Совершенствование методов борьбы с поглощениями в интрузиях долеритов глубоких разведочных скважин Сибирской платформы: методические и технологические разработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Фокин, Виктор Вениаминович

• Фокин, Виктор Вениаминович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фокин, Виктор Вениаминович

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ РАБОТ ПО БОРЬБЕ С ОСЛОЖНЕНИЯМИ В ГЛУБОКИХ РАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИНАХ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ.

1.1. Геолого-технические условия строительства глубоких скважин

1.2. Методы исследования и изоляции поглощающих пластов

1.3. Анализ технико-экономических показателей методов борьбы с осложнениями в ПГО «Енисейнефтегазгеология» за 1985-1987 гг.

1.4. Цель и задачи научно-прикладных исследований

2. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ СИСТЕМНОГО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТВОЛА

В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ СКАЖИН.

2.1. Постановка задачи

2.2. О технологическом значении методов контроля технического состояния необсаженного ствола скважины

2.3. Технологические требования к методам регулирования фильтрационно-прочностных характеристик ствола скважины .7.

2.4. Системные принципы совершенствования технологий тампонирования проницаемых пород

2.4.1. Геолого-техническая система «скважина - поглощающий пласт», иерархическая схема, основные свойства и характеристики

2.4.2. Механизмы гидроизоляции проницаемых пород.

2.4.3. Параметры контроля и управления процессами гидроизоляции поглощающих и флюидонасыщенных пластов.

2.5. Выводы по разделу.

3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ СТВОЛА В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ И ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИН

3.1. Краткая аналитическая оценка современного уровня развития технологий борьбы с осложнениями.

3.2. Технологические обоснования механизмов гидроизоляции проницаемых пород.

3.3. Технические приемы и технологические схемы производства изоляционных работ. Область эффективного применения.

3.3.1. Основные технические приемы производства изоляционных работ.

3.3.2. Технологические схемы тампонирования и кольматации поглощающих и флюидонасыщенных пластов

3.4. Технологический комплекс гидромеханического упрочнения ствола в процессе бурения скважин

3.4.1. Методы контроля технического состояния ствола в процессе бурения скважин

3.4.2. Методы гидроизоляции поглощающих и газонефтеводо-проявляющих пластов.

3.4.3. Методы экспресс-оценки геолого-физических характеристик поглощающих пластов и скважин

3.4.4. Методические принципы и расчет технологических параметров изоляции проницаемых пород

3.4.5. Критерии оценки динамических характеристик процесса тампонирования

3.5. Выводы по разделу

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОМЫСЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ И ВНЕДРЕНИЕ КОМПЛЕКСА РАЗРАБОТОК ПО БОРЬБЕ С ПОГЛОЩЕНИЯМИ В ГЛУБОКИХ СКВАЖИНАХ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ.

4.1. Краткая характеристика природно-климатических и горногеологических условий строительства глубоких скважин

4.2. Результаты испытаний усовершенствованного комплекса борьбы с поглощениями в интрузиях долеритов.

4.3. Результаты внедрения комплекса при борьбе с поглощениями в интрузиях долеритов.

4.4. Выводы по разделу

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методов борьбы с поглощениями в интрузиях долеритов глубоких разведочных скважин Сибирской платформы: методические и технологические разработки»

Проблемы совершенствования технологий, повышения качества и эффективности буровых работ во многом определяются успешностью применяемых методов регулирования технического состояния необсаженного ствола (герметичность и прочность стенок) в процессе бурения и заканчивания нефтяных и газовых скважин. Наиболее частыми видами осложнений, нарушающими технологию буровых работ, являются поглощения буровых и тампонажных растворов. При этом ежегодные затраты на борьбу с осложнениями в нефтегазодобывающей отрасли составляют от 8 % до 16 % календарного времени бурения и от 5 % до 10 % финансовых средств. Причем не поддаются строгому учету общие затраты на ликвидацию брака при строительстве скважин: восстановление герметичности крепи, межпластовые перетоки и заколонные флюидопроявления, недохождение цементного раствора на расчетную высоту, прорыв пластовых флюидов к фильтру скважин и т. д.

Анализ последних 10 лет показывает, что эффективность традиционных методов борьбы с поглощениями в среднем составляет 30 %. Затраты времени в общем балансе на бурение возросли до 18-23 %.

Сложившиеся обстоятельства связаны с острым дифицитом информационного обеспечения методов борьбы с поглощениями по оценке фильтрационных характеристик поглощающих пород, геолого-технических условий производства изоляционных операций, гидравлического состояния поглощающей скважины. А также с низкой эффективностью применяемых технологий изоляции поглощающих пластов, особенно, в интрузиях долеритов Сибирской платформы и недостаточно профессиональным уровнем исполнителей работ.

Таким образом, совершенно очевидно, что дальнейшее совершенствование и повышение технологической эффективности и технико-экономических показателей методов борьбы с поглощениями имеют важное научно-прикладное значение и являются актуальными.

Цель работы. Повышение качества и эффективности строительства глубоких разведочных скважин на Сибирской платформе модификацией и внедрением комплекса методов борьбы с поглощениями в трапповых интрузиях.

Основные задачи исследований и разработок.

1. Обобщение и аналитическая оценка современного состояния работ по борьбе с поглощениями буровых и тампонажных растворов в глубоких скважинах на Сибирской платформе.

2. Модификация и адаптация комплекса технологий по изоляции поглощений в зонах эндоконтактов и трапповых интрузий.

3. Совершенствование методических основ и метода расчета технологических параметров процесса изоляции поглощающих пластов.

4. Промысловые испытания и внедрение комплекса технологий по гидромеханическому упрочнению ствола в интрузиях долеритов Сибирской платформы.

5. Оценка качества и технико-экономических показателей комплекса технологий по борьбе с поглощениями в глубоких разведочных скважинах на Сибирской платформе.

Методы исследований. Для решения научно-прикладных задач диссертационной работы использованы принципы системного подхода, классическая теория гидромеханики сплошных сред, комплекс промыслово-геофизических и гидродинамических методов исследований скважины и пластов, методики аналитической оценки результатов промысловых исследований и испытаний.

Основные защищаемые положения.

1. Оценка геолого-физических, механических свойств и фильтрационных характеристик интрузий долеритов.

2. Модифицированный комплекс методов изоляции поглощений в зонах эндоконтактов и интрузий.

3. Требования, предъявляемые к методам исследования, изоляции и оценки технологической эффективности работ при борьбе с поглощениями в интрузиях долеритов.

4. Результаты промышленных испытаний и внедрения разработок при борьбе с поглощениями в глубоких скважинах на Сибирской платформе.

Научная новизна.

1. Результаты промысловых исследований и аналитических обобщений по оценке геолого-физических и фильтрационных характеристик интрузий долеритов. Установлены существенные отличия трещиноватости, физико-механических и коллекторских свойств интрузий долеритов от карбонатных пород.

2. Разработаны научно-прикладные обоснования механизмов изоляции проницаемых пород и способы их реализации в конкретных геолого-технических условиях борьбы с поглощениями.

3. Реализация системных принципов при разработке комплекса технологий по гидромеханическому упрочению ствола в процессе бурения скважин, обеспечивающих нелинейный рост качественных и технико-экономических показателей буровых работ.

Практическая ценность

1. Разработка комплекса модифицированных технологий по гидромеханическому упрочнению ствола в процессе бурения скважин.

2. Усовершенствование методики последовательной гидроизоляции комплекса флюидонасыщенных пластов в массиве горных пород при бурении скважин в условиях АНПД и АВПД.

3. Разработка метода расчета технологических параметров процесса тампонирования поглощающих пород трещинных коллекторов и 7 интрузий долеритов, адекватного их геолого-физическим и фильтра ционным характеристикам.

4. Достижение нелинейного роста технологических и технико экономических показателей изоляционных работ в 2,5-3,9 раза в срав нении с показателями традиционных методов борьбы с поглощениями.

Заключение диссертации по теме «Технология бурения и освоения скважин», Фокин, Виктор Вениаминович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Аналитические обобщения и критическая оценка сложившихся в современной теории и практике строительства скважин представлений, научно-технических направлений развития, показателей качества и эффективности изоляционных работ выявил ряд негативных тенденций. Так в вопросах совершенствования и развития технологии изоляционных работ не уделяется должного внимания методам гидродинамических исследований поглощающих скважин и пластов, контроля и регулирования гидромеханических процессов тампонирования фильтрационных каналов призабойной зоны, а также механизмам снижения приемистости поглощающих пород различных категорий сложности. Все отмеченное свидетельствует о том, что современный уровень развития технологии борьбы с осложнениями характеризуется состоянием существенной неупорядоченности этой сложной геолого-технической системы «скважина - п пластов», типичными для которой являются дефицит информативности, низкая эффективность организации и управления технологическими процессами борьбы с осложнениями.

2. Рассмотрены системные принципы совершенствования и развития технологии изоляционных работ за счет формирования информационной базы промысловых данных, с использованием экспресс-методов гидродинамических исследований, оперативного контроля и управления технологическим процессом тампонирования каналов поглощающих пород, разработки тампонажных смесей с предельными по прокачиваемости структурно-механическими свойствами и метода расчета параметров режима нагнетания их в зону поглощающих пород, упорядоченной реализации механизмов изоляции поглощающих и флюидопроявляющих пластов.

3. По результатам комплексных исследований (геологических, гидродинамических и геофизических) обобщены геолого-физические характеристики интрузий долеритов, негативно влияющие на технологию изоляционных работ. Это преимущественное развитие трех систем ортогональных трещин: поперечные, продольные и пологие вдоль структуры течения; эндо- и экзоконтактные изменения трещиновато-сти и ростом густоты трещин вблизи контактов интрузий с материнской породой; повсеместное развитие вертикальных столбов отдельности интрузий (силы); большинство внутрислойных трещин геометрически похожих на «кирпичную кладку». Преобладающий размер трещин в трапповых интрузиях (до 80 %) изменяется от 0,25-10"3 м до 2,0-10"3 м. Трещины с раскрытостью от 2,0-10-3 до 6,0-10-3 м составляют порядка 14 %, а более 6,0-10-3 м, около 6,0 %. Толщина проницаемой части трапповых интрузий из-за приуроченности их в основном к контактным зонам изменяется в пределах от 3-5 м до 15-20 м, редко превышая последние.

4. Усовершенствован комплекс методов исследования и изоляции поглощающих пластов разработкой новых методических подходов по оперативной оценке технического состояния ствола, упрощением технологических схем производства изоляционных операций, модификации структурно-механических свойств тампонажных систем и унификации метода расчета технологических параметров процесса изоляции поглощающих пород различной интенсивности.

5. Усовершенствована методика обоснования механизма изоляции поглощающих пластов по регламентированным показателям коэффициента приемистости и расчета технологических параметров его реализации: подача насоса, давление нагнетания, радиуса проникновения, требуемого объема, структурно-механических свойств тампо

158 нажных смесей и времени их структурообразования (коагуляции или начала схватывания).

6. Результаты внедрения комплекса исследовательских, изоляционных методов и методических разработок при борьбе с поглощениями в глубоких поисково-разведочных скважинах Сибирской платформы привели к нелинейному росту технологической эффективности и технико-экономических показателей работ в сравнении с традиционными методами. При этом показатель результативности изоляционных операций на зону поглощения повысился в среднем в 2,45 раза, затраты времени снизились в 3,88 раза, расход тампонажных материалов сокращен в 2,9 раза, а финансовые затраты снижены в 2,2 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фокин, Виктор Вениаминович, 2009 год

1. Крылов В.И. Изоляция поглощающих пластов в глубоких скважинах. М.: Недра, 1980. 304 с.

2. Шерстнев Н.М., Расизаде Я.М., Ширинзаде С.А. Предупреждение и ликвидация осложнений в бурении. М., «Недра». 1979. 303 с.

3. Поляков В.Н., Мавлютов М.Р., Алексеев Л.А., Колодкин В.А. Технология и техника борьбы с поглощениями при строительстве скважин. Уфа: Китап, 1998. 192 с.

4. Шевцов В.Д. Регулирование давлений в бурящихся скважинах. М.: Недра, 1984. 191 с.

5. Тхостов Б.А. Начальные пластовые давления и геогидродинамические системы. М. - М.: Недра, 1966. 267 с.

6. Поляков В.Н., Колокольцев В.А. Определение гидродинамических давлений в процессе спуска инструмента при наличии в скважине проницаемого пласта // Нефтяное хозяйство, 1972, № 4. С. 42-44.

7. Поляков В.Н., Ишкаев Р.К, Лукманов P.P. Технология заканчивания нефтяных и газовых скважин. Уфа: «ТАУ», 1999. -408 с.

8. Клещенко И.И., Гоигорьев A.B., Телков А.П. Изоляционные работы при заканчивании и эксплуатации нефтяных скважин. М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998. -267 с.

9. Дон Н.С., Титков Н.И., Гайворонский A.A. Разобщение пластов в нефтяных и газовых скважинах. М.: Недра, 1973. 272 с.

10. Ашрафян М.О. Повышение качества разобщения пластов в глубоких скважинах. М., Недра, 1982, 152 с.

11. Регулирование перепада давления в зоне нарушения породы при бурении нефтяных и газовых скважин / Штур В.Б., Мавлютов М.Р., Филимонов Н.М., Абдуллин P.A. (Обзор, информ. Сер. Бурение) -М.: ВНИИОЭНГ, 1982, вып. 20. -43 с.

12. Зильберман В.И., Дегтев ИМ., Ульянов М.Г. О регламентировании репрессий на пласты при бурении скважин // Нефтяное хозяйство. 1988. № 12. С. 16-20.

13. Колесников ИЛ., Волонсевич СЛ., Сафронов В.А. О влиянии отрицательного дифференциального давления на эффективность разрушения горных пород. Нефтяное хозяйство, 1983, № 6, с. 12-14.

14. Поляков В.Н., Вяхирев В.И., Ипполитов В.В. Системные решения технологических проблем строительства скважин / Под общей редакцией В.Н.Полякова. М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2003. -240 с.

15. Поляков В.Н., Урманчеев В.И. Промысловая оценка гидравлических условий бурения скважин // Нефтяное хозяйство. 2206. № 8. -С.112-114.

16. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности (РД 08-200-98). М.: 1998. 160 с.

17. Геология нефти и газа Сибирской платформы. М.: Недра. 1981. -552 с.

18. Ромм Е.С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра. 1966. - 282 с.

19. Багринцева К.И. Трещиноватость осадочных пород. М., Недра, 1982. 256 с.

20. Голф-Рахт Т.Д. Основы нефтепромысловой геологии и разработки трещиноватых коллекторов: Пер. с англ. Н.А.Бардиной, П.К.Голованова, В.В.Власенко, В.В.Покровского / Под ред. А.Г.Ковалева. М.: Недра, 1968. - 608 с.

21. Геология и петрология интрузивных траппов Сибирской платформы / Институт геологии Якутского филиала СО АН СССР / М.: «Наука», 1966.-258 с.

22. Смехов Е.М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов нефти и газа. Л., «Недра», 1974. 200 с.

23. Кошляк В.А. Гранитоидные коллекторы нефти и газа. Уфа: Tay. 2002. - 256 с.

24. Лейбензон Л.С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М.: Гостоптехиздат, 1947. - 244 с.

25. Майдебор В.Н. Особенности разработки нефтяных месторождений с трещиноватыми коллекторами. М., «Недра», 1980. 288 с.

26. Рафиенко И.И. Эффективные методы ликвидации поглощений промывочной жидкости при бурении. М.: Недра, 1967. 189 с.

27. Тян П.М. Предупреждение и ликвидация поглощений при геологоразведочном бурении. М., Недра, 1980. 167 с.

28. Поляков В.Н., Кузнецов Ю.С., Сагидуллин И.А. и др. Решение проблем заканчивания и эксплуатации скважин в аномальных термодинамических условиях // Нефтяное хозяйство. 2005. № 5. - С. 104-108.

29. Абдеев Р.Ф. Философия информационной цивилизации. М.: ВЛА-ДОС, 1994.-336 с.

30. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учебник для вузов / А.Н.Попов, А.И.Спивак, Т.О.Акбулатов и др. Под общей ред. А.И.Спивака. 2-е изд., испр. и доп. - М.: ООО «Недра - Бизнесцентр», 2004. - 509 с.

31. Гэтлин К. Бурение и заканчивание скважин. М.: Недра, 1984. 191 с.

32. Бурение нефтяных и газовых скважин в США / И.А.Серенко, Н.А.Сидоров, О.А.Сурикова и др. М., 1983. 104 с. (Обзор, информ. Сер. «Бурение» / ВНИИОЭНГ, вып. 16).

33. Мирзаджанзаде АХ., Караев А.К., Ширинзаде С.А. Гидравлика в бурении и цементировании нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1977.-230 с.

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

35. Есьман Б.И., Габузов Г.Г. Термогидравлические процессы при бурении скважин. -М.: Недра, 1991. -216 с.

36. Основы научных исследований: Учебник для технических вузов / В.И.Крутое, И.М.Грушко, В.В.Попов и др. Под ред. В.И.Крутова, В.В.Попова. М.: Высш. шк., 1989. 400 с.

37. Бочко S.A., Никишин В.А. Упрочнение горных пород при бурении скважин. М.: Недра, 1979. - 167 с.

38. Катеев И.С., Абдрахманов Г.С., Юсупов И.Г. и др. Оценка подготовленности ствола скважин к креплению. В сб. «Новые методы повышения качества разобщения пластов при бурении нефтяных скважин». Бугульма, ТатНИПИнефть, 1975.

39. Абдрахманов Г.С., Ибатуллин Р.Х., Родкин A.A. и др. Техника и технология ликвидации поглощений при бурении скважин. М.: ВНИИОЭНГ, 1984. 45 с.

40. Лукманов P.P. Разработка и исследование методов струйной и селективной изоляции проницаемых пород при заканчивании скважин. Дис. . канд. техн. наук. - Уфа, 1980. - 224 с.

41. Поляков В.Н. Требования, предъявляемые к герметичности и прочности ствола при заканчивании скважин месторождений Башкирии // Нефтяное хозяйство. 1983. № 5. С. 27-28.

42. Повышение эффективности разобщения и изоляции продуктивных пластов при их разбуривании / Поляков В.Н., Лукманов P.P., UJapu-повА.У. и др. Бурение: Реф. науч.-техн. сб. / ВНИИОЭНГ, 1979, № 9, с. 8-12.

43. Поляков В.Н., Лукманов P.P., Мавлютов М.Р. Способ гидромониторной обработки проницаемых пород при бурении и заканчивании скважин // Бурение: Реф. науч.-техн. сб. / ВНИИОЭНГ. 1980. - № 1. -С. 17-19.

44. Шишов Е.Л. Тампонаж горных пород способом глинизации. М.: УГЛЕТЕХИЗДАТ, 1951. - 88 с.

45. Царевич К., Шищенко Р.И., Бакланов Б. Глинистые растворы в бурении. Баку - Москва: ОНТИ НКТП СССР Азнефтеиздат, 1935. -324 с.

46. Роджерс В.Ф. Промывочные жидкости для бурения нефтяных скважин. М.: Гостоптехиздат, 1960. - 397 с.

47. Вахрамеев И.И. Теоретические основы тампонажа горных пород. -М.: Недра, 1968.-294 с.

48. Поляков В.Н., Саяпин Е.Д., Валямов Р.Г. Технологическое влияние расхода и давления нагнетания тампонажной смеси на результативность операций по изоляции поглощающих пластов // Бурение: Реф. науч.-техн. сб. / ВНИИОЭНГ, 1977. № 9. С. 20-22.

49. Лятифов А.И., Ахундов А.Г. Влияние давления и скорости продав-ливания цементного раствора на эффективность изоляционных работ // Нефтепромысловое дело: Реф. науч.-техн. сб. / ВНИИОЭНГ, 1977.-№ 5.-С. 18-20.

50. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. -398 с.

51. Абрамович Г.И. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960.-215 с.

52. Куксов А.К., Бабян Э.В., Шевцов В.Д. Предупреждение и ликвидация газонефтеводопроявлений при бурении. М.: Недра, 1992. -251 с.

53. Газопроявления в скважинах и борьба с ними / А.И.Булатов, В.И.Рябченко, А.И.Сибирко, Н.А.Сидоров. М., Недра, 1969. -280 с.

54. Гоинс У.К., Шеффилд Р. Предотвращение выбросов: Пер. с англ. -М.: Недра, 1987.-288 с.

55. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы): учебник для вузов. М.: Химия, 1982. -400 с.

56. Абдрахманов Г.С. Крепление скважин экспандируемыми трубами: Учеб. пособие. Самара: ИД «РОСИНГ», 2003. 228 стр.

57. Урманчеев В.И. Идеология и научно-прикладные основы традиционных технологий строительства скважин (в порядке обсуждения // Нефтяное хозяйство. 2007. - № 3. - С. 32-33.

58. Временная инструкция по применению комплекса мероприятий УфНИИ при борьбе с поглощениями промывочной жидкости (составитель: Г.А.Ситдыков). Уфа. - 1964. - 24 с.

59. А. с. 819306 (СССР). Способ снижения проницаемости пластов / В.Н.Поляков, Р.Р.Путаное, М.Р.Мавлютов и др. Опубл. в Б.И. 1981, № 13.

60. Поляков В. В., Мнацаканов В. А., Аверьянов А. П., Фокин В. В. Причины низкой эффективности методов борьбы с поглощениями в бурении // НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. М.: ВНИИОЭНГ, 2009. - № 3. С. 14-17.