Разработка и исследование технологий ликвидации поглощений буровых растворов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Степанов, Виталий Николаевич

• Степанов, Виталий Николаевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Степанов, Виталий Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СТРОТЕЛЬСТВА СКВАЖИН НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ОРЕНБУРГСКОГО РЕГИОНА

1.1 Геологическая характеристика нефтегазового района

Оренбургской области.

1.2 Осложнения при бурении скважин.

1.3 Конструкции скважин при строительстве скважин по структурно-формационным районам.

1.4 Горно-геологическая характеристика интервалов поглощений по структурно-формационным районам.

1.5 Гидродинамическая характеристика зон поглощений при бурении скважин.

1.6 Анализ технологий борьбы с поглощениями и постановка цели и задач исследований.

2 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ УСЛОВИЙ ПОГЛОЩЕНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ

2.1 Определение индексов поглощения буровых растворов.

2.2 Исследование поглощающих пластов.

2.3 Разработка методик для расчета параметров зон поглощения.

2.4 Классификация условий поглощения буровых растворов и способы ликвидации поглощений буровых растворов.

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ

3.1 Повышение индексов поглощения способом гидродинамической кольматации проницаемых коллекторов.

3.2 Наполнители буровых растворов и способы их применения при ликвидации зон поглощения.

3.3 Разработка технологии ликвидации поглощений с использованием буферных тампонов.

3.4 Требования к технологии изоляции зон поглощения с использованием буферных тампонов.

3.5 Составы и свойства буферных тампонов для ликвидации поглощений в порово-трещинных коллекторах.

3.6 Разработка составов и свойства буферных тампонов для ликвидации поглощений в трещинно-кавернозных коллекторах.

3.7 Составы и свойства композиционных материалов для ликвидации катастрофических поглощений.

3.8 Развитие способов изоляции катастрофических поглощений в трещинно-кавернозных коллекторах с использованием композиционных материалов.

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ВНЕДРЕНИЯ РАЗРАБОТОК В ПРОИЗВОДСТВО

4.1 Результаты промысловой апробации технологий изоляции зон поглощения буровых растворов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологий ликвидации поглощений буровых растворов»

Актуальность проблемы

Одним из распространенных и тяжелых видов осложнений, встречающихся при бурении скважин, является поглощение буровых и тампонажных растворов. Зоны поглощения буровых и тампонажных растворов, а также градиенты их возникновения, при проектировании строительства скважин служат определяющими критериями обоснования выбора конструкции скважин, гидравлических программ промывки скважин, способа цементирования при разобщении пластов и во многом определяют трудоемкость и материалоемкость строительства скважин.

В этих условиях повышение технико-экономических показателей строительства скважин определяется эффективностью методов профилактики и ликвидации поглощений при разбуривании разреза.

При вскрытии продуктивных отложений в условиях аномально-низких пластовых давлений (АНПД) горизонтальными участками стволов скважин градиенты забойного давления могут превышать индексы поглощения даже при отсутствии начальной открытой трещиноватости массива пород в коридоре их проводки. При этом резко возрастают требования к качеству буровых растворов с целью исключения дифференциальных прихватов и сохранения продуктивности формаций при проникновении растворов в пласт при проведении изоляционных работ.

Сложность решения проблемы борьбы с поглощениями определяется многообразием взаимосвязей горно-геологических условий их возникновения и технологических факторов, действующих в процессе бурения скважины. Решение проблемы борьбы с поглощениями приводит к выделению ряда самостоятельных задач в области геологии, физики пласта, гидравлики, сопротивления материалов, реологий нетвердеющих вязкопластичных и твердеющих тампонажных растворов, условий движения суспензий и твердых частиц в поровой среде и трещинах горных пород и др.

Большой вклад в разработку технологий борьбы с поглощениями буровых растворов внесли отечественные исследователи В.И. Крылов, И.И. Вахромеев, И.А. Сидоров, М.И. Сухенко, В.В. Мищевич, Л.М., М.А. Котяхов, Л.М. Ивачев, М.В. Курочкин, М.Р. Мавлютов, В.Г Ясов., В.Н. Поляков и др.

Работами этих исследователей показана природа осложнения, разработаны способы исследования скважин и предложены расчетные модели параметров зон поглощения, технологии ликвидации, а также выполнены работы по анализу областей их эффективного применения.

Настоящий этап развития нефтяной и газовой индустрии в России характеризуется выходом на большие глубины, увеличением объемов буровых работ для поддержания добывных мощностей на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки с аномально-низкими пластовыми давлениями (АНПД). К этому также необходимо отнести выход на освоение месторождений Восточной Сибири, разрезы которых отличаются высокой трещиноватостью пород при градиентах первоначальных пластовых давлений ниже гидростатических давлений.

Рост глубин скважин, АНПД продуктивных отложений при их вскрытии на месторождениях на поздней стадии разработки, а также необходимость освоения новых нефтегазовых провинций с широким распространением трещинных пород с АНПД значительно увеличили тяжесть осложнений, связанных с поглощениями.

В этих условиях разработанные технологии борьбы с поглощениями, включающие способы определения параметров зон поглощения, проведения расчетов при планировании изоляционных операций, а также используемые материалы и тампонажные составы требуют совершенствования.

Это приводит к росту прямых затрат, связанных с изоляцией зон поглощения, а также затрат, связанных с устранением последствий неудачного разобщения пластов при креплении скважин, связанных с поглощениями цементных растворов.

Другой проблемой является сохранение продуктивности формаций при изоляции зон поглощения и надежная изоляция трещин, которые, как правило, являются на поздней стадии разработки месторождений с АНПД каналами гидропроводности и обводнения скважин при добыче, что делает проведение буровых работ нерентабельным.

Цель работы

Повышение эффективности борьбы с поглощениями буровых растворов путем совершенствования систематизации условий осложнений, определяющих выбор технологии изоляции, упрощения и повышения точности методик для инженерных расчетов параметров осложнения, привлечения новых материалов при общем их сокращении и унификации, а также разработки новых составов и способов их доставки в зону поглощения.

Основные задачи исследований

1. Усовершенствование методики расчета параметров зоны поглощения.

2. Обоснование классифицирующих признаков для выбора способов борьбы с осложнением.

3. Повышение эффективности существующих технологий борьбы с осложнением при сокращении номенклатуры применяемых материалов и максимальной их унификации при строительстве скважин.

4. Разработка новых составов, материалов и способов ликвидации осложнений повышенной сложности.

Научная новизна

1. Предложена методика расчета эквивалента раскрытия трещин пород поглощающего пласта.

2. Предложена и обоснована методика расчета радиуса изоляционного экрана при использовании буферных тампонов для тампонажа горных пород.

3. Разработаны новые составы и способы их доставки в зону поглощения при ликвидации осложнений повышенной сложности.

Практическая ценность

Разработана временная инструкция по ликвидации поглощений при бурении нефтяных и газовых скважин.

Повышена успешность ликвидации частичных поглощений при бурении скважин до 98 % и ликвидации осложнений повышенной сложности 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 «Оренбургтеология»). Экономический эффект от внедрения разработок составил 74,4 млн. рублей.

На основании выполненных теоретических и промысловых исследований разработаны:

- методика расчета параметров зон поглощения;

-методика расчета радиуса изоляционного экрана при использовании буферных тампонов;

- буферные тампоны для тампонажа трещинно-кавернозных коллекторов зон поглощения;

- способ тампонажа трещиноватых горных пород (патент 2277574 РФ);

- повышена эффективность использования наполнителей.

Выполненные исследования по разработке технологий тампонажа горных пород при бурении нефтяных и газовых скважин выявили свою эффективность при строительстве скважин.

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», Степанов, Виталий Николаевич

Результаты исследования зависимости радиуса тампона от пластической прочности и давления приведены в таблице 20.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Степанов, Виталий Николаевич, 2007 год

1. 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.

2. 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.

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

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

5. Егорова Л.З. Строение и состав кристаллического фундамента и бавлинских отложений Куйбышевской и Оренбургской областей //Геология/ Под ред. К.Б. Аширова: Тр. Куйбышевской НИИНП. Куйбышев, 1964. вып. 24.

6. Жуков И.М. Перспективы нефтегазоносности зон сочленения Волго-Уральской антеклизы, Предуральского краевого прогиба и прикаспийской впадины // Геология нефти и газа. 1980,- № 2.

7. Жуков И.М. и др. Геологическая модель Бузулукской впадины и направления поисковых работ / Жуков И.М., Коврижкин B.C., Кутеев Ю.М., Постоенко П.И., Денцкевич И.А., Суровиков Е.Я., Абрамов В.А. //Геология нефти и газа. 1987, - № 12.

8. Кожевников И.И., Фомина Г.В. Тектоника бассейна среднего течения реки Урал. Материалы по региональной тектонике СССР. - М.: Недра, 1964.

9. Лисовский H.H., Хлебников B.C. Формирование разрывных нарушений в отложениях девона и верхнего докембрия восточной части Русской плиты // Геология нефти и газа. 1980. - № 8.

10. Макарова С.П., Макаров Г.В. Особенности тектоники кристаллического фундамента Оренбургской области: Тр. ЮУО ВНИГНИ. -Саратов: Изд-во ВНИИГНИ, 1973. Вып. 2.

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

12. Коротова В.А. Роль гидрогеологических факторов в образовании, сохранении и разрушении нефтяных залежей. Л.: Наука, 1975.

13. Кузнецов В.И. Распространение компонентов водорастворенного газа в пределах Восточно-Оренбургского структурного выступа //Нефтегазовая геология и геофизика. 1982. - № 9.

14. Кузнецов В.И. Газогидрохимические показатели нефтеносности локальных структур в пределах северного обрамления Прикаспийской впадины //Нефтегазоносность северо-восточного обрамления Прикаспийской впадины. -М.: Изд-во ВНИГНИ, 1988.

15. Крылов В.И., Сухенко Н.И. Исследование и изоляции зон поглощений с помощью пакеров М.: ЦНИИТЭнефтегаз, 1963. - 79 с.

16. Мищевич В. И. Гидродинамические исследования поглощающих пластов и методы их изоляции при бурении нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1974.

17. Ивачев Л.М. Борьба с поглощениями промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин-М.: Недра, 1982.

18. Поляков В.Н., Мавлютов М.Р. и др. Технология и техника борьбы с поглощениями при строительстве скважин. Уфа: Китап, 1998.

19. Крылов В.И. Изоляция поглощающих пластов в глубоких скважинах. -М.: Недра, 1982.-304 с.

20. Басаргин Ю.М., Будников В.Ф., БулатовА.И. Теория и практика предупреждения осложнений и ремонта скважин при их строительстве и эксплутации. М.: Недра, 2000.

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

22. Справочник физических констант горных пород. М.: Мир, 1969.

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

24. Здорик Т.Б., Матиас В.В., Тимофеев И.Н., Фельдман Л.Г. Минералы и горные породы СССР. -М.: Мысль, 1970.

25. Желтов Ю.П. Механика нефтегазоносного пласта. М.: Недра, 1970.

26. Котяхов Ф.И., Юрчак В.П. Некоторые результаты определения эффективной трещиноватости горных пород гидродинамическими методами. -Нефтяное хозяйство, 1972, № 10. с. 40-43.

27. Мищевич В.И. Определение параметров проницаемых пластов по данным гидродинамических исследований. Нефтяное хозяйство, 1972, № 1,- с. 24-29.

28. Инструкция по борьбе с поглощениями при бурении и креплении скважин. РД 39 - 2- 684 - 82. - Краснодар: ВНИИКРнефть, 1982.

29. Инструкция по исследованию и изоляции пластов, поглощающих промывочную жидкость при бурении скважин на месторождениях Татарской АССР. Бугульма: 1978. - с. 77.

30. Abrams A. Mud design to minimize rock impairment due to particle //JPT/ 1977 Maj.-P. 586-592.

31. Крылов В.И., Крецул B.B. 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.

32. Крылов В.И., Крецул В.В. Методические указания по выбору промывочной жидкости для вскрытия продуктивных пластов. М.: Рос. Гос. ун-т нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002.

33. Добрынин В.М. Деформация и изменение физических свойств коллекторов нефти и газа. М.: Недра, 1970.

34. Курочкин М.В., Алексеев M.B. и др. Использование наполнителей при бурении скважин. Обзорная информация, сер. Бурения. М.: ВНИИОНГ, 1985.

35. Ясов В.Г., Мыслюк М.А. Предупреждение поглощений при разбуривании трещиноватых пород. М.: ВНИИОНГ, 1982.

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

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

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

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

40. Леонов Е.Г., Исаев В.И. Гидроаэромеханика в бурении. М.: Недра,1987.

41. Гукасов H.A. Практическая гидравлика в бурении: Справочник. М.: Недра, 1984. - с. 197.

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

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

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

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

46. Рабинович Е.З. Гидравлика. М.: Недра, 1974.

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

48. Спивак А.И., Мавлютов М.Р., Горонович С.Н. Инструкция по предупреждению и ликвидации поглощений в порово-трещинных карбонатных коллекторах при вскрытии газоносных отложений большой толщины. Мингазпром СССР, РД 51-128-97. Уфа: УНИ, 1987.

49. Спивак А.И., Мавлютов М.Р., Поляков В.Н., Горонович С.Н. и др. Руководящий нормативный документ РД 51-111-86 «Инструкция по технологии управляемой кольматации проницаемых пород при бурении и заканчивании скважин. Москва, Мингазпром, 1986.

50. Мавлютов М.Р., Акчурин Х.И., Соломенников C.B. и др. Воздействие на твердые частицы бурового раствора при кольматации стенок скважины. -М.: Недра, 1997.

51. Мавлютов М.Р., Поляков В.Н., Кузнецов Ю.С. и др. Использование высоконапорных струй при строительстве скважин. Обзорная информация, сер. Бурения. М.: ВНИИОНГ, выпуск 9 (92), 1985. - с. 55.

52. Абдрахманов Г.С., Ибатуллин Р.Х., Роднин A.A. Зайнуллин А.Г. Техника и технология ликвидации поглощений при бурении скважин. Обзорная информация, сер. Бурения. М.: ВНИИОНГ, выпуск 10 (72), 1984. -с. 48.

53. Игнатьев Н.И., Мухаметов М.Г., Горонович С.Н., Зарипов С.З. Вспученный вермикулит облегчающая добавка и наполнитель к глинистому раствору. - М.: Газовая промышленность, № 7,1975.

54. Горонович С.Н., Селиханович A.M. Изоляция зон поглощений буровых растворов в порово-трещинных карбонатных коллекторах./Юбилейный сборник научных трудов ООО «Волго-УралНИПИгаз». Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2002. - с. 146

55. Каталин Айвен и Джеймс Брутон, М-1, Бен Блойс, Chevron Texaco Лучший способ борьбы с потерями цирукуляции. М.: Нефтегазовые технологии № 6, ноябрь - декабрь 2003.

56. 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.

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

58. Шевцов В.Д. Регулирование давления в бурящихся скважинах. М.: Недра, 1984.-с. 191.

59. В.Ф. Роджерс. Состав и свойства промывочных жидкостей. М.: Недра, 1968. - с. 594.

60. Горонович С.Н., Рудницкий A.B., Селиханович A.M. и др. Способ изоляции зон поглощений. Авторское свидетельство № 2030562,1992.

61. Данюшевский B.C., Джабаров К.А., Горонович С.Н. и др. Состав для изоляции зон поглощений. Авторское свидетельство № 1154436. БИ № 17, 1985.

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

63. Соловьев Е.М. Задачник по заканчиванию скважин. М.: Недра, 1989. -с. 254.

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

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

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

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

68. Степанов В.Н., Горонович С.Н., Цыцымушкин П.Ф., Ефимов А. В.Расчет радиуса изоляционных экранов при ликвидации зон поглощения буровых растворов. /Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе, № 6,2005.-с. 29 -32.

69. Инструкция по предупреждению и ликвидации поглощений в порово-трещиноватых карбонатных коллекторах при вскрытии газоносных отложений большой толщины. РД 51-128-67. Уфа, 1987.

70. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1984. - с.367.

71. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: "Химия", 1988. с. 270 -276.

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

73. Литаева З.А., Рябченко В.И., Шишов В.А. и др. Регламентирование свойств глинопорошков, используемых для приготовленияя буровых растворов. Обзорная информация, сер. Бурения М.: ВНИИОНГ, 1979.

74. Глинка Н.Л. Общая химия: Учеб. Для вузов. Изд. 30 -е, испр./ - М.: Интеграл - Пресс, 2004. - с. 685.

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

76. У.Слейбо, Т. Терсоне. Общая химия. М.: Мир, 1979. - с. 550.

77. 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.

78. Диплом за разработку «Химическая кольматация зон катастрофического поглощения». V Московский международный салон инноваций и инвестиций; 15-18.02.2005г.

79. Булатов А.И., Сухенко Н.И. Изоляционные работы при проводке скважин в условиях поглощения бурового раствора. Обзорная информация, сер. Бурения. М.: ВНИИОНГ, выпуск 11 (50), 1983. - с. 70.

80. Сурикова O.A., Курочкин Б.М., Алексеев М.В. и др. Предупреждение и ликвидация осложнений в трещиноватых породах. Обзорная информация, сер. Бурения. -М.: ВНИИОНГ, выпуск 10 (93), 1985. с. 58.

81. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. М.: Химия, 1971.

82. Бюиста Д.Н. Композиционные материалы на основе полиуретанов. -М.: Химия, 1982.

83. Горонович С.Н., Олейников А.Н., Селиханович А.М. и др. Способ изоляции зон поглощений. Патент РФ № 2106476, 1998. (ДЭГ).

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

85. Степанов В.Н., Ефимов A.B. Повышение индексов поглощений и тампонажа горных пород при бурении скважин. М.: ООО «БУРНЕФТЬ», Специализированный журнал «Бурение & Нефть», 11. 2006г.