Введение к работе
Актуальность проблемы. Цементирование является одним из основных, наиболее сложных и ответственных технологических процессов в цикле строительства скважин и от его качества зависит дальнейшее использование объектов по прямому назначению. Особую актуальность проблема повышения качества цементирования скважин приобретает в условиях низких пластовых давлений и при давлениях в продуктивных пластах, близких к гидростатическим, т.к. низкопроницаемые поровые, трещинно-поровые и трещинные коллекторы подвергаются сильному загрязнению (кольматации) фильтратами буферных и тампонажных растворов, а также самими растворами. В этой связи, создание инновационной технологии цементирования скважин, основанной на разработке новых порошкообразных многокомпонентных смесей полностью заводского изготовления и направленной на снижение трудовых, материальных и энергетических затрат, на повышение эффективности, качества, надежности и долговечности строящихся скважин, на максимальное сохранение природных коллекторских свойств продуктивных пластов, имеет важное научное и практическое значение.
Цель работы. Повышение эффективности и качества цементирования скважин в условиях низких пластовых давлений путем разработки новых высокоэффективных многокомпонентных порошкообразных смесей полностью заводского изготовления и соответствующей инновационной технологии.
Задачи исследований.
-
Анализ и теоретическое обобщение современного состояния проблемы цементирования нефтегазовых скважин.
-
Разработка компонентных составов новых порошкообразных смесей полностью заводского изготовления, позволяющих приготавливать высококачественные аэрированные буферные растворы с пониженным водоотделением, высокой седиментационной устойчивостью, упругостью, удерживающей, выносной и эрозионной способностью, совместимостью с различными химически обработанными буровыми растворами. Исследование их структурно-технологических и фильтрационных свойств.
-
Разработка компонентных составов новых порошкообразных смесей полностью заводского изготовления для приготовления высококачественных седиментационно-устойчивых аэрированных тампонажных растворов с пониженным водоотделением, образующих эластичные газоводонепроницаемые камни с большим расширением. Исследование структурно-технологических и фильтрационных свойств тампонажных растворов и физико-механических параметров образующихся камней.
-
Разработка инновационной технологии цементирования скважин при сохранении природных коллекторских свойств продуктивных пластов, особенно с низкопроницаемыми поровыми, трещинно-поровыми и трещинными коллекторами.
-
Проведение промысловых испытаний разработанных новых многокомпонентных порошкообразных смесей и инновационной технологии цементирования.
Научная новизна.
-
На основании теоретических исследований разработаны компонентные составы новых порошкообразных смесей полностью заводского изготовления для приготовления высококачественных аэрированных эрозионных буферных и тампонажных растворов.
-
Установлено, что для разных по химическому составу глин существует весьма узкий температурный и временной интервал термообработки, при котором полученный продукт образует структуру в процессе гидратации.
-
Установлено, что эрозионное свойство буферного раствора проявляется при грубом помоле продукта термообработки алюмосиликата (глины) и больших массах его применения.
-
Показано, что при невысоких давлениях и температурах до +300С аэрированные растворы сжимаются до плотности не аэрированных, а плотность образующегося камня превышает плотность раствора.
-
При температурах выше 300С расширение аэрированных растворов имеет место даже при весьма высоких давлениях и существенно возрастает с повышением температуры, а плотность образующегося камня либо соответствует плотности раствора, либо оказывается ниже ее.
-
Установлено, что хорошее (сплошное) сцепление тампонажного камня с обсадными колоннами и горными породами обеспечивается при использовании больших объемов эрозионного буферного и тампонажного раствора, образующего в ранние сроки твердения (до 1сут.) эластичный газоводонепроницаемый камень с большим расширением.
Практическая значимость работы.
-
Разработаны эффективные компонентные составы новых порошкообразных смесей полностью заводского изготовления для приготовления высококачественных эрозионных буферных и тампонажных растворов, используемых в различных горно-геологических условиях цементирования скважин.
-
Показано, что весьма важным сырьевым компонентом новых порошкообразных эрозионных буферных и тампонажных смесей является термически и механохимически активированный алюмосиликат (глина) разного химического состава.
-
Установлено, что высокое качество тампонажных растворов обеспечивается при помоле продукта термообработки алюмосиликата (глины), до возможно большей удельной поверхности – (10-12% остатка на сите № 008).
-
Разработана инновационная технология цементирования обсадных колонн, основанная на последовательном использовании совместимых по структурно-технологическим и фильтрационным свойствам эрозионного буферного и тампонажного растворов, обеспечивающих приствольную кольматацию проницаемых пластов основного ствола, призабойной зоны и продуктивного пласта.
-
Указанная инновационная технология и ряд компонентных составов порошкообразных смесей защищены патентами РФ и организовано их заводское производство, согласно утвержденного ТУ 5739-002-14142287-2011 и гигиенического сертификата.
-
Основные результаты диссертационной работы, полученные при непосредственном участии автора, внедрены в производство и нашли применение, как при проектировании, так и при практической реализации технологического процесса цементирования скважин на различных площадях нефтяных месторождений РФ (ОАО «Татнефть», ОАО «ТНК-ВР», ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз», ООО «ЛУКОЙЛ-Коми», ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь», ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических советах научно исследовательских и проектных институтов («ТатНИПИнефть» г. Бугульма, «СевкавНИПИгаз» г. Ставрополь, «ПермьНИПИнефть» г. Пермь, «КогалымНИПИнефть» г. Когалым, «ТюменНИИГипрогаз» г. Тюмень), нефтяных компаний (ОАО «Татнефть» г. Альметьевск, ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз» г. Мегион, ОАО «ЛУКОЙЛ» г. Москва), научно-технических конференциях Ассоциации буровых подрядчиков, г. Москва, Ученом совете ОАО НПО «Буровая техника» - ВНИИБТ, г. Москва.
Публикации. Основное содержание диссертации представлено в 15 печатных работах, в т.ч. в 11 статьях, опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях из Перечня ВАК Минобрнауки РФ, и 4 патентах РФ на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 182 наименования и приложений, изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 5 рисунков и 17 таблиц.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам ООО «Вяжущее-Сервис» за плодотворное сотрудничество, ценные советы и помощь при работе над диссертацией.
Автор выражает признательность д.т.н., профессору Оганову Г.С., д.т.н., профессору А.М. Гусману и другим ведущим ученым ОАО НПО «Буровая техника» за конструктивные замечания и предложения в процессе предварительного обсуждения работы.
Особую признательность и благодарность автор выражает своему научному руководителю д.т.н. Симонянцу С.Л. за поддержку, наставления и помощь в процессе подготовки диссертации.
