Введение к работе
Актуальность проблемы. В соответствии с комплексной программой развития сырьевой базы углеводородов Астраханской области до 2010 г. основные перспективы ее дальнейшего наращивания и подготовки промышленных запасов нефти и газа связывают со слабоизученными глубокозалегающими девонскими отложениями Астраханского свода, по аналогии с соседней Волго-Уральской нефтегазоносной провинцией, где этот комплекс пород содержит основные запасы углеводородного сырья.
Бурение сверхглубоких скважин на девонские отложения Астраханского свода глубиной от 5000 до 7000 м сопряжено с большими трудностями, связанными с геологическими особенностями разреза и технологическими трудностями при вскрытии поглощающих горизонтов, большой соленосной толщи, осложненной рапопроявлениями, наличием несовместимых условий бурения и вскрытием газонасыщенных горизонтов с большим содержанием сероводорода и углекислоты.
Среди них особую сложность представляет проблема обеспечения герметичности заколонного пространства на весь период существования скважины. Трудность ее решения обусловлена высокими забойными температурами и агрессивностью пластовых флюидов. Наибольшую опасность, из всего многообразия коррозионноактивных пластовых флюидов, представляет сероводород и углекислота. Они вызывают интенсивное коррозионное поражение как металлических элементов, входящих в состав крепи, так и тампонажного камня, являющимся пассиватором металлов. В то же время, механизм коррозионного поражения цементного камня и физико-химические факторы, определяющие скорость процесса, остаются до конца не выясненными. Это обстоятельство не позволяет давать прогнозную оценку долговечности крепи на базе существующих тампонажных материалов и сдерживает проведение исследований по созданию новых тампонажных композиций с повышенной коррозионной стойкостью.
На основании критического обзора работ по оценке коррозионной стойкости существующих тампонажных материалов в условиях сероводородной агрессии нами сделан вывод о том, что разноречивость существующих представлений относительно механизма коррозионного поражения тампонажного камня требуют теоретического осмысления с учетом многообразия физико-химических и химических процессов, имеющих место при взаимодействии цементного камня и агрессивной среды в условиях скважины.
Строительство газовых скважин на Астраханском своде, в продуктивных пластах которых содержится до 25% сероводорода, еще более обостряет данную проблему.
Поскольку объем бурения в условиях коррозионной активности кислых газов возрастает, задача предотвращения или ослабления осложнений путем
создания искусственной кольматации с заданными свойствами, их исследование остается актуальной научно-практической проблемой.
Цель работы
Обеспечение герметичности заколонного пространства глубоких скважин, заполненного тампонажным раствором (камнем) на основе минеральных вяжущих, при наличии в пластовом флюиде H2S и С02_ разработкой и усовершенствованием технологии вскрытия и разобщения пластов, направленных на сохранение их естественных фильтрационно-емкостных свойств.
Основные задачи исследований
Анализ осложнений, связанных с геолого-техническими и термобарическими условиями бурения скважин на Астраханском своде.
Термодинамическое рассмотрение процессов взаимодействия тампонажного камня с H2S и уточнение существующих представлений о механизме коррозионных процессов в зависимости от фазового состава продуктов твердения, агрегатного состояния сероводорода, его концентрации, состава попутных газов.
Разработка математической модели описания кинетики коррозии тампонажного камня в условиях пластовых вод, содержащих сероводород.
Уточнение методики прогнозирования долговечности тампонажного камня, подвергнутого воздействию пластовых вод, содержащих кислые газы и критериев оценки коррозионной стойкости тампонажного камня при воздействии газообразного H2S.
Разработка требований к тампонажным материалам и технологии цементирования газовых скважин в условиях агрессии кислых газов.
Разработка технологии первичного вскрытия пластов, насыщенных кислыми газами, их кольматация и устройства для ее осуществления.
Разработка технологии волновой обработки тампонажных растворов в период приготовления и превращения его в камень.
Научная новизна работы
Научно обоснована методика прогнозирования глубины коррозионного поражения цементного камня при воздействии на него растворенного в по-ровой жидкости сероводорода и уточнен механизм его коррозии под действием газообразного сероводорода.
Научно обоснованы параметры кольматации, в части количества дисперсной фазы (кольматанта) и режимно-технологических характеристик транспортировки ее в каналы породы, с учетом физико-химических свойств вмещающей среды.
Усовершенствована научно обоснованная методика регулирования процессов структурообразования тампонажного раствора (камня) в волновом поле.
Практическая ценность и реализация
Выработаны требования к разобщению пластов, содержащих агрессивные кислые газы и коррозионной стойкости тампонажных материалов в этих условиях.
Разработана классификация условий и факторов, влияющих на процессы кольматации проницаемых пород, позволяющая грамотно выбрать технологический режим вскрытия пластов, содержащих сероводород.
3. Усовершенствована технология и технические средства волновой
кольматации, позволяющие наиболее эффективно решать проблемы при буре
нии сверхглубоких скважин на Астраханском ГКМ.
Апробация результатов исследований
Основные положения диссертации доложены на: технических совещаниях филиала «Астраханьбургаз» и ДООО «Бургаз» (2006-2009 гг.), научно-практических конференциях в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленни-ков России (Уфа, 22-25 мая 2007) и 8-го Всероссийскго энергетического форума (Уфа, 28 окт. 2008) «Энергоэффективность. Проблемы и решения».
Публикации
Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 7 печатных работах, в том числе 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 117 наименований. Изложена на 238 страницах машинописного текста, содержит 62 рисунка и 24 таблицы.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность докторам технических наук, профессорам Кузнецову Ю.С., Овчинникову В.П. за неоценимую помощь и поддержку при выполнении диссертационной работы.
