автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Совершенствование технологий отключения верхнего пласта и освоения возвратного объекта с сохранением его коллекторских свойств

Российская Федерация Нефтегазодобывающее управление «Аксаковнефть»

-филиал акционерной нефтяной компании «Башнефть»

Башкирский научно-исследовательский и проектный институт нефти

(Башнипинефть)-филиал акционерной нефтяной компании «Башнефть»

На правах рукописи УДК 622.276.7

Волочков Николай Семенович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКЛЮЧЕНИЯ ВЕРХНЕГО ПЛАСТА И ОСВОЕНИЯ ВОЗВРАТНОГО ОБЪЕКТА С СОХРАНЕНИЕМ ЕГО КОЛЛЕКТОРСКИХ

СВОЙСТВ.

Специальность 05.15.06 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

г.Уфа-1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКЛЮЧЕНИЯ ВЫРАБОТАННЫХ ВЕРХНИХ ПЛАСТОВ И ПЕРЕХОДА НА ДРУГИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОБЪЕКТЫ. д

1.1 Применение технических средств для отключения верхних пластов 9

1.1.1 Применение пакеров 9

1.1.2 Применение металлических пластырей 10

1.1.3 Применение колонн-летучек 11

1.2 Применение тампонирования 11

1.3 Применение жидкости для глушения и промывки скважин 13

1.3.1 Утяжеленные жидкости для глушения и промывки скважин 14

1.3.2 Жидкости для глушения и промывки скважин, содержащие ПАВ,полимеры и другие химические реагенты. 16

1.3.3 Жидкости для глушения скважин, обеспечивающие сохранность коллек-торских свойств ПЗП, и технологии их применения. 20 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 26

2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКЛЮЧЕНИЯ ВЕРХНЕГО ДЕВОНСКОГО ПЛАСТА НА САТАЕВСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ 28

2.1 Состояние разработки девонских объектов Д1 и Д1У Сатаевского месторождения. 28

2.2 Анализ результатов поисковых опытно - технологических работ по совершенствованию технологий отключения верхнего пласта (Д1) на примере Сатаевского месторождения. 32

2.3 Обоснование выбора технологии отключения верхнего пласта. 55 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 63

3 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПОИСКУ ЖИДКОСТЕЙ ГЛУШЕНИЯ СКВАЖИН ДЛЯ УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НГДУ «АКСАКОВНЕФТЬ» 65

3.1 Анализ геолого-промыслового материала по вторичному вскрытию пластов и освоению скважин. 65

3.2 Аппаратура и методика исследований процессов, происходящих в ПЗП 67

3.3 Разработка новых составов жидкостей глушения скважин 70

3.4 Экспериментальное исследование фильтрации пластовых флюидов в образцах терригенных пород при моделировании процессов глушения скважин новым составом ЖГС 82

3.5 Экспериментальное исследование фильтрации пластовых флюидов в образцах карбонатных пород при моделировании процессов глушения скважин новыми ЖГС 91 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 98

4 ПРОВЕДЕНИЕ OTP ПО ИСПЫТАНИЮ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ РИР С ТАМПОНИРОВАНИЕМ ВЕРХНЕГО ПЛАСТА И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕМ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗВРАТНОГО НИЖНЕГО ОБЪЕКТА. 99

4.1 Проведение OTP по испытанию и внедрению жидкостей УНИ в процес-

се подземного ремонта скважин.

108

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 112

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 113

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 116

ПРИЛОЖЕНИЕ. АКТ ВНЕДРЕНИЯ. 129

ВВЕДЕНИЕ

При разработке многопластовых месторождений сложной проблемой является возврат с верхнего объекта эксплуатации на нижний из-за технологических трудностей отключения верхнего объекта. Они связаны, прежде всего, с неоднородным строением продуктивных пластов по проницаемости и другим коллекторским характеристикам, а также величиной пластового давления, что предопределяет и неравномерность поглощения пластом закачиваемых жидкостей, в том числе и тампонажных растворов. Кроме того, играют значительную роль фильтрационные возможности самих тампонажных растворов, механизм закупоривания ими пористой среды и вид образовавшегося закупоривающего материала, прочностные и адгезионные свойства последнего, гидродинамические и температурные условия, состояние цементного кольца выше и ниже отключаемого пласта, толщина перемычки между пластами, режим эксплуатации скважины после ремонтно-изоляционных работ (РИР) и т.д.

Различное сочетание перечисленных причин обуславливает степень успешности проводимых в скважинах РИР по отключению верхнего пласта.

Крупный вклад в лабораторные и промысловые исследования технологий РИР и в изучение проблем отключения верхних пластов внесли Асмолов-ский B.C., Блажевич В.А., Габдуллин Р.В., Газизов А.Ш., Кисельман M.JL, Кошелев А.Т., Мишин В.И., Муслимов Р.Х., Плотников И.Г., Рябоконь С.А., Стрижнев В.А., Умрихина E.H., Уметбаев В.Г., Усов C.B., Шумилов В.А., Юрьев В.А., Юсупов И.Г., Стефане, Леннон и др.

В известных отечественных исследованиях в основном рассматриваются проблемы ограничения притока воды в нефтяные скважины, исправления некачественного цементного кольца и его наращивания, герметизации эксплуатационной колонны. Целенаправленных исследований по технологиям отключения верхних пластов проведено недостаточно. На практике часто применяются изоляционные материалы и технические средства, апробированные при проведении других видов РИР.

Также недостаточно внимания уделяется подготовке отключаемого пласта к тампонированию путем его очистки, недопущению загрязнения вводимо-

го в эксплуатацию объекта, то есть, сохранению его коллекторских свойств. Эта проблема нашла отражение в работах Александрова Г.Ф., Амияна В.А., Байкова У.М., Березина В.М., Валеева Ш.И., Зейгмана Ю.В., Коробова К.Я., .Лозина Е.В., Мавлютова М.Р., Саяхова Ф.Л., Сыртланова А.Ш., Токарева М.А., Шутихина В.И., Уайтфилда Д.Л., Бухгольдца Г.Е., Дженнингз А.Р. и многих других ученых и специалистов производства.

Автор принимал непосредственное участие в разработке, испытаниях и внедрении технологий РИР и глушения скважин, в обобщении результатов промысловых исследований, обосновании направления лабораторных исследований по изысканию новых рецептур тампонажных составов и жидкостей глушения скважин.

Результаты проведенных исследований и технологических разработок обеспечивают решение важных прикладных задач в области нефтедобычи.

Цель работы Совершенствование и внедрение технологий отключения верхнего пласта с применением улучшенных изоляционных материалов, технических средств и с обеспечением сохранности коллекторских свойств возвратного пласта.

Задачи исследований

1. Анализ применяемых технологий отключения верхнего пласта и способов сохранения коллекторских свойств возвратных пластов.

2. Изучение особенностей фильтрации технологических жидкостей при моделировании процессов глушения-освоения скважин в процессе капитального ремонта (КРС).

3. Лабораторные исследования по поиску жидкостей глушения скважин для условий месторождений Западного Башкортостана.

4. Испытание и внедрение новых и усовершенствованных технологий отключения верхнего пласта.

5. Разработка и промысловые испытания комплексной технологии РИР по отключению верхнего пласта и качественному освоению возвратного объекта.

6. Обоснование выбора технологий РИР.

Методы решения поставленных задач

1. Лабораторные, аналитические и промысловые исследования.

2. Гидродинамические исследования скважин.

Научная новизна

1. Выявлены особенности фильтрации технологических жидкостей в процессе моделирования операций глушения и освоения пласта после РИР. Получены количественные показатели влияния жидкостей глушения скважин (ЖГС) на фильтрационные характеристики пористой среды.

2. Разработан новый состав ЖГС (УНИ-3) для использования в процессах РИР по отключению верхнего пласта и переходу на другие горизонты на уровне патента.

3.Предложен научный критерий выбора технологий РИР, обеспечивающий повышение их эффективности.

4. Разработана комплексная технология, включающая элементы РИР и глушения скважин специальными жидкостями, сохраняющими коллекторские свойства пласта.

Основные защищаемые положения

1. Усовершенствованные технологии РИР по отключению верхнего пласта.

2. Обоснование выбора новых химических составов в качестве компонентов технологических жидкостей для проведения РИР.

3. Комплексная технология тампонирования верхнего пласта и перехода на нижний продуктивный пласт с сохранением его коллекторских свойств.

Практическая ценность

1. Аналитическими исследованиями выявлены преимущества и недостатки существующих методов РИР по отключению верхнего пласта, что позволяет обосновать направления совершенствования технологий РИР.

2. Обобщены результаты исследований по сохранению коллекторских свойств пластов в процессе ремонта скважин, что повышает технологическую эффективность РИР по отключению верхнего пласта.

3. Испытаны и внедрены усовершенствованные технологии РИР по отключению верхнего пласта.

4. Испытана и внедрена комплексная технология РИР по отключению верхнего пласта с сохранением коллекторских свойств нижнего пласта.

Реализация результатов исследований в промышленности

Результаты исследований использованы в составленном и внедренном в производство регламенте на применение новых тампонажных составов для РИР.

Усовершенствованные и комплексные технологии РИР по отключению выработанного верхнего девонского пласта внедрены в 18 скважинах Сатаев-ского месторождения, что обеспечило добычу 43,6тыс.т нефти из возвратного объекта разработки.

Технологические жидкости, обеспечивающие сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов, использованы при глушении 12 скважин 5 месторождений с дополнительной добычей 54т нефти на одну скважино-операцию.

Внедрение результатов диссертационной работы обеспечило получение экономического эффекта в сумме 3287тыс.рублей.

Апробация работы

Основное содержание диссертационной работы докладывалось на семинарах-дискуссиях Волго-Камского регионального отделения РАЕН "Концепция развития методов увеличения нефтеизвлечения" (г.Бугульма, 1996г.), "Проблемы разработки нефтяных месторождений горизонтальными скважинами" (г.Альметьевск, 1996г.) и "Проблемы первичного и вторичного вскрытия пластов при строительстве и эксплуатации вертикальных, наклонных и го-

ризонтальных скважин" (г.Уфа, 1996г.), « Совершенствование разработки и эксплуатации нефтегазовых месторождений» (выставка «Газ. Нефть. Башкортостан - 97» (г.Уфа,апрель 1997г.), на технических советах АНК "Башнефть", НГДУ "Аксаковнефть" , на школах-семинарах по проблемам РИР, на секциях Ученого совета БашНИПИнефть и научно-технических советах УГНТУ.

Публикации По результатам исследований, представленных в диссертационной работе, опубликовано 7 работ, в том числе 4 статьи, 1 патент, 1 руководящий документ, 1 стандарт предприятия. В диссертационной работе представлены результаты исследований, выполненных лично автором, под его руководством и непосредственном участии в НГДУ "Аксаковнефть", БашНИПИнефть за 1993-1998г.г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и выводов, содержит 131 страницу машинописного текста, 21 рисунок, 28 таблиц, 140 библиографических ссылок, 1 приложение на 3 страницах.

Автор выражает свою искреннюю благодарность специалистам НГДУ "Аксаковнефть", руководству и специалистам АНК "Башнефть", ученым БашНИПИнефть и УГНТУ за совместные исследования и оказанную помощь в выполнении работы.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКЛЮЧЕНИЯ ВЕРХНИХ ПЛАСТОВ И ПЕРЕХОДА НА ДРУГИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОБЪЕКТЫ.

При разработке многопластовых месторождений выработка отдельных пластов, включенных в один объект, и их обводнение происходят крайне неравномерно. Последнее объясняется их неоднородным строением [29,46,47,48,49].

Для увеличения выработки менее проницаемых пластов производится поэтапное отключение отдельных высокопроницаемых обводненных пластов. При этом могут наблюдаться разные случаи [46]: пласты располагаются по степени ухудшения коллекторских свойств снизу вверх и наоборот. В первом случае сначала будет обводняться самый нижний пласт. Его отключение из эксплуатации не представляет технической трудности. Для этого устанавливаются цементные мосты, взрыв-пакеры, забой и интервал перфорации засыпают песком или применяются различные комбинации перечисленных способов.

Второй случай является наиболее сложным с точки зрения надежной изоляции (отключения) верхнего пласта с улучшенными коллекторскими свойствами. Поэтому ниже будут рассматриваться известные технологии отключения верхних пластов.

Отключение верхних пластов производится, в основном, двумя методами, отличающимися между собой технологиями их применения [47]: с использованием технических средств и тампонирования.

1.1. Применение технических средств для отключения верхних

пластов.

1.1.1. Применение пакеров.

Для отключения верхних пластов применяются механические, гидравлические и гидромеханические пакеры. Чаще всего для указанных целей используется один пакер, устанавливаемый снизу отключаемого пласта.

Условия применения способа: герметичность цементного кольца сверху и снизу отключаемого пласта [4,7,109].

Недостатки способа заключаются в следующем: ненадежность герметизации, исключение доступа в интервал перфорации эксплуатируемого пласта по затрубному пространству.

1.1.2. Применение металлических пластырей

Металлический пластырь представляет собой продольно-гофрированную тонкостенную стальную трубу с наружным диаметром, позволяющим спускать ее в 146 и 168-мм эксплуатационные колонны с зазором 6...10мм [30,68,85,108,110,128,129,137]. Для указанных колонн число гофр равно 6. На наружную поверхность пластыря наносится герметизирующий состав. Отключение пласта производится путем установки пластыря против интервала перфорации и расширения его с применением специального устройства "ДОРН". Для этого конусная дорнирующая головка протягивается вдоль гофрированной трубы до полного контакта с внутренними стенками эксплуатационной колонны.

Работы по установке пластыря производятся в следующей последовательности: высокочувствительным термометром проверяется герметичность заколонного пространства (переток); против нижнего перфорированного пласта устанавливается цементный мост или песчаная пробка; шаблонируется колонна, очищается интервал перфорации отключаемого пласта, в скважину спускается пластырь с комплектом специального оборудования и он устанавливается против интервала перфорации, проверяется герметичность эксплуатационной колонны опрессовкой давлением и снижением уровня жидкости.

Для изготовления пластырей используются стали марок 10, 20 и Х18Н10Т, обладающие хорошей пластичностью и достаточной прочностью. Кроме того, сталь Х18Н10Т является коррозионно-стойкой.

Преимуществами применения пластырей для отключения верхних пластов являются простота и экономичность, недостатками - уменьшение внутреннего диаметра эксплуатационной колонны на 7,6мм с учетом толщины

стеклопластика, которым обматывают пластырь перед спуском в скважину для предотвращения возникновения электролитической коррозии между пластырем и колонной; нецелесообразность установки при негерметичном цементном кольце между отключаемым верхним и подлежащим эксплуатации нижним пластами; более частое нарушение герметичности в добывающих скважинах (депрессия) по сравнению с нагнетательными (репрессия), особенно при величинах депрессии более 8-10МПа.

1.1.3. Применение колонн-летучек

Летучка представляет собой колонну стальных или дюралюминиевых труб необходимой длины, спускаемую в существующую эксплуатационную колонну и устанавливаемую против перфорации верхнего отключаемого пласта. Для 146-мм эксплуатационных колонн наиболее часто спускают 114-мм трубы с расточенными муфтами или безмуфтовые. Длина летучки на 10-20м должна быть больше толщины интервала перфорации. Применяют две технологии спуска колонны-летучки [38,108,129]. По первой технологии колонна-летучка сбрасывается в цементный раствор, заранее поданный в интервал перфорации скважины. Затем в колонне создается избыточное давление для закачивания части цементного раствора в пласт, оставшийся над летучкой раствор удаляют желонкой.

По второй технологии колонна-летучка спускается в скважину на НКТ или бурильных трубах с левой резьбой, цементируется, затем НКТ отворачиваются и извлекаются. После ОЗЦ проводятся геофизические исследования по оценке качества цементирования летучки.

1.2. Применение тампонирования

Наиболее распространенным и надежным методом отключения верхнего пласта является тампонирование с применением цементного раствора и лег-кофильтрующихся в поры пласта тампонажных составов в зависимости от особенностей геологического строения месторождения [110,111,112,113,129].

В.А. Блажевичем и др. предложена технология отключения верхнего пласта в скважинах Арланского месторождения, содержащего открытые трещины [112,119]. Технология является двухступенчатой: устьевая часть трещины заполняется цементным раствором, затем в пористую часть пласта закачивается легкофильтрующийся тампонажный состав.

Для отключения пористого верхнего пласта известно применение синтетичес�