Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время ряд крупнейших газовых месторождений вступили в завершающую стадию разработки, которая характеризуется аномально-низкими пластовыми давлениями, активным обводнением эксплуатационных скважин, разрушением призабойных зон пласта (ПЗП) и рядом других негативных факторов. По данным исследований до 90 % скважин эксплуатационного фонда работают с выносом пластового песка и образованием глинисто-песчаных пробок на забоях скважин с частичным или полным перекрытием интервала перфорации, однако удаление их в условиях значительного падения пластового давления является сложнейшей задачей. Данная проблема также актуальна для ряда подземных хранилищ газа.
Проведение работ традиционными методами в таких условиях часто приводит к значительной потере производительности скважин в результате ухудшения фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) продуктивного пласта в призабойной зоне скважин, связанного с негативным влиянием применяемых технологий и рабочих жидкостей. В связи с этим разработка новых технико-технологических решений, обеспечивающих возможность промывки скважин в условиях значительного падения пластовых давлений без ухудшения ФЕС коллекторов, является актуальной задачей.
Скважины относятся к сложным инженерным сооружениям, основным требованием при эксплуатации которых является обеспечение надежности и безопасности их функционирования. Влияние большого числа геологических, технических, технологических, физико-химических и других факторов на крепь скважины приводит к тому, что уже на стадии строительства скважины, даже при использовании современных технологий, технических средств, соответствующих тампонажных материалов и химических реагентов, в зацементированном заколонном пространстве образуются каналы, по которым могут возникнуть перетоки жидких и газообразных флюидов. Приемка в эксплуатацию законченных строительством скважин с наличием каналов перетока флюидов в крепи запрещается из-за возникновения таких осложнений, как межколонные и заколонные флюидопроявления, обводнение скважин, формирование техногенных залежей и др. Для восстановления герметичности заколонных пространств скважин проводят большой объем трудоемких и дорогостоящих ремонтных работ, однако успешность их в настоящее время недостаточна. В связи с этим выбранная тема диссертации является актуальной, т.к. разработка технологий, технических средств, и организационных мероприятий, направленных на повышение промышленной, экологической безопасности эксплуатации месторождений, включена в перечень приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром».
Цель работы. Повышение качества промывки и освоения скважин в условиях значительного падения пластовых давлений и ликвидации заколонных флюидоперетоков за счет создания эффективных составов, технических средств и технологий, обеспечивающих сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта и герметичность крепи скважин.
Основные задачи работы
1. Разработка технологии промывки глинисто-песчаных пробок в газовых скважинах в условиях значительного падения пластовых давлений.
2. Разработка технических средств, обеспечивающих повышение эффективности промывки глинисто-песчаных пробок в газовых скважинах.
3. Изучение причин возникновения заколонных и межколонных флюидоперетоков и методов их ликвидации.
4. Исследование влияния параметров волнового воздействия на фильтрационные процессы в моделях трещиновато-пористых сред.
5. Разработка технологии ликвидации флюидоперетоков с использованием импульсного воздействия управляемой частоты.
6. Разработка составов герметизирующих жидкостей для ликвидации заколонных флюидоперетоков.
Научная новизна
1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования струйного насоса для создания депрессии на пласт при промывке газовых скважин в условиях значительного падения пластовых давлений с использованием колтюбинговой установки.
2. Разработана принципиально новая конструкция устройства для создания депрессии в ограниченном пространстве подпакерной зоны, содержащего уплотнительный механизм, обеспечивающий возможность перемещения конструкции внутри НКТ без трения о стенки с сохранением постоянной герметизации внутреннего пространства НКТ.
3. Установлено, что при проведении ремонтно-изоляционных работ с использованием импульсного воздействия максимальное проникновение герметизирующих составов в микроканалы крепи скважин обеспечивается при частоте импульсов от 1 до 60 Гц.
4. Экспериментально установлена высокая герметизирующая способность состава, включающего канифольсодержащий ингредиент и пластификатор для изоляции микроканалов крепи скважин.
Основные защищаемые положения
1. Технология промывки скважины с использованием струйного насоса и энергии пласта в условиях значительного падения пластовых давлений.
2.. Насосно-вакуумное устройство для очистки скважины от песчаной пробки (патент РФ № 2314411) и устройство для очистки скважины от песчаной пробки (патент РФ № 2315174).
3. Результаты экспериментальных исследований влияния гидроимпульсного воздействия на фильтрацию жидкостей в моделях трещиновато-пористых сред.
4. Технология и техническое средство (патент РФ № 2250982) для повышения эффективности ремонтно-изоляционных работ с использованием импульсного воздействия.
Практическая ценность и реализация работы
Полученные результаты и сделанные выводы, наряду с теоретическим обоснованием предлагаемых технологий, имеют чисто практическую направленность, заключающуюся в том, что:
1. Усовершенствованы технология промывки газовых скважин от песчаных пробок в условиях значительного падения пластового давления и технические средства для её реализации, позволяющие осуществить промывку скважин на режимах, обеспечивающих вынос шлама на дневную поверхность и исключающих поглощение промывочных жидкостей в процессе производства работ.
2. Разработаны технология ликвидации флюидоперетоков и техническое средство для её реализации - устьевой механический вибратор, позволяющие повысить эффективность ремонтно-изоляционных работ за счет использования оптимальных параметров импульсного воздействия, определенных для различных типов изолируемых зон.
3. Разработана герметизирующая композиция для изоляционных работ в скважине (патент РФ № 2399644), позволяющая повысить эффективность работ по восстановлению герметичности крепи скважин за счет повышения качества изоляции микроканалов.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы на предприятиях, эксплуатирующих и обслуживающих скважины газовых и газоконденсатных месторождений:
- при промывке и освоении скважин в условиях значительного снижения пластового давления;
- при работах по ликвидации межколонных и заколонных флюидоперетоков и восстановлению герметичности крепи скважин в процессе их строительства и ремонта.
4. Разработанные технологии и технические средства были успешно внедрены при проведении работ по очистке скважин от глинисто-песчаных пробок на месторождениях Западной Сибири и ПХГ ООО «Самаратрансгаз» и проведении работ по восстановлению герметичности крепи скважин Совхозного ПХГ и Астраханского ГКМ, что позволило повысить эффективность указанных работ.
Апробация работы
Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались на IX международной научно-практической нефтегазовой конференции «Инновационные технологии, направленные на повышение и восстановление производительности скважин месторождений и ПХГ» (г. Кисловодск, 2012 г.), международной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации и капитального ремонта скважин на месторождениях и ПХГ» (г. Кисловодск, 2007 г.); на X региональной научно-технической конференции «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2006 г.); на конференциях молодых специалистов ООО «Кавказтрансгаз» (п. Рыздвяный, 2003, 2004 гг.), на межотраслевой научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Пути повышения эффективности техники и технологии строительства, эксплуатации и ремонта нефтегазовых скважин» (г. Краснодар, 2005 г.). В полном объеме диссертационная работа была доложена и обсуждена на заседании секции ученого совета «Бурение, капитальный ремонт скважин, ПХГ и экология» ОАО «СевКавНИПИгаз» и заседании кафедры Нефтегазовое дело СКФУ.
Публикации. Основные научные положения и результаты диссертационной работы освещены в 17-ти печатных работах, включая 4 патента РФ, 9 статей, в том числе 6 статей, опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях из перечня ВАК Минобрнауки РФ, и 4 тезиса докладов.
Соответствие работы паспорту научной специальности
Область исследований диссертационной работы соответствует паспорту специальности 25.00.15 «Технология бурения и освоения скважин», а именно по п. 5: «Моделирование и автоматизация процессов бурения и освоения скважин при углублении ствола, вскрытии и разобщении пластов, освоении продуктивных горизонтов, ремонтно-восстановительных работах, предупреждении и ликвидации осложнений».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения; списка литературы, включающего 95 наименование.
Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 19 рисунков, 4 таблицы.
В процессе выполнения исследований автор пользовался советами и консультациями своего научного руководителя доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки РФ Р.А. Гасумова, которому автор глубоко благодарен. Автор выражает признательность А.М. Гусману, С.Б. Бекетову, Г.А. Сазонову, В.А. Машкову, М.Н. Пономаренко, С.Н. Мохову, а также сотрудникам ОАО «СевКавНИПИгаз» за оказанную помощь, ценные советы и конструктивные замечания.
