Введение к работе
6
Введение ІЗ
Актуальность проблемы. Одной из основных проблем развития нефтяной и газовой промышленности является обеспечение высокого качества строительства скважин, которое зависит от многих природных и технико-технологических факторов, в раде случаев слабо изученных и недостаточно учитываемых при проведении работ.
В проблеме качественного строительства скважин особое значение имеет создание надёжной крепи, которая отвечала бы поставленным требованиям применительно к конкретным условиям и исключала бы возникновение осложнений, ставящих под сомнение целесообразность проведенных работ.
Крепь, состояния из обсадных труб и цементной оболочки, является основной функциональной частью скважины, создаваемой на заключительном этапе её строительства.
Проблема повышения качества крепления скважин постоянно усложняется по мэре перехода на большие глубины, разбуривание слож-нопостроешшх залежей, разработку месторождений, содержащих сероводород и другие агрессивные агенты. Так, в южных районах страны переход на бурение более глубоких сквакин приводит к необходимости крепления зон с аномально высокими пластовыми давлениями в условиях высоких температур, большого выхода из-под башмака предыдущей колонны. Разработка крупнейших месторождений в Западной Сибири и Среднем Поволжье при относительно небольшой глубине скважин показала, что и здесь качественное разобщение пластов является одной из важнейших и сложнейших проблем, связанных с необходимостью крепления наклонных скважин с минимальными перемычками между напорными водяными и продуктивными пластами. Ещё более сложные задачи возникают при креплении газовых скважин, особенно в районах Крайнего Севера, осложнённых наличием ыноголэтнемерзлых
пород.
Определяющее значение качество крепи скважин имеет в деле охраны недр. Только высококачественная крепь способна длительное время противостоять сложнейшим и разнообразным по характеру воздействиям и предотвращать недопустимую для недр и внешней среды сообщаемоеть пластов мевду собой и дневной поверхностью.
Проблема повышения качества крепления сквакин актуальна во всех регионах, где ведется добыча нефти и газа. Поэтому повсеместно ведется работа по совершенствованию качества кропи. Однако решена лишь часть задач, да и то лишь с точки зрения сегоднящних требований.
Остаются распространенными такие ослокнения при креплении скважин, как заколонше проявления и перетоки, подвигам фонтанных арматур при эксплуатации скважин и смятие колонн, поступление посторонних флюидов в продукцию скважин, ухудшение гидрологической обстановки в районах добычи нефти. Целые крупные регионы (Татария, Башкирия и др.) лишаются доброкачественных водных ресурсов. Всё это объясняется не только низким уровнем используемых при креплении технических средств, но и тем, что осуществляемые мероприятия должным образом не увязываются между собой и не учитывают достаточным образом горногеологические условия крепления скважин.
На мэсторовдениях Западной Сибири из-за нарушения герметичности крепи вышли из строя тысячи скважин, требующих либо капитального ремонта вследствие межпластовых перетоков и обводнения, либо ликвидации из-за порыва и смещения колонн в нвзацементиро-ванной части ствола. Особенно тяжелое положение сложилось на Са-мотлорском месторождении, где, например, ужа в І98І г. в 65$ эксплуатационного фонда имелись заколонше перетоки.
' 8
Об актуальности проблемы свидетельствуют и многочисленные . исследования большой группы авторов, проводивших в различных регионах работы как по изучению отдельных процессов, так и по созданию новых технических средств-и технологий с целью повышения качества крепи. Эти работы были обусловлены решениями ежегодных отраслевых координационных совещаний и выполнялись в соответствии с долговременными отраслевыми программами по строительству скважин Шшвефтецрома и Мингазцрома.
Цель работы. Повышение качества крепи скважин путём создания и внедрения прогрессивных технических средств и технологий, достижения эффективности проектирования и управления процессами крепления.
Основные задачи работы. I. Обобщение показателей, определяющих качество крепи скважин, и построение схемы комплексной её оценки для определения интегрального показателя.
-
Установление факторов, определяющих формирование свойств крепи, на основе исследований по изучению седиментационных процессов, механизма возникновения фпквдопроводящих каналов, состояния контактирующих с цементным раствором (камнем) поверхностей, наличия глинистой корки и невытесненного бурового раствора, характера изменения давления в твердеющем тампонажном растворе, уменьшения прочностных характеристик крепи при износе и др., чтобы затем оценить влияние комплекса природных и технико-технологических воздействий на состояние крепи скважин.
-
Создание прогрессивных технических средств и технологических приемов, включающих разработку и применение новых.тампонажних составов различного назначения применительно к осложненным условиям крепления скважин, а также создание специальной оснастки колоны, обеспечивающей-безаварийный их спуск на большие глубины и
успешное завершение операции.
4. Разработка типовой комплексной технологии управления качеством крепи скэакиз, включающей решение широкого круга вопросов, связанных как с учетом отдельных операций, воздействующих на крепь, гак а с принятием комплекса технических реиопий на этапах проектирования работ и последующего оперативного управления технологическими процессами.
Задачи работы решаются на основе анализа результатов предшествующих исследований и оценки состояния качества крепления сквадин, установления значимости отдельных факторов, проведения большого объема лабораторных, стендовых и промысловых исследований, позволяющих выявить причины, приводящие к разрушению крепи, и разработать новые технические средства и технологии, которые при комплексном их применении и оперативном управлении процессом обеспечат достижение высокого качества крепи сквашн.
Общая методика исследования. Принятая методика базировалась на анализе и обобщении теоретических и экспериментальных исследований в области крепления скважин, использовании методов статистической обработки результатов для установления значимости основных факторов и последующей количественной оценки качества крепи -. на всех стадиях, моделировании отдельных процессов на специально созданных установках, позволяющих изучить явления, имеющие место при формировании цементного кольца в скважине и последующем изменении его свойств.
Научная новизна.
I. Разработана методика количественной оценки качества крепи сквахин в полном объеме номенклатуры показателей ее качества в рамках комплексной системы управления качеством продукции.
г. Установлены по значимости основные факторы, определяющие герметичность заколонного пространства.
-
Показано, что продвижение фдщца в объеме тампонакного раствора возможно только по каналам значительно больших размеров, чзм каналы, дмевциеся в неразрушенном шкропоровом пространстве тампонагшой смеси.
-
.шяэлено, что основним фактором, определяющим образование їлюпдопрсводящих каналов в заколонном пространстве скваиин в начальный период формирования структуры тампонажного раствора, является процесс седиментации, обусловливающий рост исходной проницаемости раствора вследствие суффозионного расширения фильтрационных каналов, их локализации, последующая интенсификация процесса агрегатирования частиц твердої; составляющей раствора, образовало зон повшденноїі проницаемости в массе ташокааного раствора, Бизванннх логжей структурных связей на контактных поверхностях седшлентируэдей твердой составляющей.
-
Определен механизм изменения давлешхя столба тампонажного раствора на ^яавд пласта, стенки скваяшш и колонны. Установлено, что олрзделявцпм фактором, влияющим на интенсивность и характер падения давления, является рост сил взаимодействия седимектирую-цеі; твердой составляющей с змеїдаицими поверхностями. Доказано отсутствие налрялений в структуре тампонажного камня.
5. Изучены причины потери сплошности глинистой корки и невы-тесненлого бурового раствора при контактировании с твердеющим тампондяным раствором. Установлено, что определяющую роль при эти.; играет контракция цементного раствора.
-
выявлено, что давления, создаваемые столбом тампонажного раствора на стенки скваишы и колонны (полное) и на флшад пласта (поровое), приблизительно равны мэзду собой и меняются в соответствии с изменением порового давления.
-
впервые в практике исследования качества цементирования екзаиаш доказана целесообразность вскрытия ствола скважин горны-
выработками из шахт.
9. Создана методика разработки типовых комплексных технологий управления качеством крепи сквааїш на стадиях проектирования, планирования и производства работ, вкдючаюлвя оценку уровня качества на всех стадиях.
Црздтидесцад ценность д реэдИЗЭДдЯ РЗССТ й .тУМЩСШМСІД. Все работы выполнялись по координационным планам ГІиїТ, Мишю^тс-газлрома и Шшгоо СССР, имемцим важное народнохозяйственное значение. Они реализованы в промышленности в полном объеме в виде руководящих документов - инструкции" на технологические процессы и технические средства - материалы, механизмы і; устройства, отраженные в приводимом перечне Рд и изобретении.
Практическая ценность работы только за счет использования изобретений с участием автора по данным ЦСУ за период I98G-I99UT. превысила 6 млн.руб., з которых доля автора составила I юн.53 тис. рублей. По материалам "Ксашлеисного решения проблеми создания и организации производства специальных тамлонаіашх материалов и их широкого промышленного применения для крепления нефтяных и газовых скважин", отмеченным премией Совета Министров СССР за 1986 г. (с участием автора), годовой экономический еффект за Х98І г. составил 17,5 млн.рублей. 3 1Э90 г. экономический эффект превысил Zi шш. рублей.
Аппобашм работы. Основные поло;.йния данной работы докладывались на совещаниях и сешнарах, в том числе на всесоюзных конференциях-дискуссиях "Газопроявления в скваминах и борьба с ниш" (1968 и 1970 гг., г.Краснодар), всесоюзном семинаре "Повышение эффективности буферных вдшостеіі" (Краснодар, IS73 г.), всесоюзном совещании "Формирование и работа цементного камня" СІуапсе, 1973 г.), на четвертой республиканской конференции по физико-химии, ТеХНОЛОГИИ ПОЛучеШШ ДИСПерСНЫХ СИСТеМ, ПРОМЫВОЧНЫХ 2СИДКОС-
тей и тампонакных растворов (Ивано-Франковск, 1977 г.) .всесоюзной конференции по применению вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче (Баку, 1976 г.), координационных совещаниях по НИОКР в бурении, проводившися ежегодно Миннефтегазцромом в Туапсе, Краснодаре, ДиЕноморске, Сургуте, Тюмени н 1375-1992 гг.,международных конференциях "Петролгеохиы-82" (г.Варна) ,"Петролгеохим-85" (г.Бис-ла),на заседаниях ка|юдры бурения Уфимского нефтяного института в 1993 г. и ученого совета ВШИКРнофти в 1993 году.
Значимость идя науки и практики работ соискателя. Автором глу-.боко изучены процессы и явления,проходяшде в зацементированном зако-лонно;,1 пространстве сквазшн .позволившие разработать методы управления качеством проектирования и крепления сквакин. Научные выводы и практические рекомендации легли в основу создания отраслевых инструкций, включая "Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности" [1993 г.), одним из авторов которых является соискатель.
Исходные материалы и личный вклад. 3 докладе использованы результаты исследований, выполненных в период с I9S7 по 1992 год при непосредственном участии и под руководством автора, занимавшего должности главного кш.:енера треста "Харбурнофтегаз", заведующего лабораторией и заместителя директора ВШЖРнефти по научной работе.
Автор был руководителем и неспредственным исполнителем 45 ут-верзденних тем, имевших целевым направлением повышение качества крепи скважин.Все публикации выполнены автором или непосредственно при его участии.
Тугї-Ута'ТЛЛ- Основные результаты доклада опубликованы в 144 работах, из которых 70 приведены в конце доклада.
Структура и объем работы. Доклад состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка работ автора, вкшочающзго 70 наименований. Доклад излокен на 87 стр. учитываемого машинописного токста, включает 27 рисунков и 4 таблицы.