Содержание к диссертации
Введение
1. Инженерные основы обеспечения фонтанной безопасности при строительстве нефтяных и газовых скважин 8
1.1. Современное состояние проблемы предупреждения ГНВП, аварийных выбросов и открытых фонтанов при строительстве скважин 9
1.2. Современные требования к обеспечению промышленной безопасности при строительстве скважин 25
1.3. Методы принятия решений при планировании и управлении технологическими процессами в бурении скважин 34
2. Выбор основных факторов, определяющих фонтаноопасность при строительстве скважин , 42
2.1. Комплекс геологических факторов 43
2.2. Комплекс технических факторов 48
2.3. Комплекс технологических факторов 51
3. Построение обобщенной функции фоитаноопасности скважины при ее строительстве 55
3.1. Методология комплексной количественной оценки фоитаноопасности .55
3.2. Оценка фоитаноопасности скважины но геологическим факторам 67
3.3. Оценка фоитаноопасности скважины по техническим факторам 95
3.4. Оценка фоитаноопасности скважины по технологическим факторам ... 116
4. Применение методологии комплексной оценки фоитаноопасности на всех стадиях строительства скважины 146
4.1. Область применения 146
4.2. Порядок использования 148
4.3. Практическое применение комплексной оценки фоитаноопасности 151
Заключение. Выводы и рекомендации 156
Список литературы 158
Приложение 1 165
Приложение 2 168
Приложение 3 171
Приложение 4 176
- Современное состояние проблемы предупреждения ГНВП, аварийных выбросов и открытых фонтанов при строительстве скважин
- Методология комплексной количественной оценки фоитаноопасности
- Оценка фоитаноопасности скважины по технологическим факторам
- Практическое применение комплексной оценки фоитаноопасности
Введение к работе
Актуальность темы. В нефтяной и газовой промышленности наиболее сложными и опасными являются аварии, связанные с открытым фонтанированием пластовых флюидов при строительстве скважин. Последствия этих аварий наносят огромный ущерб недрам, окружающей среде, деятельности близлежащих промышленных объектов и населенных пунктов.
Ситуация, начинающаяся в виде осложнения технологического процесса - газонефтеводопроявления (ГЫВП), может перерасти в аварийную - выброс и открытый фонтан с возгоранием, уничтожением скважины, гибелью людей. Особенно опасны выбросы и открытые фонтаны на нефтяных и газовых месторождениях с высоким содержанием сероводорода.
Таким образом, главная опасность, которую необходимо учитывать на этапе проектирования скважины и в ходе ее строительства - это открытый фонтан. Оценка возможной опасности связана с определением степени риска, то есть вероятности возникновения открытого фонтана. Для получения количественных оценок такой вероятности нужны алгоритмы, которые позволили бы оперировать количественными характеристиками. В этом смысле формализованные методы оценки сложных ситуаций и принятия решения обладают явными преимуществами.
Повышение фонтанной безопасности при существующей технологии бурения нефтяных и газовых скважин зависит от степени изученности взаимодействия процессов, протекающих в стволе бурящейся скважины и определяющих характер возможных осложнений. Научное обобщение технологических достижений в области предупреждения осложнений и аварий в бурении носит, в основном, качественный характер, кроме того, отсутствует методологическая основа получения количественных оценок, которая позволила бы широко использовать ЭВМ при проектировании и управлении технологическими процессами. В этих условиях существенное значение приобретают вопросы обобщения и систематизации накопленного опыта по предупреждению и ликвидации ГНВП. Привлечение численных методов теории принятия решений в подобных ситуа-
циях позволит минимизировать риск возникновения аварийных ГНВП, выбросов и открытых фонтанов.
Актуальность проблемы комплексной количественной оценки фонтано-опасности при строительстве скважины на основе анализа условий для возникновения и развития неуправляемого притока очевидна, как с точки зрения повышения фонтанной безопасности, так и с точки зрения применяемых методов анализа и оценки риска в бурении.
Решение рассматриваемой в диссертационной работе проблемы осуществлялось в соответствии с отраслевой программой НИР и ОКР ОАО «Газпром» на 2000г., а также Перечнем приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2002-2006 гг.
Цепь работы. Целью настоящего исследования является разработка методологических основ комплексной количественной оценки опасности возникновения аварийных ГНВП, выбросов и открытых фонтанов при строительстве нефтяных и газовых скважин.
Основные задачи исследований. Для выявления существующих системных связей определяющих факторов и получения их количественных характеристик необходимо решить следующие задачи
Выбрать и обосновать обобщенный критерий качественного и количественного выражения опасности возникновения аварийных ситуаций, связанных с ГНВП при строительстве скважин.
Систематизировать сведения о причинах и условиях возникновения неуправляемого притока флюида из пласта в ствол скважины и его развития в аварийную ситуацию с учето.ч современного видения проблемы в отечественной и зарубежной практике строительства скважин.
Разработать классификацию определяющих факторов и классификационные шкалы геологических, технических и технологических факторов по единому признаку: создание условий для возникновения и развития притока.
Сформулировать и обосновать принципы количественной оценки опасности возникновения аварийных ГНВП при строительстве скважин на базе численных методов принятия решений.
Определить область практического применения и разработать методические рекомендации по проведению комплексной оценки (экспертизы) инженерно-технических решений в области предупреждения, обнаружения и ликвидации ГНВП при строительстве скважин.
Методы решения поставленных задач основаны на обобщении теоретических положений и практических результатов изучения процессов, сопровождающих возникновение и развитие ГНВП при строительстве скважин, комплексном подходе к оценке состояния многофакторного объекта и системном анализе с использованием методов прикладной математики.
Научная новизна,
Впервые введено новое понятие в теории и практике предупреждения ГНВП, выбросов и открытых фонтанов при строительстве скважин - фонтаноопасность и дано его количественное определение.
Произведена систематизация сведений о роли факторов, обусловливающих фонтаноопасность, по обобщающему признаку: создание условий для неуправляемого притока флюида из пласта в ствол скважины.
Разработаны классификация и классификационные шкалы геологических, технических и технологических факторов, обусловливающих фонтаноопасность.
Предложены научно-обоснованные принципы количественной оценки фонтаноопасности по единому критерию - обобщенному показателю фонтано-опасности.
Предложена принципиально новая модель принятия решения о фонтаноопасности объекта, объединяющая формализованные математические приемы и субъективные экспертные оценки специалистов.
Основные защищаемые положения,
Методологический подход к анализу и оценке факторов, обусловливающих опасность возникновения и развития неуправляемого притока пластовых флюидов в ствол скважины.
Принципы выбора и классификации факторов, обусловливающих фон-таноопасность при строительстве нефтяных и газовых скважин.
2. Методологические основы комплексной количественной оценки фон-
таноопасности при строительстве скважин.
4, Принципы определения эффективности мероприятий по предупреждению ГНВП в изменяющихся геолого-технических условиях.
3. Модель принятия решения о фонтаноопасности объекта, объединяю
щая формализованные математические приемы и субъективные экспертные
оценки специалистов.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Предложен инструмент для проведения инженерной экспертизы фонтаноопасности в процессе разработки и реализации проектных решений при строительстве нефтяных и газовых скважин. Это в конечном итоге призвано повысить эффективность мероприятий по предупреждению ГНВП.
Методологические основы комплексной количественной оценки позволят создавать эффективные экспертные системы, которые помогут специалистам в принятии оптимальных инженерно-технических решений и предоставят необходимые рекомендации. Применение таких систем с использованием ПК сократит время и затраты на решение задач по проектированию и планированию технологических операций при строительстве скважины.
В результате исследования разработаны «Методические указания по проведению комплексной оценки фонтаноопасности при строительстве скважин», содержащие практические рекомендации для специалистов противофонтанной службы, буровых и проектных организаций
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на методическом совете филиала Астраханская ВЧ и
научно-техническом совете ООО «Газобезопасность» (Москва, 2005г.), на совместном заседании кафедр «Бурение нефтяных и газовых скважин» и «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых скважин» СевКавГТУ (Ставрополь, 2005).
Методические рекомендации, предложенные в диссертационной работе, апробировались на тематическом семинаре «Методика проведения комплексной количественной оценки фонтаноопасностн при строительстве скважин и ее практическое применение» (УТЦ «Досанг», Аксарайский, 2005) с представителями противо фонтанной службы, буровых и проектных организаций (Филиал АВЧ ООО «Газобезопасность», Филиал «Астраханьбургаз», «АстраханьНИПИ-газ» ООО «Астраханьгазпром»).
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов нефтегазовой отрасли по курсу «Контроль скважины. Управление скважиной при ГНВП» с 2001г. и составили основу учебного пособия «Предупреждение, обнаружение и ликвидация газоне фте вод проявлений», за работу над которым автору присуждена премия ОАО «Газпром» в области науки и техники за 2004г.
Публикаі{іш. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных литературных источников из 121 наименования. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 7 рисунков, 7 таблиц, 4 приложения.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю кандидату технических наук, доценту Пуле Ю.А,, научному консультанту доктору технических наук, профессору Аветисову А.Г. за постоянное внимание и помощь в проведении исследований, а также благодарность своим коллегам к.т.н. Хлебникову СР., к.т.н. Пашиняну Л.А., к.т.н. Аникину В.И. и др., опыт и знания которых помогли при постановке и реализации ряда конкретных задач.
1. Инженерные основы обеспечении фонтанной безопасности при строительстве нефти пых и газовых скважин
Перспективы развития нефтяной и газовой промышленности целиком и полностью зависят от результатов строительства скважин. Именно буровые работы обеспечивают расширенное воспроизводство нефтегазовых мощностей и прирост необходимых запасов нефти и газа. В ряду проблемных вопросов нефтегазодобычи актуальной является проблема обеспечения и повышения фонтанной безопасности, особенно в строительстве скважин, создающем основные фонды отрасли.
Механическое разрушение скважины, уничтожение бурового оборудования и инструмента, постоянная опасность взрыва и пожара, опасность отравления людей, разрушение залежей нефти и газа, а также подземных водных бассейнов в районе фонтанирующей скважины - таков, далеко не полный перечень вредного воздействия аварийных фонтанов, определяющего ущерб народному хозяйству [37].
Авария, связанная с открытым фонтанированием скважины, имеет в своем развитии две стадии [54, 55]: стадию возникновения и развития ГНВП и стадию перехода ГНВП в открытый фонтан, поэтому первоочередными мерами по обеспечению фонтанной безопасности являются меры, направленные на предупреждение ГНВП при строительстве скважин.
Предупреждение и ликвидация ГНВП являются, по существу, нормальными технологическими процессами в практике строительства скважин на нефть и газ [37]. При этом возросший научно-технический уровень буровых работ и хорошая профессиональная подготовка кадров позволяет считать ГНВП не авариями, а осложнениями технологического процесса.
Инженерный подход к проблеме предупреждения ГНВП, как и в целом к процессу бурения скважин, основывается на научном описании процессов взаимодействия технических средств и управляющих воздействий с внешней средой, которое невозможно без применения методов прикладной математики,
механики, физико-химии, геологии, геофизики и других отраслей науки. Без использования данных ряда научных дисциплин невозможны качественное проектирование и реализация процессов строительства скважин, а тем более совершенствование техники и технологии бурения [23].
Решение проблемы предупреждения ГНВП предусматривает проведение комплексного исследования таких аспектов технологии бурения, в которых проявляются закономерности динамического взаимодействия скважины и вскрытых ею продуктивных пластов горных пород, поскольку именно динамика системы «скважина-пласт» определяет процесс неуправляемого притока флюида в ствол скважины.
Данный раздел посвящен анализу современного состояния теории и практики предупреждения ГНВП, выбросов и открытых фонтанов, оценки степени риска возникновения аварий в соответствии действующими требованиями, применения математических методов для решения задач по предупреждению осложнений и аварий при планировании и управлении технологическими процессами при строительстве скважин.
Современное состояние проблемы предупреждения ГНВП, аварийных выбросов и открытых фонтанов при строительстве скважин
Газонефтеводопроявления являются одним из распространенных видов осложнений, возникающих при бурении скважин. Особую опасность представляют ГНВП, переходящие при определенных условиях в открытые газовые и нефтяные фонтаны [17, 19, 27, 37, 49, 67, 71, 72, 74, 84, 96, 97].
Согласно принятому в отрасли определению [41], под ГНВП понимают поступление пластового флюида в ствол скважины, не предусмотренное технологией работ при ее строительстве и ремонте и создающее опасность выброса бурового раствора и открытого фонтанирования. Итак, уже в самом определении заложено понятие опасности, чем лишний раз подтверждается актуальность проблемы предупреждения ГНВП. Современные представления о динамике процесса позволяют выделить следующие этапы перехода ГНВП в открытое фонтанирование [71]:
-поступление небольших количеств пластового флюида в ствол скважины, приводящее к снижению плотности бурового раствора и образованию в интервалах продуктивных пластов пачек раствора, насыщенных флюидом, что создает угрозу возникновения отрицательного перепада давления на флюидо-содержащие пласты;
- неуправляемое поступление пластового флюида в ствол скважины, создающее угрозу выброса, то есть газонефтеводопроявление;
-интенсивное увеличение расхода бурового раствора из скважины, способное разрушить систему устьевой обвязки скважины, то есть аварийный вырос;
- вытеснение бурового раствора пластовым флюидом и его неуправляемое поступление на дневную поверхность, то есть открытое фонтанирование.
Авторы работы [37], опубликованной еще в 1974 г., пришли к следующему заключению: несмотря на безусловно возросшие профессиональный уровень и дисциплину персонала буровых организаций, вряд ли удастся не допускать аварийных фонтанов в обозримом будущем, по крайней мере, в ближайшие 5-10 лет.
Согласно статистическим данным в Российской Федерации за период 1985-1994 г.г. произошло 113 открытых газовых и нефтяных фонтанов, 48 из которых сопровождались пожарами. Народному хозяйству нанесен огромный материальный ущерб: потери нефти и конденсата составили 13 млн. тонн, газа -1240 млрд. куб. м. Приведено в негодность 38 комплектов буровых установок, ликвидировано 25 скважин, выведено из оборота 3 тысячи та земли, причинен невосполнимый ущерб недрам. В 1995 году зарегистрировано 4 открытых фонтана, в том числе 3 с пожарами. По данным ООО «Газобезопасность» силами филиалов - военизированных частей по предупреждению и по ликвидации открытых газовых и нефтяных фонтанов за период 1996-2004 г.г. в газовой промышленности ликвидировано 11 газовых и газоконденсатных фонтанов. Показательны зарубежные статистические данные о возникновении открытых фонтанов при бурении скважин. В материалах конференции Ассоциации Буровых Подрядчиков в 1998 г. отмечалось [57], что по-прежнему серьезной во всех отношениях проблемой при бурении скважин остаются открытые нефтегазовые фонтаны и их пожары, резко ухудшающие экологическую обстановку в регионах, создающие порой опасность для здоровья персонала и населения региона. Так, в 1993 г. было ликвидттровано пять открытых фонтанов; в 1994 г. - четыре фонтана и шесть нефтегазопроявлений; в 1995г. произошло восемь открытых нефтегазовых фонтанов, из которых три были с пожарами, в 1996г. количество открытых фонтанов снизилось до двух.
В четырех нефтегазодобывающих штатах США, включая побережье Мексиканского залива и глубоководный континентальный шельф, за период с 1960 по 1996 гг. произошло 1206 газонефтяных фонтанов. Сравнительный анализ [82] показал, что, например, в штате Техас, на который приходится приблизительно две трети аварийных фонтанов, частота их возникновения составляет 0,12 на 100 скважин, находящихся в процессе бурения или заканчивания. Изучение данных о ликвидации этих аварийных фонтанов и анализ причин их возникновения приводят к выводу, что открытый фонтан происходит приблизительно на каждые 110 проявлений как в эксплуатационных, так и в разведочных скважинах.
Таким образом, на современном этапе строительства скважин открытые нефтяные и газовые фонтаны действительно имеют место, и опасность возникновения аварийного фонтанирования скважины при ее строительстве реально сохраняется.
Аварийное фонтанирование всегда приводит к временному или полному прекращению основного технологического процесса в скважине. При этом потери средств буровых предприятий в виде затрат на ликвидацию аварий, проведение восстановительных работ, не говоря о стоимости ликвидируемых скважин, соизмеримы с затратами на новое строительство скважины. Не меньшие, но более скрытые потери несут нефтегазодобывающие предприятия от содержания в фонде скважин, сданных в эксплуатацию с отступлением от технических проектов и имеющих низкие эксплуатационные характеристики. Так, например, низкое качество крепления, с которым связывают возникновение зако-лонных перетоков и межколонных давлений, никогда не позволит восстановить даже ремонтными работами, надежности ствола скважины как пщравлического канала связи с пластом.
Следовательно, повышение фонтанной безопасности при строительстве скважин имеет большое народнохозяйственное значение. При этом решение проблемы включает, наряду с проведением анализа причин имевших место аварий, оценку фактического соответствия каждой скважины в ходе ее строительства установленным требованиям по обеспечению фонтанной безопасности.
Основной задачей обеспечения фонтанной безопасности при строительстве скважин является предупреждение ГНВП, то есть предотвращение или ограничение притока пластового флюида в объеме, не превышающем допустимого значения, и его безопасное удаление из скважины при выполнении любых работ по ее строительству и ремонту [41]. Этим определением обозначен наиболее надежный путь обеспечения безопасности при возникающих осложнениях - предупреждение и своевременная ликвидация ГНВП на ранней стадии возникновения. Предупреждение ГНВП при строительстве скважин подразумевает проведение комплекса мероприятий по двум направлениям:
-предотвращение ГНВП путем создания условий в скважине, препятствующих возникновению притока флюида из пласта,
-предотвращение перехода возникшего ГНВП в открытое фонтанирование путем ограничения объема проявления и своевременным безопасным удалением поступившего в скважину флюида.
Методология комплексной количественной оценки фоитаноопасности
Современный уровень решения инженерно-технических задач в бурении характеризуется тем, что исследователь выбирает из всего арсенала методов прикладной математики тот, который наиболее соответствует поставленной цели.
В данном случае предметом исследования является технологический объект (скважина), состояние которого определяется геологическими, технически ми и технологическими факторами. Выбранной целевой функцией является функция фонтаноопасности, которая в виде обобщенного показателя используется как количественная характеристика состояния технологического объекта по комплексу определяющих факторов. Обобщенный показатель фонтаноопасности представляет собой величину, максимально возможное значение которой отражает такое сочетание геологических, технических и технологических факторов, при которых создаются наиболее благоприятные условия для возникновения и развития притока в открытое фонтанирование, что является недопустимым с точки зрения технологического риска.
Такой подход, основанный на оценках наихудшего, хотя и маловероятного события, дает возможность сравнивать опасность отдельных факторов по группам и в комплексе, что позволяет:
определить набор таж значений геологических, технических и технологических параметров, которые находятся за пределами приемлемого уровня риска, то есть создают максимальную фонтаноопасность;
сформулировать оббпенный критерий как количественно определенную характеристику фонтаноопасности по геологическим, техническим, технологическим факторам.
Выбор такого подхода обоснован целью минимизации риска возникновения аварийных ситуаций, связанных с ГНВП. Вместе с тем, стремление к минимизации риска может привести к абсурдной ситуации, так как, естественно, безопаснее всего ничего не делать. Следовательно, основная задача минимизации риска — это нахождение приемлемого уровня опасности технологических процессов, для чего необходимо иметь представление о максимально возможном уровне опасности, причем в количественном выражении.
Сложность количественной оценки многофакторного объекта заключается в ситуации, когда следует учитывать множество показателей факторов и уметь их сводить в единый количественный показатель. Каждый фактор, определяющий фонтаноопасность, имеет свой физический смысл и свою размер ность, что препятствует их объединению. В таком случае можно задать некоторую безразмерную шкалу, которая является однотипной для всех объединяемых показателей факторов, - это делает их сравнимыми [8],
В основе предлагаемой количественной оценки фонтаноопасности лежит использование обобщенной функции желательности, которая считается наиболее удобным способом нахождения обобщенного параметра оптимизации как характеристики цели, заданной количественно. Установлено [8], что обобщенная функция желательности является количественным, однозначным и универсальным показателем качества исследуемого объекта.
Построение функции желательности детально рассмотрено в работах, посвященных математической теории планирования эксперимента и ее практическому применению [1, 3, 4, 5, 8, 13, 20, 21, 78, 98]. Основная идея метода функции желательности состоит в том, что для каждого из показателей свойств изучаемого объекта вводится шкала соответствия между желательностью его значений и условным эталоном в виде чисел. При этом такие важные свойства, как адекватность, статистическая чувствительность введенной психофизической шкалы желательности и эффективность частных и обобщенной функций желательности не ниже, чем для любого технологического показателя, им соответствующего [8].
Аналогичный подход, основанный на построении шкалы измерений сравниваемых величин — шкалы важности, приводится в работе известного американского математика Т.Л. Саати [79]. Шкала важности используется при сравнении двух сложных объектов в числовом представлении: на сколько влияние одного из объектов на достижение заданной цели больше, чем второго. При этом используется системный подход к распределению объектов по рангам важности и к заданию каждому рангу числового значения. По мере накопления опыта первоначальная шкала, выбранная для сравнений, может быть модифицирована и обобщена.
На основе готовой психофизической шкалы желательности автором предложена шкала фонтаноопасности [99,100], назначение которой - устано вить соответствие между физическими (качественными и количественными значениями показателей факторов, определяющих состояние объекта) и психологическими параметрами (субъективными оценками тех или иных значений показателей факторов с точки зрения потенциальной опасности возникновения и развития притока с учетом современного видения проблемы, действующих нормативно-технических требований, отечественного и зарубежного опыта строительства скважин).
Оценка фоитаноопасности скважины по технологическим факторам
Технологические факторы — это переменные управляемые величины, определяющие контроль и воздействие на состояние системы «скважина-пласт» при выбранных уровнях технических факторов. При этом характер распределения давлений, действующих в процессе бурения, обусловливает устойчивость равновесия в системе «скважина-пласт» с позиций возникновения и развития ГНВП.
Репрессия, фи
Как фактор репрессия имеет решающее значение: от нее зависят все остальные процессы взаимодействия флюидосодержащего пласта с буровым раствором, создающим противодавление на пласт, а, следовательно, фонтаноопас-ность буровых работ. Если исходить из задачи максимального сохранения природного состояния коллектора, то продуктивный пласт необходимо вскрывать на равновесии или депрессии на пласт. Однако в настоящее время отсутствуют технические средства, которые могли бы надежно обеспечить такие условия проводки скважин, поэтому на практике вынуждены вскрывать пласты в условиях репрессии [89].
Согласно нормативным требованиям [40, 70] контроль состояния скважины включает трехстадийную защиту, от открытого фонтанирования. Первая стадия защиты предусматривает предотвращение притока пластового флюида в скважину за счет создания репрессии на пласт.
Оценка показателя репрессии сводится к нахождению численных значений, характеризующих перепад давления в системе «скважина-пласт». Количественно первую стадию защиты можно представить в виде отношения градиента гидростатического давления жидкости в скважине к градиенту пластового
давления —-?- 1,
гдеСяу, G/777 - градиенты гидростатического давления столба бурового раствора и пластового давления, МПа/м;
116
При этом максимально допустимая репрессия должна исключать возможность гидроразрыва или поглощения бурового раствора на любой глубине интервала совместимых условий бурения [40, 41, 70]. Количественно это требование можно представить в виде отношения эквивалента градиента гидростатического давления жидкости в скважине к градиенту давления гидроразрыва пласта или давления начала поглощения - - 1,
гдеЄг.р - градиент давления гидроразрыва пласта или начала поглощения, МПа/м.
Представив показатель репрессии в виде сложного фактора-функции, получаем двустороннее ограничение, определяющее требования по обеспечению первой стадии защиты от возникновения открытых фонтанов
Т ї тК (3.14)
где YJJ — численное значение показателя фактора репрессии.
Однако технологические решения, направленные на предупреждение ГНВП, не должны противоречить основной цели строительства скважины с учетом применения передовых технологий. В принятой в ОАО «Газпром» стратегии освоения сырьевых ресурсов расширение объема буровых работ должно происходить не столько за счет новых месторождений, сколько за счет новых технологий.
В последние годы широко внедряется технология бурения скважин с регулированием дифференциального давления [19, 21, 23, 32, 47, 78, 87, 89]. Это новое направление напрямую связывает проблему фонтаноопасности с повышением качества вскрытия продуктивных пластов.
В соответствии с нормативными положениями ПБ 08-624-03 в установленном порядке допускаются отклонения от традиционных требований к плотности бурового раствора при проектировании строительства скважин со вскрытием продуктивных пластов с забойными давлениями, приближающимися к пластовому (на равновесии) или ниже пластового (на депрессии) [70].
С учетом вышеизложенного получаем двустороннее ограничение по обеспечению второй стадии защиты от открытых фонтанов: гдеРшт противодавление, созданное на штуцере, МПа;
Н— глубина рассматриваемого участка в интервале совместимых условий бурения в скважине, м.
Вместе с тем анализ зарубежного опыта проводки и ремонта скважин в условиях депрессии [87] показывает, что основной объем выполняемых таким методом работ приходится на нефтяные пласты и в значительно меньшем объеме — на газовые пласты, что объясняется большей вероятностью неконтролируемого выброса и аварийной ситуации вплоть до ликвидации скважины. Одной из причин возникновения газопроявлений при проводке скважины в условиях репрессии является поступление газа в буровой раствор с выбуренной породой и увеличение газосодержания вплоть до выбросоопасных концентраций. Поэтому нормированию механической скорости проходки (L MCX) В продуктивном горизонте уделяется особое внимание как при разработке проекта, так и при оперативном управлении в процессе бурения. Так, согласно действующим нормативно-техническим требованиям [70] в продуктивном газовом пласте механическая скорость бурения должна ограничиваться до значений, при которых обеспечивается дегазация бурового раствора.
Механизм поступления газа в буровой раствор с выбуренной породой, его сложный характер исследован в работах различных авторов [19, 21, 49, 67, 71, 96, 97]. Установлено, что фактический объем поступившего газа не соответствует объему порового пространства в процессе разрушения горной породы из-за частичного оттеснения газа в пласт вследствие опережающего проникновения фильтрата бурового раствора в поровое пространство. Тогда наиболее выбросоопасным вариантом будет ситуация, когда весь объем газа, находящегося в поровом пространстве, переходит в буровой раствор вместе с выбуренной породой. Количественно оценить допустимую механическую скорость проходки v"w позволит показатель допустимого объема притока флюида [41, 71].
Практическое применение комплексной оценки фоитаноопасности
Пример комплексной оценки фонтаноопасности при строительстве сверхглубокой поисковой скважины № 2 «Девонская» приводится в приложении 4. При этом рассмотрены этапы оценки проектных решений, оперативной оценки при изменении проектных решений в ходе строительства скважины, а также оперативной оценки при возникновении аварийной ситуации, связанной с ГНВП. Составлены уравнения функциональных связей для оценки технических и технологических факторов аналитическим способом. Так, в результате комплексной оценки проектных решений в интервале бурения 6000-7000 м под эксплуатационную колонну определены: частные показатели геологических (0,616), технических (0,323), технологических факторов (0,232) и обобщенный показатель (0,359), что соответствует низкому уровню фонтаноопасности.
Анализ результатов комплексной оценки показывает, что выбранный критерий - обобщенный показатель фонтаноопасности чувствителен к отклонениям существующих взаимосвязей и реагирует на незначительные изменения определяющих факторов. Таким образом, методология количественной оценки по критерию фонтаноопасности позволяет получить дифференцированную оценку состояния скважины на всех стадиях ее строительства.
1. Анализ отечественных и зарубежных литературных источников, инструктивного и методического материала, а также практического опыта бурения показывает, что одной из основных проблем повышения фонтанной безопасности при строительстве нефтяных и газовых скважин является наиболее полное использование потенциала технических средств и технологических приемов при наличии определенных принципов их выбора в зависимости от геологической обстановки.
2. Предложен методологический подход, который объединяет результаты систематизации отечественного и зарубежного опыта по предупреждению ГНВП и формализованные математические приемы принятия решения с целью оценки фактического соответствия скважины в ходе ее строительства установленным требованиям фонтанной безопасности
3. Разработана классификация определяющих факторов по критерию фон-таноопасности. Понятие «фонтаноопасность» содержит качественное и количественное определение потенциальной опасности возникновения и развития ГНВП, обусловленной геологическими, техническими и технологическими факторами.
4. Предложены принципы комплексной количественной оценки фонтано-опасности, базирующиеся на использовании численного метода принятия решения, наиболее соответствующего состоянию проблемы, цели и задачам исследования.
5. Разработан алгоритм комплексной количественной оценки фонтаноопас-ности в виде структурной схемы математических зависимостей, определяющих в совокупности математическую модель принятия решения о фонтаноопасно-сти по обобщенному количественному критерию.
6. Построены классификационные шкалы целевой функции фонтаноопас-ности геологических, технических и технологических факторов, сформулированы ограничения, определяющие области допустимых значений для показателей факторов.
7. Показано, что методология комплексной количественной оценки фонтаноопасности позволяет получить дифференцированную оценку состояния скважины на всех стадиях ее строительства, а выбранный критерий - обобщенный показатель фонтаноопасности - является величиной, чувствительной к изменениям внешних условий и управляющих воздействий.
8. Предложено имеющее адаптивный характер решение задачи анализа и количественной оценки степени риска. Это позволяет провести сравнительную оценку действующего фонда скважин с использованием формализованной процедуры принятия решения по единому критерию.
9. Методологический подход рекомендуется использовать при создании экспертных систем информационного обеспечения для служб контроля за технологией строительства скважин буровых и нефтегазодобывающих предприятий.
10. Результаты исследования послужили основой «Методических указаний по проведению комплексной оценки фонтаноопасности при строительстве скважин» для специалистов буровых и проектных организаций, противофон-танной службы ООО «Газобезопасность».
