Разработка технологии бурения скважин в условиях катастрофических поглощений: На прим. Степн. месторождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.10, кандидат технических наук Шамшин, Виталий Иванович

• Шамшин, Виталий Иванович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шамшин, Виталий Иванович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Общие сведения об условиях бурения на Степновской площади

1.2. Инженерно-геологические условия бурения

1.2.1. Распределение поглощающих горизонтов по разрезу

1.2.2. Причины катастрофических поглощений бурового раствора

в отложениях надверейской толщи

1.3. Основные задачи исследования

2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРОХОЖДЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ ИНТЕРВАЛОВ НАДВЕРЕЙСКОЙ КАРБОНАТНОЙ ТОЛЩИ

2.1. Снижение интенсивности поглощения бурового раствора

2.1.1. Аэрирование бурового раствора

2.1.1.1. Применение химически аэрированного бурового раствора

2.1.1.2. Применение аэрированной воды

2.1.2. Введение в состав бурового раствора различных наполнителей

2.1.3. Цементирование зон поглощений

2.2. Бурение интервалов катастрофических поглощений без

I р.

выхода циркуляции бурового раствора

2.2.1. Вымывание шлама " пузырями"

2.2.2. Контейнерно-сифоямый способ извлечения шлама с забоя

пг с

скважины

2.2.3. Бурение с обратной эрлифтной промывкой

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ БУРЕНИЯ С ОБРАТНОЙ ПРОМЫВКОЙ ЭРЛИФТОМ

3.1. Герметизирующее устройство

долото

3.3. Обвязки устья. Дополнительные линии

3.4. Промысловые испытания технологии бурения с обратной промывкой эрлифтом

3.5 Способ укрепления неустойчивых пород

3.6 Комплекс мероприятии, обеспечивающих успешное бурение интервала катастрофических поглощении и породопоступле-

ния

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕДЛОЖЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ ГОРИЗОНТОВ

5. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

6. ЛИТЕРАТУРА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии бурения скважин в условиях катастрофических поглощений: На прим. Степн. месторождения»

ВВЕДЕНИЕ

Степновское подземное хранилище газа (ПХГ) расположено в Саратовском Заволжье и является одним из крупнейших в России и мире с активным объемом газа 5,08 млрд. н куб. м. Создано оно на базе истощенного газового месторождения в 1973 году. Из старого эксплуатационного фонда перешли 12 скважин , а 166 скважин средней глубиной 2150 метров должны быть пробурены.

Из опыта строительства скважин при разбуривании Степновского месторождения известно, что в каждой третьей скважине вскрывались одна или несколько зон катастрофических поглощений. Поглощающие породы залегают на глубинах 400 - 1000 метров в интервале бурения под промежуточную колонну. Дополнительным серьезным препятствием для бурения являлись шламовые пробки, образующиеся на забое и препятствующие наращиванию инструмента.

Для прохождения интервала осложнений в Степновском УБР, проводившем бурение скважин для разработки Степновского месторождения, использовались все известные технологии. При невозможности достижения проектной глубины спуска промежуточной колонны, проводилось забуривание с глубины 400 - 500 метров наклонно-направленного ствола с целью обойти зону поглощения. Если после забуривания 3....4 стволов этого достичь не удавалось, то скважина ликвидировалась. Так из 20 эксплуатационных скважин, заложенных в сводовой части поднятия, 5 скважин ( т.е. 25 % ) были ликвидированы из-за осложнений при бурении под промежуточную колонну.

При бурении первых эксплуатационных скважин ПХГ использовался опыт бурения «удачных» стволов скважин старого фонда. Однако применяемые технологии имели в целом низкие технико-экономические показатели Например, по

7 скважинам, бурившимся в 1978 -79 г.г., затраты календарного времени на прохождение интервала 400 - 100 метров составили в среднем на скважину 1979 часов, достигая по отдельным скважинам 3 ... 4 тысяч часов.

Сложившаяся ситуация потребовала разработки принципиально новых способов преодоления осложнений. Для исключения работ по тампонированию зон поглощений и эффективной очистке забоя от шлама автором был разработан способ бурения с обратной эрлифтной промывкой и выносом выбуренной породы на поверхность (авторское свидетельство СССР 979616 ). В соответствии с этим способом промывка забоя осуществлялась пластовой водой, непрерывно поступающей к долоту из вскрытых водоносных горизонтов за счет аэрации ее в бурильных трубах..

Опытные работы показали, что при использовании обратной эрлифтной промывки (ОЭП) механическая скорость проходки возрастает до 10 ... 12 метров в час. Однако при этом в некоторых скважинах , несмотря на многократные проработки с подъемом на поверхность 10 ...40 куб. метров шлама, не удавалось углубиться практически ни на один сантиметр. Характер материала, поступающего из скважин указывал на то, что этот шлам представляет продукты обрушения стенок скважин в интервале залегания слабосцементированных обломочных карбонатных пород - известняков и доломитов карбона.

Установление причины поступления такой породы в ствол скважины определило подходы к преодолению этого тяжелого осложнения. Вначале делались попытки формирования устойчивой каверны многократными проработками. Если это не давало результатов, то проводилась многократная закачка цементного раствора в интервал, что не всегда позволяло создать устойчивый ствол и

скважину ликвидировали. Проведенный анализ и модельные исследования позволили установить причину недостаточной эффективности известных технологий укрепления неустойчивых пород и на этой основе разработать новую технологию.

В предложенном способе (авторское свидетельство СССР 1745887 ) закрепление слабосцементированных карбонатных пород создается путем многократной проработки укрепляемого интервала с промывкой цементным раствором и энергичным его перемешиванием на забое.

В настоящее время бурение с обратной эрлифтной промывкой в сочетании с укреплением неустойчивых пород цементированием с забойным перемешиванием является наиболее рациональной технологией , гарантирующей проводку скважин в сложных горно-геологических условиях, аналогичным Степновской площади.

С использованием данной технологии на Степновском ПХГ к настоящему времени пробурены 23 скважины с общим экономическим эффектом в масштабе на 1.01. 96 г. 23,9 млрд. руб. Максимальный годовой экономический эффект -3,12 млрд. руб.

1. ПОСТАНОВКА. ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Общие сведения об условиях бурения на Степновской площади.

Одно из крупнейших в мире Степновское ПХГ с активным объемом 5,08 млрд. куб. м создано на базе одноименного истощенного газонефтяного месторождения , расположенного в пределах Советского района Саратовской области.

В геологическом строении месторождения принимают участие отложения девонской , каменноугольной и пермской систем палеозойской группы, юрской и меловой систем мезозойской группы, неогеновой и четвертичной систем кайнозойской группы.

В результате разведочного бурения была установлена промышленная газоносность мосоловских, воробьевских ( пласты 02У +\/1 ), ардатовских (пласт 02 IV Ь ) и бобриковских отложений.

Степновское поднятие представляет собой складку коробчатого типа северо-западного простирания, с крутым северо-восточным и пологим юго-западным крыльями, размером 6,1x5,6 км. Общая форма поднятия по различным горизонтам палеозойских и мезозойских отложений, в основном, сохраняется и только незначительно изменяется местоположение куполов и прогибов в пределах площади структуры. Начальные запасы газа оценивались в 32,38 млрд. куб. м. На 01.01. 73 г. текущие запасы составляли 4,08 млрд. куб. м. и пластовое давление 2,8 МПа.

Работы по созданию Степновского ПХГ начаты в 1973 году. Из старого эксплуатационного фонда перешли 12 скважин, 166 скважин должны быть пробурены с проектной глубиной 2150 метров.

Для' проектных эксплуатационно-нагнетательных скважин разработана следующая конструкция:

в направление диаметром 426 мм - 5 метров; ■ кондуктор диаметром 324 мм - 400 метров: в промежуточная колонна 245 мм -1050 метров; в эксплуатационная колонна 168 мм - 2150 метров.

Опыт строительства скважин при разбуривании Степновского месторождения показал, что в каждой третьей скважине вскрывались одна или несколько зон катастрофических поглощений. Поглощающие породы залегают в интервале 400 - 1000 метров. Как правило, основным препятствием для бурения являлось не само катастрофическое поглощение, а наличие на забое шлама, не позволявшего провести наращивание инструмента на этих скважинах.

Поглощение промывочной жидкости сопровождалось накоплением в стволе шламовых пробок, высота которых достигала десятков метров.

Иногда в процессе углубления вскрывались поглощающие зоны, куда шлам уходил, шламовые пробки исчезали и дальнейшее бурение под промежуточную колонну происходило без выхода циркуляции, но без осложнений. Исходя из возможности вскрытия зоны, куда уходит шлам, стратегия прохождения осложненного интервала состояла в бесперебойном обеспечении буровых водой из имевшихся магистральных водопроводов и максимальном сокращении вре-

мени на наращивание ( использование для наращивания второго шурфа, специальная тренировка вахт и т.д.).

Если до шламопринимающего интервала не удавалось доходить ( или его не было в разрезе ), бурение под промежуточную колонну затягивалось на многие месяцы и цель достигалась не всегда, несмотря на неоднократные попытки использовать всевозможные тампонажные смеси для ликвидации поглощения.

По некоторым скважинам указывалось на «обвалы пород» при поглощении.

Именно из-за обвалов чаще всего производилась зарезка новых стволов с целью обойти осложненную зону: искали « счастливые стволы». По некоторым скважинам второй или третий стволы оказывались вне осложненной зоны. Но по большей части это мероприятие эффекта не давало и ряд скважин был ликвидирован по техническим причинам.

В районе сводовой части поднятия, где должен быть размещен в основном фонд эксплуатационных скважин ПХГ, в период освоения месторождения пробурено 20 скважин, из них 5 , т.е. каждая из 4-х находившихся в бурении, ликвидировалась по техническим причинам из-за осложнений при бурении под промежуточную колонну.

При проведении первоочередных буровых работ для целей ПХГ технология бурения под промежуточную колонну практически копировала технологию , при менявшуюся ранее, но с гораздо меньшей эффективностью из-за ограниченности производительности водяных скважин, используемых для водоснабжения буровых. Отсюда - простои для набора воды. На двух скважинах пытались ( безуспешно ) искать "счастливые " стволы с теми же низкими экономическими показателями. Так, например, по 7 скважинам, бурившимся в 1978 -

79 гг., затраты календарного времени на прохождение интервала 400 - 1000 метров в среднем на скважину 1979 часов. То есть, на каждой из скважин дополнительные потери времени составили 1500 часов, или более двух станко-месяцев..На отдельных скважинах с наиболее сложными условиями проводки эти потери были еще значительнее. Так, по скважине № 169 затраты времени на прохождение интервала 400 -1000 м достигли 4056 часов

1.2. Инженерно-геологические условия бурения.

Степновское поднятие , с которым связано одноименное нефтегазовое месторождение является структурой lil порядка, расположенной в юго-западной части Степновского вала, который протягивается по южному склону Балаковско-Пугачевского свода.

В строении поднятия участвуют осадочные породы девонской, каменноугольной и пермской систем палеозойской группы, юрской и меловой систем мезозойской группы, неогеновой и четвертичной систем кайнозойской группы.

Девонская система представлена в нижней половине преимущественно терригенными отложениями с отдельными пластами карбонатных пород. К этому комплексу приурочены основные газовые залежи, в которых создается ПХГ. Мощность девонского комплекса изменяется от свода к погружениям от 435 до 783 м.

Каменноугольная система представлена преимущественно карбонатными отложениями, среди которых выделяются терригенные пачки тульского и бобри-ковского горизонтов, а также терригенный комплекс верхней части башкирского

яруса и верейского горизонта московского яруса. Мощность каменноугольных отложений 1250 - 1450 м.

Пермская система представлена карбонатными породами нижнего отдела, мощность которых изменяется от 90 м в сводовой части поднятия до более 250 м на погружениях.

Юрская система представлена преимущественно глинами, в средней части разреза которых выделяется характерная пачка песчаных пород батского возраста. Мощность этой пачки составляет около 30 м ( глубина залегания 200 -250 м). Мощность юрских пород в своде поднятия составляет около 220 м.

Меловая система представлена в основном глинами, в своде поднятия вследствие размыва меловые породы полностью отсутствуют.

Неогеновая система представлена породами акчагыльского яруса. Разрез сложен преимущественно песками, образующими 2 пачки, разделенные 20-метровой пачкой глин. Мощность акчагыльских пород в своде поднятия весьма выдержана и составляет около 100 м.

Четвертичная система представлена суглинками и глинами мощностью 5+10 м.

Поскольку основным осложнением процесса бурения скважин является поглощение бурового раствора в надверейской карбонатной толще, нами было проведено детальное расчленение указанного интервала.

Распространено мнение о моноблочности разреза надверейской карбонатной толщи. Так, K.M. Мошкович [ 1 ] указывает, что "специально предпринятые в Нижневолжском филиале ВНИИГеофизика в 1959 г. тематические иссле-

дования по выделению резервов по каротажным данным в надверейской карбонатной толще оказались бесперспективными."

Это позволило ему характеризовать надверейскую толщу как "однообразную". Как показали наши исследования такая характеристика верна в региональном плане. Более того, она применима к разрезам части скважин Степновской площади. По другим скважинам ( рис. 1) установлено, что надве-рейская карбонатная толща не только не однообразна, а , напротив, весьма дифференцирована : в ней выделяются и надежно прослеживаются пачки, имеющие четкую электрическую характеристику. Другими словами, имеются два типа разрезов надверейской толщи : дифференцированные и монотонные.

В дифференцированном разрезе надверейской карбонатной толщи нами выделены ( рис. 1 ) следующие характерные пачки.

Пачка 1. Сопротивление 50 -100 омм.

Внутри пачки по несколько меньшим значениям сопротивлений и характерной конфигурации кривых выделяется несколько каротажных реперов , позволяющих провести ее более детальное расчленение. Нижняя граница - резкое снижение сопротивлений при переходе к песчаникам верейского горизонта. Верхняя граница - подошва залегающей выше пачки низких сопротивлений.

Пачка 2( 13 1). Сопротивление не превышает 2-3 омм. Весьма однородна. Четко отделяется от подстилающих отложений. Верхняя граница - перегиб кривой ( особенно четко на кривой градиент-зонда) с постепенным возрастанием сопротивлений до 30 - 50 омм. Мощность до 100 м.

ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЙ РАЗРЕЗ НАДВЕРЕЙСКОЙ КАРБОНАТНОЙ ТОЛЩИ

Рис.. Т

Пачка 3. ( К 2) . Сопротивление постепенно возрастает от 2-3 до 30 омм. В прикровельной части сопротивление резко снижается до 5 - 7 омм. Мощность 40 -50 м.

Пач^а 4 ( Р3) .По конфигурации кривых сопротивлений аналогична пачке 3. Отличие : сопротивление возрастает от подошвы к кровле от 40 до 100 - 125 омм. Мощность - около 40 м.

Пачка 5 ( К4 ) . Обычно расчлененные кривые со средними значениями около 50 - 75 омм (градиент -зонд ). Нижняя граница - по подошве характерного пласта с низкими сопротивлениями и мощностью до 2 - 3 м. Верхняя граница -резкий переход к пачке высоких сопротивлений ( рк = 250 омм ). Мощность до 150 м.

Пачка 6. Преимущественно высокие ( в том числе и наиболее высокие в надверейской карбонатной пачке ) значения сопротивлений. Верхняя граница -подошва низкоомных юрских пород. Мощность - до 250 м.

В стратиграфическом отношении пачка 1 включает каширский и подольский горизонты. По верхней границе пачки 1 обычно проводят границу между подольскими и мячковскими отложениями.

Пачки 2,3 и 4 выделены в мячковском горизонте. Верхняя граница пачки 4 практически совпадает с принятой кровлей мячковского горизонта. Нами принято, что кровля мячковского горизонта - это пачка карбонатных пород, залегающая на распространенной по всей площади пачкой глин мощностью 1 - 3 м.

Пачки 5 и 6 охватывают породы верхнего карбона и нижней перми.

Надверейская толща сложена карбонатными отложениями, среди которых встречаются отдельные маломощные пачки глин.

С некоторой степенью условности по минералогическому составу можно выделить две толщи: доломитовую и известняковую.

Верхняя половина надверейской толщи до подошвы пачки 2 характеризуется как доломитовая, нижняя - как известняковая. Весьма четко эти две толщи выделяются на диаграммах кавернометрии. Для верхней доломитовой толщи типична расчлененная , пилообразная кривая с выделяющимися небольшими кавернами, диаметр ствола в целом несколько больше номинального. В нижней пачке диаметр ствола практически равен номинальному, а кривая кавернометрии представляет собой прямую линию. Указанная особенность формирования ствола связывается нами с отмеченной М.С. Швецовым [ 2 ] склонностью доломитов к растрескиванию. Это свойство доломитов весьма важно и для понимания характера разрушения породы долотом при бурении, и, в частности, именно это свойство объясняет наличие на забое крупных обломков в процессе бурения. Выше говорилось , что доля глин в разрезе надверейской толщи весьма незначительная. Однако пачки глин, мощность которых обычно не превышает 2-3 м, при промывке скважины водой образуют каверны значительного диаметра (до 800 мм ) . При этом из скважины выносятся обломки синевато-серой глины. Наличие этих каверн сильно сказывается на очистке скважины от шлама.

1.2.1. Распределение поглощающих горизонтов по разрезу.

С целью установления закономерностей распределения поглощений по разрезу в зоне размещения скважин, подлежащих бурению, нами рассмотрены соответствующие данные по скважинам, бурившимся с 1973 г.

На рис. 2 показано распределение поглощений по пробуренным скважинам. Из рисунка видно, что в целом можно выделить два по глощающих комплекса. Верхний охватывает интервал глубин 400 - 500 м, нижний - 750 - 850 м. Поглощения промывочной жидкости , встреченные по некоторым скважинам в интервале 500 - 750 м, носят спорадический характер.

Поглощения в верхнем поглощающем комплексе начинаются обычно после углубления ниже кровли карбонатного комплекса на некоторую глубину. Примерно на половине скважин поглощение отмечено при углублении в пермские отложения до 10 м, по другим скважинам поглощение промывочной жидкости начиналось после углубления ниже кровли пермских пород на 30 - 50 м.

Поглощения в нижнем комплексе четко приурочены к мячковскому горизонту. Более детальное рассмотрение материалов позволяет установить, что наиболее интенсивные поглощения приурочены к пачке R-2 ( рис.1 ) мячковского горизонта.

При бурении с приемлемой точностью устанавливается граница зоны поглощения. Так как далее бурение продолжается без выхода циркуляции, то остается неизвестной граница зоны поглощения.

Данные о положении нижней границы зоны поглощения могут быть получены из материалов акустической цементометрии. Можно считать, что положение цементного камня за колонной соответствует нижней границе зоны поглощения, если для цементирования использовано больше цемента, чем необходимо для данной фактической высоты подъема цемента в затрубье. Имеются данные акустической цементометрии по ряду скважин, цементирование промежуточной колонны в которых проводилось без выхода циркуляции. Рассмотре-

1000 H, M

ПОГЛОЩЕНИЙ НА СТЕПНОВСКОЙ ПЛОЩАДИ

(—( I—< I—I ь-н и-( I—« <Л2

Условные обозначения:.. ® част, погл. не ликвид. ф част. погл. закольмат», ▼ полное поглощение ^ полное погл.закольмат. тг7 полное погл.,ликвидиров заливкой

©полное погл.закольмат. заливкой частично @ полное погл.закольмат.

до частичного П част. погл. с первонач

полным уходом ей зона, приним. шлам 1=1 провалы

А гл. спуска концукт. _1 гл. спуска 245-мм.:К0Л01ь ^Р2 кровля н. перми

ние материалов акустической цементометрии показало, что при цементировании без выхода циркуляции удается поднимать цемент выше кровли пачки К -1 мячковского горизонта. То есть, пачка К -1, несмотря на высокую пористость, не всегда является поглощающей : поровые каналы ее в основном малы. В то же время, по всем скважинам, где не было циркуляции при цементировании, непе-рекрытой оказалась Н-2. Именно к этой пачке приурочены чаще всего провалы инструмента при бурении, что свидетельствует о существовании здесь развитой сети крупных фильтрационных каналов. Однако, принимая во внимание общность происхождения пород мячковского горизонта нельзя исключить, что при некоторых условиях поглощения могут иметь место и в нижней пачке К - 1 мячковского горизонта.

Так как определение положения нижней границы зоны поглощения связано с решением вопроса о глубине спуска промежуточной колонны, то общим критерием определения положения нижней границы поглощающих пород следует считать электрическое сопротивление пород : низкоомные породы являются потенциально поглощающими.

1.2.2. Причины катастрофических поглощений бурового раствора в отложениях надверейской толщи.

Значительные затраты на ликвидацию катастрофических поглощений бурового раствора при бурении скважин в районах Урало-Поволжья послужили причиной детальных исследований по установлению причин таких поглощений в надверейских отложениях , закономерностей распространения их по площади.

Ряд исследователей связывают указанные поглощения с трещинными коллекторами. В работе [ 3 ] отмечается , что в большинстве восточных нефтяных районов нашей страны возникновение поглощений связано с трещинными коллекторами и развитие трещиноватости связывается с дизьюнктивными нарушениями. Авторы цитируемой статьи придерживаются мнения, что "Степновская площадь представляет собой брахиатиклинальную складку коробчатого типа, значительно раздробленную серией дизьюнктивных нарушений" и приходят к выводу, что ".... при удалении места заложения скважины от тектонического нарушения наблюдается тенденция к уменьшению числа поглощающих скважин. Это свидетельствует об изменении степени трещиноватости по мере удаления от тектонического нарушения и уменьшении вероятности возникновения поглощений".

Тектонической трещиноватостью объясняется и наблюдаемая на Степнов-ской площади приуроченность поглощений преимущественно к надверейской толще, практическое отсутствие поглощений в карбонатных отложениях среднего карбона, залегающих ниже подошвы верейского горизонта : " ... на большой глубине касательные напряжения при ослаблении прочности горной породы значительно ниже, чем на меньшей глубине. При этом также уменьшается интенсивность трещинообразования ...".

Здесь авторами статьи сделан целый ряд допущений. Во - первых , нет никаких доказательств того, что надверейская карбонатная толща разбита дизъюнктивными нарушениями. Более того, характер структурных форм подошвы и поверхности надверейской карбонатной толщи, соотношение отметок скважин, история развития поднятия свидетельствует об отсутствии разломов. И для

объяснения вертикальной зональности распространения поглощений нет необходимости использовать гипотезу ослабления напряжений с глубиной : отсутствие поглощений ниже подошвы мячковского горизонта определяется не скачком в величине касательных напряжений, а распространением здесь плотных непроницаемых известняков.

Представление о широком развитии в Волго-Уральской области трещинных коллекторов чаще всего основано не на конкретных данных изучения кер-нового материала, а на наблюдениях при бурении скважин или при разработке нефтяных залежей в карбонатных коллекторах. Г.Б. Выжигин на основе исследований более 7000 образцов карбонатных коллекторов пермского и каменноугольного возраста пришел к выводу о ничтожной роли трещиноватости в формировании пустотного пространства [4].

Было проанализировано большое число образцов пород, из поглощающих горизонтов. Размеры образцов составляют от 30 х 30 х 30 мм до 200 х 200 х 200 мм.

Макроскопическое и микроскопическое (бинокуляр ) исследование образцов не установило развития трещиноватости. Микро пустоты обусловлены тем, что ромбоэдры доломита формируют поровое пространство наподобие песчинок в песчанике, а макро пустоты обусловлены кавернозностью. Особый интерес представляют материалы, где отмечаются при бурении провалы инструмента. Под провалами инструмента большинство исследователей понимает резкое увеличение механической скорости. Изучение распространения провалов показало , что одни не имеют строгой стратиграфической приуроченности, другие приурочены к определенному стратиграфическому интервалу. Чаще всего про-

валы приурочены к пачке 2 мячковского горизонта. Приуроченность провалов к определенному интервалу, возможность выделения этого интервала по каротажным материалам, чрезвычайная водообильность данного интервала позволяет считать, что провалы инструмента при бурении имеют место при прохождении особых рифовых тел, развитие которых происходило таким образом, что между отдельными биогермами существовало значительное свободное про-

(££ «/ у www

решетки ), которое впоследствии с той или инои полнотой заполнялось осадками. За счет неполного заполнения пространства между биогермами осадками, их последующего вымывания или растворения, образовался единый водоносный комплекс с развитой сетью вертикальных и горизонтальных каналов переменного сечения. Сохранению высокой проницаемости каналов в породе способствовали особенности геологического развития в предъюрское время Степновского и соседних поднятий. Дело в том, что морфологическая выраженность различных поднятий, подвергшихся пенепленезации в предъюрское время была различной., что находит отражение в величине мощностей надве-рейской карбонатной толщи. Так , сохранившаяся от размыва мощность на Ге-нераловском поднятии, расположенном в 30 км от Степновского, составляет около 300 м. Другими словами, в районе Генераловского поднятия были выведены на поверхность и открыты для циркуляции вод все стратиграфические подразделения надверейской карбонатной толщи, залегающие выше 300 м над кровлей верейского горизонта. Таким образом, инфильтрация в породы, выведенные на поверхность, происходила по напластованию первично проницаемых пачек, что способствовало широкому развитию подземного выщелачивания (карста) и формированию высокопроницаемых коллекторов.

Принимая во внимание указанную модель формирования высокопроницаемых коллекторов, как результата взаимодействия двух факторов - первичной проницаемости и последующего промывания - определим нижнюю границу высокопроницаемых интервалов на Степновской площади. Если глубина залегания подошвы надверейской карбонатной толщи в своде поднятия составляет , примерно, 1150 м, то подошва высокопроницаемой зоны должна находится на глубине : 1150 - 300 = 850 м, что, примерно, отвечает фактическому распределению поглощений (рис. 2).

Предложенная модель, возможно, объясняет и еще одну закономерность распределения зон поглощений на Степновской площади, а именно почти полное отсутствие поглощающих зон в интервале 550 - 750 м. На Степновской площади мощность надверейской карбонатной толщи в результате предъюрско-го размыва изменяется, примерно, на 160 м - от 700 до 860 м. При средней глубине залегания поверхности палеозоя в 400 м подошва промытой, в результате локальной циркуляции вод зоны, должна находиться , примерно, на глубине 560 м, что, примерно, также соответствует фактическим условиям.

Следовательно, распространение в разрезе поглощающих комплексов определяется взаимодействием двух факторов - первичной проницаемостью пород и активным промыванием пород в предъюрское время. Эти обстоятельства обусловили и чрезвычайно высокую продуктивность поглощающих водоносных горизонтов и формирование" суперпроницаемых" зон.

Таким образом, особенности строения , литологического состава, условия формирования надверейской толщи обусловили наличие катастрофических поглощений бурового раствора в процессе строительства скважин. Указанные по-

глощения приурочены к кавернозным породам мячковского горизонта, в составе которого выделяется три комплекса рифоногенных пород : Иь Р* 2, ( снизу вверх).

1.3. Основные задачи исследования.

Для ликвидации или снижения интенсивности поглощения бурового раствора при бурении скважин на Степновской площади для целей разработки месторождения и на первом этапе строительства ПХГ использовались следующие технологические операции :

а применение в качестве промывочной жидкости аэрированного глинистого

раствора или воды; еш введение в состав бурового раствора различных наполнителей; ш цементирование зон поглощения БСС различного компонентного состава; н бурение без выхода циркуляции с целью кольматации пластов выбуренной породой.

Применение перечисленных методов связано с огромными дополнительными затратами времени и средств, либо необходимостью ликвидации скважин.

В таблице 1 приведены данные о затратах на ликвидацию осложнения при бурении под промежуточную колонну на Степновской площади. При этом в различных скважинах были непосредственно использованы разные способы борьбы с поглощениями.

Бурение с частичным поглощением или без выхода циркуляции зачастую сопровождается значительными трудностями с очисткой ствола скважины от

Заключение диссертации по теме «Бурение скважин», Шамшин, Виталий Иванович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ многочисленных образцов пород из поглощающих горизонтов позволил установить, что распространение поглощающих комплексов на Степ-новском месторождении объясняется взаимодействием двух факторов - первичной проницаемостью и активным промыванием пород в предъюрское время, что дало возможность прогнозирования закономерностей распределения зон поглощений по площади и глубине.

2. Показано, что бурение интервалов катастрофических поглощений возможно двумя путями :

- ликвидация или снижение интенсивности поглощения бурового раствора до величины, когда оставшаяся циркуляция обеспечивает удовлетворительную очистку ствола;

- использование решений, позволяющих производить постоянное или периодическое удаление шлама без ликвидации поглощения.

3. Установлено, что применение традиционных способов ликвидации или снижения катастрофических поглощений : аэрирование буровых жидкостей , введение в них различных наполнителей , цементирование зон поглощений зачастую не решает проблемы бурения скважин на Степновском месторождении, что обуславливает необходимость разработки методов очистки скважин от шлама при бурении с полным поглощением.

4. Доказано, что при бурении интервалов катастрофических поглощений с полной потерей циркуляции очистка ствола скважины от шлама "методом пузырей" или " контейнерно-сифонным " способом приводит к обвалам трещиноватых стенок скважин, интенсивному кавернообразованию.

5. Разработан способ укрепления неустойчивых пород цементированием с забойным перемешиванием укрепляемой породы и вяжущего,

6. Предложенный способ бурения пластов катастрофических поглощений с обратной эрлифтной промывкой доказал свою несомненную эффективность.

7. Полученный опыт технологии бурения с обратной эрлифтной промывкой позволяет рекомендовать данную технологию для вскрытия продуктивных пластов , сложенных устойчивые породами с целью снижения противодавления на пласт и уменьшения колыштации коллекторов.

8. Разработан и широко опробован комплекс мероприятий, обеспечивающих успешное бурение интервалов катастрофических поглощений на Степнов-ском месторождении.

9. Общий экономический эффект от внедрения разработанной технологии бурения на Степновском ПХГ составил в ценах на 01.01. 98 г. - 23,9 млрд. руб.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шамшин, Виталий Иванович, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Мошкович К.А. Методика поисков и разведки нефти и газа. Москва, 1S61.

2. Швецов М.С. Методика-поисков и разведки нефти и газа. Москва, 1931 .

3. Курочкин Б.М. , Сурикова O.A., Филиппова A.A. Учет теологических особенностей строения площади в местах заложена скважины при прогнозировании зон поглощений:РНТС, "Бурение" ,№11,1978.

4. Выжигин Г.Б. Трещиноватость карбонатных коллекторов. Геология нефти и газа, №1,1978.

5. Винарский М.С. и др. Опыт бурения с применением химически аэрированных растворов. Бурение № 10, 1966 г.

6. Мавлютов М.Р. Исследование причин и характера осложнений ( катастрофические поглощения), разработка технологических мероприятий по их предупреждению и методов ликвидации с целью повышения коммерческих скоростей бурения скважин на Степновском ПХГ. Отчет по теме 40.8.03.01, 1978, ЦНИ.

7. A.c. 1677257 А/СССР кл. Е 21В 33/13 Способ изоляции поглощающего высокопроницаемого пласта в бурящейся скважине. Шамшин В.И. (СССР), 1991.

8. Шамшин В.И. Проводка скважин в осложненных условиях. Газовая промышленность , № 8,1981.

9. Григорян С.С., Каменева М.В., Иоселевич В А, Шахназаров A.A. О подъеме твердых тел с забоя .// Нефтяное хозяйство. 1973. № 4.

10. Есьман Б.И., Гарбузов Г.Г. Термогидравлические процессы при бурении скважин. - М.: Недра, 1991.

11. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. - М.: Недра, 1382 .

12. Гукасов H.A. Практическая гидравлика в бурении. Справочник. - М. Недра, 1984.

13. Егоров Н.Г. Бурение скважин в условиях поглощения промывочной жидкости - М.: 1997- 37 с. илл. (Техника, технология и-организация геологоразведочных работ). Обзор ЗАО Геоинформмаре.

14. Ясашин A.M. Вскрытие, опробование и испытание пластов. М. : Недра, 1973.

15. Справочник инженера по бурению. Т.2 Под ред. В.И. Мищевича , H.A. Сидорова. М.: Недра , 1379.

16. Волков A.C., Волокитенков A.A. Бурение скважин с обратной циркуляцией промывочнойжидкости. М.гНедра, 1370.

17. Патент США по классу 175 -205 № 2. 537.005 от 08.01. 1351.

18. Стражгородский С.И. , Фунтов А.М,. Шамшин В.И., Авдеев Я.И. Бурение с обратной эрлифтной промывкой. Газовая промышленность № 2, 1883.

13. Стражгородский С.И., Шамшин В.И. Бурение -в-условиях полного поглощения бурового раствора. Нефтяное хозяйство, № 3,1888.

20. Федоров B.C., Беликов В.Г., Зенков Ф.Д. и др. Практические расчеты в бурении. М.: Недра, 1366.

21. Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин - М.: Недра, 1384.

22. Справочная книга по добыче нефти. Под редакцией Под редакцией д.т.н. Гиматудинова Ш.К. М.: Недра, 1374.

23. Маковей Н. Гидравлика бурения - М.: Недра, 1386.

24. Pigoti R.I.S Mud flow in drilling. In. API Drill, Prod. Prac., 1341, p 81.

25. Патент США класс 175 - 324 № 3 .095.052. от 07.03.1962.

26. Патент США класс 175-339 № 3 . 440. 324, от ШМ.1966.

27. A.c. 1745887 At, кл. Е 2гВ 33/13. Способ укрепления неустойчивых пород в бурящейся скважине. Отражгородский С.И. й -Шашшн В.И. (СССР). 1992.

28. Ивачев A.M. Борьба с поглощениями промывочной жидкости при бурении геологоразведочных скважин. М.: Недра, 1982.

29. Временная методика определения экономической эффективности использования при строительстве нефтяных и газовых скважин новой техники, изобретения и рационализаторских предложений. Миннефтепром . М., 1988.

30. Лаврентьев B.C., Лихушин А.Н, Мигуля А.И., Шамшин -В.И. Очистка ствола горизонтальной скважины. Газовая промышленность, № 1,1998 г.

31. Шамшин В.И. Бурение скважин с обратной промывкой эрлифтом. Тезисы доклада. Первая региональная научно-техническая конференция. Секция «Нефть и газ», Ставрополь, 1997.

32. Андрианов Н.И., Шамшин В.И., -Пуля KD.A. Физическое моделирование процесса образования каверн в горной породе гидромониторными струями. Тезисы доклада. Первая региональная научно-техническая конференция. Секция «Нефть и газ», Ставрополь,1997.

J