Нефтегазовая инженерия при освоении скважин

О. В. Савенок, Ю. Д. Качмар, Р. С. Яремийчук 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НЕФТЕГАЗОВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ  
ПРИ ОСВОЕНИИ СКВАЖИН 
 
 
Монография  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2019 

УДК 622.323 
ББК 33.36 
С12 
 
 
Р е ц е н з е н т ы : 
Бойко Василий Степанович, доктор технических наук, профессор кафедры добычи нефти  
и газа Ивано-Франковского национального технического университета  нефти и газа; 
Бекетов Сергей Борисович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 
геофизических методов поисков и разведки месторождений полезных ископаемых 
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет» 
 
 
 
 
 
 
Савенок, О. В. 
С12     Нефтегазовая инженерия при освоении скважин : монография / О. В. Савенок, Ю. Д. Качмар, Р. С. Яремийчук. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2019. - 548 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-0341-2 
 
 
Изложены главные принципы проектирования конструкций забоев 
скважин. Проанализированы методы испытания пластов при бурении скважин, 
оценки их фильтрационных свойств. Дано описание устьевого, наземного и 
подземного оборудования при освоении и испытании скважин. Рассмотрены 
проблемы и пути развития технологий вторичного вскрытия продуктивных 
пластов и вызова притока из них. Описаны современные методы воздействия на 
продуктивные пласты с целью улучшения их фильтрационных свойств.  
Для научных и инженерно-технических работников нефтегазодобывающей промышленности. 
УДК 622.323 
ББК 33.36 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0341-2 
‹ О. В. Савенок, Ю. Д. Качмар, Р. С. Яремийчук, 2019 
 
‹ Издательство «Инфра-Инженерия», 2019 
 
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2019 


СОДЕРЖАНИЕ 
Предисловие  
..................................................................................................  8 
Введение  
.........................................................................................................  9 
Глава 1.  
Проектирование конструкций забоев скважин 
и технологии их образования  
...............................................................  11 
1.1.  Принципы проектирования  .............................................................  11 
1.2.  Пакеры и специальный инструмент для разобщения пластов 
при креплении скважин в призабойной зоне  ...................................  22 
1.3.  Пакеры для ступенчатого и манжетного цементирования 
скважин типа ПДМ  .........................................................................  30 
Глава 2. 
Испытания перспективных горизонтов при бурении  ........................  35 
2.1.  Испытатели пластов на бурильных трубах  ......................................  35 
2.2.  Многоцикловые испытатели пластов  ..............................................  43 
2.3.  Комплекс оборудования КИОД-110  ................................................  45 
2.4.  Приспособление для селективного испытания 
пластов УСПД-146-168  ...................................................................  46 
2.5.  Основные узлы испытателя пластов  
................................................  47 
2.5.1.  
Гидравлический испытатель пласта ИПГ  ..................................  47 
2.5.2.  
Запорно-поворотные клапаны ....................................................  49 
2.5.3.  
Гидравлические яссы  
.................................................................  50 
2.5.4.  
Пакера механического воздействия для испытателей пластов  ...  52 
2.5.5.  
Опорные якоря  ..........................................................................  53 
2.5.6.  
Механический пакер ПМ  
...........................................................  55 
2.5.7.  
Пакера резиново-металлического перекрытия ПРМП-1  ............  57 
2.5.8.  
Уравнительный клапан пакера  
...................................................  58 
2.5.9.  
Безопасные замки  ......................................................................  58 
2.6.  Устьевое оборудование  ...................................................................  60 
2.7.  Испытатели пластов на кабеле  ........................................................  61 
2.8.  Испытатели пластов на базе струйных аппаратов  ...........................  67 
Глава 3. 
Гидродинамическое совершенство скважины  
....................................  69 
Глава 4.  
Регулирование фильтрационных свойств пласта 
в прискважинных зонах  .......................................................................  79 
4.1.  Фильтрационное состояние прискважинной зоны 
и ее роль в процессах нефтедобычи  
............................................................ 
 80 
4.2. 
 Дифференцированный анализ потерь производительности 
при завершении и эксплуатации скважин  
........................................  83 
3 

4.3.  Регулирования фильтрационных свойств пласта 
в околоскважинных зонах  ...............................................................  92 
4.4.  Пример влияния буровых растворов на качество вскрытия 
продуктивных пластов  ....................................................................  98 
Глава 5.  
Устьевое наземное и подземное оборудование 
для освоения и испытания скважин  ............................................................ 109 
5.1.  Оборудование устья скважины колонной головкой ........................ 109 
5.2.  Испытания обсадных колонн на герметичность  ............................. 113 
5.3.  Оборудование устья скважины фонтанной арматурой  ................... 116 
5.4.  Обвязка наземного оборудования при испытании 
и исследовании скважин  ................................................................ 120 
5.5.  Эксплуатационные пакеры  
............................................................. 122 
5.6.  Взрывные эксплуатационные пакеры  
............................................. 129 
5.7.  Расчет колонны насосно-компрессорных труб на прочность 
и их эксплуатация  .......................................................................... 133 
5.7.1.  
Определение нагрузок на свободно подвешенную 
колонну НКТ  ............................................................................ 134 
5.7.2.  
Особенности расчета колонны НКТ на прочность 
в условиях действия изгибающих усилий  ................................. 140 
5.7.3.  
Условия эксплуатации насосно-компрессорных труб  ............... 144 
5.7.4.  
Подготовка труб для проведения операций 
по интенсификации добычи  
...................................................... 150 
5.7.5.  
Причины аварий с НКТ  ............................................................ 150 
5.7.6.  
Примеры решения задач  ........................................................... 151 
Глава 6. 
Вторичное вскрытие продуктивных пластов  .................................... 159 
6.1.  Пулевая перфорация  ...................................................................... 159 
6.2.  Кумулятивная перфорация  
............................................................. 161 
6.3.  Перфорация при депрессии на пласт  ................................................  175 
6.4.  Перфорация при репрессии на пласт  ................................................  179 
6.5.  Выбор типоразмера перфоратора  ................................................... 180 
6.6.  Специальные жидкости для перфорации скважин  
.......................... 181 
6.7.  Буферные разделители  ................................................................... 186 
6.8.  Технология заполнения скважины специальной жидкостью  .......... 188 
6.9.  Обоснование проектного значения коэффициента 
гидродинамического совершенства скважины 
по характеру вскрытия пласта перфорацией ................................... 188 
Глава 7. 
Разобщенность ствола при освоении скважины   
............................... 193 
7.1.  Установка цементных мостов при освоении скважин  .................... 193 
7.2.  Технические средства контроля за установкой цементных мостов  
.... 194 
7.3.  Буферные жидкости  ...........................................................................  196 
7.4.  Проверка обсадных колонн на герметичность  
................................ 198 
4 

Глава 8. 
Вызов притока из продуктивного пласта  .......................................... 200 
8.1.  Определение допустимой депрессии на пласт  
................................ 200 
8.2.  Вызов притока путем замещения жидкости 
в эксплуатационной колонне  
.......................................................... 202 
8.3.  Потери давления на трение в НКТ круглого сечения 
и межтрубном пространстве  ..................................................................... 203 
8.3.1.  
Определение потерь давления на трение в НКТ  ........................  204 
8.3.2.  
Определение потерь давления на трение 
в межтрубном пространстве  ..................................................... 206 
8.3.3.  
Определение потерь давления на трение в кольцевом 
пространстве при наличии местных сопротивлений  ................. 207 
8.4.  Вызов притока с помощью воздушной подушки  ............................ 208 
8.5.  Вызов притока с использованием пусковых клапанов  
.................... 210 
8.6.  Примеры решения задач ................................................................. 211 
8.7.  Поинтервальное снижение уровня жидкости в скважине  ............... 223 
8.8.  Снижение уровня жидкости в скважине поршневанием 
(свабированием)  
............................................................................. 223 
8.9.  Вызов притока из пласта методом аэрации  .................................... 224 
8.10.  Снижение уровня жидкости в скважине в условиях 
аномально низкого пластового давления  
...................................... 227 
8.11.  Вызов притока из пласта с применением двухфазных пен  ........... 228 
8.12.  Технология вызова притока из пласта пеной 
с использованием эжекторов  ........................................................ 230 
8.13.  Вызов притока из пласта с помощью комплектов 
испытательных инструментов  ...................................................... 237 
Глава 9. 
Кислотная обработка скважин газированными кислотами  ............. 240 
9.1.  Предпосылки применения обработок газированными кислотами  .. 240 
9.2.  Исследование действия газированного кислотного раствора  
в поровых низкокарбонатных колекторах  ...................................... 242 
9.3.  Технология обработки скважин кислотой, газированной азотом  
.... 254 
9.4.  Опыт обработки скважин кислотой, газированной азотом  ............. 261 
9.5.  Технология обработки скважин кислотой, 
газированной природным газом  ..................................................... 265 
9.6.  Опыт обработки скважин кислотой, 
газированной природным газом  ..................................................... 284 
Глава 10. 
Проектирование кислотной обработки скважин  
............................... 287 
10.1.  Основные принципы проектирования процесса   .......................... 287 
10.2.  Способы кислотной обработки пласта  
.......................................... 293 
10.3. 
 Методика проектирования кислотной обработки  ......................... 295 
10.4.  Кислотная обработка с оттеснением 
продуктов реакции в глубину пласта  
............................................ 346 
5 

10.5.  Опыт кислотной обработки низкопроницаемых 
слабокарбонатных коллекторов Предкарпатья  ............................. 352 
10.5.1.  
Влияние способа извлечения продуктов реакции 
и рецептуры на результаты обработки  .................................... 353 
10.5.2.  
Влияние технологических параметров на эффективность 
кислотных обработок  .................................................................  354 
10.5.3.  
Повторные кислотные обработки  ........................................... 356 
10.5.4.  
Поинтервальные кислотные обработки   
.................................. 356 
Глава 11. 
Гидравлический разрыв пласта  ......................................................... 358 
11.1.  Основные принципы и технологии проведения процесса  
............. 358 
11.2.  Промышленные исследования обычного 
гидроразрыва пласта (ГРП)  .......................................................... 367 
11.2.1.  
Исследование раскрытия и развития трещин гидроразрыва  
.... 367 
11.2.2.  
Оценка ориентации трещин гидроразрыва  
.............................. 376 
11.2.3.  
Исследование профилей поглощения ...................................... 379 
11.2.4.  
Оценка размеров трещин гидроразрыва  
.................................. 381 
11.2.5.  
Метод расчета ожидаемого давления во время ГРП  
................ 384 
11.2.6.  
Метод расчета расхода жидкости во время ГРП  ......................  393 
11.3.  Проектирование обычного гидравлического разрыва пласта ........ 394 
11.3.1.  
Методика расчета основных параметров процесса  ................. 394 
11.3.2.  
Примеры расчета основных параметров ГРП  
.......................... 401 
11.3.3. Этапы проектирования ГРП  
................................................... 410 
11.4.  Опыт применения ГРП на скважинах  ........................................... 411 
11.4.1.  
Гидравлический разрыв без закрепления трещин (ГЩП)  
........ 411 
11.4.2.  
Гидравлический разрыв пласта с закреплением трещин  ......... 413 
11.5.  Мощный гидравлический разрыв пласта  ...................................... 414 
11.5.1.  
Влияние гидроразрыва на производительность скважины  ...... 416 
11.5.2.  
Основы механики гидроразрыва пласта  
.................................. 421 
11.5.3.  
Математическое моделирование гидравлического 
разрыва пласта  
........................................................................ 429 
11.5.4.  
Анализ раскрытия, развития и закрепления трещины 
во время проведения гидроразрыва пласта  ............................. 434 
11.5.5.  
Моделирование изменения температуры 
во время гидроразрыва  ........................................................... 444 
11.6.  Мощный ГРП нефтедобывающих скважин  .................................. 447 
11.6.1.  
Методика комплексного проектирования 
гидроразрыва пласта  
............................................................... 447 
11.6.2.  
Опыт применения МГРП в глубоких нефтяных скважинах  .... 469 
11.7.  Мощный гидроразрыв пласта газовых скважин  ........................... 475 
11.7.1.  
Проектирование МГРП газовых скважин  ............................... 476 
11.7.2.  
Опыт применения МГРП в газовых скважинах  
....................... 487 
11.8.  Организация проведения мощного гидроразрыва пласта  ............. 494 
11.8.1.  
Подготовительные работы к проведению гидроразрыва  ......... 495 
11.8.2.  
Проведение мощного гидроразрыва пласта  ............................ 498 
11.8.3.  
Требования безопасности и охраны окружающей среды  ........  500 
6 

Глава 12.  
Улучшение фильтрационных свойств коллектора путем  
создания многократных мгновенных депрессий и репрессий 
на призабойную зону пласта с использованием  
струйных аппаратов  
............................................................................ 503 
12.1.  Расчет создания депрессии на пласт 
с помощью струйных аппаратов  
................................................... 504 
12.2.  Технология воздействия на призабойную зону мгновенными 
депрессиями-репрессиями и конструкции струйных аппаратов 
при освоении скважин  
.................................................................. 509 
12.3.  Устройство для освоения, гидродинамических 
и геофизических исследований скважин УЕОС-4  ........................ 514 
12.4.  Применение струйных аппаратов 
при кислотной обработке пласта  .................................................. 518 
12.5.  Результаты использования технологии 
в промышленных условиях  .......................................................... 522 
Глава 13.  
Определение состояния призабойной зоны пласта 
по результатам гидродинамических исследований  ........................... 529 
13.1. 
 Методы контроля над соотношением фактической 
и потенциальной производительности скважины  ......................... 529 
13.2.  Определение скин-эффекта на основании 
кривой восстановления давления  ................................................. 534 
13.3.  Определение скин-эффекта и отношение 
производительностей  ................................................................... 536 
Литература  ................................................................................................  544 
7 

Светлой памяти выдающихся учёных-нефтяников 
Анатолия Ивановича Булатова 
и Николая Степановича Тимофеева 
посвящается 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
В предлагаемой читателям монографии  изложены  современные научные и  практические решения в  области освоения нефтяных и газовых 
скважин. 
При строительстве скважин эта часть ее сооружения определяет будущий реальный дебит скважин. 
За последние годы этой тематике посвящены монографии и научные 
статьи многих авторов: А. И. Булатова, Ю. Д. Качмара, О. В. Савенок, 
В. Н. Светлицкого, Р. С. Яремийчука и др. 
В данной книге обобщены инженерные и научные решения, изложенные в монографиях «Освоение скважин». – М. : Недра, 1999 (авторы 
А. И. Булатов, Ю. Д. Качмар, П. П. Макаренко, Р. С. Яремийчук), «Научные 
основы и практика освоения нефтяных и газовых скважин». – Краснодар, 
2016 (авторы А. И. Булатов, О. В. Савенок, Р. С. Яремийчук), «Освоєння 
нафтових ɿ газових свердловин. Наука ɿ практика». – Львов : Сполом, 2018 
(авторы А. И. Булатов, Ю. Д. Качмар, О. В. Савенок, Р. С. Яремийчук). 
Глава 3 составлена по опубликованным работам И. М. Гайворонского. Глава 11 подготовлена Качмаром Ю. Д. и Цëмко В. В., Глава 13 – 
С. С. Бучковским. Отдельные примеры практического решения задач показаны из практики в Украине, потому цена указана в валюте Украины гривне 
(грн.) 
Авторы благодарны О.В. Савенок за организацию подготовки и финансирования этого издания. 
8 

ВВЕДЕНИЕ 
Заканчивание скважин переходит в следующую фазу разработки 
нефтяных и газовых скважин – освоение скважины. Вместе с тем, оно составляет особый технологический цикл, который завершает её строительство. Качество освоения и результаты последующей эксплуатации скважины зависят от того, насколько удастся восстановить фильтрационные характеристики продуктивных пластов-коллекторов на стадии первичного и 
вторичного вскрытия пласта, вызова притока, применения различных методов интенсификации притока из пласта. Качество освоения, по существу, 
определяет темпы и характер разработки месторождений. 
Скважина, околоскважинная зона и межскважинная часть пласта – 
это взаимосвязанные и взаимодействующие элементы единой системы. В 
процессе сооружения скважины наиболее существенные изменения фильтрационных свойств пласта (ФСП) происходят в её околоскважинной части. Известно, что даже в окончательный период функционирования скважины изменение её фильтрационных свойств в призабойной или околоскважинной зоне оказывает влияние на её продуктивность. Поэтому ухудшение ФСП на начальной стадии эксплуатации скважины оказывает влияние не только на её производительность, но и на темпы разработки месторождения и конечный коэффициент нефтегазоизвлечения. ФСП ухудшаются вследствие засорения пласта различными веществами во время первичного вскрытия, цементирования колонны, вторичного вскрытия перфорацией и при различных ремонтах скважины. Физико-химическое взаимодействие фильтрата с пластовым фильтратом и породой, усиленное влиянием высокой температуры, приводит к гидратации глин, выпадению солей, асфальтенов и смол, образованию застойных зон, а в зоне контакта 
фильтрата с пластовым флюидом и коллектором образовываются поверхности с высоким градиентом давления, который не всегда удаётся преодолеть за счёт энергии пласта. 
В зонах ухудшенной проницаемости теряется часть пластовой энергии. Ухудшение проницаемости околоскважинной зоны в 5 раз приводит к 
двухкратному снижению производительности скважины, изменение проницаемости в 10 раз уменьшает производительность скважины в 3,5 раза, а 
уменьшение проницаемости в 50 раз может вызвать потерю производительности в 15 раз. Важным обстоятельством является то, что размеры зоны с ухудшенной проницаемостью незначительны и могут составлять от 
десятков сантиметров до нескольких метров.  Анализы фактических изменений фильтрационной характеристики в околоскважинной зоне указывают на их широкий диапазон: в среднем после окончания бурения и освоения скважин более 50 % всех пластов имеют до 2 раз уменьшенную производительность против потенциально возможной, 25 % – в 4 раза и 10 % 
9 

пластов имеют в 10 раз уменьшенную производительность. Эта статистика 
определяет сегодня и основную стратегию регулирования ФСП в околоскважинной зоне – сведение к минимуму ухудшения проницаемости путём 
подбора современных технологий вскрытия пласта, освоения и эксплуатации скважин. Если во время бурения невозможно обеспечить сохранение 
природных ФСП, то необходимо восстановить их на стадии освоения 
скважины путём целенаправленного воздействия на призабойную зону. 
Мировой практикой накоплен большой объём современных технологий вскрытия пласта. К ним относятся и бурение скважин на равновесии 
давлений в системе «скважина – пласт» с применением газообразных веществ, использование современных буровых растворов, технологий бурения и т.д. 
В последние годы созданы совершенные технологии освоения скважин, включающие вторичное вскрытие, методы вызова притока, методы 
искусственного химического, гидродинамического, термохимического 
воздействия на пласт и др. 
В монографии описаны результаты исследований взаимодействия 
терригенной породы с кислотными растворами, в том числе газированными азотом, в поровом пространстве коллекторов. На их основе описаны 
методики расчетов параметров для планирования обработки слабокарбонатных коллекторов.  
Приведены результаты промысловых исследований ГРП и, с учетом 
их, методика расчета параметров ГРП по Ю.П. Желтову. Освещен опыт 
применения первых процессов мощного ГРП (МГРП) который выполняется в два этапа: сначала Мини ГРП жидкостью, для диагностики развития 
трещин и получения информации о возможном их развитии, проектирования и проведении главного ГРП, при котором происходит развитие и закрепление трещин высокой концентрацией закрепителя. 
Приведены примеры и результаты КО и ГРП нефтяных и газовых 
скважин на месторождениях Предкарпатья  и Днепрово-Донецкой впадины. 
Использование этих технологий способно обеспечить минимум потерь продуктивности скважин. 
В работе использованы труды, наработки и мнения исследователей, 
которые посвятили значительную часть своей творческой жизни проблемам строительства и эксплуатации скважин (В.А. Амиян, П.А. Бродский, 
В.И. Ванифатьев, П.С. Варламов, И.М. Гайворонский, Н.Г. Григорьян, 
В.И. Гусев, Ю.Д. Качмар, А.М. Киреев, С.В. Константинов, Д.Н. Кузьмичев, М.Р. Мавлютов, А.Х. Мирзаджанзаде, Н.Н. Михайлов, И.И. Мищенко, 
М.Ф. Рязанцев, Н.А. Сидоров, Е.М. Соловьев, А.К. Степанянц, М.Л. Сургучёв, П.М. Усачёв, Ю.З. Цырин, В.И. Щуров, Р.С. Яремийчук и др.). 
10