автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Комплекс технологий и технологических средств для совершенствования процессов заканчивания скважин

..... А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНЦЕРН БЕЛНЕФТЕХИМ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ БЕЛОРУСНЕФТЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ БЕЛНИПИНЕФТЬ

на правах рукописи УДК 625.245.42

Минеев Борис Павлович

КОМПЛЕКС ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИН

Специальность 05.15.10- Бурение скважин

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

г

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

доктор технических наук.

профессор а. К. Куксов

Доктор технических наук

И. п. Дородное

Доктор технических наук.

профессор В. И. Крылов

Ведущая организация - производственное объединение

Белорусгеология

Зашита состоится *______________час.

на заседании диссертационно; > совета 1 о защите

диссертаций на соискание учрж пи Дс таеских наук

при научно-производственное "тр». 1 - адресу: 350624, г. Краснодар, ул. н

с диссертацией в виде : можно ^ознакомиться в

библиотеке НПО "Бурение" (Краснодар ... пярр

Диссертация в виде научног "оклада разосг* _________1997 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Л. я. Рябова

, ¡г) "]

1 «V и

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ 6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 10

глава 1. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ

ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПЛАСТОВ 15

1.1. Особенности технологий первичного вскрытия

пласта 15

1.2. Определение величины давления в колонне при кумулятивной перфорации скважин 17

1. 3. Никрогидроразрывы пластов при перфорации

скважин 21

1.4. Мероприятия по совершенствованию процессов

вскрытия пластов кумулятивной перфорацией 25

1.5. Способ повышения эффективности гидропескоструйной перфорации .30

Глава 2. ТЕХНОЛОГИИ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

С УЧЕТОН ГИДРОНЕХАНИКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПОТОКОВ 31

. 2.1. Особенности крепления скважин на белорусских

месторождениях 31

2. 2. Некоторые отличия гидронеханики вертикальных

потоков от горизонтальных 32

2.3. Инерционно-вакуумный эФФект и его роль при цементировании обсадных колонн 37

2.4. Технологии цементирования обсадных колонн. ' учитывающие влияние инерционно-вакуунного

эФФекта 40

2.4.1. Двухсторонний контроль за процессом

— 5 цементирования 40

г. 2. 4. 2. Безостановочный процесс цементирования

- в =

обсадный колонн 44

га

~ г. 5. Повышение качества цементирования колонн за

| счет применения новых танпонажных материалов 46

2. 5. 1. Использование доломитовой пыли в качестве

наполнителя танпонажного раствора 2. 5. 2. Расширяющиеся составы на основе снеси

портланд-цемента и сланцевой золы 2. 6. Послеостановочный гидравлический удар г. 7. Количественная оценка изненения массы обсадной колонны при ее цементировании

Стр.

46

47

50

51

Глава 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ. ПРИНЕНЯЕНЫХ ПРИ ВЫЗОВЕ ПРИТОКА ИЗ ПЛАСТА 3. 1. Основные условия получения притока из

пласта и способы их реализации 3. е. Совершенствование методов вызова притока

с поношью конпрессора 3. 2. 1. Расчет пускового давления с учетом

веса сжатого газа 3. 2. 2. Технологии вызова притока из поглошаюших пластов

3. 3. Технологические схены вызова притока

с поношью пенных систем 3. 4. Гидрокислотный разрыв пласта без

использования пакера 3. 5. разработка мероприятий по использованию выхлопных газов в процессах по вызову притока с поношью компрессоров

53

53

54 54

56

57 66

68

глава 4. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАСТА ПО ГИДРОДИНАНИЧЕСКИН ИССЛЕДОВАНИЯМ 4. 1. Новое в понятии о гидродинамическом

несовершенстве скважин 4. 2. Совершенствование нетодов определения параметров пласта и гидродинамического нического несовершенства скважин По кривым восстановления давления 4. 3. Роль индикаторных линий при оценке добывных

возможностей скважин 4.4. Уточнение понятия о призабойной зоне пласта и определение ее характеристик

72 72

77 81 85

СТР.

Глава 5. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИИ, ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ

ЗАКАНЧИВАНИИ СКВАХИН 91 5. 1. Устройство для обратного цементирования

обсадных колонн 91

5. 2. Универсальные ценентировочные пробки 91

5. 3. Конпенсатор давления для скважин 93

5. 4. Расширявшаяся таипонажная смесь 93

5. 5. Способ цементирования обсадных колонн 93

5. б. Способ обратного цементирования колонн 94

5. 7. Новый способ установки цементных ностов 94

5. 8. Новый способ приготовления пен 95

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ И ВЫВОДЫ 98

СПИСОК РАБОТ ДРУГИХ АВТОРОВ, НА КОТОРЫЕ СДЕЛАНЫ ССЫЛКИ В ДОКЛАДЕ

104

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в объект самостоятельного изучения начали выделять этап строительства скважин, названный заканчиванием. Автор, понятие "заканчивание скважин" характеризует как комплекс взаимосвязанных процессов по вскрытию продуктивного пласта бурением, креплению и испытанию скважины, вторичное вскрытие пласта относится к испытанию. при строительстве скважин от этого обобщенного понятия могут быть отдельные отступления, в частности, не всегда продуктивный горизонт обсаживается запенентированной колонной; в некоторых случаях испытание скважины не проводят, ограничиваясь работани по опробованию пласта пластоиспытателем. Но тем не ненее, заканчивание скважин должно объединять в себе работы, качественные показатели которых направлены на решение задач, поставленных перед скважиной.

особенностью работ по заканчиванию скважин, во-первых, является их трудоемкость: на этапе заканчивания резко возрастают затраты времени, материалов и трудовых ресурсов на 1 м проходки, во-вторых, в работах по заканчиванию скважин участвуют кроме буровых геофизические. танаонажные и другие организации, это налагает определенный отпечаток на уровень организации работ. К контролю за проведением работ на стадии заканчивания скважин проявляется повышенный интерес со стороны геологической службы эксплуатационников. И, наконец, работы на стадии заканчивания отличаются повышенной ответственностью, ибо осложнения и аварии, происшедшие на этом этапе, нередко приводят к ликвидации скважин по техническим причинан.

говоря о заканчивании скважин как комплексе работ, будем подчеркивать. что он. как таковой, может быть осуществлен только по конкретной скважине, а для группы или ряда скважин - это необходимость проведения целенаправленных работ, которые обеспечивали бы наилучший конечный результат, и другое. Различие геолого-технических условий требует применения отличающихся технологий по вскрытию пласта, креплению и испытанию скважин. Поэтому практический интерес представляет рассмотрение комплекса технологий и средств для их осуществления.

В настоящее время заканчивание скважин занимает большую долю в продолжительности строительства скважины, чтобы уменьшить ее, а, следовательно, и сократить продолжительность цикла строительства скважины, необходимо осуществить ряд организационных, технологических, технических и др. мероприятий.

Перечислил в общих чертах наиболее важные из них.

1. Сокращение вренени бурения скважины и особенно на заключительной этапе - вскрытии продуктивного пласта.

2. Совершенствование работ по созданию и сохранению ствола, позволяющих уменьшить время на проработку скважин перед спуском колонны и в период подготовки скважины к геофизическим исследованиям.

3. Использование буровых растворов, оказывающих мининальное отрицательное влияние на проницаемость пласта, при его вскрытии.

4. Совершенствование технологии геофизических исследований, позволяющих увеличить их информативность и достоверность при сокращении вренени проведения работ.

5. разработка технологий и устройств для их осуществления с целью повышения качества цементирования обсадных колонн и особенно в наклонных скважинах при наличии в разрезе пластов с резко отличающимися тернобарическини условияни.

6. Совершенствование методов вскрытия пластов перфорацией и опенка качества вскрытия с поношью геофизических приборов.

7. разработка более совершенной технологии испытания скважин, процессов вызова, интенсификации и исследований притока, направленных на сокращение продолжительности работ.

8. Увеличение объемов исследовательских работ для оценки качества на всех стадиях проведения работ по сооружению скважин.

Простое перечисление основных мероприятий, оказывающих значительное влияние на технико-экономические показатели буровых организаций, указывает на наличие серьезных проблем, решение которых1 позволит снизить продолжительность строительства скважин и повысить их качественные показатели.

Естественно, что каждое из приведенных выше мероприятий может стать преднетон самостоятельных исследований. Но наибольший выигрыш можно получить только при комплексной подходе к решению проблемных вопросов, когда учитываются не только преинушества выбранной технологии на какой-то стадии работ, но и влияние ее внедрения на последующие процессы.

Автором, в течение многих лет проводились работы по обеспечению комплексной технологии заканчивания скважин. На белорусских месторождениях проанализировано состояние работ и выданы конкретные рекомендации на каждой участке непрерывной цепочки: - вскрытие пласта бурением - крепление скважин обсадными колоннани - испытание скважин. При

этой открыты налоизучеяные и малоизвестные явления, участвующие в процессах и оказывающие влияние на их продолжительность и качество. Например, описанные отличия гидромеханики вертикальных потоков, и инерционно-вакуумный эффект, и удерживающая сила разрежения представляют большой теоретический и практический интерес. Впервые описан и послеостановочный гидравлический удар, на существование которого ранее внимания не обращалось. На основе проведенных исследований предложены новые технологические схемы осуществления процессов цементирования обсадных колонн и различные устройства, приненяеные в процессах. Автором выполнены исследования по опенке особенностей кумулятивной перфорации, выявлены гидроразрывы пласта при перфорации, названные никрогидроразрывани. Предложенная в работе методика расчета пускового давления с учетом веса сжатого газа позволяет сократить вреня вызова притока из пласта, впервые в отрасли проведены работы по оценке влияния электролитов на свойства пенных систем, показано, что присутствие электролита в растворе оказывает влияние на пенообразуюшую способность ПАВ. Предложены новые технологические схемы и устройства для получения и использования пен в процессах заканчивать скважин.

в работе вводится новое понятие о гидродинамическом несовершенстве скважин, когда его составляющими являются несовершенство по степени. характеру и нетоду вскрытия, предложены методы количественной опенки несовершенства скважин, на основе анализа большого объема промыслового натериала показано, что Фильтрационные характеристики пласта, в частности, его гидропроводность, изменяются при изненении режима работы скважины. Уточнением понятия о призабойной зоне пласта, расширен перечень вопросов, которые необходимо учитывать при ее исследовании.

Работа содержит предложения по совершенствованию организации труда. Большинство из них включены в "Стандарты предприятия" Производственного объединения Белоруснефть. разработанные автором или при его непосредственном участии.

Проводя исследовательские работы, автор пользовался комплексным подходон к решению проблей: внесте с рассмотрением теоретических и аналитических вопросов предлагались пути практического приложения результатов исследований.

Пронысловые экспериментальные работы и апробация разработок проведены на объектах Речиикого управления разведочного бурения. Светло-

горского управления буровых работ, Нефтегазодобывающего управления "Речиианефть", Танпонажой конторы ПО "БелоруснеФть".

Автору оказывали поношь в работе технологи, руководящие работники перечисленных организаций и аппарата производственного объединения БелоруснеФть, а также научные сотрудники института УкрГИПРОНЯИнеФть БелНИПИнеФть.

в своей работе автор использовал огромный потенциал научных работников бывш. ВНИйКрнеФти, участвуя в проводимых ини совещаниях, се минарах. получая необходимые консультации.

Автор пользуется случаем, чтобы выразить всем им глубокую признательность и поблагодарить за оказанную поношь.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблема. Ежегодно в мире сооружают десятки тысяч нефтяных, газовых и другого назначения скважин. Большинство Из них предназначены для добычи нефти и газа и связанных с ними процессов поддержания пластового давления. Многие скважины призваны открывать новые или доразведывать открытые подзенные кладовые.

Каждая скважина - сложное гидротехническое сооружение, специфическими особенностями которого являются ограниченные возможности наблюдения и регулирования рабочих процессов в связи с расположением объектов эксплуатации на значительном расстоянии от поверхности зенли и малых диаметров сооружения. Эти особенности проявляют себя как на стадии эксплуатации, так и на стадии строительства скважин.

в последние двадцать лет в объект самостоятельного изучения начали выделять этап строительства скважины, названный заканчиванием скважин. Однако, до сих пор еше не принята обшая точка зрения на объем работ, включаеный в этот этап, и потону не разработаны комплексные технологии заканчивания скважин.

Проблема разработки комплексной технологии заканчивания скважин сложна потому, что здесь необходимо объединить сильно различающиеся технологические процессы: углубление, крепление ' и испытание скважины, которые сами по себе требуют постоянного совершенствования и выполняются специалистами различных направлений.

При углублении скважины осуществляется первичное вскрытие пласта. В зависимости от нногих Факторов в процессы первичного вскрытия, ногут быть заложены условия для успешного или затрудненного вызова притока из пласта, получения ожидаемого результата.

Крепление скважины - это и разобщение пластов (создание непроницаемых перемычек), и способность крепи сохранять целостность обсадных колонн во вренени и при изменении геотехнических условий, и обеспечение пропускной способности труб при добыче нефти и газа.

Испытание скважины - это процесс вторичного вскрытия пласта перфорацией. вызов, интенсификация и исследование притока. Только проведя гидродинамические исследования работающей скважины ножно оценить результата работ по строительству скважины и уровень достижения, поставленной перед скважиной задачи.

итак, заканчивание скважин - конплекс взаимосвязанных работ, от грамотного проведения которых на каждом этапе, зависит успешность ко-

и

нечнык результатов строительства скважин.

Вопросы заканчивания скважин остаются актуальными как для скважин. вскрывших высоконапорные пласты, так и для скважин, пробуреннны? на истощенных месторождениях, они актуальны для нефтяных, нагнетатель ных и газовых скважин, ибо при изменении назначения скважины должны изменяться требования к сооружаемой скважине.

Об актуальности проблемы свидетельствует и то, что вопросы закан чивания скважин являются постоянными спутниками всех совещаний по строительству скважин и их эксплуатации.

дйедь работы.^создать комплексную технологию заканчивания скважин и на основе совершенствования технологических процессов, входящих в комплекс заканчивания. повысить эффективность работ, снизить их продолжительность и проводить оценку качества строительства скважив.

Основные задачи работы:

1. Оценка влияния вскрытия продуктивного пласта на показатели гидродинамического несовершенства скважин и уточнение нетодов их определения.

г. Исследование налоизученных явлений, оказывающих влияние на проведение технологических процессов по цементированию скважин, и, в частности, выявление особенностей гидромеханики вертикальных потоков в сравнении с горизонтальными. Оценка величины гидродинамического и гидростатических давлений на забой при проведении различных технологических операций, связанных с закачкой жидкости в пласт или циркуляцией ее по вертикальным трубам.

3. Совершенствование способов вызова и интенсификации притока из пласта, развитие нетодов определения его характеристик по гидродинамит ческин исследованиям.

4. Разработка технологий и технических средств для повышения уровня и эффективности различных процессов, осуществляемых при заканчивали скважин.

Задачи работы^ решаются путем изучения состояния работ на каждой этапе, оценкой влияния их результатов на последующие, поиска возможности устранить отрицательные Факторы и усилить действие позитивных. Для этого проведены аналитические , лабораторные и промысловые исследования, позволившие внести коррективы в некоторые понятия, уточнить расчетные зависимости, разработать новые т