автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка седиментационно-устойчивого безусадочного тампонажного раствора на основе портландцемента и технологии его применения при креплении наклонных скважин с аномальными пластовыми давлениями

ВВЕДЕНИЕ .L

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИОЗЛЕДОВАИШ.

1.1. Анализ качества крепления наклонных сквакин.

1.2. Особенности цементирования наклонных сквакин

1.2.1. Седаментационные процессы и объемные изменения в тампонажном растворе.

1.2.2. Цементирование скважин в аномальных пластовых условиях.

1.2.3. Центрирование обсадных колонн

1.3. Постановка задач исследований

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИИ ПОЛУЧЕНИЯ СЕДОДШ-ТАЦИОННО-УСГ0ЙЧИВ01Ю БЕЗУСАДОЧНОГО ТШЮШНОГО

РАСТВОРА И ВЫБОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИИ.

2.1. Рабочая гипотеза.

2.2. Методы проведения исследований тампонакного раствора и цементного камня *.

2.2.1. Исследование седиментационной устойчивости

2.2.2. Определение изолирующей способности

2.2.3. Изучение объемных изменений

2.3. Выбор метода планирования эксперимента и определение точности проводимых исследований.

Выводы по главе

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТШ0НАЖН0Г0 РАСГВСРА НА ОСНОВЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА С КОМПЛЕКСНОЙ ДОБАВКОЙ ДЛЯ

ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ НАКЛОННЫХ СКВАЖИН

3.1. Разработка состава комплексной добавки .58.

3.1.1. Определение содержания карбоната кальция.

3.1.2. Обоснование типа ПАВ и электролита

3.2. Исследование влияния комплексной добавки на свойства тампонажного раствора .♦.

3.2.1. садьтрационные и реологические свойства тампонажного раствора

3.2.2. Физико-механические свойства цементного камня

3.2.3. Оптимальный состав тампонажного раствора для цементирования наклонных скважин

Выводы по главе 3.

4. РАЗРАБОТКА ТЕШШОШИ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН В СЛОЖНЫХ Г0РН0-ГЮЛ0ШЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ. 103.

4.1. Технология цементирования скважин в условиях АНИД . 103 4.1 Л. Технология цементирования скважин с наличием высокопроницаемых отложений

4.1.2. Технология цементирования сквакин с неизолированными зонами низких давлений.

4.2. Технология цементирования скважин в условиях АВПД

4.3. Совершенствование центрирования обсадных колонн в наклонном стволе скважины.

Выводы по главе

5. ПР0ШШ1ЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ РАЗРАБОТАННОГО ТАШОНАЖНОГО РАСТВОРА

5.1. Промысловые испытания (ЦМР при креплении наклонных скважин

5.2. Промысловые испытания технологии крепления сквакин в высоко-проницаемых отложениях.

5.3. Расчет ожидаемой экономической эффективности.

5.3.1. Расчет экономической эффективности от экономии портландцемента. 137.

5.3.2. Расчет экономической эффективности за счет повышения качества разобщения пластов.

Решение задач по увеличению добычи нефти и газа, поставленных ХШ съездом КПСС,в значительной степени определяется качеством крепления скважин. Особо остро эти вопросы ставятся при освоении шельфа морей и океанов,что обусловлено повышенными требованиями к охране недр и окружающей среды. Освоение шельфа требует бурения значительного количества наклонных скважин, успешность строительства которых во многом определяется существующей технологией разобщения пластов и свойствами применяемых тампонажных материалов.

Анализ состояния крепления скважин показал, что при цементировании наклонных скважин не учитываются многие специфические факторы,характерные для наклонного бурения. Поэтому очевидна необходимость разраоотки технологических мероприятий с учетом особенностей цементирования наклонных скважин. Требования по охране недр и окружающей среды еще более указывают на актуальность проблемы и необходимость ее скорейшего решения.

Ствол наклонной скважины имеет значительное отклонение от вертикали, что обуславливает интенсивное протекание седимента-ционных процессов и прижатие обсадной колонны к стенкам скважины. Данные особенности характерны и для вертикальных скважин, но в случае наклонных скважин они весьма существенны.

Исследования показывают, что водоотделение тампонажного раствора из портландцемента с отклонением скважины от вертикали возрастает в 2-5 раз,а твердеющий цементный камень дает усадку более 1% [48,113]. В наклонном стволе не обеспечивается полнота вытеснения промывочной жидкости и заполнения тампонажным раствором заколонного пространства скважины,так как всегда имеет место эксцентричное расположение обсадной колонны. Используемые в настоящее время центрирующие устройства не позволяют достигнуть необходимой концентричности обсадной колонны. Например,арки пружинных центраторов под действием горизонтальной составляющей веса обсадных труб в наклонном стволе сжимаются или разрушаются, и не обеспечивают эффективное центрирование. Использование кест-ких центраторов затрудняет прохождение обсадной колонны в искривленных участках ствола скважины и во многих случаях не позволяет допустить ее до проектной глубины. Разобщение пластов также во многом определяется геологическим строение пласта и,в частности, его проницаемостью и аномалиями пластовых давлший. В указанных условиях применение традиционных приемов цементирования наклонных скважин с использованием облегченных и утяженных растворов не в полной мере отвечает все возрастающим требованиям качественного разобщения пластов и охраны окружающей среды.

Обзор литературных данных и анализ промыслового материала позволил установить,что для качественного крепления наклонных скважин одними из первоочередных задач являются:

• повышение технологических свойств тампонажного раствора на основе портланцемента и,в частности, таких показателей,как седи-ментационной устойчивости и изолирующей способности;

• совершенствование конструкций цементирующих устройств и технологии цементирования пластов высокой проницаемости и с аномальными давлениями.

Выше изложенные задачи были решшы при выполнении данной диссертационной работы,в частности:

1. Разработаны теоретические предпосылки получения тампонажного раствора на основе портландцемента высокой седиментационной устойчивости и твердеющего без усадочных деформаций;

2. Обоснованы и предложены методики и аппаратура для оценки седиментационной устойчивости,объемных измшений и изолирующей способности твердеющего тампонажного раствора.

3. Разработан и предложен для практического использования тампонажный раствор на основе портландцемента с комплексной добавкой, включающей карбонат кальция,водорастворимое поверхностно-активное вещество (ПАВ) с низким значением критической концентрации мицеллообразования (ККМ) и электролита (хлорида натрия), обладающий высокой седиментационной устойчивостью и твердеющий с образованием прочного,малопроницаемого и безусадочного цементного камня.

4. Обоснованы требования к центрирующим устройствам,на основании которых разработана конструкция центратора,обеспечивающего концентричное расположение обсадной колонны в наклонном стволе скважины.

5. Разработаны и предложены для практического использования технологические системы цшентирования при разобщении пластов высокой проницаемости и с аномальными давлениями.

Основные разработки диссертационной работы защищены семью авторскими свидетельствами. По материалам диссертации опубликовано семь статей.

Выполненные в диссертационной работе исследования основаны на фундаментальных научных трудах А.П.Агишева,М.О.Ашрафьяна,А.И. Бережного Д.И.Булатова, А. А.Гайворонско го,М.П. Гули заде, Д.Ш.,Иэвлет-ба ева, В. С. Данюш евс ког о, Т. Е. Е р ем енко, JI. Б.Измайлова ,В. И. Крылова, М. Р. Мав лютова, В. Д. Малеванс кого ,У. Д. Мамаджанова, Н. А. Мариапольско -го, А. X. Мирзаджанзад е, Д. Ф. Новохатского, Ш. М. Рахимбаева, М. К. Сеи д-Рза, Е. М. Соловьева ,Н.И .Титкова ,Н.М. Шерстнева, Р.И. Шиш енко ,Г. Н. Хан-гильдина,И.Г. Юсупова,Н.БеккераД.Бича,Н.Кларка и других отечественных и зарубежных ученых,которые внесли значительный вклад в а разработку теоретических основ и практическое решение проблемы повышения качества крепления скважин.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю - кандидату технических наук, доценту Ю.С.Кузнецову, научному консультанту - кандидату технических наук, доценту В.М.Кравцову, доктору технических наук, профессору М.Р.Мавлютову, сотрудникам СахалинНЙПИнефгегаза: кандидату технических наук В. С.Пупкову, инженеру Б.Н.Сизову, кандидату геолого-минералогических наук В.К.Горохову, сотрудникам кафедры бурения Уфимского нефтяного института, кандидатам технических наук В.П.Овчинникову и Ф.А. Агзамову за эффективную помощь при выполнении диссертационной работы.

7. Основные результаты от внесения.

Созфанение коллекторских свойств продуктивного пласта, снижение рабочих давлений при цементировании,обеспечение проектной высоты подъема тампонажного раствора и снижение п стоимости I м тампонажного раствора. Экономический эффект з за 1983г. только от снижения стоимости I м тампонажного раствора составил 7,2 тыс.руб.

8. Согласны ж с оценкой экономического технологического эффекта.

ДА а) цредприятие (да> нет) б) разработчик —^да, нет)

9. Замечание организации,где проводилось внедрение. Замечаний нет.

От Сахалин НШИн ефт ег аз

Зам.директора по науке от ПО" Сахалинбургазразведка1 Гл.инженер

Е.Г.Арешев

Н.Н.1унин

Ответственные исполнители, Ответственный представитель внедряющие разработку предприятия

В. С.Пупков

В.П .Гне

Копия верна: Юрисконсульт

А.Н.Мухорямов

Т.А.Денисова

ПРЙЛШЕШЕ 9