Содержание к диссертации
Введение 6
1 Современное состояние проблемы восстановления герметичности обсадных колонн и заколонной крепи 11
1.1 Основные причины негерметичности заколонной крепи и эксплуатационных колонн 11
1.2 Технико-технологические средства восстановления герметичности обсадных колонн 15
1.3 Нарушения с односторонней проницаемостью 19
2 Обоснование направлений совершенствования техники и технологии ремонтно-изоляционных работ в скважинах 20
2.1 Проблема результативности ремонтно-изоляционных работ 20
2.1.1 Анализ тампонажных составов для восстановления герметичности заколонной крепи 20
2.1.2 Анализ факторов, влияющих на эффективность ремонтно-изоляционных работ с использованием тампонажных составов
на основе цемента 27
2.1.3 Комбинированная технология ремонтно-изоляционных работ 29
2.1.4 Выбор материала для тампонажного состава 29
2.1.5 Технические средства для комбинированной технологии РИР
2.1.6 Обзор существующих конструкций пакерующих устройств 2.2 Проблемы отсечения нижележащих продуктивных пластов при проведении ремонтно-изоляционных работ 36
2.3 Проблемы проведения ремонтно-изоляционных работ при односторонней гидравлической проницаемости нарушений 2.3.1 Причины односторонних гидродинамических проявлений нарушений эксплуатационных колонн при их гидравлических исследованиях 38
2.3.2 Проблема поиска местоположения нарушений с односторонней проницаемостью -3-2.3.3 Проблема изоляции нарушений с односторонней проницаемостью 47
2.4 Проблема сокращения количества спуско-подъемных операции при проведении ремонтно-изоляционннх работ 48
3 Разработка и исследование тампонажно-блокирующих составов на основе водонабухающего полимера 50
3.1 Обоснование метода исследования вязко-пластичных систем на основе ВНП 51
3.2 Разработка конического пластометра и методики определения пластической прочности 52
3.3 Исследование процессов набухания и водообмена 55
3.4 Разработка технологического способа замедления структурообразования 59
3.5 Разработка рецептурного способа замедления интенсивности структурообразования 65
3.6 Влияния температуры на интенсивность структурообразования и конечные структурно-прочностные характеристики 68
3.7 Разработка блокирующего состава для временного отсечения пластов 70
4 Разработка и исследование технических средств для ремонтно изоляционных работ 77
4.1 Разработка гидромеханического пакера для изоляционных работ по комбинированной технологии 77
4.1.1 Конструкция и работа гидромеханического пакера с шаровым замком ПГМЗ 77
4.1.2 Стендовые испытания работы плашечного узла гидромеханического пакера 82
4.1.3 Методика расчета деформационно-силовых параметров пружинно-поршневого механизма вывода и возврата плашек 85
4.1.4 Пакерный комплекс для проведения РИР с установкой 4-отсекающего моста из блокирующего состава за один спуск инструмента 4.1.5 Пакерный комплекс для проведения РИР с установкой
разбуриваемой пакера-пробки за один спуск инструмента 91
4.2 Разработка пакерующих устройств для поинтервальных и селективных гидравлических исследований эксплуатационных колонн методом снижения уровня жидкости 92
4.2.1 Методика исследования работы резиновых манжетных уплотнителей 97
4.2.2 Исследование влияния твердости резин на работу манжетных уплотнителей 100
4.2.3 Исследование работы манжетных уплотнителей в режиме самоуплотнения 103
4.2.4 Разработка уплотнительного узла депрессионного действия 106
4.2.5 Двухпакерное устройство репрессионно-депрессионного действия для селективных гидравлических исследований 121
4.2.6 Механико-гидравлический пакер для репрессионно-депрессионных гидравлических исследований эксплуатационных колонн 125
4.3 Разработка генератора гидравлических импульсов 127
4.3.1 Стендовые испытания прерывателя потока гидропульсатора 130
5 Опытно-промысловые и скважияные испытания разработок,
технологические рекомендации по их применению при
ремонтно-изоляционных работах 135
5.1 Испытания выполненных разработок 135
5.1.1 Промысловые испытания тампонажных и блокирующих составов на основе ВНП 135
5.1.2 Промысловые испытания гидропульсатора 140
5.1.3 Промысловые испытания гидравлического пакера репрессионно-депрессионного действия ПГРД 141
-5 5 Л .4 Промысловые испытания гидромеханического пакера ПГМЗ 144
5.2 Технологические рекомендации по применению выполненных
разработок 144
5.2.1 Технология проведения РИР по комбинированной технологии с закачиванием двух тампонажних составов через гидромеханический пакер ПГМЗ 144
5.2.2 Технология установки отсекающего моста с из блокирующего состава и проведение РИР в вышележащем интервале по комбинированной технологии за один спуск инструмента 146
5.2.3 Контроль технического состояния эксплуатационной колонны и качества РИР в скважинах методом репрессионно-депрессиошшх гидравлических исследований с использованием механико-гидравлического пакера 149
5.2 А Проверка качества РИР гидравлическим методом в репрессионном и депрессионном режимах с использованием двухпакерного устройства 151
5.2.5 Кислотная обработка с применением гидропульсатора
изолируемого объекта с последующим проведением РИР по комбинированной технологии за один спуск инструмента 153
5.3 Комплексная эффективность применения разработок 155
5.3.1 Экономическая эффективность 155
5.3.2 Технологическая эффективность 157 Основные выводы 158 Список используемой литературы 160 Приложения 1
Введение к работе
Основные нефтяные месторождения России вышли на поздние стадии разработки. Разработка таких месторождений сопровождается массовым проведением дорогостоящих и длительных ремонтно-восстановительных работ в скважинах. Одним из основных видов осложнений является потеря герметичности эксплуатационных колонн и заколонной крепи. Потребность в ремонтно-изоляционных работах (РИР) постоянно растает и в настоящее время превышает возможности ремонтных служб, в результате этого образовался значительный (более 20% от общего фонда) фонд бездействующих и аварийных скважин. Несмотря на предпринимаемые меры по совершенствованию методов и технических средств, направленных на повышение качества строительства скважин, абсолютное число осложненных скважин ежегодно увеличивается.
Потеря герметичности заколонной крепи и эксплуатационной колонны приводит к преждевременному обводнению добываемой нефти и перетокам жидкости между пластами, что в значительной степени усложняет и удорожает процесс эксплуатации месторождения.
Восстановление герметичности крепи скважин часто связано с повторным цементированием и водоизоляцией, и поэтому данные виды работ занимают значительную долю в общем объеме ремонтно-восстановительных работ.
Проблеме восстановления герметичности эксплуатационных колонн и заколонного пространства посвящено большое количество теоретических и промысловых исследований, в результате которых предложены и успешно применяются различные средства и методы проведения ремонтно-изоляционных работ. Данной проблеме посвящены труды А.И. Булатова, Р.Г. Габдуллина, А.А. Гайворонского, К.М. Гарифова, P.P. Кадырова, МЛ. Кисельмана, А.И. Крейтера, В.И. Крылова, Б.М. Курочкина, 7 В.Д. Малеванского, А.А. Цыбина, С.А. Рябоконя, В.В. Торопынина, В.Г. Цейтлина и др.
Вместе с тем несмотря на несомненные достижения, эффективность этих работ остается невысокой и не превышает 60%, а затраты времени на восстановление герметичности одной скважины достигают в среднем 600-800 и более часов.
Низкая эффективность и высокая затратность ремонтно-изоляционных работ в скважинах, все увеличивающиеся их объемы и усложняющиеся условия их проведения требуют совершенствования методов проведения ремонтно-изоляционных работ.
Цель диссертационной работы. Повышение эффективности ремонтно-изоляционных работ в скважинах за счет совершенствования тампонажних составов, технологии их применения, разработки новых технических средств для проведения РИР.
Основные задачи исследований.
1. Определение основных факторов, обуславливающих низкую эффективность и высокую затратность ремонтно-изоляционных работ тампонированием.
2. Разработка и исследование тампонажно-блокирующих составов на основе водонабухающего полимера (ВНП) для ремонтно-изоляционных работ.
3. Исследование деформационно-силовых и герметизирующих свойств манжетных уплотнителей пакеров осевого сжатия в зависимости от физико-механических свойств резин.
4. Разработка и исследование универсального пакерующего устройства для проведения селективных РИР по комбинированной технологии с закачиванием двух тампонажных составов.
5. Разработка и исследование пакерующих устройств для селективных и поинтервальных обработок скважин в репрессионно-депрессионном режиме.
-8 6. Разработка низкочастотного генератора гидравлических импульсов (гидропульсатора) для кислотных обработок труднопроницаемых объектов. Научная новизна.
1. Экспериментально установлены и изучены закономерности диффузионно-осмотических процессов водопоглощения, водоотдачи и водообмена в зависимости от концентрации водонабухающих полимеров (ВНП). Установлены способы управления величинами осмотического давления при водопоглощении и водоотделении, а также способы торможения процессов водообмена;
2. Экспериментально установлена и математически выражена зависимость величин контактного давления на стенки скважины уплотнительных манжет при их осевом сжатии от деформационно-прочностных параметров резины;
3. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены граничные условия режима самоуплотнения при работе уплотнительных манжет осевого сжатия в зависимости от деформационно-прочностных параметров резины;
4. На основе полученных результатов исследований научно обоснована и разработана технология приготовления тампонажных составов на основе ВНП с увеличенными сроками структурирования и повышенными тампонирующими свойствами.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Разработан новый тампонажный состав на основе ВНП для проведения изоляционных работ, обладающий повышенной изолирующей способностью и регулируемыми сроками структурирования;
2. Разработан новый блокирующий состав на основе водонабухающего полимера для временного отсечения пластов, обладающий повышенной несущей способностью и регулируемыми сроками структурирования;
-9 3. Разработано на уровне изобретения пакерное оборудование для проведения ремонтно-изоляционных работ по комбинированной технологии с последовательным закачиванием двух тампонажных составов;
4. Разработано на уровне изобретения пакерное оборудование для проведения поинтервальных и селективных гидравлических исследований скважин методом снижения уровня жидкости;
5. Усовершенствована на уровне изобретения конструкция низкочастотного генератора гидравлических импульсов (гидропульсатора) для проведения в гидродинамическом режиме кислотных обработок изолируемых объектов для повышения их приемистости;
6. Технология проведения кислотных обработок с применением гидропульсатора вошла во «Временную инструкцию по применению скважинного гидропульсатора У П1-88» (2004 г.), утвержденную Генеральным директором ОАО НПО «Буровая техника». Начато промышленное изготовление гидропульсаторов и их внедрение в производство;
7. Технология установки отсекающих мостов из блокирующих составов и методика оценки результатов РИР в нефтедобывающих скважинах методом снижения уровня вошли в применяемую в ОАО «Татнефть» «Временную инструкцию на технологию установки отсекающих мостов с применением пласт-геля на основе ВНП» (2006 г.), утвержденную Главным инженером ОАО «Татнефть». Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались на:
1. 57-ой межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и газ -2003», РГУ нефти и газа им. И.МГубкина, М, 2003г.;
2. 5-й научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, М, 2003г.;
-10 3. 58-ой межвузовской студенческой научной конференции «Нефть и газ
- 2004», РГУ нефти и газа им. ИМ.Губкина, М, 2004г.;
4. Ученом совете ОАО НПО «Буровая техника»-ВНИИБТ, М, 2006 г.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 10 печатных
публикациях, в т.ч. 8 научных статьях и 2 патентах на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, списка литературы (из 132 наименований) и приложений. Работа изложена на 126 страницах, содержит 12 таблиц и 38 рисунков.
Диссертационная работа выполнена в научно-производственном объединении «Буровая техника».
Автор выражает глубокую благодарность и признательность за практическую помощь и поддержку при работе над диссертацией научному руководителю д.т.н., проф. Ширин-Заде С.А. и научному консультанту д.т.н. Оганову Г.С., а также д.т.н., проф. Гусману А.М. и д.т.н., проф. Соколовскому Э.В.
Автор глубоко признателен и благодарен за доброжелательную помощь и сотрудничество при выполнении работы к.т.н. Курочкину Б.М., а также всем сотрудникам лаборатории новых средств и методов борьбы с поглощениями НПО «Буровая техника».
Похожие диссертации на Совершенствование техники и технологии ремонтно-изоляционных работ в скважинах методом тампонирования
