 9. Вид песчаной пачки, извлеченной из рабочей камеры.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Многолетний опыт позволил компании Русвельт эффективно наладить производство гравийных фильтров, что является сложным процессом, состоящим из нескольких ключевых этапов. Входной контроль и проверка качества исходных материалов являются первым шагом в этом процессе. Затем следует перфорация и очистка базовой трубы, которая служит основой для дальнейшего монтажа фильтрующих элементов. На следующем этапе происходит намотка проволочного фильтрующего элемента, которые будут играть ключевую роль в процессе фильтрации и удержании гравия. Далее следуют различные сборочно-сварочные работы, необходимые для создания надежной и прочной конструкции фильтра. Важным этапом является засыпка гравийного слоя и его уплотнение, что обеспечивает долгий срок службы и эффективную фильтрацию добываемого флюида (Рис.10). В заключение, выполняются дополнительные операции, такие как тестирование, консервация, упаковка и оформление документации, чтобы готовый продукт полностью соответствовал высоким стандартам качества ГОСТ Р ИСО 9001-2015 (ISО 9001:2015), СТО_INTI_S_100_23_2022 (Рис.11).
Рис.10. Укрупненный вид наружного фильтрующего элемента на гравийном фильтре.
Рис.11. Готовая к отправке партия гравийных фильтров.
СПО И ВЫВОД НА РЕЖИМ
Спуск гравийных фильтров в скважину, осуществлялся компанией ООО ППН СибБурМаш с полным комплектом оборудования заканчивания: пакер подвеска, система спуска УИФ (труба в трубе), набухающие пакеры (позволяющие разделить горизонт на зоны), башмак и др. На каждый фильтр предусмотрена установка двух центраторов, для надежной центрации фильтров в горизонте.
Рис.12. Гравийные фильтра подготовлены к спуску на месторождении.
В процессе спуска хвостовика с гравийными фильтрами, необходимо уделить особое внимание буровому раствору и жидкости заканчивания. Буровой раствор не должен содержать крупные фракции и барит, которые могут забить гравийный фильтр.
Перед спуском хвостовик был переведен на раствор КCL. После спуска была закачена пачка брейкерного состава, для раскольматация корки бурового фильтрата, и произведена полная промывка.
Рекомендации по выводу скважины на режим, ограничивались созданием плавной депрессии на пласт 0,2МПа в сутки и не превышающей 5МПа после ВНР.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Скважина работает более месяца после проведения двухнедельного ВНР. На сегодняшний день добыча нефти стабильна с КВЧ в рамках ожидаемого - до 450 мг/л (Рис. 13). 
Рис.13. График работы скважины
Реализация данного проекта с использованием фильтров с предустановленной гравийной набивкой оказала положительное влияние на эффективность и стабильность работы скважины, обеспечивая долгосрочную экономию для предприятия:
- Благодаря простоте крепления скважины с помощью фильтра, удалось значительно сократить время строительства скважины и предотвратить обрушение породы при установке на длине горизонта более 1000м.
- Осуществлено сегментирование горизонтального участка набухающими пакерами;
- Все операции заканчивания выполнены стандартными методами без задействования флота ГРП и насосных групп;
- Существенно повысилась экономическая эффективность реализации проекта. Стоимость заканчивания скважины снижена на 20%.
- В результате получен положительный вывод на режим скважины с минимальным выносом песка и фактического дебита при выводе на режим.
ПЕРСПЕКТИВЫ
- Сложная поровая структура гравийного фильтра способна отфильтровать широкий спектр механических частиц.
- Лабиринтная структура гравийного фильтра способствует снижению эрозийного эффекта и выравниванию профиля притока.
- Гравийный фильтр может быть оснащен устройствами контроля притока (ICD), обходными клапанами (IBV), автономными устройствами контроля притока (AICD, AICV) для выравнивания профиля притока скважины и ограничения нежелательного флюида.
- Оснащение индикаторами притока позволит проводить маркерные исследования работы скважины.