автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Исследование причин и разработка технологии по предупреждению разрушения эксплуатационных колонн на нефтяных месторождениях Западной Сибири

ВВЕДЕНИЕ.:.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРУШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН ПРИ РАЗРАБОТКЕ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ.

1.1. Краткий обзор состояния проблемы негерметичности эксплуатационных колонн при разработке месторождений.

1.2. Геолого-технические условия строительства и эксплуатации скважин.

1. 3. Критический анализ гипотез о причинах разрушения эксплуатационных колонн.

1. 3.1. Гипотезы, связанные с воздействием на колонну окружающих глинистых пород.

1. 3. 2. Гипотезы, связанные с тектоническим движением земной коры.

1. 4. Оценка выполненных исследований и выбор направлений изучения проблемы. Постановка задач исследований.

2. ВЫБОР И ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

ПРИ РАЗРУШЕНИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН.

2.1. Многофакторный анализ влияния геолого-технических факторов.

2. 2. Оценка сминающих колонну давлений при переувлажнении окружающих глинистых пород.

2. 2.1. Результаты исследований пород люлинворекой свиты на

Солкинской площади.

2.2. 2. Результаты исследований пород люлинворекой свиты на

Поточном месторождении.

2. 3. Исследование влияния комплекса технологических факторов на разрушение эксплуатационных колонн.

2. 3.1. Анализ влияния глубины спуска кондуктора.

2. 3. 2. Анализ влияния высоты подъёма тампонажного материала за эксплуатационной колонной.

2. 3. 3. Анализ влияния кривизны ствола скважины.

2.3. 4. Оценка влияния технологии натяжения эксплуатационных колонн.—.

2. 3. 5. Анализ влияния объёма закачанной воды.

2. 4. Выводы по разделу 2.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА РАЗРУШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ

КОЛОНН.

3.1. Обоснование процесса формирования и ориентации трещин гидроразрыва в окружающих негерметичную колонну пластах.

3.1.1. Оценка изменения отметок устьев аварийных скважин.

3.1.2. Ориентация трещин гиДроразрыва пород в зоне нарушения колонн.

3. 2. Оценка фактических нагрузок на эксплуатационные колонны в зоне формирования трешин;гидроразрыва пластов. 3. 3. Обоснование механизма разрушения эксплуатационных колонн.

3. 4. Выводы по разделу 3.

4. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ РАЗРУШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН.:.

4.1. Разработка методов выявления негерметичных нагнетательных скважин.

4.2. Разработка методов выделения аварийно-опасных зон • на разрабатываемом месторождении.

- 4

4. 3. Обоснование конструкций и технологии заканчивания скважин.

4. 4. Исследование возможности ликвидации скважин, с нарушенными эксплуатационными колоннами.

4. 5. Выводы по разделу 4.

Актуальность работы. К настоящему времени на нефтяных месторождениях Западной Сибири насчитывается более 3 тысяч скважин с разрушенными эксплуатационными колоннами. При этом часто слом колонн отмечается в нескольких или во всех скважинах куста, в месте разрушения имеет место смещение концов труб. Такие скважины при существующем уровне технологии ремонту не поддаются и подлежат ликвидации.

В связи масштабностью происходящих аварий и значительностью их влияния на систему разработки месторождений, на окружающую среду проблема определения причин и разработки мероприятий по предупреждению разрушения колонн стоит на особом контроле в органах Госгортехнадзора России. Актуальность проблемы, в частности, была подчёркнута на специальном заседании Совета Управления Тюменского округа Госгортехнадзора РФ в марте 1998 г.

Цель работы. Разработка технико-технологических мероприятий, направленных на предупреждение разрушения эксплуатационных колонн вследствие техногенного воздействия при разработке нефтяных месторождениях Западной Сибири.

Основные задачи исследований: исследование физических свойств кернового материала пород в интервалах наибольшей вероятности разрушения эксплуатационных колонн; ^ ,1 I сбор и анализ промыслового материала по скважинам с разрушенной эксплуатационной колонной, выявление влияющих геолого-технических факторов; экспериментальные и промысловые исследования фактических величин усилий растяжения эксплуатационных колонн при существующей технологии заканчивания скважин; выдвижение и обоснование гипотезы об образовании трещины гидроразрыва горизонтальной ориентации, вертикальном перемещении горных пород над трещиной и, как следствие, разрушении эксплуатационных колонн в скважинах; исследование возможности применения методов аэрофотосъёмки, гравиметрии, термометрии и контроля за бурением скважин для выделения районов распространения крупномасштабных трещин гидроразрыва горизонтальной ориентации, вертикальных перемещений земной поверхности; разработка и внедрение мероприятий по предупреждению разрушения колонн.

Методы решения задач. При решении поставленных задач использованы методы математической статистики, теории упругости, лабораторные и промысловые исследования.

Научная новизна. Выдвинута новая гипотеза о механизме разрушения эксплуатационных колонн. Она заключается в том, что в низкопроницаемых глинистых отложениях вокруг нагнетательной скважины с негерметичной эксплуатационной колонной образуется трещина гидроразрыва горизонтальной ориентации, под влиянием которой вышележащее горные породы вместе с кондукторами скважин куста перемещаются вверх. Эксплуатационные колонны подвергаются запредельным растягивающим нагрузкам.

Экспериментально установлено, что породы люлинворекой свиты ни в пресной, ни в минерализованной воде практически не набухают, но споеобены размокать.

Анализом промыслового материала с применением методов математической статистики определены факторы, влияющие на долговечность крепи скважин, на вероятность разрушения эксплуатационных колонн.

На защиту выносится научное обобщение результатов теоретических, лабораторных и промысловых исследований, статистического анализа промыслового материала, позволившее установить механизм и причины разрушения эксплуатационных колонн.

Практическая ценность и реализация результатов работы, ñ Разработаны методические и руководящие документы: методика прогнозирования групповых нарушений эксплуатационных колонн; методика расчёта эксплуатационных колонн для условий аварийно-опасной зоны (АОЗ); методика выделения аварийно-опасных зон (АОЗ), то есть зон распространения крупномасштабных трещин гидроразрыва горизонтальной ориентации; конструкция водонагнетательных и добывающих скважин на нефтяных месторождениях Западной Сибири (РД 39-137-95); регламент на эксплуатацию крепи водонагнетательных скважин. Выделены АОЗ и дан прогноз нарушений эксплуатационных * колонн на Самотлорском, Южно-Сургутском, Правдинском, Мамон-товском, Приразломном, Тепловском, Варьёганском, Северо-Варь-ёганском, Тагринском, Фёдоровском, Лянтореком, Быстринеком, Суторминском, Барсуковском, Верхне-Пурпейском, Комсомольском, Ново-Пурпейском, Тарасовском и других месторождениях Западной Сибири. Это позволило, например, на месторождениях ОАО Юганскнефтегаз снизить аварийность скважин.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

VII и IX научно-технических конференциях молодых учёных и

- 8 специалистов СибНШНП (1981 г., 1983 г.); производственном совещании о выполнении Приказа Тюменского округа Госгортехнадзора России N 31 от 04.11.1992 г. (протокол от 16-17.05. 1994 г.); конференции, посвященной пятилетию образования Тюменского научного центра Академии инженерных наук (ТЩ АЙН), (1997г.); заседании секции геологии и разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений научно-технического совета ОАО "Сургутнефтегаз" (протокол N 1 от 06.03.1997г. ); заседании Совета Управления Тюменского округа Госгортехнадзора России (1998 г.). ;

Публикации. По диссертации опубликовано 26 научных работ. получено 1 авторское свидетельство на изобретение и 2 патента.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения , 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 104 наименования, приложений. Изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 5 рисунков, 47 таблиц.