Разработка техники и технологии цементирования скважин в условиях многопластовых залежей при наличии зон поглощения (на примере месторождений Мангышлака) Казаров, Геннадий Константинович

Введение к работе

Актуальность ггроблеш. В обсей проблеме рекекия задач по улучшению качества и эффективности крепленая нефтяных 2 газовых скважин особо важное место занимает проблема высоты подъема тампонажного раствора и качества разобщения пластов. Эти факторы, в основном, определяют долговечность и продуктивность скважины.

СЛОХНЫе ГЄ0Л0Г0-ГЄХНИЧЄСКЕ9 УСЛОВИЯ МНОГОПЛаСТОВЫХ MCCTOPQE-

дений Мангышлака,как и многих других, в различных нефтяных л газовых регионах,отличаются наличием зон поглощений и не позволяют обеспечить по общепринятой технологии необходимуп высоту подъема тампонажного раствора и получить надежное качество.разобшендя пластов; Решение атой проблемы проведением изоляционных работ дорого и не всегда аффективно,а при использовании облегченных растворов,или при ^проведении так называемых "встречных заливок" и др., необходимый результат не достигается и,в конечном итоге, имеет место низкое качество строительства скважины.

Отсутствие цементного кольца приводит к коррозионному разрушению обсадной колонны из-за её взаимодействия с агрессивными пластовыми водами,а также к нефтегазопроявлениям.флюидоперетокам и обводненности продуктивных пластов. На ликвидацию указанных ** нарушений требуются огромные средства при ремонтно-изоляционных работах.Из-за простоев скважин в ремонте,особенно нагнетательных, наблюдается неравномерность выработки нефти и газа,снижается дебит добывающих .скважин,а в ряде случаев, возникает необходимость их ликвидации.

Зарубежный и отечественный опыт показал,что аффективным средством для обеспечения высоты подъема тампонажного раствора является технология ступенчатого цементирования с использованием раз-

лячных конструкций цементировочных устройств,а для надежного разобщения тестов — применение заколонних гидравлических паке-ров. Однако,б зарубежной п отечественное практике все применяемые при ступенчатом цементировании технические средства обладают одне.' обша; и существенна! недостатком: по окончании цементирова-кия и ОЗЦ требует проведения внутрзколокного разбуривания управлявших резпномэталличеекпх,цельнометаллических "бомбовых" пробок, Етулок,седел и цементных стаканов, что отрицательно влияет на . крекь сквахшш и требует больших затрат средств и времени.Поэто-і;у спрокого распространения.этот способ получить не моеєт.

Актуальной пробдеиоЗ является разработка новых современных технических средств,исклечакдих указанное недостатки процесса крепления скважины,а также детальная проработка вопросов технологии применения этих «средств.

Исследования и разработки выполнены автором диссертационной работы с учетом гзолого-техничееккх особенностей многопластовых «есторождеккЗ МактКЕдака,которыми,в основном,характеризуются предполагаемые условия использования разработанных технико-технологических средств на месторождениях различных нефтегазовых регионов стран СНГ.

.Цель "работы. Повышение качества цзиензкроаэная іі эффективности эксплуатации скважин в условиях ыкогошгастовых залэхей..при наличии зон логлосевзй.на основе исследования,разработки и внедрения новых гидромеханических пакерующих технических средств,не требующих.внутриколонного разбуриЕания.и технологических вариантов их применения в промышленности.

Основные задачи Работы.

I. Анализ современного состояния техники и технологии крепления скважин и обоснование актуальности проблемы разработки функ-

ционадъно новых технико-технологических средств,исключающих внут-риколонное разбуривание.

1. Разработка н изготовление експериментального стендового оборудования для исследования и испытания гидромеханических пакер-ных узлов и цементировочных устройств для решения поставленной цели.

2. Проведение теоретических и експериментальних исследований по определению пакерусщих и герметизирующих возможностей уплотнителей гидромеханических пакврных узлов.

3. Разработка рациональных конструкций гидромеханических пакерных узлов с повышенными коэффициентами пакеровки и для условий неконцентричного размещения устройства в стволе скважины или некруглого поперечного сечения ствола.

4. Разработка,испытание и создание новых гидромеханических пакерных цеыентирэвочннх устройств для ступенчатого цементирова -ния сквахин типа УСЦН.а также устройств для разобщения пластов и герметизации эаколонного пространства типа УОРП и 7ГЗП.

5. Исследование и выбор управляющих агентов- вязкоупругого оостава и шаровых запорных элементов для управления технологическим процессом и работой устройства той цементировании скважины.

6. Исследование и испытание технологических особенностей и внедрение в промышленность принципиально новой технологии ступен-У1ТОГО цементирования сквахин с применением гидромеханических цементировочных устройств типа УСЦН, УОРП н УГШ.

Методы решения поставленных задач. Поставленные задачи решались путем:

- создания новых технических средств и методических приемов экспе
риментальных исследований;

- математического моделирования,планирования экспериментов,разра-
2- 7L2

ботки алгоритма раочета к составления программы для ПЭВМ;

аналитических,лабораторных,стендовых исследований,сквадинных експериментов ж опытно-промыпиенных работ;

анализа и обобщения известных и разработки на уровне изобретений новых технико-технологических решений,реализующих цель работы;

использования геофизических методов исследования технического состояния скважин.

йаучяая новдзна.

1. Впервые в мировой практике предложен новый принцип управления технологическим процессом ступенчатого цементирования скважины без применения специальных пробок,втулок и седел,перекрывающих внутренний канал колонны,что позволило исключить внутриколов-вое разбуривание по окончании процесса цементирования.

2. Теоретически обоснована и експериментально доказана возможность применения гидромеханических пакерущнх устройств,основанных на принципе радиального распора уплотнительной манжеты.в условиях обсаженного и открытого ствола скважины.

3. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований определены функциональные в конструктивные пришиты создания гидромеханических пакерувдих устройств для условий перекрытия и герметизации стволов скважин в зовах каверн,а также при неконцентричной установке устройства или некруглом поперечном сечении ствола.

4. Установлены необходимые условия создания предварительного усилия прижатая уплотнителя к стенке скважины для обеспечения эффекта самоуплотнения,в зависимости от диаметра раскрытия пакерно-го уплотнителя.

5. Определено влияние основных факторов: усилия нажатия на пахершЗ узел,наличия внутренней обечайки,твердости резины

на контактное давление при взаимодействии гидромеханического уплотни-еля со стенкой скважины.

6. На основе проведенных экспериментальных и опытно-промышленных испытаний выявлены и предложены различные технологические варианты применения разработанных гидромеханических цеыентиро -вочных устройств для обеспечения и решения поставленной цели.

7. Определены условия,исключающие образование зоны смешения тампонажного раствора с продавочной жидкостью,при размещении между ними порции вязкоупругого состава,а также условия, обеспечивающие транспортирование шаровых запорных элементов по обсадной колонна в тсазанной порции.

Практическая ценность.

1. Разработаны и созданы необходимые технико-технологические решения на уровне изобретений для проектирования и практического осуществления различных технологических вариантов применения гидромеханических пакеруэдих цементировочных устройств.

2. Разработана методика управления работой гидромеханического пакерующего устройства,предназначенного для ступенчатого цементирования скважин с применением принципиально новых технологических операций,позволяющих исключить внутриколонное разбурива-гие.

3. На основе результатов выполненных исследований,впервые в отечественной практике осуществлен комплекс проектно-конструк-торских и ипытна- промышленных работ по созданию заколонных гидромеханических пакерующих цементировочных устройств,не имеющих аналогов в мире.

I. На основе проведения экспериментальных работ и промысловых скважинных испытаний,отработаны технологические особенности и варианты применения гидромеханических пакерующих устройств различного назначения.

5. Разработана и видана нормативно-техническая,руководящая, методическая и инструктивная документация.

6. Разработанные и созданные гидромеханические пакеруищие устройства типа УДЦС, УЦСО, УСЦН, УОРП и УГЗП включены в технические проекты на строительство нефтяных и газовых скважин.

Реализация работы в промышленности.

В период с 1977 no 1981 годы серийно изготовлено на ЦБПО и внедрено на глубоких разведочных и эксплуатационных скважинах ПО "Мавтышлакнефть'* 58 устройств типа УДЦС и 16 устройств типа УЦСО.

В ОПО "Карпатнефтеыаш",начиная с 198бгода, налажено опытно-промышленное, а с 1988года серийное производство устройств для ступенчатого цементирования о гидромеханическим пакером нераэбу-риваемого типа УСЦН, которому в 1989году присвоена высшая категория к Государственный Знак качества.

На Опытно-экспериментальном производстве КазНШШнефть, о 1987года,также налажено производство небольших серий и партий устройств типа УСЦН - 2.'146 х 215.9; УСЦН - 2М.168x215,9; УСЦН -2М.245Х295; УОРП - 146; У0НЫ68; УОРП - 194; УГЗП-І46; УГЗП-І68 и УГШ-245.

За период о 1987 по настоящее время внедрено более 120 устройств типа УСЦН-2. 146x215,9 и УСЦН-2МЛ68х215.9 в ПО "Мангыш-лакнефть", ПО "Коминефть", ПГО "Ухтанефтега8геология^п,П0 "Ставро-польнефтегаз" и др.

За период с 1989 по настоящее время в ПО "Мангышлакнефтг" и в ПГО "Ухтанефтегазгеология" внедрено более 30 устройств типа УОРП и УГЗП.

Экономическая эффективность от применения одного устройства типа УДЦС составила 8,12 тыс.руб., 7ЦС0 - 26,6 тыс.руб. ж

-9-УСЩ,в среднем,по отрасли 3,645 тнс.руб.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и одобрены на: Республиканской научно-технической конференции по проблемам бурения скважин на Мангышлаке (г.Шевченко, 1980); Республиканской научно-технической конференции на тему "Особенности геологического строения,бурения и освоения доюрских отложений Мангышлака^г.Шевченко ,1982); Республиканской научно-практической конференции по " Проблемам формирования Мангышлак-ского территориального производственного комплекса"(г.Шевченко, 1983); коллоквиумах в лаборатории конструирования и разработки пакеров ВНИИБТ(г.Москва,І980-І983гт.); в школе передового опыта "Ускорение НТП в строительстве скважин",организованной ПО "Ман-гышлакнефть"(г.Шезченко,1986); ІУ конференции - дискуссии "Формирование и работа тампонажного камня в скважине"(г.Краснодар, 1987); школе передового опыта,организованной в ИГО "Ухтанефте -газгеология"(г.Ухта, І989-І99ІГГ.); отраслевых координационных совещаниях по проблемам крепления скважин(г.Краснодар, 1983 -1992гг.); на Всесоюзном совещании по проблеме "Создание,совершенствование, производство и использование пакеров, обеспечивавших повышение производительности нефтяных и газовых скважин и схрану нвдр"(г.Калут, 1990); семинаре "Повышение надежности разобщения пластов. Гидравлические пакеры"-(г.Москва, 1993)

ПУ^СТгеЗДЯ работы.

Основное содержание работы изложено в 20 печатных работах, получено 10 авторских свидетельств на изобретения, їакае полу «н один патент.

Устройства типа УДЦС экспонировались на ВДНХ СССР и Казахской ССР,авторы награждены бронзовыми медалями и дипломами пер-3-7i j

вой и второй степени, а устройства типа УСЦН,экспонировались на ВДНХ СССР на международных выставках "Нефть н Гаа - 92", в Москве,"Нефть и Газ - 93",в Алмати,"Товары стран балтик и СНГ" (г.Сан-Франциско,США,ШЗ). Автор удостоен серебряных медалей ВДНХ СССР.

0вМ РЙ0РТИ.

Диссертация состоит из введения,пяти глав,основных выводов и рекомендаций,списка использованной литературы.насчитывающего 182 наименования н 13 приложений.

Работа изложена на 150 страницах машинописного текста,содержит 52 рисунка,21 таблицу.