Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В старых нефтегазовых районах, к которым относятся месторождения Северного Кавказа, при эксплуатации нефтегазовых скважин возникает много различных трудно решаемых геологических и технологических проблем. Это связано, в первую очередь, с тем, что во времена поисков и разведки в этих районах месторождений получить всю необходимую на современном уровне требований геологическую и технологическую информацию не представлялось возможным из-за отсутствия соответствующих научных разработок и аппаратуры, которые существуют сегодня. Проекты, по которым разрабатывались эти месторождения, не позволяли достичь высоких показателей извлечения запасов нефти и газа. Аналогичная ситуация характерна и для подземных хранилищ газа (ПХГ).
Учитывая современные потребности России и других стран в добыче и транспортировке газа, экономически обоснованные возможности использования южного направления, возникают весьма актуальные проблемы разработки современных проектов доразработки старых нефтегазовых месторождений, увеличение добычных возможностей скважин путем применения современных средств, выбора наиболее оптимальных в геологическом плане выработанных месторождений и строительства на их базе ПХГ, а также решения других актуальных задач.
Выполнить столь сложные задачи можно только на основе применения новых научно обоснованных методических и инструментальных комплексов для получения всей необходимой геолого-технологической информации, позволяющей повысить эффективность разработки старых месторождений и эксплуатации ПХГ.
В результате длительной разработки углеводородных (УВ) месторождений или ПХГ, «центр тяжести» исследований переносится на решение геолого-технологических задач, связанных, в первую очередь, с контролем эксплуатационной надежности скважины как инженерного сооружения. С этой целью периодически выполняются исследования для определения следующих показателей: степени рационального использования скважины, технического состояния обсадных колонн, целесообразности применения тех или иных технических решений по капитальному ремонту скважин (КРС), эффективности применяемых технологий, повышения производительности скважины.
В соответствии с п. 5 «Научные основы компьютерных технологий проектирования, исследования, эксплуатации, контроля и управления природно-техногенными системами ...., включая имитационное моделирование геологических объектов ....» паспорта специальности 25.00.17 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», актуальность темы диссертационной работы определяют исследования, направленные на повышение точности имитационного моделирования геологических объектов, которые должны выполняться на всех этапах функционирования УВ месторождений.
Цель исследования - разработка методических и инструментальных комплексов для получения геолого-технологической информации, необходимой для повышения эффективности разработки нефтяных и газовых месторождений в старых районах и эксплуатации подземных хранилищ газа.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи.
1. Переосмыслить информацию, полученную ранее при проведении поисково-
разведочных работ. Выявить причинно-следственные факторы, оказывающие влияние на эффективность разработки углеводородных месторождений и эксплуатации ПХГ.
Установить основные пути повышения информационной базы для разработки усовершенствованных проектов эксплуатации старых месторождений и ПХГ.
Разработать новые источники возбуждения поперечных волн для многокомпонентной сейсморазведки, необходимые для создания расширенного волнового поля, повышающие реалистичность геологических построений при геолого-промысловом моделировании.
Разработать методические комплексы для эффективного мониторинга скважин действующего фонда на этапе длительной эксплуатации с целью повышения качества геолого-промысловых построений в условиях «скудного» фондового геолого-геофизического материала и отсутствия данных по контролю за эксплуатацией УВ месторождений и ПХГ.
Усовершенствовать инструментальные комплексы контроля технического состояния обсадных колонн и призабойной зоны пласта (ПЗП) с целью повышения достоверности геолого-промысловых построений при моделировании процесса разработки и безопасности эксплуатации нефтегазовых месторождений.
Разработать комплексные методики поисков интервалов перетока газа по заколонным пространствам для сокращения потерь газа и мониторинга экологической безопасности эксплуатационных газовых скважин.
Разработать концепцию создания дистанционных автоматизированных систем контроля и управления технологическими процессами при КРС на основе данных сопровождения технологии очистки скважин от песчано-глинистых пробок на депрессии.
Разработать макетный образец измерительного комплекса автоматизированного управления физико-техническими параметрами пенных систем для моделирования технологических условий, возникающих при ремонте скважин с использованием пенных систем.
Усовершенствовать конструкцию струйной техники для возможности дистанционного контроля и управления технологическими процессами при проведении капитального ремонта скважин.
Методы исследований. При разработке комплексов выполнялись теоретические, экспериментальные, производственные (скважинные) исследования, а также математическое моделирование.
Объектами исследования являлись нефтегазовые скважины различных категорий и природные резервуары.
Предметом исследований являлись технологические процессы, приборно-методические комплексы и контрольно-измерительные системы.
Личный вклад соискателя. По результатам выполненных исследований контроля за флюидо динамическими процессами и анализа фондового геолого-геофизического материала автором разработана тонкослойная геолого-промысловая модель и выполнена классификация пород продуктивной толщи по совокупности геофизических и петрофизических параметров при проектировании работ по расширению Чиренского ПХГ. Установлено и наглядно проиллюстрирована работа карбонатного разреза, представленного коллектором порово-кавернозно-трещинного типа, а также механизм остаточной деформации вторичных пустот за счет смыкания и
размыкания микротрещин.
Автором выполнены исследования для решения следующих задач:
выявление путей миграции газа в межколонных пространствах (МКП) в скважинах с межколонными давлениями (МКД) (1989 - 1992 гг.);
повышение эффективности эксплуатации скважин действующего фонда на Чиренском ПХГ (Болгария) (1992 - 1996 гг.);
контроль технического состояния обсадных колонн с целью повышения срока службы скважин старого фонда на отечественных и зарубежных нефтегазовых месторождениях, на Северо-Ставропольском (Ставропольский край), Канчуринском (Башкортостан), Елшано-Курдюмском, Степновском (Саратовская область), Щелковском, Касимовском (Московская область) и других ПХГ;
повышение безопасности бурения скважин в интервале залегания пластичных солей в глубоких поисково-разведочных скважинах Астраханской области при тестовых испытаниях модернизированного профилографа.
Автором разработано новое устройство для определения износа внутренней стенки колонны и ее толщины с целью повышение безопасности эксплуатации скважин. На разработанное устройство в 2010 г. получен патент РФ.
Выполнялись комплексные газодинамические и геофизические исследования в масштабе реального времени при экспериментальных работах по удалению песча-но-глинистых пробок для определения влияния изменения устьевого давления в процессе циркуляции пены при изменении забойного давления с целью получения оптимальных значений динамических параметров при промывке скважины на депрессии. Разработан макетный образец измерительного комплекса автоматизированной системы регулирования физико-динамических параметров пен, регулируемый эжектор и алгоритм его работы. Конструкция эжектора защищена патентом РФ.
Научная новизна.
Разработаны новые источники возбуждения поперечных волн для многокомпонентной сейсморазведки, создающие расширенное волновое поле, защищенные двумя патентами РФ.
Научно обоснованы методика и технология проведения мониторинга скважин действующего фонда, позволяющие повысить информативность данных, применяемых при геолого-промысловых построениях, и оценки результатов, получаемых при проведении технологических операций по ремонту скважин и повышению их производительности при эксплуатации коллекторов порово-кавернозно-трещинного типа. Установлено, что в карбонатных коллекторах этого типа, в которых основная емкость образована системой трещин, происходит их смыкание и размыкание при смене депрессии (или репрессии) на пласт. Показано как с помощью разработанной методики контроля за флюидодинамическими процессами можно определять оптимальный режим работы скважины.
Модернизированы сканирующие электромагнитные профилографы серии КСП-Т-7М и разработано новое устройство, позволяющее повысить эффективность капитального ремонта скважин и достоверность получаемой информации, необходимой при геолого-промысловом моделировании.
Разработана методика комплексных исследований контроля межколонных перетоков газа в скважинах различных категорий, позволяющая устанавливать причины межколонных скоплений газа и выявлять интервалы заколонных перетоков.
Определены граничные значения динамических параметров пенных систем в
наземных и скважинных условиях, позволяющие усовершенствовать методику промывки песчано-глинистых пробок на депрессии с использованием энергии пласта.
6. Разработан макетный образец измерительного комплекса автоматизированной системы регулирования физико-динамических параметров пен, позволяющий моделировать различные технологические условия, создаваемые при ремонте скважин с использованием пенных систем.
Защищаемые положения.
Разработаны новые источники возбуждения поперечных волн для многокомпонентной сейсморазведки, позволяющие получить информацию о месторождении, максимально приближающую знания о нем к реальности.
Разработан методический комплекс для эффективного мониторинга скважин действующего фонда, позволяющий повысить достоверность и эффективность информации о работе газовых скважин, о выполняемых технологических операциях по ремонту скважин, повышению их производительности при эксплуатации.
Разработаны инструментальные комплексы контроля технического состояния скважин, повышающие эффективность капитального ремонта скважин и достоверность получаемой информации, необходимой при геолого-промысловом моделировании.
Разработана методика комплексных исследований по контролю межколонных перетоков газа, позволяющая выявлять интервалы заколонных перетоков и получать информацию по влиянию заколонных перетоков газа на экологическую ситуацию при эксплуатации скважин.
Разработаны принципы построения системы контроля и управления технологическими процессами, позволяющие применять автоматизированные системы регулирования физико-динамических параметров пен.
Практическую значимость представляют:
методические рекомендации по выделению и оценке насыщенности терриген-ных коллекторов VIII -IX пластов нижнего мела Восточного Ставрополья по про-мыслово-геофизическим данным, которые позволяют повысить достоверность геологического моделирования;
выпущенные малой серией модернизированные скважинные профилографы различных размеров, которые позволяют повысить безопасность эксплуатации нефтегазовых объектов за счет владения объективной информацией о техническом состоянии обсадных колонн;
технологический регламент на эксплуатацию скважин, имеющих межколонное давление на Северо-Ставропольском ПХГ, который позволяет обеспечить экологическую охрану недр и окружающей природной среды;
рекомендации по выявлению возможных скоплений газа в геологическом разрезе Северо-Ставропольского ПХГ;
инструкция по технологии промывки песчано-глинистых пробок на депрессии;
- макетный образец измерительного комплекса автоматизированной системы
регулирования физико-динамических параметров пен, позволяющий моделировать
различные технологические условия, создаваемые при ремонте скважин с использо
ванием пенных систем.
Приведенные выше разработки использованы при:
- геолого-техническом обосновании проекта расширения Чиренского ПХГ с целью увеличения активного объема газохранилища;
- повышении безаварийности бурения в сложных геолого-технических услови
ях проводки глубоких скважин в соленосной толще на территории Астраханской
области путем мониторинга технического состояния обсадных колонн на участках
начавшейся деформации;
предупреждении и ликвидации межколонных давлений на Северо-Ставропольском и Александровском ПХГ;
определении срока эксплуатации скважин старого фонда на Северо-Ставропольском, Канчуринском, Елшано-Курдюмском, Степновском, Щелковском, Касимовском и других ПХГ путем расчета остаточной прочности обсадных колонн по результатам исследований технического состояния обсадных колонн;
- удалении песчано-глинистых пробок пеной на депрессии в условиях АНПД
Северо-Ставропольского ПХГ с использованием энергии пласта.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных, всероссийских, территориальных, отраслевых и региональных научно-технических конференциях, совещаниях, семинарах по проблемам: «Повышение долговечности и надежности скважин подземного хранилища газа» (Киев 1990); «Повышение эффективности подземных хранилищ газа в Единой системе газоснабжения СССР в честь 30-летия Московской СПХГ» (Москва, 1991); «Комплексное изучение проблем эксплуатации Чиренского ПХГ» (София, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996); XXVI научно-техническая конференция по результатам НИР профессорско-преподавательского состава, посвященная 25-летию создания СевКавГТУ (Ставрополь, 1996); Первая Региональная научно-техническая конференция «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», Секция: «Нефть и газ» (Ставрополь, 1997), «Проведение испытаний опытных образцов скважинного цифрового электромагнитного толщиномера ЭМДС» (Москва, 1997); «Прогрессивные методы капитального и текущего ремонтов скважин» (Анапа, 1997); «Обеспечение геофизическими исследованиями горизонтальных и наклонно-направленных скважин» (Тверь, 1998), «Совещание по состоянию и проблемам капитального ремонта скважин ОАО «ГАЗПРОМ» (Москва, 1999); «Проблемы и пути повышения эффективности и качества строительства сверхглубоких скважин в условиях аномально-высоких пластовых давлений, температур и агрессивных сред» (Москва, 2000); Международная научно-практическая конференция «Газовой отрасли - новые технологии и новая техника» к 40-летию СевКавНИПИгаз (Ставрополь, 2002); Международная научно-практическая конференция «Проблемы эксплуатации и капитального ремонта скважин на месторождениях и ПХГ» (Кисловодск, 2003); Международная научно-практическая конференция «Проблемы эксплуатации и капитального ремонта скважин» (Кисловодск, 2004); Презентация учебно-методических разработок системы непрерывного фирменного, профессионального образования ОАО «Газпром» (Москва, 2004); Первая международная заочная конференция «Проблемы повышения газонефтеотдачи месторождений на завершающей стадии их разработки и эксплуатации ПХГ» (Ставрополь, 2005); Научно-практическая конференция, посвященная 100-летию промысловой геофизики (Москва, 2006); XI, XII, XIII региональные научно-технические конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2007, 2008, 2009); XIII Международная научно-практическая конференция «Эфиры целлюлозы и крахмала. Опыт и особенности применения на предприятиях нефтегазового комплекса» (Владимир, 2009 г); XIV Международной научно-практической кон-
ференции «Эфиры целлюлозы и крахмала, другие химические элементы и материалы в эффективных технологических жидкостях для строительства, эксплуатации и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин» (Суздаль, 2010 г); V Международная научная конференция «Научный потенциал XXI века» (Ставрополь, 2011 г).
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 61 научных работах, в том числе получено 4 патента. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 ведущих научно-технических изданиях, входящих в «Перечень ...» ВАК Минобрнауки РФ, доклады представлялись на пяти международных конференциях. В зарубежных издательствах, относящихся к нефтегазовой области, в соавторстве диссертант имеет 4 статьи.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на 325 страницах текста, содержит 111 рисунков, 27 формул и 8 таблиц. Список использованных источников включает 207 наименований.
В процессе работы над диссертацией автор ощущал поддержку ректора СевКав-ГТУ, профессора Б. М. Синельникова, проректоров СевКавГТУ, профессора И. А. Цвиринько и профессора Г. В. Слюсарева, за что выражает им искреннюю признательность.
Автор выражает искреннюю благодарность своим учителям и старшим коллегам, профессору СевКавГТУ, д.т.н. К. М. Тагирову и доценту Георгиевского технологического института (Филиала СевКавГТУ), к.г-м.н. В. Д. Шароварину.
Особую благодарность автор выражает друзьям и соратникам д.т.н. С. Б. Бекетову и д.г-м.н. И. Г. Шнурману.
При работе над диссертацией автору давали полезные советы, консультации и оказывали практическую помощь: д.т.н. Р. А. Гасумов, д.т.н. В. И. Нифантов, д.т.н.
B. Д. Ковалев, д.г-м.н. Б. Г. Вобликов, к.г-м.н. Е. П. Кузнеченков, к.г-м.н. В. М.
Бражник, к.г-м.н. И. Л. Дагаев, к.т.н. Ю. К. Димитриади, к.т.н. А. В. Хандзель, к.т.н.
М. Н. Пономаренко, к.г-м.н. П. В. Бигун, В. А. Гвоздецкая, О. В. Керимова, А. А.
Даутов, Е. В. Дзагурова, Л. В. Швец.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность сотрудникам кафедр «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», «Нефтегазовое дело» и «Геология нефти и газа» факультета «Нефти и газа» СевКавГТУ.
С чувством глубокой благодарности автор обращается к памяти профессора С.
C. Итенберга, одного из основателя отечественной школы геофизиков-
каротажников. Автор был одним из последних аспирантов С. С. Итенберга, общение
и длительная переписка с которым оказала на автора огромное влияние.
Неоценимую роль при подготовке диссертации оказало участие автора в работе всероссийских, территориальных, отраслевых и региональных научно-технических конференций, совещаний, семинаров и общение на этих форумах с учеными - академиком А. Н. Дмитриевским, д.т.н. П. А. Бродским, д.г-м. н. В. М. Добрыниным, д.т.н. О. Л. Кузнецовым, д.т.н. В. Д. Неретиным, д.г-м. н. В. Г. Фоменко, д.т.н. В. С. Афанасьевым, д.т.н. Э. Е. Лукьяновым, д.г-м.н. Г. Г. Яценко, д.т.н. А. И. Фионовым, к.т.н. Ш. К. Гергедавой, к.т.н. Е. М. Пятецким, к.г-м.н. Р. И. Кривоносовым, к.г-м.н. М. Я. Фридманом. Это определило направление научных интересов автора.
