Введение к работе
Актуальность темы исследований
Основной особенностью нефтегазодобывающей отрасли России является переход многих месторождений в позднюю и завершающую стадию разработки, характеризующуюся проблемами извлечения остаточных запасов, сосредоточенных, в основном, в низкопроницаемых заблокированных коллекторах. Для их извлечения требуются новейшие ресурсосберегающие технологии и, в частности, строительство специальных (горизонтальных, разветвленных, с увеличенной поверхностью фильтрации в зоне против продуктивных пластов и др.) скважин. Важнейшее значение в этих условиях приобретает герметизация заколонного пространства.
Рассматривая основную причину и факторы, снижающие качество строительства скважин, в части первичного вскрытия продуктивных отложений и разобщения пластов при цементировании эксплуатационных колонн, следует отметить, что причиной большинства осложнений и снижения качества работ при заканчивании и эксплуатации скважин является активная гидравлическая связь вскрытых бурением флюидонасыщенных пластов со стволом скважины. Большинство применяемых в отечественной и зарубежной практике буровых растворов не обеспечивают эффективной гидроизоляции проницаемых пластов от ствола скважины.
Из геолого-физических факторов на гидравлические условия и технологию бурения наибольшее влияние оказывают глубина залегания, фильтрационные и прочностные характеристики пород-коллекторов, свойства пластовых флюидов и особенности баротермодинамического состояния залежей углеводородов на различных стадиях их разработки. Из-за разности плотностей промывочного раствора и насыщающих коллекторы флюидов, гидростатическое давление жидкости в стволе скважины, с глубиной, повышается быстрее, чем пластовое. Это предопределяет рост репрессий на забой и стенки скважины тем больший, чем выше пластовое давление и разность плотностей бурового раствора и пластовых флюидов. Этот же фактор приводит к росту гидродинамических давлений при проведении в скважине основных производственных операций - СПО, восстановление циркуляции и промывки, бурения, цементирования обсадных колонн и тд. Достижение высокого уровня репрессий на призабойную зону пластов интенсифицирует нестационарные процессы гидродинамического взаимодействия в скважине.
Не меньшее отрицательное влияние на технологию и качество заканчивания скважин оказывает дифференциация пластовых давлений по разрезу и площади интенсивно разрабатываемых месторождений нефти и газа. Следствием изменения гидродинамического состояния и поведения разрабатываемых залежей углеводородов являются: ухудшение коллекторских свойств продуктивных пластов и снижение потенциальной продуктивности скважин, ранняя обводненность добываемой продукции, межпластовые и заколонные перетоки пластовых флюидов.
Основными факторами снижения качества долговременного разобщения пластов при цементировании эксплуатационных колонн являются свойства цементного раствора - камня, режимы подъема раствора на расчетную высоту, фильтрационные и прочностные характеристики ствола в интервале продуктивных отложений.
Интенсивное обезвоживание цементного раствора под воздействием высоких репрессий в периоды цементирования колонн и ОЗЦ существенно изменяет его исходные свойства (плотность, вязкость, предельное напряжение сдвига, сроки схватывания и твердения), активность физико-химических процессов формирования цементного камня за эксплуатационной колонной, величину гидростатического давления цементного раствора в скважине в период ОЗЦ. В неоднородном по плотности цементном растворе при формировании цементного камня образуются различные дефекты, связанные с процессами коагуляционного и кристаллизационного струетурообразования, контракции и тд. Следствием этих процессов становится отсутствие напряженных контактов между элементами крепи (стенкой скважины и цементным кольцом, цементным кольцом и поверхностью обсадных труб), наличие контракционных каналов в цементном камне, неоднородная прочность цементного камня по высоте. Наличие градиента давле-
СПетер^рг
ния между разнонапорными пластами в этих условиях вызывает, еще до ввода скважин в эксплуатацию, межпластовые, заколонные перетоки и флюидопроявления.
На нефтяных площадях Ромашкинского месторождения технология заканчивания скважин осложнена в основном факторами, характерными для поздней стадии разработки. За 50 лет эксплуатации месторождения с широким применением методов интенсификации разработки и повышения нефтеотдачи (различные виды заводнения пластов с поэтапным его повышением с 6,0-8,0 МПа до 20-25 МПа при одновременном снижении пластового давления в продуктивных горизонтах с 17,5 до 8,5 МПа, тепловое воздействие на пласты, закачивание газа) извлечение остаточных запасов углеводородов возможно строительством скважины с применением ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих высокое качество первичного вскрытия и герметизацию заколонного пространства.
Основной целью работы является обеспечение качества строительства скважины для извлечения остаточных запасов углеводородов путем формирования основного ствола при бурении, подготовке к цементированию и герметизации ее заколонного пространства.
Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Проведение анализа методик проектирования параметров режима бурения скважин, методов расчета параметров осевых зубцовых вибраций долота и совершенствование методов их расчета применительно к роторно-шпиндельному способу бурения скважин.
-
Усовершенствование конструкции устройства для роторно-шпиндельного способа бурения и применение его в условиях Татарстана.
-
Исследование характера проникновения твердой фазы и фильтрата разных по свойствам промывочных жидкостей из скважины в проницаемые пласты (коллекторы).
-
Изучение влияния копьматации на проницаемость призабойной зоны пластов с применением фактора группирования кольматирующих частиц в волновом поле.
-
Рассмотрение проблем, связанных с заколонными перетоками и предложение технологии, обеспечивающей герметизацию заколонного пространства.
Научная новизна
-
На основе имеющейся информации и промысловых исследований разработаны и усовершенствованы методы расчета параметров осевых зубцовых вибраций долота и проектирования режима бурения роторно-шпиндельным способом с усовершенствованием конструкции устройства и технологии проводки скважин в условиях Татарстана.
-
Даны выражения для определения скорости фильтрации жидкости в пласты и глубины проникновения фильтрата в период интенсивности этого процесса, определены время и область применения водополимерных буровых растворов, а также асбестогелиевого, торфяного и шлам-лигнинового буровых растворов..
-
Предложено применять управляемую кольматацию пород с учетом теории группирования твердых частиц в кольматационном потоке жидкости. Разработаны выражения для определения скорости частиц и распределения их по массе в таком потоке.
Практическая ценность
-
С применением усовершенствованной конструкции устройства технологии углубления скважин и инструкции для реализации роторно-шпиндельного способа бурения скважин в условиях Татарстана получено кратное увеличение механической скорости проходки в сравнении с роторным способом.
-
Комплексные исследования по влиянию: свойств промывочных жидкостей на уровень их фильтрации в породы призабойной части скважин, на качество и скорость образования фильтрационной корки, виброкольматации, качества тампонажного материала и цементного камня, прочности контакта его с окружающими поверхностями, а также разработанные требования к качеству отмеченных материалов, технологии их приготовления и применение разработки по управляемой кольматации с применением теории волнового поля, позволили значительно повысить эффективность вскрытия продуктивных пластов и цементирования скважин.
Апробация
Результаты диссертационной работы и основные положения докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «Опыт разведки и разработки Ромашкинского и других крупных нефтяных месторождений Волго-Камского региона» (г. Лениногорск, 1998г.); «Приоритетные методы увеличения нефтеотдачи пластов и роль супертехнологий» (г. Бугульма, 1998г.); научно-технических конференциях по бурению скважин УдмуртНИПИнефть ОАО «Удмуртнефть» (г. Ижевск, 1998-2002 гг.), Международной науч. - техн. конференции, посвященной 40-летию ТюмГНГУ «Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе» (г.Тюмень, 25-27 сентября 2002 г.) и на технических советах предприятий ООО «Татнефть» - Азнакаевскбурнефть» (1998-2003 гг.).
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 3 разделов, основных выводов и рекомендаций: изложена на 184 страницах машинописного текста и содержит 22 рисунка, 17 таблиц, список литературы из 165 наименований.
