автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Комплекс технологий селективной изоляции водонасыщенных пластов продуктивной толщи

Для служебного пользования экз.№ 2_

ХАНИПОВ РАСИМ ВАФИЕВИЧ

КОМПЛЕКС ТЕХНОЛОГИЙ СЕЛЕКТИВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ПЛАСТОВ ПРОДУКТИВНОЙ ТОЛЩИ

Специальность: 05.15.10 - Бурение скважин

Автореферат диссертации на соисканне ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2000

Работа выполнена в нефтяной компании ЗАО «Геология» и нефтегазодобывающем управлении «Азнакаевскнефть» АО «Татнефть»

Научный руководитель: Заслуженный работник нефтяной и газовой

промышленности РФ, Заслуженный нефтяник Татарстана, доктор технических наук

Ведущее предприятие: институт ТюменНИИгипрогаз

Защита диссертации состоится 31 марта 2000 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д.064.07.03 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625000, Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета.

Автореферат разослан 29 февраля 2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

Р.К. ИШКАЕВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

А.Т. КО ШЕЛ ЕВ

кандидат технических наук

А.А. БАЛУЕВ

д.т.н. профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Успешное решение задач по стабилизации и наращиванию уровня добычи углеводородного сырья на поздней и завершающей стадиях разработки месторождений связано с проведением большого комплекса геолого-технических мероприятий, направленных на совершенствование методов заканчивания, эксплуатации скважин применяемых систем разработки. Высокая обводненность скважин (80-90%), низкие дебиты (2-10 т/сут), нестационарное баротермо-динамическое состояние залежей, нарушенная система разработки, ужесточенные режимы эксплуатации оказывают необратимое негативное влияние на качество строительства, эффективность эксплуатации скважин и производство ремонтно-изоляционных работ (РИР).

Как показывают результаты системных исследований, превалирующее влияние на все эти процессы оказывает техническое состояние крепи (герметичность эксплуатационной колонны и заколонного пространства в течении всего периода эксплуатации сооружения) и конструкция забоя скважины. Многочисленные исследования и промысловый опыт убедительно свидетельствуют о том, что на этапах вторичного вскрытия и освоения скважин в большинстве случаев происходит нарушение герметичности разобщения пластов продуктивной толщи вследствие разрушения цементного кольца, деформации и частичного нарушения обсадных труб в зоне перфорированного фильтра.

Дальнейшее формирование гидравлического канала в заколонном пространстве происходит в периоды эксплуатации скважин, проведения обработок призабойной зоны (ОПЗ), методов увеличения нефтеотдачи пластов (МУН) и ремонтно-изоляционных работ (РИР). Дифференциация текущих пластовых давлений по разрезу много пластовой продуктивной толщи и связанные с ними градиенты давлений между раз-нонапорными пластами приводят к сложному гидродинамическому состоянию этой системы - взаимодействию нефте- и водонасыщенных пластов. Эти нестационарные процессы еще более интенсифицируются при эксплуатации скважин с повышенными забойными давлениями (депрессии, репрессии). В этих условиях закономерно и значительно снижается эффективность системы разработки, ОПЗ, МУН, РИР, следствием которых является снижение конечной нефтеотдачи пластов, нарушение требований охраны недр и окружающей среды.

Поэтому проблема повышения герметичности крепи до уровня

промысловых требований, как для вводимого из бурения, так и для действующего фонда эксплуатационных скважин является актуальной и в народнохозяйственном отношении весьма значимой.

Цель работы. Восстановление продуктивности скважин разработкой комплекса технологий реконструкции забоя и селективной изоляции водонасыщенных пластов.

Основные задачи работы.

1. Системный анализ комплекса основных факторов, осложняющих гидродинамические условия эксплуатации скважин и снижающих добычу нефти.

2. Обоснование методических принципов и технологических решений по восстановлению производительности эксплуатационных и нагнетательных скважин в сложных и изменяющихся геолого-технических условиях селективными методами с предварительным изменением конструкции фильтра эксплуатационных скважин.

3. Разработка комплекса технологий совершенствования конструкции фильтра скважин, технологических схем и методов селективной изоляции водонасыщенных пластов малыми и объемными проникновениями изолирующих растворов.

4. Опытно-промысловые испытания законченных разработок на площадях Ромашкинского месторождения и их технико-экономическая оценка.

Научная новизна

1. Результаты научного обобщения и системного анализа выявленных новых взаимосвязей основных факторов, оказывающих решающее влияние на эффективность и качество водоизоляционных работ -технического состояния крепи, конструкции фильтра и гидродинамических условий в скважине.

2. Научное обоснование концепции совершенствования конструкции фильтра скважин и селективного воздействия на водонасыщенные пласты с обоснованием и реализацией наиболее эффективных механизмов снижения их проницаемости (Положительное решение ФИПС на выдачу патента по заявке № 99108400/03 (009323) от 28.04.99).

Практическая ценность

1. Разработана и реализована методология создания единой системы изоляции основных элементов крепи.

2. Разработан комплекс технологий и технических средств по реконструкции фильтра скважин и селективной изоляции источников об-

воднения в различных геолого-технических условиях (нижних и подошвенных вод, верхних и промежуточных, промытых зон) (СТП 39-0147585-203-00 «Технология и техника реконструкции фильтра скважин и селективной изоляции обводняющих пластов»).

3. Предложены методы расчета технологических параметров процесса изоляции нагнетанием тампонажных смесей и гидромониторной обработкой с учетом результатов гидродинамических исследований во-донасыщенных пластов.

Апробация работы

Результаты и основные научно-технические положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-методических советах института ТатНИПИнефть, технических советах предприятий АО «Татнефть» (г. Альметьевск, г. Бугульма, 1999-2000 гг.); научном семинаре Волго-Камского регионального отделения Российской академии естественных наук «Проблемы и состояние их решения при эксплуатации горизонтальных скважин (ГС) и боковых горизонтальных стволов (БГС)» (р.п. Актюба, 1999 г.).

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов: изложена на 105 страницах машинописного текста и содержит 14 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 76 наименований и три приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и основные задачи исследований, перспективные направления развития водоизоляционных работ.

В первом разделе приведена краткая геологическая характеристика основного продуктивного объекта (терригенные отложения паший-ского горизонта верхнего девона Д1) Ромашкинского нефтяного месторождения, дан анализ общего состояния водоизоляционных работ при производстве РИР, выделены причина и факторы, осложняющие проведение и снижающие показатели изоляционных операций в условиях многопластовых залежей нефти, перешедших в позднюю и завершающую стадии разработки.

Большой вклад в теорию, методологию и практику развития перспективных научно-технических направлений по наращиванию и под-

держанию на высоком уровне добычи нефти внесли научные коллективы институтов Азинефтехим им. М.М. Азизбекова, БашНИПИнефть, ВНИИБТ, ВНИИнефть, ВолгоградНИПИнефть, ИФИНГ, ГАНГ им. И.М. Губкина, СибНИИНП, ТатНИПИнефть, СевКавНИПИнефть, УГНТУ, 11 HI У и др., а также производственные объединения АО "Башнефть", "Главтюменнефтегаз", "Пермнефть", "Татнефть" и др.

Важное место в этом комплексе занимают водоизоляционные работы по предупреждению и снижению обводненности скважин. Повышение эффективности и качества этих работ является одним из ключевых научно-технических направлений совершенствования применяемых систем разработки месторождений, поддержания и повышения достигнутого уровня добычи, увеличения коэффициента конечной нефтеотдачи пластов, снижения себестоимости тонны добываемой нефти В промысловой практике выбор той или иной технологии водоизоля-ционных работ определяется прежде всего расположением источника поступления воды в скважину в разрезе продуктивной толщи. Это могут быть воды нижних, подошвенных, верхних и промежуточных пластов, а также из промытых зон (пропластков) продуктивных горизонтов.

Анализ состояния этих работ в НГДУ «Азнакаевскнефть» и на других месторождениях Татарстана, а также в нефтедобывающих регионах Башкортостана, Западной Сибири и других, показывает, что несмотря на определенные достижения в этой области, успешность водо-изоляционных работ, в целом, остается на низком уровне, составляя 12-50% и лишь в отдельных случаях достигает 70-80%. Связано такое положение с рядом факторов, снижающих эффективность применяемых методов и качество водоизоляционных работ. К наиболее значимым из них специалисты относят низкое качество разобщения пластов продуктивной толщи при креплении скважин и сложность гидродинамических условий.

Однако бытующее мнение о преимущественном влиянии на условия эксплуатации скважин качества первичного цементирования неубедительно, поскольку составные элементы крепи (обсадные трубы и цементное кольцо) при формировании фильтра подвергаются значительным деформационным и разрушающим нагрузкам, которые приводят к нарушению герметичности крепи в зоне фильтра и на протяжении до 250 м от нее еще до освоения и ввода скважины в эксплуатацию. Уже на первом этапе при наличии в разрезе разнонапорных пластов могут возникать заколонные перетоки жидкости. А освоение скважины с со-

зданием высоких забойных давлений при нарушенной герметичности заколонного пространства приводит к дренированию каналов фильтрации, прорыву пластовых вод и обводнению скважин при введении в эксплуатацию.

Отмеченные нарушения технического состояния крепи в условиях дифференциации текущего пластового давления по разрезу залежи приводят к сложным и непрогнозируемым процессам нестационарного гидродинамического взаимодействия системы «скважина - пласты продуктивной толщи». Последние оказывают решающее негативное влияние на все последующие процессы, связанные с эксплуатацией скважин, системой разработки месторождений, геолого-техническими мероприятиями (ГТМ) по РИР, МУН, ОПЗ. В этих условиях крайне недостаточный объем проводимых промысловых исследований и низкое качество получаемой информации, отсутствие селективных методов изоляции пластовых вод, исключающих отрицательное влияние межпластовых перетоков, определили современный уровень успешности водоизоляционных работ при применении традиционных и новых технологий (12-50%), основанных на применении и развитии физико-химических методов селективного воздействия на нефте- водонасыщен-ные пласты.

Результаты проведенного анализа позволили обосновать перспективные направления решения проблемы повышения успешности и качества работ по ограничению водопритоков к скважинам в сложных гидродинамических условиях, сформулировать цель и задачи диссертационной работы.

Во втором разделе рассмотрены вопросы дальнейшего развития известных представлений и выявления новых взаимосвязей основных факторов, негативно влияющих на технологические процессы заканчивать, эксплуатации скважин и систему разработки месторождений, как основных частей единой геолого-технической системы.

Формирование гидравлического канала углеводородной залежи с поверхностью происходит при последовательном проведении взаимосвязанных операций - пересечение продуктивной толщи стволом скважины, крепление ствола эксплуатационной колонны, перфорация обсадных труб и цементного кольца в интервале нефтегазонасыщен-ных пластов, освоение скважины и стимулирующие обработки приза-бойной и удаленной зон продуктивных горизонтов. Причем на каждом их этих этапов возникают условия, отрицательно влияющие на процесс

создания герметичной крепи.

Так, в процессе первичного вскрытия продуктивной толщи нарушается природная изоляция комплекса флюидонасыщенных пластов и возникает гидравлическая связь со стволом скважины. Применяемые при этом различные типы промывочных растворов не восстанавливают нарушенной изоляции пластов неконтролируемым формированием кольматационной зоны в проницаемых стенках скважины и фильтрационной корки на их поверхности.

Коллоидно-химические процессы при твердении цемента (переходе тампонажного раствора из коагуляционной структуры гидратных новообразований к кристаллизационной структуре гидросиликатов) при креплении снижают изолирующие свойства цементного камня. Происходит это вследствие проявления характерных для процессов гидратации и твердения контракционных и усадочных эффектов. Результатом этих переходных процессов и состояний тампонажного раствора-камня становятся дефекты в цементном кольце и на контактах его с поверхностями стенок скважины и обсадных труб, снижающие герметичность крепи. Это отсутствие напряженных контактов цементного кольца с ограничивающими поверхностями заколонного пространства и образование контракционных каналов в тампонажном камне.

Кроме отмеченных факторов, нарушению герметичности заколонного пространства способствует наличие фильтрационных корок на стенках скважины толщиной до 10-15 мм и упругие свойства обсадных труб, способных деформироваться под воздействием напряжений, создаваемых в процессе вторичного вскрытия, освоения, эксплуатации скважин, производства стимулирующих обработок ПЗП, МУН, РИР.

Однако, наиболее серьезные нарушения технического состояния крепи и конструкции забоя скважин происходят на этапе вторичного вскрытия продуктивных горизонтов. Широкое применение кумулятивных перфораторов типа ПК и ПКС во многих случаях приводят к значительной деформации и частичному разрушению обсадных труб в зоне фильтра, а также нарушению сплошности и контактов цементного кольца с ограничивающими поверхностями на расстояниях до 150-250 м от зоны перфорации. Создаваемые при производстве перфорационных работ кратковременные гидромеханические нагрузки на составную крепь в два и более раз превышают предел текучести металла обсадных труб на внутреннее давление и в 25-100 раз - прочность цементного камня на сжатие.

Таким образом, на этапе заканчивания скважин в заколонном пространстве формируются каналы фильтрации пластовых флюидов, которые при освоении продуктивных пластов с депрессиями в 1,5-1,8 раза превышающими нормативные, интенсивно дренируются, образуя гидравлически совершенные каналы взаимодействия продуктивных и во-догазонасыщенных пластов.

К существенному ухудшению технического состояния скважины приводят факторы, связанные с системой разработки месторождений. Это дифференциация текущих пластовых давлений по разрезу и площади и сопровождающие этот процесс прорывы пластовых вод к фильтру эксплуатационных скважин, заколонные межпластовые перетоки. Степень и характер воздействия этих факторов на техническое состояние крепи зависит от количества одновременно эксплуатируемых пластов, их геолого-физических свойств, количества и свойств водонасы-щенных пластов, наличия и толщины изолирующих перемычек, промытых зон. Нарушение герметичности крепи происходит также при стимулирующих ОПЗ и производстве РИР. Кроме фактора воздействия на крепь высоких гидромеханических давлений (репрессий и депрессий), при ОПЗ и МУН довольно часто применяются химические и физико-химические воздействия. При этом, кроме технических нарушений снижается долговечность крепи в целом. Следствием отмеченных нарушений герметичности крепи является нарушение контроля и регулирование системы разработки залежи из-за утечек непрогнозируемых объемов закачиваемых жидкостей в невовлекаемые в разработку пласты, а также сложное гидродинамическое состояние скважин, препятствующее качественному и успешному производству водоизоляционных работ. Немаловажно отметить и то, что конструкции забоя и фильтра скважин не позволяют качественно проводить гидродинамические исследования по оценке фильтрационных характеристик изолируемых пластов из-за перекрытия их поверхности составной крепью и неконтролируемыми дополнительными гидродинамическими сопротивлениями при нагнетании жидкости на различных режимах. А это, в свою очередь, не позволяет с необходимой для промысловых требований точностью рассчитать оптимальные параметры технологического процесса изоляции проницаемых пластов (табл.1., рис.1.).

Таким образом из представленного анализа следует, что техническое состояние скважин многих месторождений Татарстана, и других нефтегазодобывающих регионах страны в большинстве своем не

Таблица1.

Фильтрационные характеристики и расчетные параметры процесса изоляции водонасыщенного пласта

Ин- Фильтрационные Расчетные параметры

дика- характеристики пласта процесса водоизоляции

торная коэффи- градиент ср. рас- расход перепад средний объем

зави- циент давления крытость нагнета- давления радиус тампо-

си- приемис- фильтра- каналов ния нагнета- нагнета- нажной

мость тости, 10"2 ции, фильтра- смеси, ния ния смеси, м3

м3/с-МПа МПа/м ции, 10'3 м3/с смеси, смеси, м

10"3 м МПа

1 1,0 0,010 0,6 30 3,0 3,0 11,7

2 0,33 0,0108 0,4 10 3,0 1,0 3,9

св

С

«

к я

0)

ч се

03

£ 1=

1) О,

<и

С

2 1

/

/

У

10 20 30 40 Расход, 10° м3/с

Рис.1. Индикаторные зависимости водонасыщенного пласта 1 - до крепления скважины; 2- после крепления скважины

отвечает установленным требованиям их эффективной эксплуатации, охраны недр и окружающей среды с момента ввода их в эксплуатацию и на всех последующих стадиях разработки месторождений.

Это обусловлено особенностями геолого-промысловых условий строительства скважин, изолирующими свойствами применяемых там-

понажных материалов, а также режимами эксплуатации скважин на различных стадиях разработки углеводородных залежей. Наибольший ущерб от длительной эксплуатации скважин с нарушенной герметичностью крепи наносится эффективности применяемых систем разработки месторождений, что выражается в снижении наЮ-20% конечной нефтеотдачи пластов, и нарушении требований по охране недр и окружающей среды.

Обобщение результатов приведенного анализа позволяет заключить, что одним из перспективных направлений дальнейшего развития и совершенствования методов изоляции пластовых и закачиваемых вод с целью повышения нефтеотдачи пластов на поздней и завершающей стадиях разработки нефтяных месторождений является создание технологий и технических средств по селективной изоляции источников обводнения скважин, предупреждающих загрязнение продуктивных пластов и создающих оптимальные гидродинамические условия для производства стимулирующих ОПЗ, МУН и РИР.

Третий раздел посвящен разработке технологий селективной изоляции водонасыщенных пластов и пропластков, технологических схем производства водоизоляционных работ, выбору рецептур промывочных жидкостей и тампонажных растворов, обоснованию концептуального подхода совершенствования РИР на поздней стадии разработки многопластовых залежей нефти, методов расчета технологических параметров процесса изоляции проницаемых пород.

Создание технически надежного, гидродинамически совершенного и экологически безопасного канала при строительстве скважин в различных горно-геологических и изменяющихся баротермодинамичес-ких условиях месторождений нефти и газа - основное и первоначальное условие высокоэффективной эксплуатации углеводородных залежей на различных стадиях разработки и реализации методов РИР, ОПЗ, МУН.

В основу разработок по совершенствованию технологий и повышению герметичности долговременной крепи положены обоснованные по результатам проведенного анализа и обобщений современного состояния водоизоляционных работ следующие принципиальные положения:

1. Создание герметичной долговременной крепи в интервале продуктивной толщи современными методами крепления скважин эксплуатационными колоннами с перфорированным фильтром наталкивается

на непреодолимые в настоящее время трудности. Поэтому в большинстве случаев промысловой практике техническое состояние законченных строительством скважин не отвечает требованиям их эффективной эксплуатации из-за имеющихся дефектов в заколонном пространстве и фильтре, нарушающих герметичность разобщения пластов продуктивной толщи. При освоении и вводе таких скважин в эксплуатацию под воздействием высоких гидромеханических нагрузок (депрессий) происходит дренирование сформировавшихся в заколонном пространстве каналов фильтрации и возникновение благоприятных гидродинамических условий для прорыва пластовых вод к фильтру добывающих скважин.

2. Повышение герметичности крепи при строительстве скважин достигается за счет применения селективных методов разобщения неф-тенасыщенных и изоляции водонасыщенных пластов в необсаженном стволе на этапах заканчивания сооружения.

3. Эффективность восстановления герметичности заколонного пространства эксплуатационных скважин и разобщения нефте- и водонасыщенных пластов повышается при реконструкции закрытого забоя в открытый, создающего необходимые условия для оценки фильтрационных характеристик объекта изоляции и реализации селективных методов гидромеханического воздействия на прискважинную и призабой-ную зоны проницаемых пород.

В соответствии с установленными положениями разработаны методология и технологические решения по консервации продуктивных пластов и производству водоизоляционных работ в эксплуатационных скважинах.

Для защиты природных коллекторских свойств нефтенасыщен-ных пластов многопластовых залежей, вводимых в разработку в более поздние сроки, чем основных, разработана технология их временной консервации с использованием модернизированных разобщающих устройств типа модульных отсекателей пластов (МОП).

В процессе первичного вскрытия эти пласты временно изолируют гидромониторной обработкой ствола струями глинистых растворов. А при креплении скважины этот интервал перекрывается разобщающим устройством, устанавливаемым в компоновке низа эксплуатационной колонны. Методика и технология временной консервации неф-тенасыщенных пластов подробно описаны в диссертации.

Для исключения негативного воздействия наиболее значимых фак-

торов (притока к фильтру нижних, подошвенных, верхних и промежуточных пластовых вод, а также закачиваемых вод из промытых зон) на технологию и конечные результаты водоизоляционных работ, разработаны методология и комплекс технологий по совершенствованию конструкции забоя эксплуатационных скважин и селективной (временной и долговременной) изоляции пластов.

Методика проведения водоизоляционных работ предусматривает следующую последовательность операций.

1. Выделение методами промысловой геофизики границ интервала фрезерования части обсадных труб, оценка гидродинамических условий в интервале продуктивного и обводняющего пластов, технического состояния фильтра и прилегающих участков крепи. Привлечение дополнительной промысловой информации о текущем пластовом давлении, режимах эксплуатации, дебите скважин, составе добываемой продукции, местоположения и толщине изолирующих перемычек, положения ВНК.

2. Фрезерование с помощью трубореза (например, ТРГ-146 "Азимут") выделенного участка обсадных труб с промывкой и очисткой интервала изоляционных работ от остатков металла, цементного камня, фильтрационной корки и новообразований, накопившихся при длительной эксплуатации скважин.

3. Временная изоляцией нефтенасыщенного пласта кольматаци-ей ствола гидромониторными струями глинистых или полимерглинис-тых растворов с низким содержанием (6-7%) твердой фазы.

4. Гидродинамические исследования водонасыщенного пласта на контрольном или нескольких (не менее трех) режимах нагнетания промывочной жидкости для оценки его фильтрационных характеристик (коэффициента приемистости и градиента давления фильтрации жидкости) и определения расчетных параметров - средней раскрытости каналов фильтрации и радиуса установки водоизоляционного экрана.

5. Производство подготовительных дренажных работ с объектом изоляции созданием глубоких кратковременных депрессий и репрессий методом имплозии и долговременной изоляции источника обводнения методами малых (до 30-50 мм) и объемных (до 1,5-2,0 м) проникновений твердеющих тампонажных растворов с установлением отсекающего цементного моста рассчитанной высоты ниже (или выше) подошвы (кровли) нефтенасыщенного пласта.

В работе приведено подробное описание разработанных для раз-

личных геолого-технических условий водоизоляционных работ соответствующих технологических схем их производства. На рис.2, в качестве примера представлены схемы водоизоляции нижнего обводняющего пласта для случаев, когда объект изоляции представлен высокопроницаемыми («б») и низкопроницаемыми («в») породами. Используя эти схемы рассмотрим более подробно методологию, технологию и технику применения методов реконструкции фильтра скважин и селективной изоляции водонасыщенных пластов.

После удаления из скважины части обсадной колонны в намеченном интервале (позиции 10, 14) фрезерованием труб, промывки и очистки ствола от остатков цементного камня, фильтрационной корки и накопившихся загрязняющих веществ в скважину спускается гидромониторное устройство. Обработкой ствола в интервале продуктивного горизонта струями глинистого или полимерглинистого раствора с содержанием твердой фазы не более 6-7%, поверхность фильтрации последнего временно изолируется от ствола формированием в приствольной зоне кольматационного непроницаемого экрана толщиной 15-25 мм.

Не поднимая инструмент из скважины, устье герметизируют и нагнетанием промывочной жидкости на контрольном режиме (созданием избыточного давления на устье не более 5 МПа с постоянной подачей насоса) или снятием индикаторной зависимости на трех квазистационарных режимах, определяется полная приемистость вскрытой кровельной части пласта (позиции 12,14). Если коэффициент приемистости составит 0,2 • 10'2 м3/с • МПа, изоляционные работы проводятся комбинированной технологией (схема «б»), т.е. последовательным нагнетанием при расчетных режимах цементного раствора в при-забойную зону водонасыщенного пласта (позиция 13) и гидромониторной кольматацией приствольной зоны струями цементного раствора (позиция 12) двумя, тремя циклами обработки.

Затем компоновка низа инструмента (долото и гидромониторное устройство) устанавливаются на расчетной глубине ниже «подошвы» продуктивного горизонта и остатки цементного раствора вымываются из скважины при прямой или обратной циркуляции. Скважину оставляют на ОЗЦ.

По окончании времени ОЗЦ компоновка инструмента с долотом спускается для определения «головы» установленного цементного мо-

^тл""5

(Л

I

Рис.2. Схемы водоизоляций нижних пластовых вод.

а - схема обводнения нефтяного пласта нижними пластовыми водами; б - схема комбинированной изоляции водонасыщенного пласта; в - схема гидромониторной изоляции пласта с установкой моста.

1- обсадная колонна; 2- цементное кольцо; 3- поток обводненной нефти; 4- нефтяной пласт; 5- перфорированный фильтр; 6-переток по негерметичному заколонному пространству; 7- водонасыщенный пласт; 8- искусственный забой; 9- поток нефти; 10-кровля интервала фрезерования; 11- цементный мост; 12- кольматационный экран; 13- зацементированная призабойная зона пласта; 14- подошва интервала фрезерования; 15- непроницаемые горные породы.

ста, промывки скважины и опрессовке на герметичность крепи над кровлей продуктивного горизонта. Если при этом обнаруживается утечка промывочной жидкости за обсадную колонну, определяется коэффициент приемистости объекта на контрольном режиме нагнетания, производятся расчеты технологических параметров и изоляционная операция по восстановлению герметичности заколонного пространства. После завершения изоляционной операции инструмент устанавливается на 3-5 м ниже «подошвы» продуктивного горизонта и остатки цементного раствора вымываются на поверхность. Скважину оставляют на ОЗЦ.

Для восстановления гидравлической связи пласта со скважиной и дренирования призабойной зоны, выше «кровли» продуктивного горизонта на 3-5 м устанавливается имплозионное устройство (ИУ), спускаемое в скважину на каротажном кабеле. Введением ИУ в действие на интервал обработки создается мгновенная депрессия с амплитудой давления 40-100 МПа (в зависимости от устойчивости коллектора) с возбуждением знакопеременного вибрационного поля давлений с высокой амплитудой и низкой частотой колебания. При этом в имплози-онную камеру поступают загрязняющие приствольную и призабойную зоны вещества и извлекаются на поверхность. На завершающем этапе работ скважина осваивается и вводится в эксплуатацию.

В случае, когда коэффициент приемистости призабойной зоны

водонасыщенного пласта окажется менее (0,2-0,3) • 10 2 м3/с • МПа (схема «в»), изоляционные работы после удаления части обсадной колонны и промывки вскрытого интервала проводятся по следующей технологической схеме.

Для дренирования кровельной части водонасыщенного пласта в скважину спускается ИУ с установкой имплозионной камеры над кровлей обрабатываемого интервала. Созданием расчетного режима волнового воздействия в течение 3-5 мин. производится дренирование приствольной и призабойной зон пласта с размещением загрязняющих веществ в имплозионной камере и подъем ИУ из скважины. После этого в скважину спускают на бурильных трубах гидромониторную компоновку, приготавливают расчетный объем цементного раствора и в течение 2-3 циклов обработки, формированием в приствольной зоне цементного экрана толщиной до 50 мм, производят долговременную изоляцию водонасыщенного пласта при режимах, приводимых в табл. 2.

Далее инструмент устанавливается ниже подошвы продуктивно-

Таблица 2.

Режимы гидромониторной обработки проницаемой поверхности при водоизоляционных операциях

Фильтрационные характеристики проницаемых пород Рабочие технологические жидкости Параметры режима гидромониторной изоляции

коэфф. полной приемистости, •10-2м7 сМПа ср. рас-кры-тость каналов фильтрации, мм скорость истечения жидкости, м/с динамическое давление струи, МПа частота вращения инструмента, об/мин скоросп подачи инструмента, м/мин число циклов обработки

0,2-1,5 и более 0,5-2,0 и более Цементный р-р плотностью 1700-1800 кг/м3 40-60 1,0-2,5 60-80 1,0-1,5 2

1,2-0,2 и менее Полимерный р-р плотностью 1050-1080 кг/м3, цементный р-р плотностью 1300 кг/м3 и более 80-120 3,0-6,0 35-60 0,5-1,0

го горизонта и остатки цементного раствора, над расположенным в заданном интервале цементным мостом (позиция 11 на схеме «в»), вымываются на поверхность. Скважину оставляют на ОЗЦ.

Все последующие операции по определению глубины «головы» цементного моста, дренированию призабойной зоны продуктивного горизонта и его освоению проводятся по ранее описанной схеме «б».

Для достижения высоких показателей водоизоляционных работ предложены рецептуры промывочных жидкостей и тампонажных смесей, свойства которых наиболее полно отвечают этим требованиям. Это полимерные (на основе ПАА, КМЦ, метаса), полимерглинистые (на основе бентонитовой глины) и силикатно-полимерглинистые (на основе силиката натрия или калия) промывочные жидкости. Изоляцию во-

донасыщенных пластов рекомендовано проводить цементными (плотностью 1300 -1800 кг/м3), гельцементными и полимерцементными смесями с высокими структурно-механическими свойствами, а также гли-нополимерные пасты и пасты - пробки с пластической прочностью 0,7 - 4,0 кПа.

Известно, что в практике борьбы с поглощениями и водопроявле-ниями довольно слабо разработаны методы расчета технологических параметров процесса изоляции. Связано это с ограниченным объемом и низким качеством исследований геолого-физических и фильтрационных характеристик проницаемых пластов, т.е. хроническим дефицитом промысловой информации, а также разработкой методов расчета не ориентированных на реализацию конкретных и наиболее эффективных механизмов снижения проницаемости пластов. В этой связи разработаны методология расчета параметров технологического процесса изоляции водонасыщенных пластов нагнетанием тампонажных смесей в приствольную зону и гидромониторной обработкой приствольной зоны с реализацией механизмов обезвоживания твердеющих растворов, интенсификацией структурообразования, расклинивающего давления.

Результаты промысловой апробации технологического комплекса по реконструкции фильтра и селективных методов водоизоляции подтвердили справедливость концептуального подхода, методических и технологических решений.

Четвертый раздел содержит результаты промышленной апробации и внедрения разработок на скважинах НГДУ «Азнакаевскнефть».

Заканчивание скважин открытым забоем и консервацией до ввода в эксплуатацию отдельных продуктивных горизонтов многопластовых залежей по данным испытания и внедрения технологий на скважинах 210,212,213, 214, 215 Чеканского месторождения обеспечило дополнительную добычу в 1999 году 3518 тонн с одновременным снижением затрат на строительство скважин порядка 260 тыс. рублей. По сравнению с серийными скважинами снижены обводненность продукции и параметры режимов эксплуатации (забойные депрессии с 6-7 МПа до 3 МПа).

Элементы комплексной технологии реконструкции фильтра и долговременной селективной изоляции водонасыщенных пластов апробированы в скважине 8700 Карамалинской площади, за которыми в настоящее время ведется наблюдение.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В результате системного анализа факторов, нарушающих герметичность крепи, состояния водоизоляционных работ при разработке нефтяных месторождений Татарстана, направлений их совершенствования и развития установлено:

• техническое состояние крепи, независимо от качества первичного вскрытия пластов и цементирования эксплуатационных колонн, после вторичного вскрытия продуктивных пластов и освоения скважин не соответствует промысловым требованиям их эксплуатации на поздней стадии разработки месторождений из-за нарушения, в большинстве случаев, герметичности заколонного пространства, деформации перфорированного фильтра и гидродинамического взаимодействия пластов;

• применяемые конструкции забоя скважин для эксплуатации многопластовых нефтяных залежей общим фильтром являются основным техническим фактором, осложняющим условия производства и снижающим качество водоизоляционных работ, поскольку существенно ограничивают возможности гидродинамических методов селективной изоляции источников обводнения добываемой продукции;

• одним из основных направлений совершенствования технологии водоизоляционных работ является разработка методов селективного физико-химического воздействия на нефте- и водонасыщенные пласты, эффективное применение которых серьезно сдерживается отрицательным влиянием нестационарных процессов гидродинамического взаимодействия пластов и ограниченными возможностями регулирования механизмов снижения проницаемости водонасыщенных пластов.

2. Научно обоснованы методические принципы производства водоизоляционных работ селективными методами с предварительным изменением конструкции фильтра эксплуатационной скважины, включающие:

• выделение по данным геофизических исследований объекта изоляции;

• изменение конструкции фильтра эксплуатационных скважин фрезерованием обсадных труб и подготовку открытой части ствола к изоляционным работам;

• экспресс-оценка фильтрационных характеристик водонасыщенных пластов;

• расчет технологических параметров процесса изоляции, обеспечивающих эффективную реализацию применяемых механизмов снижения проницаемости пластов и рецептур промывочных и тампонаж-ных растворов, свойства которых удовлетворяют требованиям качественного выполнения исследовательских и изоляционных работ по предлагаемым технологиям.

• изоляция водонасыщенных пластов нагнетанием тампонажных смесей и гидромониторной кольматацией проницаемых стенок скважины (методы малых или объемных проникновений);

• обработка призабойной зоны продуктивного пласта, вызов притока и ввод скважины в эксплуатацию.

3. На основе выработанных методических принципов разработаны и промышленно апробированы технологические схемы:

• селективной консервации продуктивных пластов при первичном вскрытии с использованием модульного отсекателя пластов (МОП);

• селективной изоляции пластов продуктивных отложений с учетом конкретных геолого-технических условий (нижних и подошвенных вод, верхних и промежуточных, промытых зон) (СТП 39-0147-585-20300 «Технология и техника реконструкции фильтра скважин и селективной изоляции обводняющих пластов»).

4. По результатам опытного внедрения различных элементов технологического комплекса (селективной консервации нефтенасыщенных пластов и изоляции водонасыщенных пластов в необсаженном стволе скважины), фактический экономический эффект за 1999 г. по 5 скважинам составил 3518т дополнительно добытой нефти за период эксплуатации от 180 до 230 сут.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах:

1. Ишкаев Р.К., Ханипов Р.В. Факторы, приводящие к нарушению герметичности заколонного пространства и разобщения пластов при заканчивании и эксплуатации скважин // Проблемы строительства, эксплуатации и исследования горизонтальных скважин: Материалы науч.-техн. конф.1-3 декабря 1999. - Азнакаево, 1999.- С. 7-10.

2. Ханипов Р.В. Технологические жидкости и тампонажные растворы для реконструкции фильтра скважины // Проблемы строительства, эксплуатации и исследования горизонтальных скважин: Материалы науч.-техн. конф.1-3 декабря 1999. - Азнакаево, 1999.- С. 21-22.

3. Ханипов P.B. Расчет технологических параметров процесса изоляции проницаемых пород нагнетанием тампонажных смесей // Проблемы строительства, эксплуатации и исследования горизонтальных скважин: Материалы науч.-техн. конф.1-3 декабря 1999. - Азнакаево,

1999.-С. 23-25.

4. Ханипов Р.В. Технологические параметры гидромониторной изоляции проницаемых пород и методика их расчета // Проблемы строительства, эксплуатации и исследования горизонтальных скважин: Материалы науч.-техн. конф.1-3 декабря 1999. - Азнакаево, 1999.-С.25-27.

5. Ханипов Р.В. Особенности геолого-промысловых условий производства ремонтно-изоляционных работ в скважинах // Проблемы строительства, эксплуатации и исследования горизонтальных скважин: Материалы науч.-техн. конф.1-3 декабря 1999. - Азнакаево, 1999.- С. 45-47.

6. Ханипов Р.В., Старое O.E. Технико-экономические показатели внедрения новых технологий заканчивания наклонно направленных скважин и реконструкции забоя // То же - С. 48.

7. Ханипов Р.В Методика подготовительных и водоизоляционных работ при реконструкции фильтра скважин // Проблемы строительства, эксплуатации и исследования горизонтальных скважин: Материалы науч.-техн. конф.1-3 декабря 1999. -Азнакаево, 1999.- С. 63-65.

8. ИшкаевРК., Аверьянов А.П., Ханипов Р.В., КолодкинВ.А. Поляков В.Н. Состояние и перспективы повышения качества изоляционных работ при заканчивании и эксплуатации скважин // Производственный, теоретический, научно-популярный и информационный журнал (ПТНПИЖ) Нефть Татарстана, 2000.-№ 2.

9. Ханипов Р.В., Аверьянов А.П., Ипполитов В.В., Закиев Б.Ф. Проблемы эффективности изоляции пластовых вод и перспективные пути их решения // Производственный, теоретический, научно-популярный и информационный журнал (ПТНПИЖ) Нефть Татарстана,

2000.-№ 2.

10. Ханипов Р.В., Ишкаев Р.К., Хайрутдинова Г.Ф., Сабиров Р.И. Технология и техника реконструкции фильтра скважин и селективной изоляции обводняющих пластов // Производственный, теоретический, научно-популярный и информационный журнал (ПТНПИЖ) Нефть Татарстана, 2000.-№ 2.

11. Ханипов Р.В. Современная идеология системного решения

проблем заканчивания нефтяных и газовых скважин // Производственный, теоретический, научно-популярный и информационный журнал (ПТНПИЖ) Нефть Татарстана, 2000.-№ 2.

12. Способ повышения нефтеотдачи пластов / Исангулов К.И., Хусаинов В.М., Ишкаев Р.К., Ханипов Р.В. и др. / Положительное решение ФИПС о выдаче патента по заявке № 99119340 /03 (020513) от 08.09.99.

13. Способ вторичного вскрытия продуктивного пласта / Ры-лов Н.И., Ишкаев Р.К., Сергиенко П.А., Ханипов Р.В. и др. / Положительное решение ФИПС о выдаче патента по заявке № 99108400/03 (009323) от 28.04.99.

Соискатель

Р.В. ХАНИПОВ