Введение к работе
Актуальность темы исследований. Бурение газовых скважин в условиях Крайнего Севера осложнено наличием многолетнемерзлой толщи в верхней и высокопроницаемых пород с низкими поровыми давлениями в нижней части разреза. Поэтому применяемые технологии бурения и разобщения пластов должны учитывать специфику геологических и криогенных условий разбуривания газовых и газоконденсатных месторождений, находящихся за Полярным кругом.
Богатая практика строительства газовых скважин показывает, что использование существующих технологических приемов, технических средств и материалов при бурении и креплении скважин в таких сложных геологических условиях, как чередование пластов с различными, зачастую аномальными, давлениями, близкое расположение друг от друга водоносных и продуктивных горизонтов, увеличение глубины залегания продуктивных пластов, бурение наклонно направленных скважин с большими отклонениями от вертикали - при постоянном повышении требований к охране недр не позволяет обеспечить необходимый уровень их качества. В этих условиях особое внимание необходимо уделить проблеме первичного и вторичного вскрытия продуктивных горизонтов без нарушения их фильтрационно-емкостных характеристик и обеспечение герметичности заколонного пространства газовых скважин. Традиционные технологии не в полной мере обеспечивают решение проблем устойчивости ствола бурящейся скважины и его крепления в многолетнемерзлых породах. Наличие гидравлической связи в системе «скважина - проницаемые пласты» занимает особое место в объяснении причин отсутствия герметичного заколонного пространства при цементировании газовых скважин; обеспечении подъема тампонажного раствора на заданную высоту и особенно при превращении его из раствора в камень (период ОЗЦ). Имеющийся многолет-
ний опыт убедительно доказывает, что для решения указанных проблем необходимо изменить идеологию и бороться не со следствиями, а с основными причинами, что и является главной методологией представленного научного обобщения проведенных, под руководством автора, научных исследований.
Цель работы. Повышение качества строительства газовых скважин в сложных геологических и криогенных условиях Заполярья. Основные задачи исследований.
-
Выяснение основных причин геологического, криогенного и техногенного характера, приводящих к осложнениям и авариям при строительстве газовых скважин.
-
Цикл задач, связанных с исключением гидродинамического взаимодействия скважины с водонасыщенными проницаемыми породами.
-
Цикл задач, связанных с созданием тампонажных систем с заранее заданными свойствами, твердеющих в различных термобарических условиях.
-
Цикл задач, связанных с сохранением естественных коллекторских свойств продуктивных горизонтов.
-
Цикл задач, связанных с управлением процессами, происходящими при превращении тампонажного раствора за колонной в тампонажный камень.
Научная новизна.
1. Теоретическими и экспериментальными исследованиями фильтрационных процессов в прискважинной зоне установлена необходимость проведения водоизоляционных работ проницаемых пластов в процессе их первичного вскрытия бурением. Доказана возможность и эффективность использования многокомпонентных водоизолирующих составов,
образующих в пласте осадки с большим диапазоном дисперсности. Разработаны: двухкомпонентный состав для физико-химической кольмата-ции пор различного размера и полимерсолевые композиции для предупреждения и ликвидации водопроявлений при бурении и креплении скважин.
-
Сформулированы научно-обоснованные требования к тампонажным системам, твердеющим в интервалах многолетнемерзлых пород, в непроницаемом межтрубном и проницаемом затрубном пространстве газовых скважин. Объяснен механизм образования газопроводящих каналов в этих условиях.
-
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования в составе облегченного тампонажного материала композиционных добавок в виде газонаполненных кремнеземсодержа-щих микросфер и гидрокарбоалюмината кальция. Изучен механизм влияния облетающих и расширяющих добавок на формирование структуры цементного камня.
-
Дано теоретическое обоснование возможности управляемого регулирования фильтрационных свойств буровых растворов, позволяющего формировать гидроизоляционный экран с прогнозируемыми свойствами.
-
Теоретически и экспериментально обоснован способ и технология обработки тампонажного раствора за колонной в ранние сроки его струк-турообразования с помощью акустического воздействия высоковольтного разряда специально созданными электрогидроимпульсными устройствами. Создана модель динамической системы, описывающей колебания цилиндрической деформируемой оболочки окруженной акустическими средами при аксиально-симметричном, параксиальном расположении канала разряда относительно оси трубы, а также при его повороте и решена задача нестационарной гидроупругости оболочки для
несимметричной внутренней волны давления, создаваемой источником электроразрядного типа.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности.
-
Разработана технология необратимой изоляции пластовых вод в процессе строительства скважин с использованием крупнотоннажных отходов содового производства, целлюлозы, гидролизного спирата и стандарт предприятия СТП 00156251-001-97 по применению водоизо-лирующего состава для физико-химической кольматации проницаемых пластов в процессе их первичного вскрытия.
-
Разработаны составы специальных тампонажных растворов для различных термобарических и геолого-технических условий. Проведенный комплекс исследований, разработанные при этом технологические решения позволили осуществить цементирование эксплуатационных колонн с подъемом тампонажного раствора до устья в один прием, что в недалеком прошлом считалось не возможным.
-
Разработаны и внедрены составы специальных буровых и тампонажных растворов с регулируемыми фильтрационными свойствами, что позволило повысить качество разобщения пластов в интервалах продуктивных горизонтов.
-
Разработана технология акустической обработки тампонажного раствора в период ОЗЦ и технические средства для реализации этой технологии в скважинах, пробуренных буровым предприятием «Тюменбургаз». Технология прошла промышленную апробацию и рекомендована к включению в проекты на строительство скважин.
-
Общий экономический эффект от внедрения предложенных рекомендаций составил более 400 тысяч деноминированных рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Международной конференции, посвященной 30 летию Тюменского индустриального института - Тюмень, 1993 г.; научно-технической конференции, посвященной 15 летнему юбилею БП «Тюменбургаз» - Н.Уренгой 1994 г.; международной конференции РАО-газпром-95, посвященной освоению месторождений шельфа Арктики -С.Петербург 1995 г.; научно-технической конференции по разработке месторождений юга Тюменской области - Тюмень 1995 г.; Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию кафедры бурения Ивано-Франковского университета нефти и газа - Ивано-Франковск 1995 г.; «Первый международный конгресс. Новые высокие технологии для нефтегазовой промышленности и энергетики будущего». Тюмень. 1996 г.; на Международной научно-методической конференции "Проблемы подготовки кадров для строительства и восстановления скважин на месторождениях Западной Сибири" (Тюмень, 1996); научно-практической конференции "Проблемы разработки нефтяных месторождений и подготовки специалистов в ВУЗе" (Альметьевск, 1996) и "Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона" (Тюмень, 1997); Научно-практической конференции "Освоение труд-ноизвлекаемых и высоковязких нефгей" (ПК "Роснефть", 1997), Научно-практической конференции "Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона" (ОАО "Запсибгаз-пром", Тюмень, 1997), Всероссийской научно-практической конференции "Тюменская нефть - вчера и сегодня" .(Тюмень, 1997), Всероссийской научно-технической конференции "Моделирование технологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа на основе современных информационных технологий (ТюмГНГУ, Тюмень 1998); на технических совещаниях БП Тюменбургаз (1995, 1996, 1997, 1998г.г.) и кафедре бурения ТюмГНГУ (1992 -1997 г.г.).
Публикации. Содержание диссертации опубликовано'в 52 печатных работах, в том числе двух монографиях, пяти тематических научно-технических обзорах, 37 статьях и 8 авторских свидетельствах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 217 наименований. Она изложена на 392 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков и 77 таблиц.