Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение большого промыслового материя-ала по строительству и эксплуатации скважин на месторождениях Западной Сибири, Татарии и Башкирии показало, что традиционные тампонажяые материалы и технологии крепления не обеспечивают бесперебойную и надежную работу нагнетательных скважин. Нарушение герметичности крепи возникает в процессе испытания, освоения и эксплуатации скважин. Отказ крепи происходит главным образом вследствие того, что при проектировании конструкции и выборе тампонажного материала для крепления скважины практически не учитывается их назначение, а также напряжения ж деформации обсадной колонны и тампонажной оболочки. Причем на крепь добывающих и нагнетательных скважин действуют различные по величине внутренние и внешние нагрузки, что не принимается во внимание при проектировании и строительстве скважин. Именно это послужило одной из основных причин крайне неудовлетворительного использования фонда нагнетательных скв&тсин (в среднем по отрасли в последние годы их не работает около 23 %).
Обзор патентной и научно-технической литературы показал, что одной из основных причин отказа крепи является возникновение критических напряжений в ее элементах. Однако в настоящее время при проектировании скважин на прочность рассчитывается только обсадная колонна. По нашему мнению, необходимо рассчитывать напряженное состояние системы "обсадная колонна - тампонажная оболочка". Эти расчеты должны быть положены в основу выбора конструкции скважины и тампонажних материалов. Это особенно важно для нагнетательных скважин, крепь которых подвергается большим нагрузкам в течение длительного времени.
Поэтому особую актуальность приобрела проблема создания методов расчета конструкции, технологии крепления и тампонажних материалов для увеличения долговечности и межремонтного периода работы крепи нагнетательной скважины.
Дель работы* Повысить надежность и долговечность нагнетательных скважин за счет правильного выбора их конструкции и тампонажного материала для крепления эксплуатационных колонн, а также за счет обеспечения плотного контакта тампонажного кольца с окружающими горными породами.
Основные задачи исследований
-
Цровести аналитические исследования напряженно-деформированного состояния крепи нагнетательной скважины при наличии и отсутствии плотного контакта тампонажного кольца с окружающими горными породами, разработать метод расчета конструкции нагнетательной скважины и определения требуемой величины предела прочности тампонажного камня при растяжении с учетом планируемых избыточных давлений в колонне.
-
Разработать морозостойкий полимерный тампонажний материал (ЕШ) с отверждаемым фильтратом и регулируемой фильтратоотдачей, камень которого обладает высокой прочностью, непроницаемостью.
-
Разработать технологию крепления скважин, обеспечивающую плотный контакт тампонажного кольца с окружающими горными породами.
-
Разработать технологию получения порошкообразных компонентов полимерных тампонажних материалов.
-
Провести промысловые испытания разработанных полимерных тампонажних материалов и технологии крепления скважин, а также оценить эффективность их использования.
Научная новизна,. Предложен метод учета тангенциальных напряжений в элементах крепи по результатам аналитических исследований напряженно-деформированного состояния крепи нагнетательной скважины, дана количественная оценка величины тангенциальных напряжений, возникающих в тампонажном кольце от избыточного давления в колонне, а также от перепада температуры по толщине тампонажного кольца.
Разработан метод расчета конструкции нагнетательной скважины и определены требуемые физико-механические характеристики тампонажного камня с учетом планируемых избыточных давлений в колонне.
Аналитически исследовано влияние характера контакта "тампо-нажное кольцо - стенка скважины" на напряженно-деформированное состояние элементов крепи нагнетательной скважины. Установлено, что отверждение глинистой корки и достижение плотного контакта тампонажного кольца с окружающими горными породами приводит к уменьшению тангенциальных напряжений в тампонажном кольце в среднем в 2,4 раза. Результаты исследований явились основой разработки новых полимерных тампонажных материалов и технологии крепления.
Созданы методические основы получения порошкообразной карба-мидной смолы путем проведения синтеза в твердой фазе с использованием дезинтеграторной установки.
Получены зависимости физико-механических характеристик тампонажного камня от количественного состава ШМ и температуры среды, а также от времени твердения.
Практическая ценность. Разработана технология крепления скважин, пробуренных на сложнопостроенных месторождениях, основанная на использовании ІГК.1 с отверждающимся фильтратом, что позволяет превращать тампонажное кольцо, глинистую корку на стенке скважины и пристенную зону окружающих горных пород в единую монолитную систему (а.с. № I479GIG).
Разработан способ получения порошкообразных карбамвдных смол, основанный на проведении синтеза в твердой фазе с использованием дезинтеграторной установки (полож. реш..на выдачу авт. свид. по заявке & 4606571/05/156704 от 15.11.88).
На основе салолы карбамидной порошкообразной разработан ПТЫ, обеспечивающий надежное разобщение пластов при креплении нагнетательных скважин (полож. реш. на выдачу авт. свид. по заявке № 4758958/03 от 20.10.89).
На основе феноло^резорциновой смолы ФР-І0І и жидкого отверда-теля 0Е разработан морозостойкий (не замерзающий до минус 40 С) ПИЛ, удовлетворяющий разработанным требованиям крепления скважин, работающих при избыточном внутреннем давлении (полон, реш. на выдачу авт. свид. по заявке & 483823S/03 от 5.07.S0).
Подготовлены руководящие документы:
РД 39-5753484-002-89 "Технология ликвидации заколонных перетоков в скважинах материалом типа "Ремонт" на базе морозостойких смол", Краснодар, ВНИИКРнефть, I98S,
РД 39-048-S0 "Тампонажний полпглерлый раствор с использованием сухой (порошкообразной) карбамидной смолы и технология его применения при ремонте скважин", Краснодар, ьНИІКРнефть, I9S0,
РД 39-р-028-Э0 "Комплексная технология крепления скЕажин полимерным тампонажним раствором", Краснодар, ВНИИКРнефть, I9S0.
Реализация работы в промышленности. Разработанный полимерный тампонажний материал с использованием порошкообразных карбамвдных смол успешно прошел приемочные исшташи на шести скважинах, в том числе и нагнетательных, и рекомендован к промышленному внедрению.
Полимерный тампонажний материал на базе (іеноло^резорцішовой смолы ФР-І0І и жидкого отвердителя ОН успешно внедряется при креплении добивающих и нагнетательных скважин ПО "Пижневг-фтоЕскнештегаз1.'
На 12 скважинах Самотлорского месторождения впервые провели первичное тампонирование продуктивной части разреза КЕМ. Экономический эффект составил 173758 рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов предприятий нефтяной и газовой промышленности (г. Шевченко, 1987), на ІУ конференции-дискуссии "Формирование и работа тампонажного камня в скважине" (Краснодар, 1987), на Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 70-летию ВЖСЫ (Краснодар, 1988), на краевой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 70-летию ВЛКСМ (Краснодар, 1988), на научно-практической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в ускорение научно-технического прогресса и социально-экологического развития республики в свете решений XIX партконференции" (Ашхабад, 1989), 'на Всесоюзном отраслевом совещании по ремонту и освоению скважин (п. Дивноморск, 1989), на Всесоюзной конференции "Проблемы строительства нефтяных и газовых скважин", посвященной 20-летию ВНИИКРнефти (Краснодар, I9S0), на XI Всесоюзном симпозиуме по механохимии и механоэмиссии твердых тел (Чернигов, 1990), на Ш Всесоюзной конференции-дискуссии "Формирование и работа тампонажного камня в скважине" (Краснодар, 1991).
В полном объеме работа доложена и обсуждена на семинаре лаборатории ремонта заколонного пространства скважин и на заседании секции "Ремонта и освоения скважин" ученого совета ВНИИКРнефти (Краснодар, 1991).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 23 печатных работах и тезисах. Разработки защищены I авторским свидетельством и 5 положительными решениями по заявкам на изобретения.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения; четырех глав; основных выводое; библиографии, включающей 96 наименований работ советских и зарубежных авторов, и приложения.
Работа изложена на 114 стр. машинописного текста, содержит 18 таблиц, 36 рисунков и 3 приложения.