автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Комплексный подход к оценке устойчивости глинистых отложений при бурении глубоких скважин в Западной Сибири

сff. u^cc-

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ !ЮШПЕТ РОССИЙСКОЙ 'ЩЕРЛЩ1И

ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ Тсменский Государственный нефтегазовый университет

Для служебного пользования экз.}.» МИМ

Паршукова Людмила Александровна

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН В ЗАПАСНОЙ СИБИРИ

Специальность Об.В.10 - Бурение скважин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень 1996

Работа выполнена на кафедре бурения нефтяных и газовых скважин 'йоменского Государственного нефтегазового университета и в ЗапСибБурНШИ

Научный руководитель

Научный консультант

кандидат технических наук, донент Зозуля Г

доктор технических на профессор Шантарин Б.

Официальные оппоненты доктор технических на

с.н.с. Кошелев А.Т. кандидат технических Кашкаров Н.Г.

Ведущее предприятие СибНИШШ

Защита состоится Ч иЮ(\ Й_1995г в_ ■(О часов

на заседании Специализированного Совета при ЗЫенскоы Государст венной нефтегазовом университете по адресу : 625000.г. 1к>мень, ул. Володарского, 28

С диссертацией можно ознакоииться в библиотеке Тюменского Государственного нефтегазового университета.

Автореферат разослан * 2 ' иЮЯр 19Э5г.

Учений секретарь Специализированного Совета, д.т.н., профессор, член-

корреспондент ЫАИ ^г^й*5"*-"^ Овчинников В. П.

ОЗЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность тзоблеык:В топливно-энергетическом комплексе страны роль углеводородного сырья является определяющей, поэтому дальнейшее развитие Западно-Сибирского нефтегазового комплекса, определяемое поиском, разведкой, разработкой и вводом в эксплуатации новых месторождений сохраняет актуальное значение.

Осадочные отложения, перспективные для поиска и добычи неф- . ти и газа на территории Западной Сибири,представлены преимущественно чередованием глинистых и песчано-алевритистых пород, причем глинистые отложения составляют большую часть толщи глубоких скважин в Западной Сибири (до 80£). Для интервалов отложений глинистых разностей пород при бурении характерным является ка-вернообразование, осыпи и обвалы стенок ствола, приводящие к аварийным ситуациям.

Опыт бурения показывает, что в отдельных случаях на ликвидацию осложнений, вызванных неустойчивость!) горных пород стенок скважин, затрачивается до 30-35% календарного времени строительства скважин как у нас в стране, так и за рубежам.

Поэтому разработка методов, позволяющих оценить устойчивость стенок скважин и достоверно прогнозировать наиболее оптимальные состав и свойства буровых растворов, является актуальной проблемой при строительстве скважин.

Анализ указанных проблем позволил сформулировать цель работы и задачи исследований.

Цель работы: Анализ и определение времени устойчивости глинистых отложений при бурении глубоких скважин на основе комплекса лабораторных и промыслово-геофизических исследований с целью предупреждения осложнений (на примере Комсомольского месторождения) .

Основные задечк работг: I. Анализ и обобщение теоретических представлений о процессах ризико-химического взаимодействия фильтрата буровых растворов с глинистыми разностями пород и методов кх исследований в условиях напряженно-деформированного состояния.

2. Разработка комплексного подхода к использованию лабораторных, промусловит и теоретически?: методов изз'чения взаимодействия средь? бурового раствора с породами стенок скважик, позволяющего объективно опенивать состояние системк "скважина - глинистая порода* в определенном интервале глубин.

3. Разработка метода контроля содержания полимероЕ типа ЛАА е дисперсионной среде буровых растворов. . ■

4. Разработка и уточнение методов расчета времени устойчивости глинистых отложение стенок скважик при воздействии на них • различных типов буровых растворов.

Б. Апробация предлагаемого комплексного подхода, разработка нормативно-технической документации, внедрение полученных рекомендаций.

Научная новизна: I. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена необходимость комплексного подхода к решению проблемы оценки устойчивости стенок скважины в глинистых отложениях, позволяющего на основании использования лабораторных и промыслово-геофкзических методов исследований прогнозировать время кх устойчивого состояния при бурении скважин на месторождениях Западной Сибири (ка примере Комсомольской площади).

2. Уточнена методика, позволившая решить проблему расчета времени устойчивости глинистых пород при бурении глубоких скважин.

3. Предложен экспресс-метод определения акриловых полимеров в фильтрате бурового раствора на основе измерения его окислите-

льно-восстановительногс потенциала.

Практическая ценность: I. Разработаны методические основы прогнозирования осложнений при строительстве скважин с учетом массообменных процессов и времени устойчивости глин На - монт-мориллонитового типа в водных полимерглинистых и полимерных суспензиях.

2. Уточнена методика оценки параметров физико-химического взаимодействия водных полимерглинистых суспензий с образцами глин К1а- монтмориллонитевого типа в условиях их напряженно-дсформированного состояния.

3. Предложена методика определения концентрации полиакрила-мида (ДАА) в фильтрате бурового раствора методом окислительно--восстановитзльного потенциала.

Реализация работы: Результаты исследований легли в основу стандартов предприятий: концерна Тюменьгеология СШ 50-38-9Г„Та-створ водный. Определение концентрации полиакриламида"; Ш "Тю-менбургаз" и УПНПиКРС ПО "Уренгойгаздобыча" СТО 0206 934.7-002-95 "Раствор буровой. Опенка устойчивости глинистых образцов в лабораторных условиях, расчет гцдратапионных напряжений, осмотических давлений и времени устойчивости ствола скважины в системе "скважина - горная порода".

Экономический эффект от знедрения разработанных методик только на площадях ^менбургаз за 1994 год составил 6486613 тыс.руб.

Апробация работы: Основное содержание и результаты работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзной конференции "Механика горных пород в бурении", г.Грозный, 1988г.; на 2-ой Всесоюзной конференции "Нефть и газ Западной Сибири" г.Тюмень, 1988г.; на областной конференции "Современные технология и технологические средства, повышающее технико-экономические показатели строитель-

стве нефтегазорагведочньз: "¡:бсп;кг, г.Тюмень, 19В9г.; не Всесоюзной школе-семинаре "Эффективность применения полимерных раст-вороЕ при буренки к заканчиваник разведочных скважик нг нефть к ras", г.Тюмень, 1989г.; нг Всесоюзной конференпик "Разрушение горных пород при буреник скважик", г.Уфа, 1990г.; на Всесоюзной конференции пс проблема»' строительства нефтяных к газовых сквь-гик, Краснодар, 1990г.; не областном семинаре "Эффективность вскрытия к метод оценки сложнопостроенных продуктивных плестое при буреник к опробовании глубоких разведочных скважин" г.Тпмень 1990г.; на П Международноf. конференпик "Освоение шельфе, арктических морей России" г.Санкт-Петербург, 1995г.; на научно-практической конференпик "Комплексное освоение нефтегазовых месторождений юга Западной Сибири", г.Тюмень, 1995г., семинарах кафедры бурения ТпмГШУ к СибНИИНП.

Публикапик: Основные положения диссертационной работы отра-женн е II публикациях.

Объеу работьт: Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов к рекомендаций,' приложений. Работа изложена на 146 странип&х машинописного текста, содержит 2$ таблиц, 17 рисунков, список литературы из 110 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована тема диссертации, сформулирована цел] и определены основные задачи исследований, дана общая характеристика работы.

В первой главе проанализировано современное состояние вопроса о структуре и свойствах глинистых минералов, а также их взаимодействия с водной средой.

Изучению структуры и свойств глинистых пород посвящены рабо-

ты Арипова Э.А., Акгелопуло С.К.,Гольдатейна Ы.К., Дерягина В.В. Джефферсона, Дубинина bLX., Злочевской Р.К., Кирина В.М., Крут-липкого H.H., Лебедева А.Ф., Ыавлютова K.P., Ыаслова H.H., Мил' ло Е., Нестерова Ii.И., Овчаренко $.Д., Осипова Б.И., Байтбурда Ц.М., Роде A.A., Сергеева Е.К., Слонимской К.В., Соколова В.И., Ушатинского H.H., Хенцрикса К., Щукина Е.Б., Штерна С. и других.

Анализ поведения глинистых пород в условиях иг глубокого залегания обосновывает необходимость комплексного подхода к изу- • чению устойчивости глинистых отложений при бурении скважин. В работах Аветисяна Н.Г., Булатова А.И., Городнова В.Д., Войтенко B.C., Ыазлатова K.P., Копелева.А.Т., Карабялина У.С., Келли Дж., Нигматузшшой А.Г., Пенькова А.И., Рябченко В.И. и др. достаточно подробно изложены факторы и условия, определяющие поведение глинистыс пород в различных условиях.

В Западно-Сибирском регионе в разрезах скважин преобладают глина монтморидлонитового типа содержание которых уменьшается с глубиной.

Высокая влажность и низкая прочность глин верхней части разреза (до глубин 1000 и), повыяенное содержание в них монтмориллонита определяют необходимость минимизации эрозионного воздействия восходящего потока бурового раствора на стенки скважины.

Полностью устранить увлажнение пород невозможно, однако соответствующей обработкой бурового раствора влагоперенос можно значительно ограничить.

Эффективность борьбы с осложнениями за счет создания и применения ингибирующих буровых растворов в различных условиях неоднозначна.

Проницаемость алевритистых глин не превыпает мкм*\

Однако песчаные пропластки, при их достаточном содержании, могут образовывать в глинах проницаемые участки, что создает предпо-

е

еыгку. для ^армирования ¡¿пгротрегннэЕгтостк к, соответственно, увеличения поверхности ЕзанысдейстБИя с фильтратами б^фовьз: растворов. Прк образоЕаник фильтрационной корки теле сообразно рормкрованле зонт ксльматаши г стенках скзажик. МаЕ^тоЕьа; 11.Р., Кузнецовым С. С. к др. установлено, что задачей управления процессом кольматапик является получение прочного к непроницаемого (малопронипаекого) экране при небсльпо? глубине его распространения ь массиве пород.

Анализ состояния вопроса по изучению поведения глинистых пород в условиях глубокого залегания показывает, что авторк е большинстве случаев рассматривают-отдельно действие геологических, физико-механических к физико-химических факторов на устойчивость глинистых отложений стенок скважины, акцентируя внимание на ток елк ином процессе. Поэтому вопросы устойчивости стенок скважин е глинистых отложениях требует дальнейшего изучения.

Во второй главе приводятся результаты анализа к исследования напряженно-деформированного состояния горных пород стенок скважин с уточнением расчетов горного давления, вертикальной, радиальной, кольцевой компонент напряжений, среднего напряжения в породах и минимально допустимого давления в скважине, возникающих при бурении глинистых отложений на примере-Комсомольского месторождения Западной Сибири.

Этот вопрос достаточно полно изучен в трудах 1£. К. Протодьяконов«., С.Г.Лехнкдкого, кора, Губера, Мизеса, Генки, С.А.Христиа новича, 1£.Р.Мавлг)ТОва, А.И.Спивака, АЛ.Попова, А.А.Шамсиева и других.

Нами рассмотрено влияние промывочной жодкостк на разупрочнение глинистых пород стенок скважин, вызываемое возникающими гвдратационными напряжениями (Ра), к проведены расчеты Ра для интервалов глинистых отложений ряда скважин месторождений Запад-

ной Сибирк.

В третьеЕ главе приводятся результаты лабораторных исследований процессов разрушения глин монтмориллонитового типа в среде различных буровых растворов.

Многосторонние явления, происходящие в скважине и обусловленные действием горного давления и физико-химического взаимодействия горной породы с буровым раствором, часто объясняется о позиций явлений только процесса набухания. При этом не учитывается фактор напряжений, который интенсифицирует все физико-химические процессы взаимодействия деформируемых пород стенок скважины и среды бурового раствора. В связи с этим проблема оценки физико-химического взаимодействия буровых растворов с глинистыми разностями пород и сохранения при этом устойчивости стенок скважины актуальна и требует комплексного подхода.

Войтенко В.С., Шариловым к.2. и др. показано что, изучая деформации образцов горных пород в условиях одноосного сжатия, можно прогнозировать поведение горных пород при контакте с буровым раствором. Этот метод обеспечивает основные условия разуп-рочнявщего действия жидкой среды на деформируемое твердое тело: интенсивность напряжения, протекание адсорбционных, диффузионных и капияЗтрных процессов, образование новых химических связей и др.

Автором совместно с сотрудниками ЗапСибБУРНИПИ была освоена методика оценки влияния буровых растворов на устойчивость пород.

Исследования образцов проводились в среде испытуемого раствора и в эталонной жидкости при одинаковой нагрузке на сформированных из глин образцах одинаковых геометрических размеров и форм, с одинаковыми физико-механическими свойствами.

Следует отметить, что дс настоящего времени отсутствует стандартная методика изготовления искусственны* образпоБ из глинистого материала.

Поэтому искусственные образцы с заданными физико-механичес-кимк свойствами изготавливались из бентонитового глинопорошка, который по своему компонентному к минералогическому составу наиболее близок к глинистым породам, слагающих разрезы большинства скважин в Западно-Сибирском регионе.

Образцы испытывались при нагрузке 0,1 + 0,2 Ы0&, при зтом определялось время разрушения образца (И) в дистиллированной воде и время разрушения образца в исследуемом растворе (). Отношение величин представляет собой коэффициент устойчивости (2). При гтом чем большей , тем выше устойчивость исследуемой горной породы е данном растворе.

В результате исследований были получены графики зависимости £ от логарифма концентрации полимеров в их водных растворах и г глинистых суспензиях. При этом отмечен колебательный характер изменения коэффициента устойчивости.

Известно, что акриловые полимеры при концентрации от 0,5 до Т$> вес вызывают увлажнение и диспергирование глин, приводящее в конечном итоге к их разупрочнению. В то же гремя флокулирующее ' действие полиакриламид (ЛАД) оказывает ухе при концентрате 0,008-

При дальнейшем увеличении концентрации ПАА г буровом растворе из-за его высокой гидрофильности к способности присоединять гедрокскх-яоны, на глинистой породе стенок скважины адсорбируется дополнительное количестве воды. В процессе разбуривания таких глинистых отложений происходит дополнительное увлажнение и при достижении объемной влажности 35£ (V/ = 35? критическая) начинается интенсивный процесс кавернообразования.

Е результате экспериментов, проведенных б среде глинистого полимерного растворе (10* твердой фазы), было показано, что коэффициент устойчивости & е полиыерглинисток растворе е 1,4 раза больше (по сравнению с воднш раствором), во всем исследованном диапазоне концентраций ПАА (от 0,0003 до 0,3?).

По-вцдимому, это происходит за счет увеличения энергии связи водн е полимерглкнистых суспензиях, то есть за счет структурирования полимерглинисткх суспензий. Учитывая, что деформация к раз-' рушение образпое из бентонитового глинопорошка е водных полимерных к полимерглинисткх суспензиях различной концентрации носят одинаковый характер, логичен вывод об идентичности механизма адсорбционного понижения прочности глин.

Четвертая глава содержит результаты промысловые исследований устойчивости стенок скважины. С этой целыэ были проанализированы результаты геофизических исследований (ГИС) по 20 скважинам, пробуренным с промывкой растворами на нефтяной основе (РНО), с последующим переходом на водные глинистые растворы (1Р).

Полученные данные позволяют утверждать, что влажность горных пород стенок скважин, пробуренных на РНО, соответствует естественной (природной) влажности, а при переходе на водные глинистые растворы происходит увлажнение глинистых пород. Поэтому данные интервалы характеризуются повышенными значениями коэффициентов кавернозности. Проникновение жидкости из скважины в пласт в процессе бурения обусловлено не только физическими свойствами горных пород (естественная пористость и проницаемость)., но и трещиновато стьг цород забоя и стенок скважин. Интенсифицируют процесс вла-гопереноса такие физико-химические явления, как диффузия, адсорбция, действие осмотических к капиллярных сил и т.д.

Для оценки влажности горных пород стенок скважин в промысло-

Без: условиях г. настоящее Бремя находят применение методы электрометрии (БМК, БК к др.) к ядерно-физические методы (НК-Т, ГГК-П).

Данные методы ГИС обладают разной глубинностью исследования, что дает возможность опенивать изменение влажности в радиальном направлений (т.е. в направлении скважина - порода). Это позволило с учетом замеров нейтронными методами ГИС опенить изменение объемной влажности глин М5Е). Результаты сделанной нами интерпретации данных нейтронного каротажа показали, что при смене РНО на водный глинистый раствор происходит повышение влажности горных пород прежде всего в пристенном слое стенок скважины (радиус исследования зовдов НК-Т - 50 составляет около 50 см).

Ранее проведенным анализом показано, что прочность глинистых пород при увлажнении изменяется по гармонической закономерности с периодом колебаний около 6,5%, что соответствует одному молекулярному слою связанной воды. Известно, что при влажности более 3-х молекулярных слоев создаются наиболее благоприятные условия набухания глинистых пород и развития разупрочняющих гвдраташон-ных напряжений (Ра).

Нами проведены расчеты числа молекулярных слоев связанной воды к возникающих при этом гидратадионных напряжений для интервалов, г которых по данным ГИС получены значения объемной влажности У> 35$, характеризующихся повышенными коэффициентами кавернозно стк (КЕ% Оценка коэффициента кавернозности производилась по формуле: Кк=с1<*>/йи , (I)

где (ЦЬи - соответственно фактический х номинальный диаметры скважины.

Увлажнение горных пород и последующее разрушение стенок скважин в исследуемых интервалах произошло, по нашем}'' мнению, за счет развития адсорбционных процессов.

Б последнее время наметилась тецценпия к увеличению примене-

ния поверхностно-активных вешестЕ (ПАВ) к переход к полимерглк-нистыы к полимерны/ систем ем, применение которых обуславливает необходимость проведения всесторонних исследований понижения прочности глинистых пород, взаимодействующих с данными буровыми растворами.

С этой целью нами проведено сравнение воздействия глинистых к полимерглкнистьж растворов на устойчивость стенок скважин (по данным кавернометрик к нейтронных методов каротажа).

Исследования проводились на одиннадцати скважинах Комсомольской « трех Босточно-Таркосалинской площади. Из одиннадцати скважин Комсомольской площади три бурились с промывкой глинистым раствором без применения полиакриламина (ЛАА), а восемь - на растворе, обработанным ПАА. Из трех скважин Босточно-Таркосалинской площади одна бурилась с промывкой раствором,обработанным ПАА. Сведения о составах буровых растворов, применявшихся на Комсомольской площади, приведены в табл.1.

Таблица I.

Сведения о компонентах, применявшихся для обработки промывочных жидкостей в скважинах на Комсомольском месторождении

Глинистый раствор, Т ! Раствор с ЛАА, Т

ЮЩ-600 2,5 КЩ-600 2,5

1Ж-10 1,5 ЛАА 0,06

Гл.бентонит 15,0

Ххим.реагентов 20,0 1хим. реагентов 2,56

Б табл.2 приведены результаты бурения пяти скважин на Комсомольской площади (скв.РР 481, 399, 419, 421, 439), при этом скв.399 и 419 бурились с промывкой обычным глинистым раствором (без применения ЛАА). Б приведенных скважинах состояние ствола в глинистых породах оценивалось по коэффициенту кавернозности и

объемно?, влажности пород.

ТаблигЕ. 2.

Сведения об объемной влажности (V/, %) глин и коэффициента каверноэности (К^.) анализируемых скважин Комсомольской площади

! У 381 ! * 399 ! V 419 ! Д 421 _ ! * 4ЭЭ

Интервал, Г*Г 7кГ 7£ 7 % Т У 7£ 7$~Г£

1000 - 1100 42 1,80 - 1,40 34 1,40 40 1,58 37 1,40

1100 - 1200 40 1,45 — 1,24 32 1,33 42 1,63 40 1,44

1200 — 1300 40 1,48 — 1,38 34 1,3В 40 1,46 34 1,40

1300 - 1400 39 1,43 1,44 30 1,30 42 1,75 33 1,45

1400 - 1500 42 1,90 - 1,37 28 1,20 41 1,57 32 1,37

1500 - 1600 42 1,62 - 1,34 30 1,24 42 1,67 ЗВ 1,47

1600 — 1700 40 1,51 — 1,29 29 1,29 35 1,33 40 1,57

Г700. - 1800 33 1,21 - 1,15 28 1,20 40 1.47 30 1,26

1800 - 1900 40 1,55 - 1,39 30 1,31 42 1,79 37 1,40

1900 - 2000 41 1,59 — 1,43 30 1,31 42 1,94 39 1,55

2000 - 2100 37 1,37 - 1,35 29 1,31 40 1,45 38 1,49

2100 - 2200 37 1,39 - 1,37 32 1,34 38 1,37 40 1,52

2200 — 2300 38 1,40 - 1,33 30 1,31 32 1,29 37 1,35

2300 - 2400 40 1,41. — 1,31 25 1,22 30 1,27 40 1,40

2400 — 2500 41 1,46 - 1,29 26' 1,22 32 1,30 39 1,39

2500 — 2500 42 1,50 — 1,33 30 1,25 30 . 1,28 34 1,35

2600 — 2700 40 1.47 — 1,30 25 1,23 35 1,31' 32 1,33

2700 - -2800 40 1,46 — 1,28 Забой2700ы Забой 2670м Забой 271

2800 - 2900 42 1,49 Забой 2800м

Забой 2900 м.

Для указанных интервалов произведен расчет весовой влажности (У/ь , %) по формуле :

где; 6и — масса влажной порода, г ; Бс - нас се скелета порода, г; № - объемная влажность, доли единицы.

Количество молекулярных слоев воды ( п ) рассчитывались, ис-

ходя из тоге, что мономолекулярному слот соответствует 6,5£ весовой влажности, е значения величин гкдратациокных напряжений определялись по методике Ь.С.Бойтенко.

Результата расчетоЕ показывают, что гкдратагшонные напряжения е глинистых породах скважин, пробуренных без ПАА, достигают сотен (¿Па, в то время как б скважинах, пробуренных с liAA, они не превышают 40 Jffia. Расчетные значения влажности глинистых пород е скважинах без применения ПАА примерно в 2 раза ниже. Соответственно коэффициенты хавернозностк Е скважинах, пробуренных без применения ПАА, меньше в 1,2 раза, чем б скважинах, про буренных с промывкой растворами, содержащими ПАА.

Регламентация концентрации полимеров (е частности ПАА) при бурении скважин обосновывает необходимость разработки достаточно надежного к простого метода, который можно реализовывать в промысловых условиях для оперативного принятия мер по обработке бурового раствора. С этой пелью можно использовать метод окисли тельно-восстановительного потенггиала дЕ , рекомендуемый для определения содержания полимеров, при этом концентрацию ПАА предпочтительнее определять при температурах 40 70°С.

Измерение конпентрапик ПАА е растворе основано на определении линейной зависимости вида:

CgC-a-EiE ; (jn

где С - искомая концентрация ПАА,дЕ - значение окислительно-восстановительного потенциала; Q , Ь - коэффициенты. Данная методика легла в основу CID 50-ЗВ-91, введенного е действие с 20 мая 1991г. в концерне "Тюменьгеология" к СТО 0206934.7-00295, введенного в действие с 3 января 1995г. е БП Тюменьбургаз и УПНПиКРС ПО Уренгойгаздо быча.

Логично утверждать, что изменение влажности глин в резуль-

тате массообменных процессов протекает в течение определенного времени. Согласно эмпирической зависимости, предложенной Н.Г'. Аветисяном, Л.А.Папшинш и Е.П.Фроловым, время увлажнения можно оценить, как

_HWffi-Wnau.M' <15,7_

Ъм* С^СИбФз^т Woia* Ц0169Фзод)aPsolxI ♦ O^Ott laPooltlV/ахт. '

(4)

где Wke1 1-6эрн - критическая влажность глинистой породы, при которой она переходит из одной категории устойчивости в другую; Ьэ - эмпирический коэффициент, являющийся функцией коэффициента устойчивости; рв - теоретическая объемная плотность глин в рассматриваемом интервале;Wboml = (I - 0,3704рч> ) 100 -полная влажность глинистых пород с фактической объемной плотностью рФ в момент их вскрытия; Фзод - показатель фильтрации бурового раствора, приведенный к температуре исследуемого интервала, определяемый по формуле:

ФЗ^»Ф2С-С11*<ЦТ-20)1 , (5)

где А - коэффициент, характеризующий изменение фильтрационных свойств растворов с повышением температуры на I°C; Т - температура в исследуемом интервале, °С.

WüKT.sWnouL[0/tt4' (Цй-^брч»)0,5] , (6)

где Wtucr - активная влажность; L Роси.т - осмотическая активность контактирующих сред, приведенная х температуре исследуемого интервала, (МИа); определяемая по формуле Бант-Гоффа:

А Роем. т. = RT(Cn-C«p) , (7)

где Сд и Сф - минерализация соответственно поровых вод и фильтрата бурового раствора, моль/м3.

Расчет по формуле (4) в настоящее время не представляется

возмопнык, поэтому г работе предлагается комплексныГ подход к опенке физике—химического взаимодействия базовых раствороЕ к гас фильтратов с глинистыми породами. Подход з'чктывает полученные намк результаты с зачеток VJt.tr. , равной С учетом преобразований выражение (4) принимает вид:

_t29~Wb.nom.l- И5,7_

0,0056СР5С,т + 0,0169 Фзс,т ) кРосплI»0,0181 ьРоскт\У^шп

(В)

Знечения £<р получены по практическим даннш метода ГШ (гамке-гаима плотностного) каротажа.

Данные №гилн. определены не основе скважинных измерений нейтронншк методами ГИЗ и пересчитаны в значения \^/ь.полн. по формуле (2) у. У/окт. по формулам(б) к (2).

Б процессе обработки результатов быта осуществлена проверка соответствия математической модели УУполн. фактическим данным промысловых измерений. При этом проведена статистическая обработка по результатам 30 скважинных измерений, в которых относительная ошибка составляет:

с- Ц'пам.-Ц>яитмеч, «да,♦ ?7.

Необходимые данные для расчета времени увлажнения (устойчивости) пород в скважинах 481 и 419 Комсомольской плошади представлены в табл.3.

Таблипа 3.

Мнные для расчета времени устойчивости глинистых пород стенок ствола скважины

Плошадь, £ ' скважины ! Интервал бурения, м 1 % ! % ! г/смГ % 1 АРОСИЛ 1 /Яш

I, ! 2 ! 3 ! 4 15! 6 ! 7

Комсомольская 481 1950-1970 1982-2028 38,0 42,0 т ^ с. л ¿-у А- 13,9 2,2 14 15 1,8 1,8

Продолжение табл. 3'

I 1 2 ! | 3 ! 4 ! ! 5 ! 1 6 ! 7

Комсомольская 2101-2103 32,3 10,7 2,2 15 :,2

К 481 2131-2138 34,8 11,5 2,2 14 1Д

2144-2149 34,8 11,5 . 2,2 14 1,0

Комсомольская 1950-1970 18,8 8,0 2,4 18 о.

* 419 1982-2028 18,8 8,0 2,4 18 0

2034-2046 17,6 7,2 2,4 19 0

2101-2103 22,8 9,3 2,4 18 0

2131-2138 18,8 8,0 2,4 18 0

2144-2149 17,6 7 ^ 2,4 19 0

Примечание: компонентный состав растворов, применявшихся

при бурении схважин, приведен в табл.1. Такой подход сделал возможнш реальный расчет времени устойчивости стенок скважины ( с учетом данных табл.3 и уравнения 8). Результаты расчета по указанной выше методике представлена в табл.4.

Таблица 4.

Результаты расчета времени устойчивости стенок схважин в глинистых отложениях

Интервал ! Комсомольская плошадь

бурения, м !---

! скважина № 481, сут. ! скважина № 419, сут.

1950-1970 9,5 24,5

1982-2028 12,1 24,5

2034-2046 4,2 ' 28,5

2102-2103 4,4 12,8

2131-2138 8,0 24,5

2144-2149 8,0 28,5

Анализ данных табл.4 показывает, что время устойчивости, глинистых отложений стенок скважин, пробуренных с промывкой раствором с ПАА, в 2-3 раза меньше, чем время устойчивости стенок скважин, пробуренных с промывкой пресньы глинистым раство-

Таким образок, массообменные у. влегообменнве прогесск т системе "буровой раствор-глинистая породе" существенно ^лия^т на сохранение целостности ствола скважины.

Полученные г работе результаты послужили основой применения разработанного нами комплексного подхода г опенке устойчивости глинистых отложений при буренки глубоких скважин не площадях БЬ Тюменьбургая"". Применение ргзработанных рекомендаций только не 10 скважинах этого объединения в 1994 году оценено экономическим эффектом г 64Э5512 тыс.руС. Доля ТвмГНГУ составляет при этом 129722с тыс.руС.

ОСНОВНЫЕ вывода

1. На основании проведенного анализа и обобщения теоретических представлений о процессах физико-химического взаимодействия буровых растворов с глинистьмк разностями пород установлено, что для условий Западной Сибири на ряде месторождений, начиная с глубин более 1000 ы, преобладавшее значение имеют физико-химические факторы взаимодействия фильтратов буровых растворов со стенками скважин. Дрк этом провесе увлажнения приводит е разупрочнению глинистых пород за счет капиллярного всасывания и набухания, осмотических и сорбпионнмх процессов, каждый из которых на разных этапах взаимодействия может иметь превалирующее или второстепенное значения.

2. Показано, что с учетом первоначальной (естественной) влажности глинистых пород, соответствующей 2-3 молекулярный слоям воды, ее критическое значение, определяющее "порог устойчивости" глин составляет 35&. _____

3. /Установлено, что устойчивость глинистых образпоЕ зависит от типа полимера, его количества в буровом растворе и носит осциллирующий характер. Получена прямолинейная зависимость

между окислительно-восстановительным потенциалом и содержанием полимера в фильтрате бурового раствора, что позволило определять его концентрацию экспресс-методом.

4. Ка основании комплекса лабораторных и промысловых иссле дований уточнена к дополнена методика расчета времени устойчивости глинистых пород в средах полимерных и полимерглинистых растворов, что позволяет предъявлять дополнительные требования к выбору типа бурового раствора с арлыо предупреждения осложнений.

5. Разработаны и внедрены руководящие документы: СШ 50-38 -91. Раствор водный. Определение концентрации полиакриламида, СТО 0206 934.7-002-95 Раствор буровой. Опенка устойчивости глинистых образцов в лабораторных условиях, расчет гидратационных напряжений, осмотических давлений и времени устойчивости ствола скважины в системе "скважина-горная порода".

РЗШМЕВДАЦШ

1. При малой минерализации пластовых вод можно применять при бурении пресные глинистые растворы, что экономически и экологически более целесообразно., чем применение высокоминерализованных полимерных или полимерглинистых растворов.

2. При глубинах скважин более 1000 м предпочтительны« является регулирование физико-химичесгпго взаимодействия бурового раствора с глинистши разностями пород путем комплексного подхода к обоснованию и выбору типа бурового раствора с учетом объективной информации (ПС) о горно-геологических условиях бурения скважин.

3. Включить в "Инструкцию по технологии промывки скважин, обеспечивавшей качественное вскрытие продуктивных пластов малоэффективных месторождений Тюменской области" рекомендации по определению допустимого времени взаимодействия фильтрата буро-

вого раствора е открыток стволе, сснсванкуп на расчете времени устойчивости глинисты:: порог пс предлагаемому комплексному метод'.

ОСЮБШЕ ПСЖК^ЕНИЯ ДИХБРТЙШЙ ОПУЕЖОВАШ Б СЛЕДУЩХ РАБОТАХ

1. Л.А.Паршукова, Б.С.Бойтенко, Б.Д.Шантарик. Устойчивость глинисты?: пород ь стенках сквагинк по даннш ]>£ .-Ьэмень,1938, 13с. Деп.в ВИНИТИ, )Г 6323 - Б.88.

2. Л.А.Барсукова, Б.Д.Еантарик, Б.С.Бойтенко, Б.Б.Попов. Влияние изменения влажностногс режима горных пород на каверно-образование по даннш ПС.-Тюмень, 1988, -12с. лес.в ВИНИТИ

* 226- В.89.

3. Л.А.Паршукова, Б.Д.Шантарик, Б.С.Бойтенко. Изучение бу-римостк горных пород к влажностного состояния стенок скважин

пс данным' ГИС. П Всесоюзная научно-техническая конференция /25-27 апр.1989г./: Тез.доклЛям.икдустр.ик-т им.Ленинского ком сомоль.-Тюмень, 1939, с.125-126.

4. Щербакова И.Г., Гшриукова Л.А., Шантарин Б.Д. Измерение окислительно-восстановительного потенциала водных растворов ПАА Научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов

/27 апр.1989г./:Тез.докл./ЗапСибЬурНИПК - Тюмень,1989,-с.31. -:

5. Щербакова И.Г., Парщукова 1.А., Шантарин В.Д. Термоди- ? намические параметры полимерных буровых растворов на основе ПАА Научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов

/27 апр.1989г./:Тез.докл./ЗапСибЕурНИПИ-Тюмень,1989 - с.32.

6. Л.А.Паршукова, Б.Б.Шевелев, В.Д.Шантарин, Б.С.Бойтенко. Устойчивость глинистых отложений при использовании нолимергли-нистых буровшг.фасгвороЕ.//Эффект11вноегь-рримвненш1 полимерных растворов при бурении к заканчивайте глубоких разведочных скважин на нефть и газ.:Тез.докл-з,частников школы-семинара.-Ъомень,

1939, -с.63-64.

7. Л.А.Паршукова, Б,Д,Еантарин, А.К.Заболотская. Возможность обнаружения углеводородов в пласте методом редоксметрии. -Тюмень,1989,-13с.Деп.в ВИНИТИ № 4867 - Б.89.

8. Л.А.Паршукова, А.И.Заболотская, В.Д.Шантарин. Электрохимический способ определения концентрации полиакриламида в вод ных растворах.//Эффективность вскрытия и методов опенки сложно-построенных продуктивных пластов при бурении и опробовании глубоких разведочных скважин:Тез.докл.семинара.Тюмень,1990,-с.50-56

9. И.Г.Щербакова, Л.А.Паршукова, В.Д.Шантарин. Изучение электрохимических процессов в горных породах с пельго выявления продуктивных пластов.//Проблема научно-технического прогресса . в строительстве глубоких скважин в Западной Сибири:Тез.докл. Научно-пряктич.конф.-Тюмень,1990 - е.25.

10. Л.А.Паршукова, I'.П.Зозуля. Комплексный подход к использованию лабораторных к промысловых методов контроля за устойчивостью стенок скважин в глинистых отложениях.-Тюмень,1994,-29с. Деп. в ВИНИТИ 20.12.94г. * 2976 - Б.94.

11. Л.А.Паршукова, Г.П.Зозуля. К опенке устойчивости глинистых пород при бурении скважин, Тюмень, 1995.-24с.Деп. в ВИНИТИ 14.02.95, * 437 - В.95.

СОИСКАТЕЛЬ

Л.А.Паршукова