Разработка гравийных материалов для сооружения противопесочных фильтров и проведения гидропескоструйной перфорации при освоении скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Юрченко, Александр Алексеевич

• Юрченко, Александр Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Юрченко, Александр Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПОДГОТОВКИ ГРАВИЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПЕСКА ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ ПРОТИ-ВОПЕСОЧНЫХ ФИЛЬТРОВ И ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОЙ ПЕРФОРАЦИИ ПРИ ОСВОЕНИИ СКВАЖИН.

1.1. Классификация материалов, используемых для крепления ствола скважины в интервалах залегания неустойчивых коллекторов по составу и влиянию на коллекторские свойства продуктивного пласта.

1.2. Опыт задержания песка путем оборудования скважин фильтрами с гравийной набивкой.

1.2.1. Применение гравийных материалов в отечественной промысло - вой-практике.,.- 14

1.2.2. Применение гравийных материалов за рубежом.

1.2.3. Опыт создания гравийного намывного фильтра в СССР по технологии фирмы «Лайенс».

1.3. Анализ существующего производства песка для нефтегазодобывающей отрасли.

1.3.1. Состояние подготовки песка на Волгоградском заводе спецнеф-тематериалов (СНМ).

1.3.2. Требования к гравийным материалам на основе кварцевого песка.

1.3.3. Необходимость совершенствования материалов для вторичного вскрытия продуктивных горизонтов.

1.4. Пескопроявления при эксплуатации сеноманских газовых скважин на поздней стадии разработки месторождений Западной Сибири и методы их ликвидации.

1.5. Установление основных направлений по совершенствованию материалов для гравийных фильтров, технологии их подготовки и постановка задач диссертации.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАВИЙНОГО МАССИВА.

2.1. Выбор гравия для противопесочного фильтра.

2.2. Изучение влияния фракционного и минерального состава песка на прочностные свойства гравия для намыва скважинного фильтра.

2.3. Разработка методики проектирования гравийной набивки.

2.4. Исследование процесса кольматации гравийного фильтра на насыпных моделях.

2.5. Аналитические исследования процессов создания трёхфракци-онного гравийного массива.

2,6Сопоставление-.разработанной методики-подбора- гравийного ма- териала с работой Сосье.

2.7. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ АБРАЗИВНО-КОРРОЗИОННОЙ АГРЕССИИ ПРИ КЛАССИФИКАЦИИ КВАРЦЕВЫХ ПЕСКОВ ПОВЫШЕННОГО КАЧЕСТВА.

3.1. Разработка ситовых кассет для гидроклассификации природных песков на первой стадии обогащения.

3.2. Разработка технологии рассева природного песка до фракций гравийных материалов.

3.3. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ; ИСПОЛЬ ЗУЕМЫХ ДЛЯ ВСКРЫТИЯ НЕФТЯНЫХ ПЛАСТОВ ГИДРО ПЕСКОСТРУЙНОЙ ПЕРФОРАЦИЕЙ.

4.1. Механизм создания перфорационных отверстий абразивными материалами в призабойной зоне пласта скважины, анализ существующих абразивных материалов.

4.2. Разработка методики исследования абразивных материалов для ГПП на абразивность, выбор эффективного материала для ГПП

4.3. Промысловые испытания абразивного материала из песка месторождения «Остров Золотой» для гидропескоструйной перфорации.

4.4. Выводы.

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТКИ, ОЦЕНКА ЕЁ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

5.1. Характеристика пластового песка из скважин кандидатов на применение гравийного материала (гранулометрический состав) и порядок подбора гравийного материала.

5.2. Техника и технология применения гравийного материала для сооружения противопесочного гравийного фильтра.

5.2.1. Порядок применения песка-гравийного материала.

5.2.2. Оборудование и последовательность намыва гравийного фильтра при проведении испытаний.

5.2.3. Исследование скважин, оборудованных гравийным фильтром.

5.2.4. Анализ результатов промысловых исследований.

5.3. Экономическая эффективность внедрения кварцевых песков в промысловых условиях на примере Уренгойского месторождения.

5.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка гравийных материалов для сооружения противопесочных фильтров и проведения гидропескоструйной перфорации при освоении скважин»

Важной научно-технической проблемой разработки месторождений является одновременное обеспечение высоких уровней и темпов добычи углеводородного сырья при наиболее полном извлечении его из недр с осуществлением высоких технико-экономических показателей работы нефтегазодобывающих предприятий. Старение скважин и ухудшение геолого-технических условий их эксплуатации приводят к потерям в добыче нефти и газа, обусловленных простоем скважин в ожидании ремонта или эксплуатацией с ограничением дебита.

Сейчас численность рабочих, занятых подземным ремонтом скважин, превышает численность рабочих, участвующих непосредственно в добыче нефти и газа. Главным направлением решения этих задач является повышение эффективности освоения, крепления и ремонта нефтяных и газовых скважин, так как увеличивается фонд скважин, который необходимо сохранять в состоянии, пригодном для длительной эксплуатации.

Эффективность эксплуатации скважин зависит от состояния призабой-ной зоны пласта. При эксплуатации нефтяных и особенно газовых месторождений возникает проблема крепления призабойной зоны скважины в интервале размещения слабосцементированных коллекторов. Добыча природного газа ведется в высокопроницаемых пластах, сложенных, как правило, мелкозернистым слабосцементированным песчаником и алевролитами.

При эксплуатации скважин газовых месторождений возникают градиенты давления, приводящие к разрушению структуры породы. Пространство вокруг этих скважин называется призабойной зоной пласта (ПЗП), которая разрушается в первую очередь. Продукты разрушения в виде песка могут поступать в ствол скважины, что ведет к эрозионному износу оборудования. Кроме того, накопление песчаных пробок снижает продуктивность скважины и требует больших затрат на их ремонт.

Из внедренных новейших технологий ремонта скважин наиболее эффективным техническим решением для борьбы с пескопроявлением является изменение конструкции скважины, как при ремонте, так и при строительстве нефтяных и газовых скважин, предусматривающее эксплуатацию их через забойные фильтры с гравийной набивкой на основе фракционированного кварцевого песка.

Фракционированный кварцевый песок должен обеспечивать фильтрационное задержание пластового песка на месте его залегания. Гравийная набивка из песка в кольцевом пространстве между фильтром и стеной скважины должна обеспечивать достаточную пропускную способность для пластовых флюидов.

Различные характеристики продуктивных пластов, чередование больших по мощности пропластков слабосцементированных песчаников, изменение условий в скважине в процессе их эксплуатации, связанных с падением давления, снижением дебита, могут стать причиной снижения эффективной работы про-тивопесчаных фильтров с гравийной набивкой. Такой ситуации можно избежать, если правильно подобрать гравийный материал для гравийной набивки скважинного фильтра.

-.Этот вывод подтверждается-уникальным промысловым опытом-применения фильтров с гравийной набивкой на Уренгойском месторождении, где количество скважин с выносом песка составляет около пятисот. Известные кварцевые пески Волгоградского карьера не отвечают требованиям к гравийным материалам, определенным мировым стандартом Американского Нефтяного Института API RP-5 8, по прочности, по форме зерен (сферичность, округлость), фракционному составу (содержание основной фракции не менее 95%масс.), по содержанию некварцевых примесей (глин, полевых шпатов и др.). Это связано с несовершенной технологией обогащения на Волгоградском карьере, с некачественным сырьем и отсутствием гидроклассификации.

В диссертации решается задача разработки гравийного материала на основе природного кварцевого песка с карьеров Российской Федерации, технологии их обогащения и применения при создании гравийного фильтра в скважинах. На базе экспериментальных и аналитических исследований разработаны новая методика подбора гравийного материала и технология его обогащения, успешно прошедшая промысловую проверку при капитальном ремонте скважин Уренгойского газоконденсатного месторождения.

Методологической основой проведенных исследований послужили работы опытного производственника по борьбе с выносом песка и установкой гравийных фильтров доктора технических наук А.А.Ахметова.

Основной целью работы является повышение эффективности работы газовых скважин, заложенных в слабосцементированных песчаных скважинах, на основе гравийного фильтра из специально подобранного гравийного материала. Кроме того, для нефтегазовой отрасли необходимы более эффективные абразивные материалы для гидропескоструйной перфорации (ГПП) из природных песков.

Исходя из указанной цели работы, ее основными задачами являются:

- Анализ условий применения материалов для гравийных фильтров и обоснование необходимости переработки природных песков фракционных составов от 0,4 мм до 1,8 мм с определенными свойствами в соответствии с требованиями международного стандарта API RP-5 8. . . .

- Поиск и обоснование выбора месторождения кварцевых песков, оценка фракционного состава и их промышленных запасов.

- Совершенствование процессов подготовки песка с определением технологии их обогащения и разработкой технических средств для работы в условиях абразивно-коррозионной агрессии при классификации кварцевых песков.

- Изучение влияния фракционного и минерального составов песка на прочностные свойства и проводимость упаковки песка для намыва гравийного фильтра.

- Исследование абразивных свойств зернистых материалов в водной и нефтяной среде для выбора эффективного материала ГПП.

Для решения поставленных задач выбран, комплексный подход, позволяющий установить взаимное влияние изучаемых факторов и довести решение задач до практического использования в сложном техническом процессе образования призабойной зоны пласта.

Методы решения - экспериментальные исследования, математическое моделирование и промысловые испытания.

На защиту выносятся:

1. Применение в противопесочных фильтрах гравийных материалов на основе кварцевых песков, обогащенных по стандарту API RP-58 на российских карьерах.

2. Результаты экспериментальных исследований по подбору композиции из трех фракций песка - гравийного материала для длительной и эффективной работы гравийной набивки в условиях скважин газовых месторождений Крайнего Севера.

3. Математическая модель оптимальной комбинации трех фракций песка - гравийного материала для задержания пластового песка определенного медианного диаметра.

4. Новые абразивные материалы для ГПП, повышающие эффективность вторичного вскрытия продуктивных горизонтов и опыт их использования.

5. Результаты промысловых испытаний технологии приготовления и применения в зоне фильтра гравийного материала на основе кварцевого песка с фракционным составом, подобранным для условий ПЗП газовой скважины с выносом песка.

Научная новизна заключается в обосновании применения гравийного материала из природных кварцевых песков российских карьеров, подготовленных с учетом требований международного стандарта API RP-58. Установлена качественная связь между минеральным составом частиц песка и прочностью на основе сжатия и определено основное направление обогащения природного песка - гидроклассификация.

Построена математическая модель рационального смешения фракций гравийного материала. Найдены уравнение и графические зависимости расчета максимальной проницаемости гравийной набивки для газовых пластов, сложенных слабосцементированным песчаником определенного размера частиц.

Разработан способ создания скважинного гравийного фильтра в открытым стволе скважины с намывом гравия в процессе притока пластового флюида.

Практическая ценность заключается в разработке технологии, технических средств и условий для переработки природного песка обогащением гидроклассификацией и сухим рассевом.

Выявлено наиболее перспективное месторождение России «Остров Золотой», находящееся в Республике Татарстан, содержащее гравий (кварцевый песок) повышенного качества, который отвечает требованиям, предъявляемым к гравийной набивке противопесочного фильтра стандартом Американского Нефтяного Института API RP-58.

Суммарный экономический эффект по предприятию ООО «Уренгойгаз-пром» за 1999 - 2001 г. составил 1,1 млн. рублей (в ценах 2001 г.).

Получен патент РФ № 2206719 «Способ сооружения гравийного фильтра в скважине». Работа .выполнялась в ОАО. НПО «Бурение» по. договору с. ОАО «Газпром» УИРС ООО «Уренгойгазпром» № 21/18.01 «По подбору гравийного материала на установке «Хайкал» согласно действующим нормам стандарта Американского Нефтяного Института».

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межотраслевой научно-практической конференции ОАО НПО «Бурение»:

1. «Новые технологии, технологические средства и материалы в области промывки при бурении нефтяных и газовых скважин» (Краснодар, 2001 г.).

2. «Основные принципы выбора технологий, технических средств и материалов при ремонте скважин с целью снижения их стоимости и повышения продуктивности» (Краснодар-Анапа, 2001 г.).

3. Научно - практической конференции ООО «Уренгойгазпром» «Проблемы и решения эффективной эксплуатации Уренгойского нефтегазового комплекса» (г. Новый Уренгой, 2001 г.).

4. Научно - практической конференции ОАО «СевКавНИПИгаз» «Проблемы капитального ремонта скважин, эксплуатации подземных хранилищ газа и экологии» (г.Ставрополь, 2002 г.).

По теме диссертации опубликовано 9 работ, получен патент РФ.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений, изложенных на 146 страницах, иллюстрируется 27 рисунками, 30 таблицами и сопровождается списком литературы из 47 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технология бурения и освоения скважин», Юрченко, Александр Алексеевич

Основные выводы и рекомендации

1. На основе анализа применения кварцевых песков зарубежного и отечественного производства на месторождениях Западной Сибири сформулированы основные требования и определены основные направления по совершенствованию технологических процессов и технических средств при подготовке кварцевых песков с повышенными фильтрационными свойствами, прочностью и классифицированных по фракциям.

2. Доказана возможность использования природных кварцевых песков российских месторождений по классу 0,4-1,8мм повышенного качества на примере месторождения «Остров Золотой» для создания гравийных фильтров.

3. Выявлено преимущество использования кварцевых песков повышенного качества месторождения «Остров Золотой», подготовленный по технологии ОАО, НПО «Бурение»^ для создания гравийного фильтра перед ранее использованными песками Раменского карьера объединения «Ресурс-ИКИМСО» и волгоградского завода ОАО «Спецнефтематериалы».

4. Усовершенствованы процессы подготовки песка-гравия, определена технология их обогащения и разработаны технические средства для рассева песка до класса 0,4-1,8мм в условиях абразивно-коррозионной агрессии.

5. Организовано широкомасштабное производство песка-гравия с годовой производительностью около ЮООтонн.

6. Изучено влияние фракционного и минерального состава песка на прочностные свойства и проводимость упаковки песка-гравия для углеводородных флюидов в условиях фильтра призабойной зоны пласта.

7. Разработана методика проектирования гравийной набивки в призабойной зоне пласта, учитывающая фильтрационные свойства пласта и позволяющая подобрать необходимый фракционный состав гравия, обеспечивающий задержание частиц с размером пластового песка.

8. В условиях Уренгойского месторождения внедрены фракционные составы из песка - гравия для оборудования противопесочных фильтров ФСК-114, применение которых позволило получить экономический эффект в размере 11 ОООООрублей.

9. Особенно перспективным направлением считаем применение данных специальных экспериментальных исследований с использованием установки «Хайкал» (США) при заканчивании скважин фильтром с гравийной набивкой, что в последующем позволит обеспечить энергосберегающие дебиты и удовлетворить качество добываемого газа в соответствии с ТУ 26-12-638-82.

10. Так как наша технология приготовления и применения гравийных материалов на основе природного песка для оборудования газовых скважин противопесочными фильтрами принята ОАО «Газпром», как рекомендации по изменению конструкции скважин.на стадии строительства, рекомендуем использовать наш песок-гравий на других газовых месторождениях Западной Сибири.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Юрченко, Александр Алексеевич, 2004 год

1. Ашрафьян М.О. «Технология разобщения пластов в осложненных условиях» М., Недра, 1989.

2. Бутко О.Г.,.Скуин Б.А «Методы борьбы с пескопроявлениями при эксплуатации скважин»//Обз. информ./Сер./Нефтепромысловое дело.-М;, ВНИИОЭНГ.-1987.

3. Fight sand with sand A realistic approach to gravel packing - SPE.- 1983.

4. Съюмен Д., Эллис P., Снайдер P. Справочник по контролю и борьбе с пескопроявлениями в скважинах. Пер. с англ. /Пер. и ред. Цайгера М.А. М., Недра.-1986. С 176.

5. Жуковский К.А., Ахметов А.А., Кирянов Г.А., Хадиев Д.Н. Проектирование гравийной набивки для фильтров, устанавливаемых в зоне «суперколлекторов»// НТС «Новая техника и технология при проведении ремонтных работ на скважинах» М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2000.

6. Заихеев А.Н., Маслов И.И. Проблемы рациональной разработки нефтяных месторождений термическими методами М: ВНИИОЭНГ, 1982. - С. 7579.

7. Злоказов А.В., Горлова З.А., Рябоконь С.А. Об оценке отечественных расклинивающих материалов для ГРП // Сб. научн. тр. ВНИИКРнефть НПО «Бурение» Вопросы крепления и заканчивания скважин. Краснодар 1991.

8. Опыт гидропескоструйной перфорации // Сер. «Нефтепромысловое дело», М.: ЦНИИТЭнефтегаз - 1964.

9. Spavlin D;D., Sand and gravel a-study of their permeabilities, Paper SPE~ 4772, Symposium on Formation Damage, New Orleans, La., Feb, 7-8, 1974/

10. Schwavtz, D.H. Successful sand control design for high rate oil and water wells Journal of Petroleum Technology, Sept, 1969.

11. Krumbein, W.C. and Sloss, L.L., Stratigraphy and Sedimentation, 2 nd ed. W.H. Freeman and Co, San Francisco, CA 1963.

12. Спивак А.И., Шрейнер JI.А. Абразивность различных минералов, горных пород и утяжелителей // Азерб. нефт. хоз-во. 1958. - № 4.

13. Ахметов > А.А. Капитальный ремонт скважин на Уренгойском месторождении. Проблемы и решения Уфа - Изд. УГНТУ - 2000-219 с.

14. Жуковский К.А. Технология ликвидации пескопроявлений оборудованием- газовой скважины, противопесочным фильтром с гравийной набивкой. //Обз. информ. Сер. Бурение газовых и газоконденсатных скважин. - М:, ИРЦ Газпром, 2001. - С. 77.

15. ТУ 39-1554-91 Песок кварцевый фракционированный для крепления трещин гидроразрыва пласта, гидропескоструйной перфорации спецнефтемате-риалов ВНИИ им. акад. А.П. Крылова.

16. ТУ 491-004-13291795-97 Пески для гравийных, фильтров. Объединение «Ресурс-ИКИМСО» ВНИИгаз.

17. Рябоконь G.A. и др. Руководство по эксплуатации прибора для измерения шроводимости трещин фирмы «Хайкал». Пер. с.англ.// Пер. и ред. Рябоконь G.A. Краснодар, 2001.-25 с.

18. Стандарт «Породы горные. Методы определения: коллекторских свойств» ГОСТ 26450.0-85-ГОСТ 26450.2-85

19. Юрченко А.А. Об использовании отечественных кварцевых песков в качестве гравийной набивки для намыва гравийных фильтров//НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море М.- ВНИИОЭНГ.-1998 -№10 -с. 32-34.

20. Аветисов А.Г. Методическое руководство по применению статистических методов при проведении лабораторных исследовании с буровым и там-понажными системами. ВНИИКРнефть.- Краснодар.- 1971.- 50 е.

21. Рябоконь С.А., Бадовская В.И., Мартынов Б.А. Усовершенствованная методика выбора технологии вторичного вскрытия продуктивных пластов. //Сб.тр. ОАО НПО «Бурение».- Краснодар.- Вып.6, 2001 .

22. Драфйпер Н., Смит С. Прикладной регрессионный анализ.- М, Финансы и статистика, 1987 . --------25. Корн Г., Корн Т. Справочник па математике для. научных:работникови инженеров. М., Наука, Л 977 .

23. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке.- М.', Мир, 1980 .

24. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений в зарубежных странах // Сер. «Бурение» М.: «Газпром», 1990. - Вып. 13.

25. Практические рекомендации для: улучшения высокопрочных пропан-тов, используемых в; ГРП. American Petroleum: Anstute Production Departament: 211 Novth Ervay, Suite 1700 Dallas Texas 75201.

26. Юрченко А.А., Панченко Н.Г., Яковлев; Д.Н. Об использовании вибросит СВ lJT для подготовки песков, применяемых при различных технологических операциях при эксплуатации скважин.//Сб.тр.// ОАО НПО «Бурение».-Краснодар.- 1999.- вып. 2

27. Юрченко А.А. Об использовании отечественных кварцевых песков; для; вскрытия пласта: гидропескоструйной перфорацией (ГПП).//НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море».- М.-ВНИИОЭНГ -1998.-№ 12.-е. 13.

28. Кривоносое И.В. Исследование пробивной способности гидроабразивной струи.//Татарская нефть.-1962.- № 10.

29. Бекиров Т.М;, Ланчаков Г.А. Технология обработки и газа и конденсата. М.: Недра, 1999.

30. Гриценко А.И., Истомин В.А., Кульков А.Н., Сулейманов Р.С. Сбор и промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. Mi: Недра, 1999.

31. Reeves J.D. Laboratory evaluation of relative flow characteristics of grave packing for sand control. SPE Student journal, Fall, 1965.

32. Coberlx CJ. Selection of scveen openinge for unconsolidated sand. FPI Drilling and Production Practice, 1937.

33. Пат. 2206719 РФ (51) 7 Е 21 В 43/04, Е 03 В.3/24. Способ сооружения гравийного фильтра в скважине./С.А.Рябоконь., А.А.Ахметов., Н.В.Рахимов,- -А.А.ЮрченкоггК:А Жуковский: Опубл."2003.- 20:06.03: -Бюл. № 17 (111)

34. Арестов Б.В., Макеев В.В.,. Пресолов М.Ф. Дрозд П.А. Авторское свидетельство СССР № 1645470А1. Кл. Е 21 В 43/08 «скважинный фильтр», 1991.

35. Арестов Б.В., Будинов С.Н., Макеев В:В;, Ковальчук А.А. Проволочный скважинный фильтр для предотвращения выноса песка.// Газовая промышленность -1988 -№ 2 С. 18-19.

36. Цайгер М.А., Арестов Б.В., Назаров С.И. Эксплуатация газовых скважин и ПХГ в условиях рыхления пород.//Газовая промышленность 1992 . -№ 3 -С. 30-31.

37. Цайгер М.А., Арестов Б.В., Оценка дебитов скважин с гравийными фильтрами с обсадной колонне//Нефт. и газовая промышленность. 1991. -№2-С. 43-45.

38. Жуковский К.А. Технология ликвидации пескопроявлений оборудованием газовой скважины противопесочным фильтром с гравийной набивкой. Обз. информация. Сер. Бурение газовых и газоконденсатных скважин. - М.: «ИРЦ Газпром», 2001. - С. 77.