Введение к работе
Актуальность проблемы. Поиск и разведка месторождений углеводородного сырья на больших глубинах в условиях развитой соляной тектоники характеризуются такими специфическими проблемами проводки и крепления скважин, как деформации стволов и обсадных колонн в результате пластического течения соли. Анализ отечественного и зарубежного опыта проводки глубоких скважин на нефть и газ показал, что эта проблема является крайне серьезной для многих регионов, имеющих в осадочном комплексе мощные соленосные отложения.
Особую проблему представляет строительство глубоких скважин до 7000 м, вскрывающих хемогенные отложения мощностью более 5000 м в северной и северо-восточной частях Прикаспийской впадины и Предуральского прогиба, территориально входящих в состав Оренбургской области. При ведении поисково-разведочного бурения в этих районах предприятиями «Оренбурггеология» с начала 1970-х годов и в последующем с 1993 г. «Оренбурггазпром» 47 скважин отмечены осложнения и аварийные ситуации, связанные с деформацией стенок скважин и обсадных колонн в соляном массиве, в 23 скважинах.
При ведении буровых работ в новых неизученных регионах со сложными горно-геологическими условиями (солянокупольная тектоника, высокие температура и горное давление) риск техногенных солепрояв-лений повышается. Возникающие осложнения при бурении отрицательно влияют на технико-экономические показатели проводки скважины, а ликвидация сложных аварий и бурение новых стволов скважин требуют привлечения дополнительных материальных средств на поисково-разведочные работы в целом.
Высокая аварийность при проводке и креплении глубоких скважин в хемогенных отложениях свидетельствует о необходимости углубленного изучения этой проблемы. При этом актуальной задачей является разработка эффективных технологий прогнозирования и предупреждения техногенных проявлений соленосного массива. Решение таких важных задач, как выявление в разрезе скважин зон неустойчивых пород и принятие опережающих мероприятий по сохранению ствола и целостности обсадных колонн, с высокой эффективностью возможно на основе комплекса данных геолого-геофизических исследований.
Актуальность разработки и применения эффективных мероприятий по прогнозированию и предупреждению техногенных проявлений соленосного массива при строительстве глубоких поисково-разведочных скважин неоднократно отмечалась в решениях НТС ОАО «Газпром» и ООО «Оренбурггазпром» в 1998-2004 г. г.
Цель диссертационной работы. Разработка эффективных технологий
и методик прогнозирования и предупреждения осложнений в соляном массиве при строительстве глубоких поисково-разведочного скважин по геофизическим данным.
Основные задачи исследований
-
Анализ состояния изученности проблемы техногенных проявлений соляного массива при строительстве глубоких скважин.
-
Разработка геофизических технологий предупреждения проявлений соляного массива при строительстве глубоких скважин:
развитие существующих методик изучения напряжений горных пород в условиях скважинной выработки,
разработка методик прогнозирования и выявления потенциально опасных зон в соляном массиве,
разработка методик предупреждения техногенных проявлений соляного массива при проводке и креплении глубоких скважин.
-
Обоснование рационального комплекса геофизических исследований при прогнозировании и предупреждении техногенных проявлений соляного массива при проводке и креплении глубоких скважин.
-
Апробация и внедрение комплекса методик прогнозирования и предупреждения деформации стволов и обсадных колонн глубоких скважин в соленосных отложениях на объектах ООО «Оренбург! азпром».
Методы решения поставленных задач. Анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта, опытно-методические работы в скважинах, разработка и внедрение новых технологий и программно-методических комплексов по прогнозированию и предупреждению техногенных проявлений соленосного массива при проводке и креплении глубоких скважин.
Научная новизна работы
-
Впервые научно обоснован системный подход к решению проблемы строительства глубоких поисково-разведочных скважин в соленосных отложениях на основе эффективных геофизических технологий и методик по выявлению зон неустойчивых пород и предупреждению их техногенных проявлений.
-
Предложена методика выявления зон текучих солей при проводке скважин, основанная на контроле изменений профиля ствола при гидродинамическом воздействии на стенки скважин за счет перемещений бурового инструмента.
-
Предложена методика прогнозирования зон высоких давлений соляного массива на обсадную колонну поданным акустических исследований в открьпом стволе скважин при изменении гидростатического давления на стенки скважин.
-
Предложена методика опережающего выявления зон высоких давлений соляного массива на обсадную колонну по изменению механического контакта цемента с колонной и перераспределению напряжений в горном массиве после крепления ствола скважин по данным временных акустических исследований.
-
Обоснован рациональный комплекс геофизических исследований на основе высокоинформативных методов (АКШ, СГК, ПТС и др.) и специальной технологии их выполнения, обеспечивающий высокую объективность результатов прогнозирования и предупреждения деформации стволов и обсадных колонн скважин в соленосных отложениях.
-
Разработаны программно-методические комплексы обработки данных геофизических исследований («АКШ-АКЦ», «Профиль»), обеспечивающие высокий уровень решения геолого-технических задач.
Основные защищаемые положения
-
Рациональный комплекс геофизических методов исследования технического состояния глубоких скважин на этапах проводки и крепления в условиях сложной соляной тектоники.
-
Технология геофизических исследований по прогнозированию и выявлению зон текучих пород и предупреждению деформаций стволов и обсадных колонн скважин в соленосных отложениях.
-
Методика комплексной обработки и интерпретации данных геофизических исследований по предупреждению осложнений при строительстве глубоких скважин в соляном массиве.
Практическая значимость работы заключается в том, что впервые в практике поисково-разведочных работ в сложных горно-геологических условиях реализована технология системного информационного геофизического сопровождения процесса строительства скважин на этапах проектирования, проводки и крепления; впервые разработаны и реализованы эффективные методики прогнозирования и выявления зон неустойчивых пород и предупреждения деформации стволов и обсадных колонн скважин в соленосных отложениях. Экономическая эффективность выполненной работы заключается в высокой достоверности результатов, выразившейся в снижении количества осложнений и аварий при строительстве скважин.
Разработанные геофизические технологам предупреждения осложнений при строительстве скважин в соляном массиве, с учетом особенностей геологического строения юга Оренбургской области (сложная соляная тектоника, экстремальные термобарические условия и др.), могут служить основой для технико-методического перевооружения отечественных геолого-геофизических предприятий, имеющих аналогичные проблемы сохранения устойчивости стволов и обсадных колонн скважин в условиях проявлений горного давления.
Внедрение результатов работы. Разработанные автором технологии и методики геофизических исследований и комплексной обработки данных поэтапно внедрялись в производство на объектах ООО «Оренбург-Газпром» и ООО «Астраханьгазпром» с 1994 г. в более чем 100 скважинах. В настоящее время рациональный комплекс, технология и методика проведения исследований утверждены ООО «Оренбурггазпром» в виде следующих нормативно-технических документов:
-
Стандарт предприятия «Обязательный комплекс ГИС при контроле технического состояния скважин на объектах ООО «Оренбург-Газпром»» (Оренбург, 1999);
-
Временная инструкция «Контроль технического состояния поисково-разведочных и эксплуатационных скважин на объектах ООО «Оренбурггазпром» методами промысловой геофизики», (Оренбург, 1999);
-
Регламент геолого-геофизического сопровождения строительства поисково-разведочных скважин (Оренбург, 2004);
-
Временная инструкция «Прогнозирование и предупреждение техногенных проявлений соленосного массива при строительстве глубоких скважин на объектах ООО «Оренбурггазпром» по геофизическим данным (Оренбург, 2004).
Апробация работы. Основные положения и результаты выполненной работы докладывались на Научно-техническом совете ООО «Оренбурггазпром» (Оренбург, 1999), 3-й Международной научно-технической конференции «Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (Оренбург, 2000), 4-й Международной научно-технической конференция «Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (Оренбург, 2002), Научно-технической конференции «Геофизические технологии XXI века» (Оренбург, 2004), 5-й Международной научно-тех-
нической конференции «Техническое диагностирование оборудования и трубопроводов, подверженных воздействию сероводородсодержащих сред» (Оренбург, 2004).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 30 печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Текст изложен на 167 страницах, включая 30 рисунков, 10 таблиц, библиографию из 149 наименований.
