Исследование и разработка технологий ликвидации рапопроявлений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Ефимов, Андрей Витальевич

• Ефимов, Андрей Витальевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ефимов, Андрей Витальевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ОРЕНБУРГСКОГО РЕГИОНА.

1.1 Геологическая характеристика нефтегазового района Оренбургской области.

1.2 Осложнения при бурении скважин.

1.3. Генезис рассолов и геологическое строение терригеннохемогенного комплекса пород основных рапоносных районов.

1.4 Гидрогеологическая характеристика зон рапопроявлений.

1.5 Геолого-гидрогеологические условия надсолевых отложений.'.

1.6 Конструкции скважин при бурении в условиях рапопроявления.

1.7 Анализ технологий борьбы с рапопроявлениями, цели и задачи исследований.

2 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОВОДКИ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ РАПОПРОЯВЛЕНИЯ, МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЗОН РАПОПРОЯВЛЕНИЯ

2.1 Обоснование классифицирующих признаков.

2.2 Классификация условий рапопроявления.

2.3 Методики расчета пластовых давлений зон рапопроявления.

2.4 Методики расчета параметров рапопроявляющего пласта.

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН И ВЕДЕНИЯ БУРОВЫХ РАБОТ ПРИ РАПОПРОЯВЛЕНИИ

3.1 Определение способа проведения спуско-подъемных операций.

3.2 Углубление скважины, схемы крепления рапоносньрс скважин.

3.3 Разработка составов для изоляции зон рапопроявления.

3.4 Изоляция зон рапопроявления.

3.4.1 Изоляция зон рапопроявления при отсутствии межпластовых перетоков.

3.4.2 Изоляция зон рапопроявления в условиях межпластовых перетоков.

3.5 Буровые растворы при углублении скважины после изоляции зоны рапопроявления.

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТОК В ПРОИЗВОДСТВО

4.1 Результаты промысловой апробации технологий проводки скважин в условиях рапопроявления.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка технологий ликвидации рапопроявлений»

Актуальность проблемы

Одним из тяжелых видов осложнений при бурении скважин в нефтегазоносных провинциях при наличии мощных соленосных толщ являются рапопроявления, сопровождающиеся изливом природных рассолов в широком диапазоне дебитов. Как правило, зоны рапонакопления имеют аномально высокие пластовые давления, достигающие градиентов пластовых давлений до 0,020 МПа/м и более.

Проявления высокоминерализованных вод из соленосных толщ на территории бывшего СССР встречены при бурении скважин в регионах Днепровско-Донецкой впадины (ДДВ) на Украине и в Средней Азии. На территории России данный вид осложнения широко представлен в Прикаспийской впадине (Северный Кавказ, Астраханская, Волгоградская, Саратовская, Оренбургская области), а также в ряде районов Восточной Сибири. За рубежом данный вид осложнения широко отмечен при бурении скважин в Миссисипском бассейне США и ряде других регионов [1 - 5 ].

Термобарические условия зон рапопроявления связаны с глубинами их залегания и температурными градиентами в регионах.

В Средней Азии при глубинах залегания хемогенных отложений до 3000 м температуры рапы на выходе из скважины доходят до 80 - 110° С при градиентах пластового давления, достигающих 0,0235 МПа/м, и дебитах от нескольких десятков до нескольких тысяч кубических метров в сутки. При этом отмеченные плотности фонтанирующих рассолов соответствовали 1250 л

1360 кг/м , что дополнительно приводило к выпадению солей в стволах скважин и значительно, затрудняло работы по ликвидации осложнений.

В Оренбургской области проявления рапы при разбуривании хемогенного комплекса пород встречено более, чем на 170 скважинах, в том числе на 60 скважинах Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения. При этом отмеченные максимальные дебиты фонтанирования рапы доходили до л

1000 м /час при градиентах пластового давления 0,0187 МПа/м и температурах близких к нормальным. В ряде случаев излив рапы сопровождается газовыделениями, в том числе сероводорода, в количествах, значительно превышающих предельно-допустимые концентрации в рабочих зонах.

В нефтегазоносных регионах при наличии данного вида осложнений отмечены случаи ликвидации скважин. Так в Оренбургской области с 1969 по 2000 год по причине рапопроявлений ликвидировано 12 глубоких разведочных скважин.

В Средней Азии в этих же годах ликвидировано большинство разведочных скважин.

Большой проблемой при строительстве скважин являются не только зоны рапопроявления с высокими дебитами, но и скважины вскрывшие зоны с небольшими дебитами. При бурении сверхглубоких скважин с большими объемами бурового раствора в циркуляции и его расхода на долив при подъеме бурильного инструмента, встреченные зоны рапопроявления были не отмечены службами геолого-технологического контроля. В результате этого при креплении скважин отмечено появление межколонных давлений, обусловленных формированием открытой пористости в цементном камне при проведении ОЗЦ. Данное положение наиболее типично для Астраханского газоконденсатного месторождения, отмечены подобные явления и на месторождениях Оренбургской области.

В отечественной и зарубежной практике за период 1975-2003 годы выполнено много работ по разработке технологий проводки скважин в условиях хемогенных отложений, в том числе в условиях рапопроявления [6 -11 и др.].

При этом были разработаны методы выделения зон рапроявления с АВПД, буровые растворы, тампонажные составы для повышения качества сцепления цементного камня с солями, устойчивые к магнезиальной агрессии, способы изоляции рапопроявляющих интервалов.

Однако затраты, связанные с изоляцией зон рапопроявления, а также с устранением последствий неудачного разобщения пластов при креплении обсадными колоннами, остаются значительными.

Причинами все еще низкой эффективности борьбы с рапопроявлениями являются недостаточный уровень систематизации условий осложнения, определяющий выбор технологии проводки скважины, отсутствие достаточно точных методик для инженерных расчетов параметров осложнения, отсутствие надежных способов изоляции трещинно-кавернозных коллекторов приствольной зоны в условиях АВПД и высокой гидропроводности системы «скважина-пласт».

Цель работы

Повышение эффективности борьбы с рапопроявлениями при строительстве скважин и достижение их надежности как технических сооружений.

Основные задачи исследований

1. Систематизация условий рапопроявления для выбора способа проводки скважины в условиях осложнения.

2. Разработка методики определения параметров зоны рапопроявления.

3. Разработка составов и технологий для проведения изоляционных работ.

Научная новизна выполненной работы

Предложена классификация условий рапопроявления для выбора способа ликвидации осложнения.

2. Обоснованы методики расчета параметров рапопроявляющего пласта.

3. Разработаны и предложены тампонажные составы и технологические жидкости, способы их использования для обеспечения надежности изоляции при сочетании различных горно-геологических условий ликвидации осложнений.

Практическая ценность

На основании выполненных теоретических и промысловых исследований разработана Временная инструкция по строительству скважин в условиях рапопроявления на площадях Оренбургской области.

Повышена успешность операций по ликвидации рапопроявлений при бурении 7 скважин 2000 -2006 годах до 90 % что позволило повысить технико-экономические показатели строительства скважин, за рост которых ООО «Оренбургская буровая компания» на областном конкурсе отмечена первым местом по предприятиям ТЭК (ООО «Газпром», ОАО «ТНК-ВР», ОАО «Оренбурггеология»). Экономический эффект по одной скважине от внедрения разработок составил 15 млн. рублей.

Автор выражает благодарность своему научному консультанту, канд. тех. наук Гороновичу С.Н., д-ру технических наук, профессору Овчинникову В.П. за ценные замечания, помощь и содействие в выполнении работы. Особая признательность выражается директору ООО «ВолгоУралНИПИгаз» д-ру технических наук, профессору Генделю Г.Л., директору Оренбургского филиала ООО «Бургаз», канд. тех. наук Кобышеву Н.П., а также сотрудникам института за предоставленную возможность и сотрудничество при проведении исследований и промысловой апробации разработок.

Заключение диссертации по теме «Технология бурения и освоения скважин», Ефимов, Андрей Витальевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Теоретически обоснованы и подтверждены в промысловых условиях методики расчета пластовых давлений и параметров рапопроявляющего пласта.

2. Предложена классификация условий рапопроявления для выбора способа ликвидации осложнения.

3. На уровне изобретения (патент РФ № 2277574) разработан способ тампонажа трещиноватых горных пород.

4. Разработаны тампонажные составы для изоляции в условиях хемогенных отложений.

5. Предложены технологические жидкости и способы их использования для обеспечения надежности разобщения пластов и изоляции рапы при сочетании различных горно-геологических условий ликвидации осложнений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ефимов, Андрей Витальевич, 2007 год

1. Поляков Г.А. Бурение скважин в условиях рапопроявления. /Газовая промышленность, серия: Бурение газовых и газоконденсатных скважин. М.: ВНИИЭгазпром, 1980.

2. Мухаметов М.Г., Севастьянов О.М. Строительство скважин на Оренбургском газоконденсатном месторождении в условиях рапопроявлений. /Газовая прмышленность, серия: Бурение газовых и газоконденсатных скважин. -М.: ВНИИЭгазпром, 1983.

3. Ягудин С.З., Паус К.Ф., Сумбатов P.A., Абдулин P.A. Фонтаны рапы из соленосных отложений и борьба с ними. /Нефтяная промышленность, серия Бурение.-М.: ВНИИОЭНГ, 1968.

4. Фертель У.Х. Аномальные пластовые давления. М.: Недра, 1980.

5. Свинцицкий С.Б. Прогнозирование зон рапопроявлений в соленосных отложениях./ Обзорная информация. Приложение к журналу «Наука и техника в газовой промышленности». М: ООО ИРЦ «Газпром», 2005.

6. Мухин Л.К., Лубан В.З., Оголохин Э.А. О природе образования залежей рапы и технологии проводки скважин в хемогенных отложениях. /Бурение. РНТС ВНИИОЭНГ. М.: 1974, №11.

7. Нестеренко И.С., Ананьев А.И., Новиков B.C., Бутин А.И. Опыт применения ИБР в условиях водопроявлений и вскрытия пластов с АВПД. /Бурение. РНТС ВНИИОЭНГ. М.: 1977, №11.

8. Михайленко A.A., Терентьев В.Д. Бурение скважины глубиной 5500 м в условиях северного борта Прикаспийской впадины. /ТНТО, ВНИИОЭНГ. -М.: 1977.

9. Ситков Б.П., Горонович С.Н., Мухаметов М.Г. Технология бурения и крепления скважин в условиях рапопоявления на Оренбургском газоконденсатном месторождении. ЭИ, ВНИИЭгазпром, М.: 1980, № 21.

10. Новиков B.C., Ропяной Ю.С., Ферштер A.B. Технология бурения глубоких скважин в Прикаспийской впадине. / РНТС ВНИИОЭНГ. М.: 1976, №3.

11. Рябченко В.И., Мариампольский H.A., Пеньков А.И. Проявления рапы при разбуривании солевых пород. /В. сб. Промывка и цементирование скважин. -М: Недра, 1973.

12. Алиев М.М. и др. Девонские отложения Волго-Уральской нефтегазоносной провинции / Алиев М.М., Батанова Г.П., Хачатрян P.O., Ляшенко А.И., Новожилова С.И. Адлер М.Г., Федорова Т.И., Тюрихин A.M., Михайлова H.A. М.: Недра, 1978.

13. Шпильман И.А., Максимов С.П., Воробьёв A.A. и др. Геологическое строение Оренбургского газоконденсатного месторождения и перспективы дальнейших геологоразведочных работ в пределах Яикского свода. М.: Геология нефти и газа, № 7. - 1972.

14. Политыкина М.А. О пластовом строении Оренбургского газоконденсатного месторождении. М.: Геология нефти и газа, № 6. - 1980.

15. Максимов С.П., Ларская Е.С., Хаханова И.Н. О формировании Оренбургского газоконденсатного месторождения. М.: Геология нефти и газа, № 11.- 1979.

16. Eaton В.А. Fracture Graditnt Projection and Its Application in Oilfield Operation. J. Pet. Tech/ Oct, 1969.

17. Усачев П.М. Гидравлический разрыв пласта. М.: Недра, 1986

18. Минералогическая энциклопедия. Под редакцией К. Фрея. Л.: Недра, 1985. с. 29-30; 37-38.

19. Геологический словарь, Т 2 М.: Недра, 1973.

20. Горонович С.Н., Жидков В.А. Научное и проектное обеспечение массового строительства скважин в Прикаспийской нефтегазовой провинции. -М.: ОАО ВНИИОЭНГ, № 7,2002.

21. Войткевич Г.В., Кокин A.B., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. М.: Недра, 1990. - 480 с.

22. Зильберман В.И., Черняков A.M. Прогноз и оконтуривание зон АВПД большой мощности для проектирования и в процессе бурения скважин. Бурение газовых и морских нефтяных скважин. М.: РИ, ВНИИЭгазпром. № 4, 1981.

23. Фертель У.Х. Аномальные пластовые давления. М.: Недра, 1980.

24. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика). Справочник геофизика. Под ред. Н.Б. Дортмана. М.: Недра. 1976.-с. 527.

25. Токунов В.И., Хейфец И.Б., Неудачина В.И. Опыт разбуривания хемогенных отложений девона в Днепровско-Донецкой впадине с применением известково-битумного раствора. /РНТС. М.: ВНИИОНГ, сер. Бурение, № 4, 1976.

26. Мухин JI.K., Толкунов В.И., Хейфец И.Б. Применение известково-битумного раствора в условиях проявления рапы. М.: Нефтяное хозяйство, 1976, вып.З.

27. Данюшевский B.C. Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов. М.: Недра, 1978.

28. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. Практикум по химической технологии вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1973.

29. Иванова H.A., Новохатский Д.Ф., Рябова Л.И. Влияние некоторых добавок на коррозионную стойкость тампонажных материалов в условиях магнезиальной агрессии. В сб. «Бур. растворы, крепление скважин и предупреждение осложнений». М.: ВНИИОЭНГ, 1972.

30. Будников В.Ф., Булатов А.И., Макаренко П.П. Проблемы механики бурения и заканчивания скважин. М.: Недра, 1996.

31. Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашов В.В. Физическая химия вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1989.

32. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении. М.: Недра, 1987.-с. 54.

33. Маковей Н. Гидравлика бурения. М.: «Недра», 1986. с. 16-20,460-502.

34. Рабинович Е.З. Гидравлика. М.: Недра, 1974. - с. 295.

35. Альтшуль Ф.Д. и др. Примеры расчетов по гидравлике. М.: "Строиздат", 1977.

36. Вахромеев И.И. Теоретические основы тампонажа горных пород. -М.: Недра, 1968.-с. 294.

37. Блажевич В.А., Умрихина E.H. Новые методы ограничения притока воды в нефтяные скважины. М.: Недра, 1974.

38. Хангильдин Г.И. Химический тампонаж скважин. Л.: Гостоппечать,1953.

39. Крылов В.И., Крецул В.В. Применение кольматантов в жидкостях для первичного вскрытия пластов с целью сохранения их коллекторских свойств./Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. М.: ВНИИОЭНГ, № 4,2005.

40. Газовая промышленность. Серия Бурения газовых и газоконденсатных скважин. Выпуск 5. -М.: ВНИИЭгазпром, 1981.

41. Ш.К. Гиматудинов, Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. М.: Недра, 1982. - с. 309.

42. Первердян A.M. Физика и гидравлика нефтяного пласта. М.: Недра, 1982.-с. 191.

43. Степанов В.Н., Горонович С.Н., Ефимов A.B. Расчет параметров зон поглощения буровых растворов. /Научно-технический журнал «Защитаокружающей среды в нефтегазовом комплексе». М.: ОАО «ВНИИОНГ», № 6, 2006.-с. 10-12.

44. Мищенко И.Т., Сахаров В.А., Грон В.Г., Богомольный Г.И. Сборник задач по технологии и технике нефтедобычи. М.: Недра, 1984.

45. Курбанов Я.М., Хахаев Б.Н., Алиев P.M., Данюшевский B.C. Тампонажные растворы для глубоких нефтегазовых скважин. М.: Недра, 1996.-с. 25-44, 54-55.

46. Соловьев Е.М. Заканчивание скважин. М.: Недра, 1979. - с. 303.

47. Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважине. -М.: -Недра, 1990. с. 67-69, 210-212.

48. Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. М.: Недра, 1987. - с. 154-161.

49. A.c. СССР. 939729 Е 21 В 3/138. Тампонажный раствор для цементирования газовых и нефтяных скважин и способ его приготовления/ А.П.Тарнавский, П.Ф.Цыцымушкин, С.Н.Горонович и др. (РФ) № 3005456/22 Заявл. 10.10.80 Опубл. 30.06.82. Бюл. 24.

50. Верней И.И. Технология асбоцементных изделий. М.: Высшая школа, 1977.-229 с.

51. Зельдин М.Б. Реологические свойства экструзионных асбоцементных масс.-М.; НРС Асбоцементная промышленность, вып.1., 1983. с. 9.

52. Степанов В.Н., Горонович С.Н., Ефимов A.B. Ликвидация поглощения буровых растворов с использованием наполнителей. М.: ООО «БУРНЕФТЬ», Специализированный журнал «Бурение & Нефть», июнь 2005. с. 12-14.

53. Горонович С.Н., Цыцымушкин П.Ф. Крепление скважин в Прикаспийской нефтегазовой провинции. //Юбилейный сборник трудов «ВолгоУралНИПИгаз». Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2002. - с. 54-56.

54. Булатов А.И., Данюшевский B.C. Тампонажные материалы. М.; Недра, 1987.-с. 216-221.

55. Мамулов Ф.Г., Булатов А.И., Бондарев В.И. Регулирование реологических свойств тампонажный растворов и снижение гидравлических потерь при цементировании скважин. М.; ВНИИОЭНТ, О.И. сер. Бурение,1978.-с. 4-6.

56. X. Тейлор. Химия цемента. -М.: МИР, 1996. с. 266.

57. Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважине. -М.:-Недра, 1990.-е. 160-212.

58. Кривошей A.B. Разработка расширяющихся тампонажный смесей для низких и умеренных температур. Нефтяное хозяйство. 2005. - № 4. - с. 36-37.

59. Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважине. -М.:-Недра, 1990.-е. 160-212.

60. Гусейнзаде М.А., Калинина Э.В., Добкина М.Б. Методы математической статистики в нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра,1979.-е. 13-26; 303 310.

61. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: «Наука», 1968 с. 252-268,288.

62. Игнатов В.И. Организация и проведение эксперимента в бурении. М.: Недра, 1978.-е. 11-39.

63. А. Гордон, Р. Форд Спутник химика. М.: Мир, 1976. с. 512-518.

64. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Физматгиз, 1962. - с. 856.

65. Рябоконь С.А. Утяжелители для буровых растворов и технология их применения. М.: Недра, 1981. - с. 238.

66. Ефимов A.B., Горонович С.Н. Цыцымушкин П.Ф., Степанов В.Н. Крепление скважин в условиях хемогенных отложений. М.: Нефтяное хозяйство, № 4,2006 г. - с. 102-104.

67. Минералогическая энциклопедия. /Под редакцией К. Фрея. JL: Недра, 1985.

68. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. Под редакцией Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, М.М. Протодьяконова. М.: Недра, 1975.

69. Марченко Р.Т. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа,1965.

70. Глинка H.JI. Общая химия: Учеб. Для вузов. Изд. 30 -е, испр./ - М.: Интеграл - Пресс, 2004 г. - с. 685.

71. Ахметов Н.В. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2003. - с. 743.

72. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка, 1971.

73. Городнов В. Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. -М.: Недра, 1984. с. 228.

74. Антипов В.И. Деформация обсадных колонн под действием неравномерного давления. М.: Недра, 1992. - с. 232.

75. Рабинович Н.Р. Инженерные задачи механики сплошной среды в бурении. М.: Недра, 1989. - с. 270.

76. Войтенко B.C. Управление горным давлением при бурении скважин. -М.: Недра, 1985.-е. 181.

77. Горонович С.Н., Галян Д.А., Кобышев Н.П., Коновалов Е.А. и др. Регулирование ионнообменных процессов при разбуривании терригенно-хемогенного комплекса пород. М.: Газовая промышленность № 10, 2002. - с. 77-78.

78. У.А. Дир, P.A. Хауи, Дж. Зусман. Породообразующие минералы. М.: Мир, 1966.

79. Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. М.: Недра, 1984. - с.317.

80. Рязанов Я.А. Справочник по буровым растворам. М.: Недра, 1979.с. 214.

81. Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам. Оренбург.: Летопись, 2005. - с. 662.

82. Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. М.: Недра, 1972.-с. 391.

83. Патент 2277574 РФ. МПК С09К 8/467 (2006.01). Способ изоляции зон поглощений ./Горонович С.Н., Цыцымушкин П.Ф., Степанов В.Н., Ефимов A.B. и др. Заявка: от 27.10. 2004, опубл. 10.06.2006, Бюл. № 16.