автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Повышение устойчивости крепи скважин в сложных геокриологических условиях

МИНИСТЕРСТВО ПАУКИ, ЙШ5Й 1УК0ЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. ЛЕНИНС1ЮГО коьшюлл

На правах рукописи УЭД 622. гк 002

КУЗНЕЦОВ ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КРЕПИ СКВАЖИН В СЛОЖНЫХ ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКИХ" УСЛОВИЯХ

Специальность 05. 15. 10 - Бурение скважин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Ткмень 1992

.Работа выполнена на кафедре бурения нефтяных и газовых скважин Тюменского индустриального института им. Ленинского комсомола.

Научный руководитель - кандидат техничешшх наук, доцент В. П. Овчинников

Официальные оппоненты - доктор технических наук, член-корреспондент ША Р. И. Ыедведский кандидат технических наук, старший научный сотрудник А. А. Клкхзои

Ведущее предприятие - СнбШШШ

Защита состоится 26 июня 1992 г. в 11 часов на еаседа-нии Специализированного Совета при Тюменском индустриальном институте по адресу: 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "56 " ....-/У/3.?.... 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного

Совета, к. т. н. , доцент 11 Овчинников

крйо

Актуальность проблемы. Наличие в геологическом разрезе

) вдтозоны обусловливает возникновение ряда специфических осложнений, значительно усложнянщих сооружение и эксплуатацию скважин.

Одним из наиболее распространенных и тяжелых по последствиям осложнений является смятие труб обсадных колонн давлением, возникающим при замерзании водосодеркащей среды в ваколон-ном и межколонных пространствах скважин. Только на территории Западной Сибири уже зарегистрировано 36 скважин, в которых произошло смятие обсадных колонн, причем 20 из них пришлось ликвидировать. Общий ущерб составил более 25 млн. рублей. Это свидетельствует о том, что проблема повышения устойчивости крепи скважин остается весьма актуальной.

Цель работы. Разработка тохнико-технологических мероприятий для повышения устойчивости крепи скважин в сложных геокриологических условиях.

Основные задачи исследований.

1. Обобщение имеющихся представлений об условиях возникновения и величинах давления обратного промерзания способах предотвращения смятия обсадных колонн в интервале залегания мерзлых горных пород.

2. Исследование влияния' различных факторов на величину давления обратного промерзания. Обоснование методики его определения.

3.Уточнение методики расчета прочности крепи скважин на смятие.

4. Разработка мероприятий по повышению устойчивости креии скважин в криолитоэоне.

5. Разработка, внедрение руководящих документов и оценка их

- 4 -

технико-экономической эффективности.

Методы исследований. При решении рассматриваемых задач были использованы методы наблюдений и анализа теоретических, экспериментальных исследований с применением теории строительной механики, термодинамики, математического планирования эксперимента, математической статистики.

Научная новизна. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что промерзающая каверна представляет собой замкнутую систему саморегуляции с отрицательной обратной связью.

Обоснована методика определения возможных значений давления обратного промерзания.

Уточнены требования к свойствам тампонсшюго раствора и камня для условий крепления скважин в криолитоэоне.

Разработана методика оптимизации конструкции крепи скважин, в интервале залегания мерзлых горных пород.

Основные ващишземие положения.

1. Стенд для исследования давления на обсадные трубы, возникающего при обратном промерзании заколонного ростраиства скважин.

2. Штодика оценки величины давления обратного промерзания.

3. Цевгипсовие тампонажные материалы (Ц11УВ нормальной и пониженной плотности).

4. Результаты исследований фьзико-механических свойств тампонажного камня, твердеющего в условиях отрицательных температур.

б. кЬтодика оптимизации конструкции крепи скважин в крио-лнтозоне.

Практическая ценность. Разработаны при участии автора технические средства, позволяйте измерять с повышенной точностью

- с -

давление и температуру в заколонном пространстве еквагсш.

Разработаны мероприятия но- повышению устойчивости крепи скважш в интервале залегания мерзлых горних пород.

Разработаны при участии автора руководящие документы, позволяющие регламентировать крепление сквадии в криолитоэоне.

Реализация результатов работы в промышленности. Исследования по теме диссертации, выполненные в рамах отраслевых программ "Геолог" ("Ускорение научно-технического прогресса в строительстве поисковых стадии на нефть и гаэ в Западной Сибири") и "Шельф" ("Разработать и внедрить прогрессивную технологию и технические средства добычи нефти и газа на континентальном шельфе о различными природно-климатическими условиями"), используются в концернах "Тюменьгеология", "Газпром" и ПО "Арктикморнефтегазразведка"при обосновании крепи сквалпн в районах Крайнего Севера.

Освоено изготовление безгипсовых тампонажных материалов на Стерлитамакском цементном заводе -ГО "Сода". Выпущено в виде опытно--проммпленннх партий 680 тонн цемента, которые внедрены в ПО "Арктики^рнефтегаэраавецка" и ПГО "Енисейие^ггегаэгеология

Основные положения и рекомендации диссертационной работы использованы при составлении следующих руководящих документов: ТУ "Цемент, низкотемпературный, седиментационно-уотойчивый, безусадочный" (г. Стерлитамак, 1990 г.); СТП-1-39-91 "Материал тампонажный, низкотемпературный, безусадочный" (г. Мурманск, 1991 г.); СТП-2-39-91 "Изготовление и применение облегченных цементно-цеолчтовых тампонажных растворов с повышенной седн-ментационной устойчивостью (г. Мурманск, 1991 г.); Инструкция "Материал тампонажный низкотемпературный, седиментациошю-устойчивый, безусадочный (ЦПУБ)" (г.Красноярск, 1990 г.); "Реко-

мендации по совершенствованию.качества крепления обсадных колонн скважин Ю "Лрктикморнефтегааравведка'Ч г. Мурманск. 1991 г.).

Экономический аффект от внедрения разработанных рекомендация по повышению устойчивости крепи скважин в сложных геокриологических условиях ва период с 1980-1991 гг. составил 74,00 тыо. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на: Второй зональной научно-технической конференции "Нефть и газ ¡Западной Сибири" (г.Тюмень, 1983 г.); Всесоюзной' конференции "Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки" (г.Тюмень, 1905 г.); областной' научно-практической конференции "Совершенствование строительства глубоких разведочных скважин на новом атапе развития Западно-Сибирского нефгегазового комплекса" (г.Тюмень, 198г,' г.); областной научно-технической конференции "Совершенствование методов поиска равведки и разработки нефтяных и газовых месторождений" (г.Пермь, 1989 г.); научно-практической конференции "Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР" (г.Мурманск, 1989 г.); краевой научно-практической конференции "Повышение эффективности и качества проводки глубоких-разведочных скважин в аномальных геологических условиях" (г.Красноярск, 1909 г.); областной научно-технической конференции "Проблемы научно-практического прогресса в строительстве глубоких скважин в Западной СиОири'Чг. Тюмень, ШЮг.); заседании технического совета ПО "Арктикморнефтегазразеедка" (г. Мурманск, 1991 г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах.

Объем и струстура работы. Диссертационная работа состоит из вселения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка основной использованной литературы и 7 прилогкний. Работа содержит 155 страниц машинописного текста, включает 2G таблиц, 19 рисунков, список использованной литературы иа 90 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и определены основные задачи исследований для решения постпвленой проблемы.

В первой главе проанализировано современное состояние качества крепления скважин в основных нефтегазодобывающих районах Крайнего Севера нашей страны.

Мерзлые горные породы занимают почти 47% всей территории нашей страны. В шельфе морей полярного бассейна наблюдается субмаринная мерзлота.

Особое внимание к изучению геокриологических условий За-иадно-Сибирской низменности привлекло открытие на севере этого региона крупных газовых и газокоиденсатных местороддений. В пределах Западной Сибири южная граница распшстранения мерзлых горных пород наблюдается на широте 50...59°. Основные закономерности их распространения приведены в работах В, В. Баулина P. И. Дублкопа, Г. Б. Острого, R Т. Трофимова и других исследонаге лей.

Научными трудами В. И. Нелепа, Э. А. Бондарева, А. Т. Горского, Г. С. Грязнова, А. Я. Липовецкого, А. В. Карамзина, ?. И. Медведе кого, К С. Мельцера, А. А. Рязанова, С. В. Стригоцкого, IL Е. Шербича,

- в -

М. Клегга, 11 Гудмэна и других исследователей внесен существенный вклад в решение вопросов технологии строительства скважин в районах Крайнего Севера

Разработке специальных тампонажных материалов посвящены работы Ф. А. Агзагава, Л. И. Булатова, Е 0. Данюшевского, II X. Каримова, А. А. Клюсова, Т. К Кузнецовой, Ю. С. Кузнецова, М. Р. Мавлото-ва, Д. Ф. Новохатского, К П. Овчинникова, Ш. М. Рахимбаева и др.

Однако, несмотря на большой опыт строительства скважин, проблема создания устойчивой крени скважин в криолитоаоие остается наиболее острой.

Анализ промыслоьых данных показал, что смятия труб обсадных колонн произошли в скважинах, расположенных в центральной и северных зонах распространения мерзлых горных пород (температура ниже минус 2*0 ), в период их длительного простоя. Места смятий находятся на глубине от 2,6 м (ст. 643 Уренгойского месторождения ) до 234 м (скв. 103 Гццанского месторождении ).

В большинстве случаев отмечено смятие толысо эксплуатационной колонны (61,1%), реже смятыми оказывались все обсадные колонны (22,3%), а промежуточные совместно с эксплуатационными -16,6%. Отмечено, что смятия обсадных колонн происходит чаще в интервале отсутствия цемента за ними. При этом установлено, что в случае смятия труб внешней колонны • сминаются и более прочные трубы последующих обсадных колонн (скв. 7? и 131 Бона-ненковского, скв. 103 и 105 Гыданской и других месторождений и площадей ), независимо от качества их цементирования.

Известно, что причиной смятия обсадных колонн в криолито-ооне является высокое давление, возникающее при обратном иро-дорзашш заколонного пространства скважин.

Анализ современного уровня технологии крепления скважин

Крайнего Севера погашал, что существует опасность возпикнове

ния этого давления как в ваколонном, так и в мелколонных пространствах скважин. В этой.связи обобщены сущестующие представления об условиях возникновения и величинах давления обратного промерзания.

Проведен анализ известных мероприятий по предотвраще -нию смятия обсадных колонн в криолитозоне. Показано, что они, недостаточно надежны и требуют значительных материальных затрат.

Ро второй главе предложена рабочая гипотеза,разработаны технические средства для исследования давления обратного промерзания в реальных условиях, описаны методики проведения исследований.

Уточнена методика расчета крени скважин на смятие. В отличие от методики В1ШИ15Т для расчета максимальных радиальных перемещений кольца обсадной трубы попользовано дифференциальное уравнение упругой линии с кривой осью. Это позволило учесть, что обсадные трубы, являющиеся тонкостенными оболочками с некоторой начальной овальность», при любых избыточных наружных давлениях подвергаются одновременно сжатию и изгибу - в результате снижется их несущая способность. Для определения деформация цементного кольца использовано уравнение Ллмо. Из условия совместности деформаций обсадных труб и цементного кольца получены формулы для определения сминающего давления крепи скважин:

Р

Б пб пСШп-2ад2-Бп-1 Ец (1-Д1с)

д

щЫ 1-Д)Б.и-|е и-1 Шг^Т-ъ и)

ЕсО-М)В3п-. К ] . (я

где К=(Бп-25п)71)агг-1 ;

р - критическое давление на внешней поверхности труб

[¡_ -й обсадной колонны;

р^- критическое давление на внешней поверхности цементной оболочки аа Ц -й обсадной колонной;

3) и сГ - соответственно нарушил диаметр и толщина стенки обсадных тр^б;

Ец и- модуль упругости и коэффициент Пуассона тампонаж-лого камня за К -й обсадной колонной; - порядковый номер обсадной колонны (для внутренней колонны и» I ).

Выполненные расчеты показали, что величины сминающих дай лений для различной крепи скважин, определенные по мстдике £!ШИВТ, превышают расчитанных по предложенным формулам на 16,7-25,65 7..

Кспольауя формулы (1) и (2), определена степень влияния различных факторов на прочность крепи скважин, широко применяемых в районах Крайнего Севера. Ка основании априорного анализа в крчеотве основных факторов были приняты толщина стенок обсадных труб и модуль упругости тамнонажлого камня. Лна.пнп полученных математичес1шх моделей показал, что упрочнение груб внутренней обсадной колонны возрастает с уменьшением толщины их стенки, увеличения ее у труб последующих колонн крепи сква-

яш и повышения модуля упругости тампснаиюго камня о а ними. Наибольпее влияние на упрочнение крепи оказывает толщина стенки труб внутренней обсадной колонны, наименьшее - модуль упругости цемента за ней. В результате рекомендуется для повыссния сопротивляемости крепи скважин применять тампонажный камень о более высокими физико-механическими свойствами.

Установлено, что массив мерзлых торных пород имеет аномально высокое давление гидроразрыва, обусловленное наличием норового льда. При этом показано, что ледяная оболочка, образующаяся на стенке каверны в прцессе обратного промерзания, еще более снижает вероятность гидроразрыва.

Для исследования влияния различных факторов на величину давления обратного промерзания совместно с ЕЕ Овчинниковым н В К Смысловым была разработана лабораторная установка (положительное решение по заявке И 4УЬ7501 от 19.04.91 ). Ее отличие от аналогов состоит п том, что она позволяет исследовать механизм передачи давления обратного промерзания черев тампонажный камень на обсадные трубы.

Для исследования давления в заколонном пространстве скважин были оазработаны и сконструированы технические устройства (датчики давления и температуры, прибор для измерения изменения сопротивлений датчиков' ЛИС-1-3-1 ).

В качестве основы датчика температуры использованы полупроводниковые медно-марганцевые термосопротивления типа МГ- А с номлнальннм сопротивлением 5,6 кОм, отградуированные п институте мерзлотоведения СО АН СССР с точностью до 0,01С.

Датчик давления конструктивно представляет собой тензомет рический преобразователь тина ПДМТ, герметизированный и завд ценный от механических повреждений.

В качестве вторичной аппаратуры использованы цифровой прибор Щ- 4313 и прибор ИИО-13-1, разработанный совместно с В. 11 Калашниковым, использование которого позволяет исключить влияние длинной проводной линии связии на точность измерений.

Результаты тарирования датчиков давления свидетельствуют, что погрешность измерений не превышает 2,1%.

В третьей главе проведены теоретические и зсперименталыше исследования по оценке давления на обсадные трубы, возникающего при обратном промерзании заколоиного пространства скважин. Исследованы физико- механические свойства тампонаашого камня различных цементов, твердеющего в условиях отрицательных температур.

•Совместно с Г, С. Грязнопым теоретически обосновано и вкспе-риыентольно определено, что релаксация льда, упругие свойства мерзлых горних пород, начальной гидростатическое давление в каверне не оглаывают существенного влияния на величину давления обратного промерзания. В результате предложена модель роста давления в ааколонном пространстве скважин при обратном промерзании. При этом показано, что каверна, заполненная водо-содертащой жидкостью, представляет собой эамшутую систему саморегуляции с обратной отрицательной связью.

На основе проведенных автором экспериментов рекомендуется для оценки давлеия обратного промерзания использовать эмпирн-чешсии зависимости, которые с поправкой на геокриологические условия р..да месторождений Крайнего Севера выражаются в виде:

где t ъ - температура мерзлых горных пород.

Дли проверки достоверности полученных результатов' прове-

•

ден промысловый эксперимент в скв. 101 Харасавэйского месторождения. Датчик температуры и два датчигл давления были установлены на внекней поверхности кондуктора и смущены.в скважину на глубину 36,7 м - ¡i верхнюю часть каверны,. образовавшуюся при бурении мерзлого массива. Кондуктор и промежуточная колонна в интервале залегания мерзлых горних пород были составлены из обсадных труб о толщиной стенки соответственно 0,0005 и 0,010 м группы прочности "Е". Для цементирования обеих обоадныч ко-' лонн использован тампонажный портландцемент с добавкой G % хлорида кальция. Но данным АКЦ цемент за промежуточной колонной был поднят до устья, а за кондуктором его недоподъем составил 71 м.

После завершения геофизических исследований внутренняя обсадная колонна била заполнена глинистым раствором плотностью 1210 кг/куо. м и покрыта заглушкой. D связи с суровыми клима тическими условиями и отсутствием электроснабжения измерении проводились периодически (табл. 1).

Расхождение полученных значений о результатами вычислений по формуле (3) незначительно - не превышает 11.6 Z .

Таким образом, результаты проведенного промыслового -эксперимента Хорога согласуются о выводами выполн&шшх нами теоретических и лабораторных «следований.

В работе показано, что значительная часть смятий обсадных колонн в криолитозоне является следствием применения тампонад ■ ных цементов недостаточно соответствующих температурным уело ииям. Проведенный анализ показал, что применение обычных там-ноналных портландцеменгов, даже модифицированных добавками, не

Таблица 1

Результаты измерения давления и температуры в воколонпом пространстве скважины N 101 Хпрасавзйского месторождения -1-

| Дата

Цизмерения

I

I-

[ 28.09.07 I 15.0-1.08 | 23.07.00

I_

Давление, МПа

Р1

I Р2 I Р

+

1

в

ч

0,42 | О,52 | 0,47 | 14,62 | - | 14,02 I 39,33 | 39,73 | 39,53 ||

_I_I_В

достаточно повышает качество крепление скважин. А специальные цементы имеют существенные недостатки такие как : низкая водостойкость гипсосодерхащего цемента (ЦТ11); большое тепловыделение цементов на апюминатной основе; отсутствие отработанной технологии изготовления алинитового цемента и др. Для обеспечения качественного крепления скважин в криолитозоне требуются цементы быстротвердеющне, седиментационно-устойчивые, безусадочные, способные формировать достаточно прочный, малопроницаемый камень.

Совместно с В. И Овчинниковым и В. И. Урманчеевым разработан тампонажный материал низкотемпературный седиментационно-уотой-чивый, безусадочный (Ц11УБ), состоящий из клинкера тампошштго портландцемента, твердого остатка срдового производства (в соотношении 9:1) и добавки интенсификатора помола ЛСТМ-2 в количестве 0,1В 7. от веса сухой смеси. Для приготовления тампонаж-ного раствора вводится комплексная добавка химреагентов -

- 1Б -

пластификатора Ш'Ф (0,07 - 0,13 X) и электролита ЫагСОъ ) в количестве 3,0 •■ С,0 %. При этом водотвердое отношение составляет 0,37 - О, БО.

Исследованиями установлено, что суммарная пористость образцов ЦИУБ, твердеющих при температуре минус Б 0, в 1,7 - 1,9 раза меньше, по сравнению с образцами из портландцемента, а коэффициент теплопроводности в 1,4 - 1,С раза ниже при практически одинаковых величинах тепловыделения. Твердение раствора «

сопровождается объемным расширением - до 0,23 %.

Зачастую ла месторождениях Крайнего Севера ниже интервала мерзлых горных пород находятся пласты с меньшим давлением гнд-роразрыва. Для цементировании обсадных колонн, перекрывающих эти пласты, требуются облегченные тамиона;кные цементы, способные нормально твердеть в условиях отрицательных температур.

В этой связи совместно о В. 11 Овчинниковым, Е М. Шенбергером и В. К. Столовым разработан на основе ЦНУБ тампоналный матерная пониженной плотности, имеющий повышенную седимеитационпую устойчивость. В качестве облегчающей добавки вводится 10 - £0 % цеолита. При этом достигается получение тампопанлых роастворов плотностью до 1Б20 - 1600 кг/куб. м о водотвердым отношением О. 6 - 1.0. Для ускорения сроков схватывания в условиях отрицательных температур вводится М*дС03 в количестве л - б X.

Результаты экспериментальных исследований показали, что при вводе цеолита до 10 % коэффициент водоотделения не превышает 0. Б2 У., а при добавке £0 % - не более 0,07 X. При этом предел прочности образцов тпмпонажного камня при изгибе составляет соответственно 1,42 и 1,35 МПа.

Изучен процесс передачи давления обратного промерзания через ташонажный камень на обсадные трубы. Образцы камня иэго

товлялись ио Щ!УБ и тампопалашх материалов, широко применяемых на прагаико при демонтировании оосадных колонн в криолитозоне, - портландцемента типа ИГН (В/Т-О, Б); тампонажного портландцемента с добавкой Б и 10 X хлорида кальция (В/Т-О, ь;; вермику-лито-цементного тампонажного состава (92 % портландцемента, 8 X вермикулита, 8 X хлорида кальция, В/Т-О,8); Показано, что при обратном промерзании ваколонного пространства скважин на обсадные трубы внешней -колонны действует радиальная нагрузка, обусловленная как деформацией тампонажного камня, так и жидкостью фильтрующейся через него. •

Установлено, что давление, создаваемое при замерзании жидкости в 1ивсрис, практически полностью передается па обсад-пио трубы. Лучшие по1изатсли имеет тампопажиий напень, сформированный из ЦШ'Б. При этом отмечается, что передача давления осуществляется в основном (67,3 X) ва счет его упругой деформации.

Для сравнительной оценки физико-механических свойств камня, сформированного из ЦПУБ и тамлонажных материалов широко применяемых для цементирования скважин в районах Крайнего Севера, проведены исследования изменения с течением времени при температуре минус 2 С его прчности и модуля упругости.

Рецептуры тампонажных растворов были следующими: тампонаж-ный портландцемент с добавкой Б X хлорида кальция (В/Т-О, 5); ЦТН ( В/Т-О,Б ); 1111УЕ нормальной и пониженной плотности; там-понажцый портландцемент с добавкой 8 7. хлорида кальция и 0 % вермикулита.(В/Т-О,0); портландцемент с добавкой бентонитового глинопорошка в количестве. 14 и 22 7,, 5 X хлорида калышя (В/Т-О,9).

Испытания образцов-Салочек проводились в течение трех меся-

цев. Показано, что образцы тампонажного шла, сформированные из безгипсовых тампонагашх материалов Ц11УБ нормальной и пониженной плотности, имеют более высокую прочность л модуль упругости по сравнению с аналогами.

Известно, что тампонажный камень за обсадными колоннами в интервале залегания мерзлых горных пород может подвергаться замораживанию с псоледукщш растеплением. Замерзание жидкости затворения сопровождается об'ьемным расширением, что приводит к возникновению кристаллизационного давления и деформации структуры тампонажного камня. Многократное попеременное замораживание и растепление может привести к разрушению тампонажного камня.

В зтой связи по методике ВШИГпза оценена морозостойкость тампонажного камня. В результате определено, что камень, сформированный из ЦИУБ нормальной и пониженной плотности, ЦТН, портландцемента с добавкой Б 2хлорида кальция, вермикулитоце-ментного тампонажного раствооа является морозостойким.

В четвертой главе разработаны мероприятия по повышению устойчивости крепи скважин.

На основании априорного анализа и проведенных экспериментальных исследований уточнены и дополнены требования к свойствам тампонажного раствора и камня для условий крепления обсадных колонн в криолитозоне (таблица 2).

Рекомендовано в целях повышения устойчивости крепи скважин в криолитозоне применять при цементировании обсадных галонн безгипсовые тампонажные цементы с пониженным водосодержанием (ЦПУБ нормальной и пониженной плотности), способные нормально схватываться и твердеть н широком диапазоне низких положлтель ных и отрицательных температур, имеквде более высокие фиви-

Таблица 2

Требования к свойствам тампонажного раствора (камня) для крепления скважин в криолитоэоне

Наименование Ед. измерения Нормируемый показатель

показателей цемент нормальной плотности цемент облегченный

Коэффициент водоотделе-

Ш1Я при температуре 0' С,

не более % 2.0 2.0

Растекаемость при тем- м 0.18-0,22 0,18-0,24

пературе 0' С

Сроки схватывания при

температуре -5 - +5* с

начало не ранее ч-мин 1-30 2-00

конец ни позднее Ч-МИ11 6-00 10-00

Предел прочности при

изгибе за 48 ч тоардения

при температуре -5 - 5* С

не менее ЫПа 2.7 0.7

Модуль упругости при

температуре -5 - +5" С ЫПа 1000 1000

Усадка после трех суток

твердения при температу-

ре -5 - +5" , не более "с 0 0

Морозостойкость Сохранение прочности

ко-механический показатели.

IIa. основании комплекса проведенных исследований, разработана методика оптимизации конструкции крепи скважин в криоли • тозоне,- составлена программа на языке "Турбо-Рейсчк" длл работы на персональных компьютерах.

Для внедрения разработанных рекомендаций по повышению устойчивости крепи скважин в криолитозоне осуществлен выпуск на Стерлитамакоком ПО "Сода" трех опытно-промышленных партий без-гинеоного тампотшюго материала (1ЩУБ) нормальной плотности суммарной массой Р1!0 тонн и одной партии - пониженной плотности н количестве 60 тонн.

Рекомендации были вне дремы в ПО "Арктикморнефгегазранпед-ка", ИГО "Енисейнефгегазгеология", 1Ю " Сургутнефтегаз". Б результате ъ криолитозоне доля интервалов с категорией сцепления цементного глмня с обсадной колонной "хорошее" в среднем возросла до 5G... 00 % но сравнению с 10. ..16 % в скважинах, зацементированных обычным портландцементом. Смятий обсадных колонн не зарегистрировано.

0С1ЮВ1ПЛЗ ШЮДН И РЕКОМЕНДАЦИЙ

1. Показано, что смятие обсадных труб в криолитозоне явля ется следствием замерзания водосодержащей среды в оако.понннх пространствах скважин, наличие которой обусловлено несоответствием применяемых тамнонажннх материалов температурным условиям, а также невитеенением ее из каверн в процессе цементирова ши.

2. Установлено, что массив мерзлых горных пород имеет аномально высокое давления гидроразрыва, обусловленное наличием

норового льда, а ледяная оболочка, образующаяся на стенке каверны, еще более снижает вероятность гидрораарыва.

3. Теоретически обосновано и экспериментально определено, что начальное гидростатическое давление в каверне, релаксация льда, упругие свойства мерзлых горных пород не оказывают1 су щественного влияния на величину давления обратного промерзания. Обоснована методика определения его величины, которая подтверждена промысловым экспериментом на скв. 101 Харасавэйе-кого месторождения.

4. Уточнена методика расчета прочности крепи скважин на смятие. Аналитически показамо, что упрочнение труб эксплуатационных обсадных колонн возрастает с уменьшением их толщины стенки, увеличением ее у труб последующих колони крепи скважин и повышением модуля упругости тампонажного камня за ними.

Б. В целях повышения устойчивости крепи скважин в криоли-' газоне рекомендуется применять седиментационио-устойчивые (коэффициент водоотделения не более 2 быстросхватывающиеся, безусадочные, с пониженным ьодосодержанием тамнонажние растворы, образующие морозостойкий, прочный (соответствующий ГОСТу 1Б81-85) камень с модулем Юнга не менее 1-Ю5 МЛа.

6. Дня цементирования обсадных колонн в криолитозоно рекомендованы растворы с пониженным водосодеркапнем на основе безгипсового тампонажного материала Щ1УБ (цемент иизкотемнера турный, седиментациснно-устойчивый, безусадочный). При приготовления тамнонажного раствора нормальной плотности вводится добавка 1ГТФ (0,07-0,13 У.) и (3,0-5 %), водотвердое отношение 0,37-0,5, а облегченного тамнонажного раствора - добавка цеолита (10-20 7.) и М»гС05 ('1С 7-.), водотвердое отношение 0,0 1,0.

7. По результатам теоретических и экспериментальных ш-сле

дований составлены и внедрены в производство руководящие документы, экономический эффект от внедрения которых за период с 1989 по 1991 гг. составил 74,80 тыс. рублей.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Грязпов Г. С. , Кузнецов В. Г. Влияние релаксации льда на смятие обсадных труб // Нефтяное хозяйство.-1984. - N 12.-0.24.

2. Кузнецов ЕР., Грязнов Г.0. О радиальных давлениях, возникающих при замерзании жидкости в скважине // Нефтяное хозяйство. - 1985.- N а - 0.11-13.

3. Ррязнов Р. 0., Кузнецов а Г. Результаты экспериментальных исследований влияния различных факторов на величину давления повторного промерзания // Нефть и газ Западной Сибири: Тез. дош1. Всесоюзной научи, техн. конф. - Тюмень, 1985. 0.107.

4. Кузнецов а Г. Прогпо8чровпние величин давления при замерзании глинистого раствора в скважине // Повышение эффегаив-ности проходки разведочных скважин в Тюменской области: Тр. ин-та / ЗапСибНЯПШ. 1986.- С. 143-145.

5. Грязнов Г. С., Кузнецов В. Г., Молотков !й А. Гидрорадрив ■ ыноголетнемерзлых горных пород // Нефтяное хозяйство. -М 6.-О. 13-14.

6. Грязнов Г. С., Кузнецов Е Г. Влияние упругих свойств многолетних пород на давление замерзающейг жидкости в скважине //Нефтяное хозяйство.-1986. - N 12. - С. 75.

7. Кузнецов Е Р., Ррязнов Г. С. О прочностных свойствах крепи скважин //Нефть и газ Заиадгой Сибири: Тез. до|щ. обл. научн. техи. 1Сонф. - Тюмень, 1989. С. 64. .

8. Кузнецов Е I'. К вопросу смятия обсадных колонн в интервале залегания мерзлых горных пород //Нефть и газ Западной

Сибири: Теэ. докл. 2-ой Всесоюзной научн. техн. конф. - Тюмень,

1989. С. 159.

9. Смыслов В 1С , Кузнецов В. Г., Овчинников В П. Экспери ментальные исследования влияния обратного промерзания на цементный камень и обсадную колонну //Комплексное освоение нефн тегазовых ресурсов континентального шельфа <$СР: Тев. докл. 2-ой научн. прага. конф. - Мурманск, 1989. С. 183, ДСП.

10. Прогнозирование устойчивости составной крепи скважин давлению обратного промерзания /Кузнецов В Г. и др. // Проблемы научно-технического прогресса.в строительстве глубоких скважин в Западной Сибири: Тез. докл. обл. научн. техн. конф. - Тюмень,

1990. С. 36.

11. Грнэнов Г. С., Кузнецов В Г., Чебышев Г. В Промысловые исследования радиальных давлений на обсадные трубы, перекрывающие многолетнемерзлый массив //Нефтяное хозяйство. • 1991.-N 7. С. 12.

12. Тампонажный материал низкотемпературный седиментацион-но-устойчивый, безусадочный (ЦНУБ) /Овчинников В П., Урманчеев В И., Смыслов ВН., Кузнецов В Г.: Информ. лист, о научно-техническом достижении N 91-11.-Тюмень, ЦНТИ. 1991.

Соискатель: й г- Кузнецов