Введение к работе
Актуальность проблемы
В России ведущей бюджетообразующей отраслью, которая определяет экономическую независимость и благополучие страны, является нефтегазодобывающая индустрия. Доля продукции нефтегазодобывающего комплекса является самой большой в объеме экспорта.
Известно, что число действующих скважин в России сокращается при возрастающей роли добычи углеводородного сырья в современных кризисных условиях. К тому же, основная часть месторождений перешла в окончательную стадию разработки, характеризующуюся перераспределением давлений в продуктивных пластах, реструктуризацией остаточных запасов, увеличением доли трудноизвлекаемых запасов нефти и т.д., что требует новых подходов к их извлечению. Открываемые новые месторождения нефти и газа зачастую находятся в труднодоступных географических и климатических условиях и, зачастую, с все ухудшающимися фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС), от качества и эффективности первичного вскрытия которых в существенной мере зависит дальнейшая эксплуатация скважин и разработка продуктивного пласта в целом.
Поддержание и увеличение достигнутого уровня добычи углеводородов, исходя из опыта строительства и эксплуатации скважин, связано, в первую очередь, с решением трех взаимосвязанных задач - сохранения естественных фильтрационно-емкостных свойств продуктивных пластов, создания герметичной, надежной крепи и совершенствования конструкций забоя. Однако, анализ современных технологий в области заканчивания скважин свидетельствует о недостаточном уровне качества вскрытия и разобщения пластов.
Вскрытие продуктивных нефтяных и газовых пластов - один из наиболее ответственных этапов в строительстве скважин. Технологии первичного вскрытия продуктивной толщи, применяемые на практике, во многом совпадают с
технологиями бурения скважин в репрессионном режиме до кровли продуктивных отложений.
Проникновение фильтрата и твердой фазы промывочных и тампонажных растворов в продуктивные пласты существенно ухудшает их фильтрационно-емкостные свойства и, как следствие, значительно снижает потенциальную продуктивность скважин.
Следовательно, основной проблемой повышения качества и эффективности первичного вскрытия продуктивных отложений и заканчивания скважины в целом, особенно для месторождений, перешедших в позднюю и завершающую стадии разработки, является получение герметичного, прочного ствола, исключающего взаимодействие в системе «скважина - пласты» в процессе бурения, цементирования эксплуатационной колонны, вторичного вскрытия продуктивных горизонтов, испытания, освоения и эксплуатации скважины, что актуально и в настоящее время.
Этими проблемами, а также вопросами исследования гидродинамических процессов в ПЗП и сохранения ФЕС занимались многие ученые нефтяники Андреев В.Е., Гилаев Г.Г., Гиматудинов Ш.К., Желтов Ю.П., Зейгман Ю.В., Кошелев А.Т., Крылов А.П., Кудинов В.И., Кузнецов Ю.С., Максимов В.П., Максутов Р.А., Минхайров К.Л., Мищенко И.Т., Муслимов Р.Х., Мухин Л.К., Овчинников В.П., Поллард, Д.Томас, Поляков В.Н., Сургучев М.Л., Сучков Б.М., Уметбаев В.Г., Федоров В.Н., Хасанов М.М. и др.
Фильтрационно-емкостные свойства призабойной зоны пласта (ПЗП) определяются процессами, протекающими в ней, начиная от первичного вскрытия. В процессе эксплуатации скважин состояние ПЗП постоянно изменяется не только вследствие протекания природных явлений и процессов, но также и за счет техногенного влияния. Снижение фильтрационных свойств ПЗП происходит вследствие внедрения в поровое пространство различных веществ при бурении, цементировании, вскрытии пласта перфорацией, в процессе освоения, эксплуатационного периода и при ремонте скважин. Следовательно,
начиная от вскрытия продуктивного пласта бурением и на всех стадиях
строительства, освоения и эксплуатации скважин необходимо сохранять или восстанавливать естественную проницаемость ПЗП. От качества вскрытия продуктивных пластов бурением в значительной степени зависит дальнейшая эксплуатация скважин.
Одним из наиболее эффективных средств решения указанных проблем могут стать волновые технологии.
Теоретические исследования, проведенные группой ученых в Научном центре Нелинейной волновой механики и технологии Российской академии наук (НЦ НВМТ РАН), подтвержденные широкомасштабными промысловыми испытаниями, доказали возможность решения указанных проблем с помощью волновых технологий, основанных на эффектах нелинейной волновой механики, открытых в НЦ НВМТ РАН при разработке теории коллективом научной школы под руководством академика Ганиева Р.Ф.
Цель работы: Повышение эффективности строительства и ремонта добывающих и нагнетательных скважин созданием и усовершенствованием технологий, реализующих эффекты разработанной в НЦ НВМТ РАН теории нелинейных колебаний многофазных сред.
Основные задачи исследований
-
Анализ состояния проблемы обработки продуктивных пластов при бурении, ремонте и эксплуатации скважин.
-
Теоретическое обоснование возможности применения волновых технологий при строительстве и эксплуатации скважин.
-
Разработка стенда и методики экспериментальных исследований технологических процессов при бурении, ремонте и эксплуатации скважин.
-
Разработка и усовершенствование технологий сохранения и восстановления фильтрационно-емкостных свойств продуктивных пластов, основанных на эффектах теории нелинейной волновой механики.
-
Промысловая оценка разработанных и усовершенствованных технологий.
Научная новизна работы
-
Теоретически обоснованы математические модели процессов фильтрации с кольматацией порового пространства
-
Разработана научно обоснованная гипотеза управления фильтрационными процессами в системе «скважина-продуктивный пласт» волновыми технологиями при вскрытии, освоении и эксплуатации добывающих скважин.
-
Научно обоснованы методики проведения эксперементальных и промысловых исследований управляемой кольматации и декольматации продуктивных пластов в процессах строительства, эксплуатации и ремонта скважин.
-
На основе теоретических исследований увеличения градиента вытеснения поровой жидкости из низкопроницаемого пласта при наложении волнового поля научно-обоснованы режимно-технологические параметры и расчетные схемы гидродинамических генераторов, реализующих волновые технологии, направленные на увеличение текущей и конечной нефтеотдачи пластов месторождений, находящихся на заключительной стадии разработки.
-
Теоретически обоснован способ управляемой кольматации проницаемых пластов генераторами струйно-волнового типа, реализующими эффекты теории нелинейных колебаний.
Практическая ценность проведенных исследований
1. Основные результаты лабораторных исследований и промысловых испытаний доказали целесообразность применения волновых технологий в процессах вскрытия, освоения и эксплуатации продуктивных горизонтов с целью увеличения текущей и конечной нефтеотдачи пластов с трудно извлекаемыми запасами (низкая проницаемость коллектора, высоковязкие нефти, наличие асфальто-смолистых и других отложений).
2. Разработан и усовершенствован комплекс волновых технологий, обеспечивающих строительство скважин, их эксплуатацию и ремонт в запроектированном режиме:
-
Усовершенствована технология долговременной изоляции горизонтов для предупреждения осложнений, связанных с поглощениями и проявлениями при строительстве нефтяных и газовых скважин.
-
Технология вскрытия продуктивных горизонтов с применением струйно-волнового кольмататора.
-
Технология вскрытия скважин после бурения и ремонта с применением разработанного в НЦ НВМТ РАН устройства для очистки продуктивного пласта (положительное решение по заявке на патент № 2011145320/03).
-
Технология кислотной обработки карбонатных коллекторов через волновой генератор ГДГВ конструкции НЦ НВМТ РАН.
Апробация работы
Результаты диссертационной работы и основные положения докладывались в рамках IV Всероссийского конкурса молодых учёных, г.Миасс 2012г., Международной научной конференции "Колебания и волны в механических системах", ИМАШ РАН, Москва 2012г., на ежегодных научных семинарах НЦ НВМТ РАН, 2011-2013гг.
Публикации
По результатам проведенных исследований опубликовано 11 научных работ, 4 из которых опубликованы в научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 327 наименований и одного приложения на 36 страницах. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста и содержит 37 рисунков и 11 таблиц.
