Проектирование и строительство скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири : Проблемы, исследования, актуальные решения Бастриков, Сергей Николаевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. С начала освоения Западно-Сибирского нефтегазового территориально-производственного комплекса пробурено более 130 тыс.скважин с объемом проходки свыше 300 млн.м, введено в разработку 187 месторождений. Народному хозяйству страны поставлено 7,5 млрд.т нефти. Такие темпы развития в крайне сложных географических и климатических условиях Тюменского Севера были бы невозможны без создания и освоения в небывалых в мировой практике масштабах кустового способа разбуривания нефтяных месторождений наклонно направленными скважинами и качественно новых решений технологии их проводки. При этом объем кустового наклонного бурения составляет более 95% от общей проходки. Разбуривание месторождений кустами скважин потребовало принципиально новых организационных и технических решений в строительстве и нефтепромысловом обустройстве, что в совокупности обеспечило рост эффективности и ускорение окупаемости капитальных вложений. Вместе с тем возник ряд технико-технологических и экономических проблем, связанных с качеством выполнения проектных профилей, пересечением стволов бурящихся и ранее пробуренных скважин, прихватами бурильного инструмента, снижением эксплуатационной надежности внутрискважинного оборудования (ВСО). Здесь проявилось противоречивое влияние кустового метода разбуривания месторождений на экономическую эффективность развития нефтедобывающей отрасли. Так, увеличение числа группируемых в один куст скважин обеспечивает снижение удельных затрат на этапах работ по строительству и их обустройству. С другой стороны, неизбежный при этом рост углов наклона скважин снижает их качество, а также надежность работы глубинно-насосного оборудования. Последнее обусловливает рост текущих затрат при эксплуатации, что может свести на нет получаемый эффект на стадии обустройства. Объективные условия освоения новых месторождений на современном этапе обостряют эти противоречия, предопределяют неотложность развития наукоемких технологий для повышения качества строительства скважин с большими отклонениями забоев от вертикали, так как и далее определяющую роль будет играть кустовой метод бурения.

Это связано с продвижением фронта буровых работ на отдаленные от основных баз северные месторождения с усложненными условиями строительства и обустройства скважин, при более глубоком залегании продуктивных пластов. Большая часть их расположена в зонах приоритетного природопользования, в районах проживания коренного населения. Актуальность проблемы требует научного обоснования и практического решения вопросов снижения техногенного воздействия на окружающую природную среду, соблюдения требований к экологической чистоте как на стадии проектных решений, так в процессе строительства и последующей эксплуатации скважин.

4 Практическому решению указанных проблем и посвящена настоящая работа. Основные ее этапы выполнялись в соответствии с целевыми научно-техническими программами ГКНТ и АН СССР, Миннефтепрома (МНП), в том числе: 0.02.02 «Разработать и внедрить прогрессивные технологии и технические средства, обеспечивающие повышение технико-экономических показателей при строительстве нефтяных и газовых скважин (постановление ГКНТ № 555 от 30.10.85); «Программа научных исследований и разработок по комплексному использованию природных ресурсов и развитию производительных сил Сибири» (программа «Сибирь») (постановление ГКНТ и АН СССР № 385/96 от 13.07.84); «Комплексная программа создания и внедрения организационно-технических автоматизированных систем управления бурением нефтяных скважин (АСУ ОТ УБР) в 1981-1985гг.» (утверждена в МНП 06.03.81); «Программа НИОКР по повышению качества строительства скважин, их надежности, долговечности и организации работ при кустовом разбуривании нефтяных месторождений» (утверждена в МНП 11.03.86).

Цель работы. Повышение качества проектирования и строительства наклонно направленных скважин с кустовых площадок на основе разработки и внедрения наукоемких технологий и организационных мероприятий, обеспечивающих их эксплуатационную надежность и уменьшение техногенного воздействия на окружающую среду.

Основные задачи исследований

1. Критический анализ накопленного опыта и научное обоснование причин снижения качества строительства и эксплуатационной надежности наклонно направленных скважин при кустовом методе разбуривания месторождений.

2.Технико-экономическая оценка влияния зенитных углов и количества скважин на кустовых основаниях на формирование затрат при строительстве и обустройстве.

1. Уточнение требований к параметрам профилей наклонно направленных скважин на основе анализа качества их проектирования и проводки, оценки влияния на эксплуатационную надежность ВСО.

2. Разработка методического подхода к размещению кустовых оснований при проектировании схем разбуривания месторождений горизонтальными скважинами.

3. Исследование, разработка и опытная эксплуатация системы автоматизированного проектирования (САПР) очередности бурения и профилей наклонно направленных скважин и автоматизированной системы управления (АСУ) их искривлением.

4. Научное обоснование, разработка и реализация проектных решений для строительства скважин по экологически малоопасной технологии.

5. Создание базовой методики определения сил сопротивления в наклонном стволе при осевых перемещениях бурильного инструмента для оценки эф-

5 фективности смазочных сред. Разработка на ее основе и внедрение экологически малоопасных рецептур промывочных жидкостей с высокими смазочными свойствами.

Методы исследований. Методической основой исследований является комплексный подход к решению основных задач работы с использованием экспериментальных, аналитических и статистических методов. Теоретические исследования с применением ЭВМ были проведены при оценке влияния параметров профиля на показатели надежности работы ВСО, разработке САПР очередности бурения и профилей скважин и АСУ их искривлением, анализе и обобщении результатов экспериментальных и промысловых исследований. Экспериментальные и аналитические исследования проведены с применением методов планирования эксперимента и математической статистики, методов факторного анализа и теории распознавания образов. С целью определения достоверности и значимости научных положений диссертации осуществлено широкое промышленное внедрение их результатов, которые явились практическим выходом работы.

Научная новизна

1. Научно обоснован и разработан комплексный подход к оценке технико-экономической эффективности проектирования и строительства скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири.

2. На основе обобщения и анализа отечественного и зарубежного опыта разработаны требования к проектированию и производству работ на кустовой площадке для условий строительства скважин по экологически малоопасной технологии.

3. Исследовано влияние пространственного искривления стволов наклонно направленных скважин на эксплуатационную надежность внутрискважинного оборудования. Сформулированы научно-обоснованные требования к параметрам профилей скважин.

4. Впервые для условий разбуривания месторождений Западной Сибири кустовым методом создана научная основа и решены вопросы автоматизации проектирования очередности бурения, профилей скважин и оперативного управления их искривлением.

5. Разработаны методика оценки эффективности влияния смазочных сред на прихватоопасность и силы сопротивления движению бурильного инструмента в стволе наклонной скважины и экспериментальная установка (а.с. № 505789). Научно обоснована, теоретически и экспериментально доказана возможность применения гидрофобизирующих кремнийорганических жидкостей в качестве смазочных добавок к буровым растворам.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны смазочная композиция (патент РФ № 1738820), способ ее получения (патент РФ № 1737007) и экологически малоопасный буровой раствор (а.с. № 1821489) на основе рыбожировых отходов.

6 Основные защищаемые положения

7. Комплексный подход к оценке технико-экономической эффективности проектирования и строительства скважин с кустовых площадок.

8. Схемы размещения устьев скважин, технико-технологические и проектные решения для условий одновременного и безопасного ведения работ на кустовой площадке с учетом требований пожарной, промышленной и экологической безопасности.

9. Методика оценки эффективности влияния смазочных сред на прихвато-опасность и безаварийную проводку скважин с большими отклонениями забоев от вертикали.

10. Экологические малоопасные промывочные жидкости на основе гидро-фобизирующей кремнийорганической жидкости, композиции на основе рыбо-жировых отходов в качестве смазочных добавок и технологии их применения.

5. Система проектирования строительства скважин на основе технико-
технологических регламентов и авторского надзора за реализацией проектных
решений.

Практическая ценность работы

11. Комплексный подход к оценке технико-экономической эффективности строительства скважин с кустовых площадок с учетом минимизации затрат при их строительстве, обустройстве и эксплуатации реализуется при разработке схем кустования месторождений Западной Сибири, в частности такого уникального по своим запасам, как Приобского, расположенного в пойменной зоне р.Обь.

12. САПР очередности бурения и профилей наклонных скважин широко используется при проектировании схем кустования месторождений для оценки технологической возможности бурения скважин с «супер-кустов».

13. Разработаны и широко применяются на практике промывочные жидкости на основе гидрофобизирующих кремнийорганических жидкостей (типа ГКЖ-10) в качестве смазочных добавок, что впервые для условий бурения наклонно направленных скважин в Западной Сибири позволило исключить применение нефти и нефтепродуктов из обработки раствора. Объем бурения с применением ГКЖ только в период с 1978 по 1984 годы составил 23,7 млн.м горных пород или более 9200 скважин.

14. Разработаны рецептура, технология приготовления и применения промывочных жидкостей, содержащих смазочную добавку на основе рыбожиро-вых отходов, общий объем использования которой с 1991 по 1998 годы составил около 500 т при бурении 1365 скважин.

15. Учтенный экономический эффект от внедрения результатов работы составил около 15,0 млн.деноминированных рублей.

16. Разработаны и реализованы при проектировании и строительстве скважин следующие технико-технологические регламенты, руководящие документы и инструкции:

инструкция по добавлению ПАВ в глинистые растворы. - Тюмень, СибНИИНП, 1976;

временная инструкция по применению ГКЖ-10 для обработки естественных глинистых растворов на месторождениях Западной Сибири. - Тюмень, СибНИИНП, 1977;

руководство программиста. Программа выбора направления движения бурового станка, определения очередности бурения скважин в кусте и составления план-программ на разбуривание куста и проводку скважин. - Тюмень, СибНИИНП, 1982;

технологические регламенты на проектирование и строительство нефтяных скважин (наклонно направленное бурение). - Тюмень, СибНИИНП, 1983;

СТО 51.00.010-83. Комплексная система управления качеством продукции. Контроль качества строительства скважин. - Тюмень, СибНИИНП, 1983;

РД 39-0148070-6.027-86. Инструкция по бурению наклонных скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири. - Тюмень, СибНИИНП, 1986; то же с Изменением № 1, 1990.

СТО 51.00.018-84. Правила эксплуатации шпинделя-отклонителя Ш01-195. - Тюмень, СибНИИНП, 1984;

инструкция инженера-технолога и оператора ЭВМ. Автоматизированная система управления искривлением скважин «Оператор». - Тюмень, СибНИИНП, 1987;

технологические регламенты на проектирование и строительство скважин на месторождениях Главтюменнефтегаза (наклонно направленное бурение). -Тюмень, СибНИИНП, 1989;

РД 39Р-0148463-0026-90. Инструкция по технологии бурения наклонно направленных скважин турбобуром диаметром 172 мм. - Тюмень, СибНИИНП, 1989;

РД 39-0148070-0001-91. Инструкция по применению смазочной добавки на основе рыбожировых отходов при бурении скважин в Западной Сибири. - Тюмень, СибНИИНП, 1991;

технологические регламенты на проектирование и строительство горизонтальных скважин на Самотлорском месторождении. - Тюмень, СибНИИНП, Нижневартовское УБР № 3,1991;

инструкция по рекультивации шламовых амбаров и участков, загрязненных нефтью и нефтепродуктами при строительстве скважин, с помощью бакпрепа-рата «Путидойл». - Тюмень, СибНИИНП, 1992;

техническое задание ТЗ 39-0148070-003/5-94. Технология экологически малоопасного бурения скважин без использования земляных шламовых амбаров на месторождениях Западной Сибири. - Тюмень, СибНИИНП, 1994;

- РД 39-0148070-003/8-95. Временный регламент производства подготови
тельных работ и сооружения кустовых оснований для опытно-
промышленного бурения скважин Приобского месторождения. - Тюмень-
Нефтеюганск, СибНИИНП, 1995;

РД 39-0148070-003/7-95. Охрана окружающей природной среды при строительстве скважин на месторождениях АООТ «Юганскнефтегаз». - Тюмень-Нефтеюганск, СибНИИНП, 1995;

РД 39-0148070-003/1-96. Регламент производства буровых работ по экологически безопасной технологии бурения скважин при пониженном гидростатическом давлении (ПГД) на месторождениях АООТ «Юганскнефтегаз». - Тюмень-Нефтеюганск, СибНИИНП, 1996;

технологические регламенты на проектирование и строительство скважин на Ем-Еговском, Каменном и Талинском месторождениях ОАО «Кондпетролеум» (Наклонно направленное бурение. Углубление скважин. Буровые растворы. Охрана окружающей среды). - Тюмень-Нягань, СибНИИНП, 1997;

РД 39-0148070-7/12-97. Технико-технологический регламент на бурение горизонтальных скважин с использованием приобретенного по импорту оборудования на месторождениях ОАО «Юганскнефтегаз»». - Тюмень-Нефтеюганск, СибНИИНП, 1997;

РД 39-0148070-003/2-98. Технические требования на монтаж буровых установок, применяемых на предприятиях ОАО «Юганскнефтегаз». - Тюмень-Нефтеюганск, 1998;

РД 39-0148070-007.1-2000. Макет рабочего проекта на строительство скважин на нефть и газ. - Тюмень, СибНИИНП, 2000.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных координационных совещаниях по наклонно направленному бурению (г.Москва, 1978, 1979гг.; г.Ивано-Франковск, 1980г.; г.Пермь, 1981г.), на научно-технических советах по выполнению «Комплексной программы создания и внедрения организационно-технических АСУ ОТ УБР» (г.Краснодар, 1983-1985гг.), Всесоюзных школах-семинарах по применению математических методов в бурении и нефтедобыче (г.Геленджик, 1986, 1988гг.), Международной научной конференции «Геология и разработка нефтяных и газовых месторождений (г.Тюмень, 1997г.), научно-технической конференции (г.Геленджик, 1996г.), Тюменской областной научно-технической конференции (г.Тюмень, 1997г.), научно-практической конференции «Состояние, проблемы, основные направления развития нефтяной промышленности в XXI веке», посвященной 25-летию СибНИИНП (г.Тюмень, 2000г.), научно-технических советах Главтюменнефтегаза, производственных объединений, заседаниях секции бурения Ученого совета СибНИИНП при защите отчетов по научно-исследовательской и хоздоговорной тематике.

Конкурсная работа «Разработка и внедрение в Западной Сибири системы автоматизированного проектирования строительства наклонных скважин», выполненная совместно с Шешуковой Г.Н., удостоена премии Тюменского комсомола в области науки и техники за 1981 год.

9 Исходный материал и личный вклад. В диссертационную работу вошли результаты теоретических, экспериментальных и промысловых исследований, выполненных при непосредственном участии автора или под его руководством в СибНИИНП. За этот период автор был руководителем более 40 научно-исследовательских тем, заказов-нарядов и договоров, объединенных единой задачей повышения качества проектирования и строительства скважин на месторождениях Западной Сибири.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 53 печатных работах, включая 4 тематических обзора, 41 статью, 5 тезисов докладов, 2 патента РФ и 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, изложенных на 2'Ю страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 39 таблиц, список литературы из 153 наименований и приложения.