автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.06, диссертация на тему:Совершенствование технологий устранения негерметичности эксплуатационных колонн

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

Башкирский научно-исследовательский и проектный институт нефти-филиал акционерной нефтяной компании Башнефть

На правах рукописи

УДК 622.276.7

Назметдинов Рустем Мидхатович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ УСТРАНЕНИЯ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН

(На примере нефтяных месторождений Башкортостана)

Специальность 05Л 5.06 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических нате

г. УАа- 1999 1

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 4

1. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЫЯВЛЕНИЮ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН И

ТЕХНОЛОГИЙ ИХ УСТРАНЕНИЯ.................................. 9

1.1. Причины возникновения нарушений эксплуатационных колонн...................,.................................................... 9

1.2. Основные методы выявления нарушений эксплуатационных колонн............................................... 12

1.3. Технологии устранения негерметичности эксплуатационных колонн............................................................... 18

1.4. Применяемые технологии устранения негерметичности эксплуатационных колонн в скважинах АНК Башнефть в 1987-1997гг.................................................. 28

ВЫВОДЫ................................................................................ 47

2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ РВР ПО УСТРАНЕНИЮ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН В СКВАЖИНАХ АРЛАНСКОГО

МЕСТОРОЖДЕНИЯ............................................................. 48

2.1. Причины возникновения нарушений эксплуатационных колонн в скважинах Арланского месторождения 48

2.2. Технологии устранения негерметичности эксплуатационных колонн............................................................... 51

ВЫВОДЫ................................................................................ 80

Стр,

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ РВР ПО УСТРАНЕНИЮ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН 82

3.1. Цементный раствор с коротким временем схватывания,.. 83

3.2. Облегченный цементный раствор............................................85

3.3. Цементные растворы с улучшенными прочностными и адгезионными свойствами..........................................................87

3.4. Цементный раствор повышенной стабильности..................................94

3.5. Тампонажный состав для предварительного тампонирования в условиях интенсивного поглощения....................................97

ВЫВОДЫ.......................................................................................................................................................101

4. ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РВР ПО УСТРАНЕНИЮ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН 102 4.1. Промысловые испытания технологий с применением новых

рецептур цементных растворов..................................................102

4.2. Промысловые испытания технологии предварительного тампонирования с применением тампонажной смеси с

тиксотропными свойствами..............................................................................113

ВЫВОДЫ.............................................................................................119

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ....................................................................120

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................123

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................................................................................................134

ВВЕДЕНИЕ

Нефтяная промышленность занимает важнейшее место в топливно-энергетическом комплексе и экономике страны в целом, обеспечивая достаточно высокий уровень добычи нефти. Поскольку в течение многих десятилетий это достигалось за счет открытия и ускоренного ввода в разработку большого числа месторождений, применения интенсивной технологии их разработки, то качеству первичного цементирования обсадных колонн, контролю состояния фонда скважин и работам по своевременному восстановлению их конструктивных недостатков не уделялось должного внимания. Перечисленное обусловило накопление огромного фонда скважин, конструкция которых не отвечает современным требованиям разработки нефтяных месторождений, охраны недр и окружающей среды.

В скважинах месторождений, особенно находящихся на поздней и завершающей стадиях разработки, потребность в ремонтно-вос-становительных работах (РВР) постоянно увеличивается и значительно превышает проводимые объемы. Проблема РВР включает в себя большой перечень задач: вторичное цементирование кондукторов, восстановление герметичности и вторичное цементирование эксплуатационных колонн и др.

В данной работе приведены результаты исследований по решению одной из перечисленных выше задач - совершенствованию технологий устранения негерметичности эксплуатационных колонн (УНЭК), являющейся чрезвычайно актуальной при современном с остоя н и и эк с п лу ата ц и и месторождений АН К Башнефть.

В исследования проблем РВР значительный вклад внесли Блажевич В.А., Булатов А.И., Загиров М.М., Данюшевский B.C., Кисельман МЛ., Кошелев А. Т., Мамедов H.H., Муслимов Р.Х., Рябоконь С.А., Стриж-нев B.Ä., Сыртланов А.Ш., Уметбаев В.Г., Умрихина E.H., Усов C.B.,

Шумилов В.А., Юсупов И.Г., Юрьев В.А., Ярыш А .Т., Питере Б.А. и многие другие.

Несмотря на большое количество выполненных исследований проблема разработки и применения эффективных технологий по устранению негерметичности эксплуатационных колонн требует постоянных исследований и имеет важное производственное и природоохранное значение.

Цель работы. Совершенствование и внедрение технологий РВР по устранению негерметичности эксплуатационных колонн с применением тампонажных составов с улучшенными изолирующими свойствами в различных геолого-технических условиях эксплуатации скважин месторождений Башкортостана.

Задачи исследований

!. Анализ существующих технологий устранения негерметичности эксплуатационных колонн.

2. Анализ применяемых технологий ремонтных работ по устранению негерметичности эксплуатационных колонн в скважинах АНК Баш-нефть за последние десять лет.

3. Изучение технологических параметров РВР по устранению негерметичности эксплуатационных колонн на примере Арланского месторождения. Обоснование направлений совершенствования технологий РВР.

4. Лабораторные исследования по разработке новых тампонажных составов для совершенствования технологий ремонтных работ по устранению негерметичности эксплуатационных колонн.

5. Промысловые испытания усовершенствованных технологий устранения негерметичности эксплуатационных колонн.

Методы решения поставленных задач

Аналитические с применением математической статистики. Экспериментальные лабораторные и промысловые исследования.

Научная новизна

1. Установлены основные параметры технологий (вид, объем и давление закачивания тампонажного состава) РВР по устранению негерметичности эксплуатационных колонн для условий эксплуатации Арланско-го и подобных ему месторождений.

2. Разработаны новые рецептуры цементных растворов путем введения в их состав химических реагентов, улучшающих прочностные и адгезионные характеристики цементного камня.

3. Разработан состав на основе глины и неорганических шламов (цеолитов) с тиксотропными свойствами для предварительного тампонирования интервалов интенсивного поглощения.

4. Выявлены особенности геолого-технических условий проведения РВР (тип пород, наличие интервалов поглощения, степень изоляции зако-лонного пространства), оказывающих большое влияние на степень успешности ремонтных работ.

Основные защищаемые положения

1. Технологии РВР по устранению негерметичности эксплуатационных колонн с применением цементных растворов с улучшенными прочностными и адгезионными характеристиками в различных геолого-технических условиях.

2. Технология предварительного тампонирования интервалов интенсивного поглощения с использованием состава на основе глины и неорганических шламов (цеолитов).

3. Классификация скважин с нарушенными эксплуатационными колоннами в зависимости от геологических и гидродинамических условий в интервалах нарушений, предназначенная для обоснования технологий РВР.

4. Результаты обобщения применяемых технологий РВР по устранению негерметичности эксплуатационных колонн в скважинах АНК Баш-

нефть, позволившие установить их технологические параметры (вид, объем и давление закачивания тампонажного состава).

Практическая ценность и реализация результатов работы в промышленности

1. Аналитическими исследованиями показаны преимущества и недостатки современных технологий устранения негерметичности эксплуатационных колонн, что позволяет обосновать направления их совершенствования.

2. Выявлены наиболее эффективные технологии устранения негерметичности эксплуатационных колонн и оптимальные области их применения на примере скважин Арланского месторождения.

3. Испытаны и внедрены усовершенствованные технологии РВР по устранению негерметичности эксплуатационных колонн в 11 скважинах.

4. Испытана технология предварительного тампонирования интервалов интенсивного поглощения тампонажных растворов в 4 скважинах и достигнуты положительные результаты.

5. Разработан и введен в действие руководящий документ "Применение новых тампонажных составов при проведении ремонгно-изоляционных работ" (РД 39-00147275-039-98), который обеспечивает повышение эффективности РВР в скважинах АНК Башнефть.

6. Внедрение результатов диссертационной работы обеспечило получение экономического эффекта в сумме 9,3тыс. руб на один ремонт.

Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы докладывалось на XVIII школе-семинаре "Проблемы механики сплошных сред в системах добычи, транспорта и переработки нефти и газа" (Уфа, 1995г.), XVII конференции молодых ученых и специалистов АНК Башнефть (Уфа, 1997г.), на технических советах АНК Башнефть, НГДУ Чекмагушнефть, Южарланнефть, на секциях Ученого Совета Башнипи-нефть.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 4 статьи, один руководящий документ, на облегченный там-понажный состав получено решение о выдаче патента. В диссертационной работе представлены результаты исследований, выполненных лично автором и при его непосредственном участии в лаборатории технологии ремонта скважин Башнипинефть.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и выводов, содержит 136 страниц машинописного текста, 24 рисунка, 21 таблицу, 111 библиографических ссылок, 1 приложение.

Автор выражает свою благодарность коллегам по лаборатории технологии ремонта скважин, ученым и специалистам Башнипинефть, АПК Башнефть и НГДУ за проведение совместных исследований и постоянную помощь.

АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИИ ПО ВЫЯВЛЕНИЮ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КОЛОНН И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ УСТРАНЕНИЯ

1.1. Причины возникновения нарушений эксплуатационных колонн

Нарушение эксплуатационной колонны может быть вызвано целым рядом причин, которые можно объединить в три группы.

К I группе относятся дефекты металлургического производства (трещины, геометрические, прочностные и структурные несоблюдения условий ГОСТ), а также дефекты, образовавшиеся при нарушении правил погрузки, разгрузки, перевозки и хранения труб.

Ко II группе относятся нарушения, возникшие при спуске обсадных труб в скважину в процессе бурения.

К III группе относятся все нарушения, возникшие в процессе эксплуатации скважины.

Различным может быть и расположение дефекта: на наружной поверхности гладкой части трубы; в зоне резьбы снаружи;

на внутренней поверхности гладкой части трубы; в зоне резьбы внутри; на торцах труб;

на наружной поверхности муфты; по всему телу трубы [58].

Расположение дефекта на трубе во многом предопределяет степень его опасности. Так, порез трубы одной и той же геометрии, но расположенный вдоль или поперек оси, имеет разную степень опасности. Жело-бообразный износ в зоне резьбовой части трубы более опасен, чем такой же износ гладкой части трубы [58].

Ниже рассматриваются наиболее характерные виды нарушений обсадных колонн.

При свинчивании обсадных труб перед спуском в скважину часто наблюдаются случаи повреждений наружной поверхности трубы сухарями механических или машинных ключей. Трубы с высокими пластическими свойствами при этом не разрушаются. Более прочные трубы не выдерживают таких напряжений и в зоне контакта зуба сухаря с трубой может образоваться трешина.

Пропуски в резьбовом соединении обусловлены чаще всего нарушением технологии спуска колонн (недоворот при свинчивании труб, отсутствие герметизирующей смазки или несоответствие ее забойным условиям), а также заводским браком (неправильная геометрия резьбового соединения и т.д.) [93].

Трещины или разрывы обсадных труб могут произойти в результате резкой посадки колонны при спуске, превышения допустимого давления при цементировании эксплуатационной колонны.

Наряду с причинами, указанными выше, нарушение целостности обсадной колонны после некоторого периода эксплуатации скважины может быть вызвано наружной и внутренней коррозией, эрозионным действием потока добываемого флюида, прожогом труб при коротком замыкании токоподводов к глубинным насосам, неправильным проведением технологических, ремонтных или аварийных работ в скважине , авариями с эксплуатационным оборудованием, смятием труб из-за неустойчивости стенок скважины, ошибочной перфорацией колонны и т.д. Все это часто сопровождается обводнением продукции скважины, газопроявлениями в трубном и затрубном пространствах, грифонообразованием [93].

Авторы работы [32] считают, что основной причиной нарушения герметичности эксплуатационной колонны является коррозия наружной и внутренней поверхностей труб в агрессивной среде пластовых и сточных вод.

В большинстве случаев нарушения имеют вид щелей, расположенных вдоль образующей труб. Ширина щелей иногда достигает 5см, длина - 1м. В некоторых скважинах нарушения обнаруживаются одновременно в нескольких интервалах.

При проведении в скважине ремонтных работ нагрузки, действующие на обсадную колонну, могут привести к износу внутренней поверхности обсадной колонны, расстройству резьбовых соединений и т.д. Так, при спуске бурильных труб часто происходит одностороннее желобооб-разование за счет контакта обсадной колонны с бурильной по замковым соединениям. В зоне контакта бурильных труб с обсадной колонной существует процесс граничного трения. В результате - значительно повышается температура в зоне контакта, что может вызвать структурные и фазовые изменения в поверхностных слоях металла, появление температурных напряжений и трещин [58].

Исследование движения долота в обсадной колонне и изучение поврежденных обсадных колонн показывает, что при спуско-подъемных операциях происходит прямой процесс строгания за счет контакта бокового вооружения долота с обсадной колонной [58].

Кроме того, нарушения могут возникнуть за счет контакта обсадной колонны с аварийным инструментом, якорными устройствами, за счет абразивного действия промывочных жидкостей и т.д.

Возникновение нарушений эксплуатационной колонны, по мнению авторов работы [28], носит случайный характер, обусловленный разнообразными факторами, среди которых главным является несоответствие конструкции скважины условиям ее эксплуатации.

Нарушения эксплуатационной колонны возможны также в наклонных скважинах при работе в них штанговой насосной установки, проведении в скважине различных геолого-технических мероприятий с целью повышения нефтеотдачи продуктивного пласта (термо-газо-химическое воздействие, соляно-кислотные обработки и т.д.).

В зависимости от причин возникновения возможны различные виды дефектов обсадных колонн: желобообразный износ вдоль оси трубы; износ в виде продольного пореза; износ в виде косого пореза; раковины коррозионного износа, износ торцовых частей трубы; дефекты геометрии резьбы; трещины; мелкие повреждения; размыв и прочие [58].

В случае негерметичности резьбового соединения ее пропускная способность составляет менее 1 л/с по воде и характеризуется только падением давления при опрессовке. Когда нарушение находится по телу трубы, имеется значительная приемистость и она может быть обнаружена геофизическими методами.

Из перечисления причин возникновения негерметичности эксплуатационных колонн видно, что большинство факторов, приводящих к аварийному состоянию скважины, можно устранить в процессе ее бурения. цементирования и эксплуатации.

Очевидно, что экономически выгоднее проводить соответствующие предохранительные и профилактические мероприятия, способствующие сохранению длительной прочности и герметичности эксплуатационных колонн, чем тратить на их ремонт значительные средства и время.

1.2. Основные методы выявления' нарушений эксплуатационных колонн

Для оценки герметичности эксплуатационной колонны, определения местоположения нарушения, его формы и характеристик используют результаты исследований физико-химическими, гидродинамическими, ге