Повышение скоростей бурения и дебитов скважин разработкой и совершен
..pdfФилиал ООО «“ЛУКОЙЛ-Инжиниринг” ПермНИПИнефть» в г. Перми
Н.И. Крысин, Т.Н. Крапивина
ПОВЫШЕНИЕ СКОРОСТЕЙ БУРЕНИЯ И ДЕБИТОВ СКВАЖИН РАЗРАБОТКОЙ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ СОСТАВОВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ, ТЕХНОЛОГИЙ
ИТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПЕРВИЧНОГО
ИВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ
Монография
Пермь, 2016
УДК 622.244.063 ББК 33.31
К85
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор, завкафедрой нефтегазовой технологии Г.П. Хижняк (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);
д-р техн. наук, гл. науч. сотрудник Ю.А. Коротаев («ВНИИБТ – Буровой инструмент»)
Крысин, Н.И.
К85 Повышение скоростей бурения и дебитов скважин разработкой и совершенствованием составов буровых растворов, технологий и технических средств первичного и вторичного вскрытия продуктивных пластов : монография / Н.И. Крысин, Т.Н. Крапивина. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн.
ун-та, 2016. – 463 с.
ISBN 978-5-398-01566-9
Впервые выполнена индентификация разрезов месторождений Пермского края исходя из особенностей геолого-технических условий бурения и вскрытия продуктивных пластов. Показана целесообразность и эффективность снижения плотности буровых растворов. Разработаны составы буровых растворов пониженной и низкой плотности, безглинистые буровые растворы на основе минеральных солей и пластовых вод, способ получения эмульсионно-глинисто- карбонатного раствора из модифицированного нефтью глинопорошка.
Разработаны технологии и технические средства первичного вскрытия продуктивных пластов на депрессии и вторичного вскрытия щелевой гидропескоструйной перфорацией.
Определены требования к объектам, которые рационально вскрывать на депрессии и с помощью щелевой гидропескоструйной перфорации. Дано описание обеих технологий.
Приведены результаты испытаний и промышленного применения буровых растворов пониженной и низкой плотности, безглинистых – на основе минеральных солей и пластовых вод, технологии первичного вскрытия на депрессии и вторичного – щелевой гидропескоструйной перфорацией.
Предназначено для инженерно-технических работников, занимающихся строительством и освоением скважин. Может быть полезно студентам высших учебныхзаведенийпоспециальности«Строительствонефтяныхигазовыхскважин».
УДК 622.244.063 ББК 33.31
ISBN 978-5-398-01566-9 |
© Н.И. Крысин, Т.Н. Крапивина, 2016 |
|
© ООО«ЛУКОЙЛ-Инжиниринг», 2016 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................... |
10 |
1. ИДЕНТИФИКАЦИЯРАЗРЕЗОВ. ВЗАИМОСВЯЗЬ |
|
СОСТАВАИСВОЙСТВБУРОВЫХРАСТОВОРОВ |
|
СГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИМИУСЛОВИЯМИБУРЕНИЯ |
|
ИВСКРЫТИЯПРОДУКТИВНЫХПЛАСТОВ.................................................... |
14 |
1.1. Понятие идентификации разрезов ........................................................... |
14 |
1.1.1. Геолого-технические условия бурения и вскрытия |
|
продуктивных пластов в Пермском крае и их влияние на выбор |
|
состава и свойств бурового раствора..................................................... |
15 |
1.1.2. Исследование влияния пластовых вод и горных пород |
|
на состав фильтрата бурового раствора.................................................. |
38 |
1.1.3. Основные факторы, определяющие выбор буровых |
|
растворов для условий Пермского края. Критерии |
|
идентификации разрезов и районирования буровых растворов......... |
44 |
1.2. Влияние буровых растворов и жидкостей глушения скважин |
|
на фильтрационно-емкостные свойства продуктивных пластов................ |
51 |
1.2.1. Современные представления о составе и свойствах |
|
эмульсионных буровых растворов.......................................................... |
54 |
1.2.2. Анализ рецептур буровых растворов с низким |
|
содержанием твердой фазы...................................................................... |
59 |
1.2.3. Обзор исследований по составу и свойствам безглинистых |
|
буровых растворов для массового бурения и вскрытия |
|
продуктивных пластов.............................................................................. |
61 |
1.2.4. Анализ рецептур буровых растворов, применяемых |
|
при бурении в хемогенных породах........................................................ |
65 |
1.2.5. Обзор исследований по составам жидкостей |
|
для вызова притока................................................................................... |
69 |
1.3. Разработка и совершенствование рецептур, технологии |
|
приготовления и химической обработки буровых растворов с низким |
|
содержанием твердой фазы.............................................................................. |
71 |
1.3.1. Классификация буровых растворов по плотности...................... |
72 |
1.3.2. Определение оптимальных концентраций бентонитовых |
|
глинопорошков в буровых растворах..................................................... |
73 |
|
3 |
|
3 |
1.3.3. Исследования влияния диспергирования на показатели |
|
свойств бентонитового бурового раствора............................................. |
74 |
1.3.4. Определениеконцентрациибентонитадляприготовления |
|
эмульсионно-глинисто-карбонатногораствора ........................................ |
83 |
1.3.5. Разработка нефтеэмульсионных буровых растворов.................. |
86 |
1.3.6. Состав, технология приготовления и регулирования |
|
свойств пресных буровых растворов низкой и пониженной |
|
плотности................................................................................................... |
96 |
1.3.7. Состав, технология приготовления и регулирования |
|
свойств эмульсионно-глинисто-карбонатного раствора....................... |
98 |
1.3.8. Состав, технология приготовления и методы химической |
|
обработки буровых растворов с естественной полисолевой |
|
минерализацией....................................................................................... |
102 |
1.3.9. Составитехнологияприготовлениябуровых растворов, |
|
ингибированныхкалийсодержащимиотходами..................................... |
106 |
1.3.10. Выводы......................................................................................... |
108 |
1.4. Состав, технология приготовления и методы химической |
|
обработки безглинистых полимерсолевых буровых растворов................ |
110 |
1.4.1. Состав, технология приготовления и методы химической |
|
обработки безглинистых полимерсолевых буровых растворов........ |
110 |
1.4.2. Состав, технология приготовления и методы химической |
|
обработки безглинистых буровых растворов на основе |
|
пластовой воды........................................................................................ |
112 |
1.4.3. Состав, технология приготовления и способы химической |
|
обработки безглинистых буровых растворов с повышенными |
|
структурно-механическими свойствами............................................... |
117 |
1.4.4. Утяжеленные безглинистые буровые растворы......................... |
119 |
1.4.5. Влияние пластовых флюидов на показатели свойств |
|
безглинистых буровых растворов ......................................................... |
120 |
1.4.6. Влияние безглинистых буровых растворов на основе |
|
пластовых вод на подготовку нефти..................................................... |
121 |
1.4.7. Выводы........................................................................................... |
123 |
1.5. Буровые растворы для вскрытия продуктивных пластов |
|
и вызова притока............................................................................................ |
125 |
1.5.1. Состав и методика регулирования свойств |
|
инвертно-эмульсионных буровых растворов....................................... |
126 |
1.5.2. Разработка рецептур и исследование свойств утяжеленных |
|
инвертно-эмульсионных буровых растворов....................................... |
130 |
4
1.5.3. Исследования влияния СМАД-1 на показатели свойств |
|
инвертно-эмульсионного бурового раствора....................................... |
133 |
1.5.4. Влияние добавок нефти на показатели инвертно- |
|
эмульсионного бурового раствора и способ восстановления |
|
его свойств............................................................................................... |
134 |
1.5.5. Испытание инвертно-эмульсионных растворов на бентонит..... |
137 |
1.5.6. Безглинистые буровые растворы для вызова |
|
притока из пласта.................................................................................... |
139 |
1.5.7. Исследования по переводу безглинистого полимерсолевого |
|
бурового раствора в пену и пены в буровой раствор............................. |
140 |
1.5.8. Исследования по переводу безглинистого бурового |
|
раствора на основе пластовых вод в пену............................................ |
145 |
1.5.9. Выводы........................................................................................... |
148 |
1.6. Влияние новых типов безглинистых буровых растворов |
|
на качество вскрытия продуктивных пластов, подготовку скважин |
|
к цементированию и информативность геофизических исследований....... |
149 |
1.7. Результаты промышленного испытания и применения новых |
|
типов буровых растворов............................................................................... |
154 |
1.7.1. Эффективность применения эмульсионно-глинисто- |
|
карбонатного бурового раствора........................................................... |
155 |
1.7.2. Эффективность применения буровых растворов |
|
пониженной плотности........................................................................... |
160 |
1.7.3. Эффективностьприменениябезглинистого полимерсолевого |
|
буровогораствора............................................................................................. |
166 |
1.7.4. Результаты промышленного применения безглинистых |
|
буровых растворов для промывки скважин в соленосных |
|
отложениях.............................................................................................. |
171 |
1.7.5. Эффективность применения безглинистых буровых |
|
растворов на основе пластовых вод...................................................... |
174 |
1.7.6. Влияние безглинистых буровых растворов на качество |
|
вскрытия продуктивных пластов........................................................... |
184 |
1.7.7. Результаты промышленного испытания инвертно- |
|
эмульсионного бурового раствора..................................................... |
187 |
1.7.8. Результаты промышленного испытания и применения |
|
цементных растворов с повышенной водоудерживающей |
|
способностью........................................................................................... |
190 |
1.7.9. Выводы........................................................................................... |
191 |
|
5 |
|
5 |
2. ВСКРЫТИЕПРОДУКТИВНЫХПЛАСТОВ НАДЕПРЕССИИ............... |
193 |
|
2.1. Влияние буровых растворов на качество вскрытия продуктивных |
|
|
пластов на репрессии...................................................................................... |
|
194 |
2.2. Обзор исследований по вскрытию продуктивных пластов при |
|
|
отрицательном дифференциальном давлении (депрессии) ....................... |
203 |
|
2.3. Разработка технологии заканчивания скважин при отрицательном |
|
|
дифференциальном давлении в системе «скважина – пласт» ....................... |
222 |
|
2.3.1. Обоснование выбора объектов для вскрытия продуктивных |
|
|
пластов при отрицательном дифференциальном давлении |
|
|
в системе «скважина – пласт»................................................................. |
|
223 |
2.3.2. Определениеместоположения продуктивногопласта.................. |
225 |
|
2.3.3. Методика проектирования и достижения в промысловых |
|
|
условиях отрицательного дифференциального давления |
|
|
в системе «скважина – пласт»................................................................. |
|
227 |
2.3.4. Перепад давления при спуско-подъемных операциях |
|
|
и наращивании инструмента. Операции, при которых может |
|
|
происходить повышение репрессии на продуктивный пласт, |
|
|
и мероприятия по ее предупреждению................................................. |
|
231 |
2.4. Разработка жидкостей глушения скважин, пробуренных |
|
|
при отрицательном дифференциальном давлении в системе |
|
|
«скважина – пласт» ......................................................................................... |
|
236 |
2.4.1. Теоретические предпосылки по использованию спиртов |
|
|
в качестве жидкостей глушения и заканчивания скважин................. |
242 |
|
2.4.2. Состав и свойства реагента Т-80 ................................................. |
|
244 |
2.4.3. Исследование растворимости солей в реагенте Т-80 .................. |
245 |
|
2.4.4. Исследование набухания глин в реагенте Т-80.......................... |
246 |
|
2.4.5. Исследование влияния жидкости глушения (реагента Т-80) |
|
|
на восстановление проницаемости образцов керна |
|
|
продуктивных пластов............................................................................ |
|
248 |
2.4.6. Технологические свойства реагента Т-80 |
как жидкости |
|
глушения.................................................................................................. |
|
250 |
2.4.7. Разработка жидкости глушения скважин, |
пробуренных на |
|
продуктивные пласты с повышенными пластовыми давлениями.... |
250 |
|
2.4.8. Разработкатехнологииглушенияскважин, пробуренных |
|
|
совскрытиемпродуктивногопластаприотрицательном |
|
|
дифференциальномдавлениивсистеме«скважина– пласт»................. |
253 |
|
2.5. Разработкаисовершенствованиетехническихсредств |
|
|
длязаканчиванияскважинприотрицательном дифференциальном |
|
|
давлениивсистеме«скважина– пласт».......................................................... |
|
256 |
6
2.6. Результаты испытания и промышленного применения |
|
технологии вскрытия продуктивных пластов при отрицательном |
|
дифференциальном давлении в системе «скважина – пласт»................... |
278 |
2.6.1. Стендовые испытания оборудования для вскрытия |
|
продуктивных пластов при отрицательном дифференциальном |
|
давлении в системе «скважина – пласт»............................................... |
278 |
2.6.2. Приемочные испытания технологии вскрытия |
|
продуктивных пластов при отрицательном |
|
дифференциальном давлении в системе «скважина – пласт» ............ |
280 |
2.7. Технология строительства скважин при отрицательном |
|
дифференциальном давлении в системе «скважина – пласт»................... |
281 |
2.8. Общая оценка показателей, полученных при приемочных |
|
испытаниях технологии вскрытия продуктивных пластов |
|
при отрицательном дифференциальном давлении в системе |
|
«скважина – пласт»......................................................................................... |
292 |
2.9. Влияние вскрытия продуктивных пластов при отрицательном |
|
дифференциальном давлении в системе «скважина – пласт» |
|
на продуктивность скважин........................................................................... |
293 |
2.10. Результаты применения технологии вскрытия продуктивных |
|
пластов при отрицательном перепаде давления в системе |
|
«скважина – пласт» при строительстве второго ствола |
|
из скважины № 709 Гожанского месторождения....................................... |
297 |
2.11. Промышленное применение технологии вскрытия |
|
продуктивных пластов при отрицательном дифференцированном |
|
давлении в системе «скважина – пласт»...................................................... |
301 |
2.12. Экономическая эффективность вскрытия продуктивных |
|
пластов при отрицательном дифференциальном давлении в системе |
|
«скважина – пласт»......................................................................................... |
305 |
2.13. Вывод...................................................................................................... |
307 |
3. ПОВЫШЕНИЕКАЧЕСТВАЗАКАНЧИВАНИЯСКВАЖИН |
|
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМТЕХНОЛОГИИВТОРИЧНОГО |
|
ВСКРЫТИЯПРОДУКТИВНЫХПЛАСТОВ..................................................... |
308 |
3.1. Анализ современного состояния вторичного вскрытия |
|
продуктивных пластов ................................................................................... |
309 |
3.1.1. Методы щелевой перфорации ..................................................... |
323 |
3.1.2. Перфорационные жидкости......................................................... |
327 |
7
7
3.2. Разработка технологии вторичного вскрытия продуктивных |
|
пластов щелевой гидропескоструйной перфорацией с одновременной |
|
интенсификацией притока ............................................................................. |
332 |
3.2.1. Состояние проблемы..................................................................... |
332 |
3.2.2. Разработка метода щелевой разгрузки призабойной зоны |
|
продуктивного пласта............................................................................. |
335 |
3.2.3. Обоснование выбора объектов для вскрытия щелевой |
|
гидропескоструйной перфорацией........................................................ |
341 |
3.2.4. Разработкасоставарабочейжидкости дляпроведенияЩГПП.... |
342 |
3.2.5. Определениерациональнойпродолжительности выполнения |
|
щелейприщелевойгидропескоструйной перфорации............................. |
347 |
3.2.6. Акустический способ определения параметров объемных |
|
полостей в околоскважинном пространстве......................................... |
348 |
3.2.7. Разработка технологии интенсификации притока |
|
с одновременным подъемом перфоратора и спуском |
|
оборудования для добычи нефти........................................................... |
352 |
3.2.8. Расчетпараметровщелевойгидропескоструйнойперфорации..... |
353 |
3.2.9. Изменение напряженного состояния горных пород |
|
призабойной зоны продуктивного пласта в процессе |
|
первичного вскрытия бурением и вторичного – щелевой |
|
гидропескоструйной перфорацией........................................................ |
360 |
3.2.10. Выводы......................................................................................... |
370 |
3.3. Разработкаисовершенствованиеоборудования дляпроведения |
|
щелевойгидропескоструйнойперфорации..................................................... |
371 |
3.3.1. Скважинное и приустьевое оборудование.................................. |
371 |
3.3.2. Наземное специальное оборудование для проведения |
|
щелевой гидропескоструйной перфорации.......................................... |
387 |
3.3.3. Некоторые проблемы повышения эффективности |
|
и безопасности эксплуатации специализированных агрегатов |
|
при щелевой гидропескоструйной перфорации................................... |
396 |
3.3.4. Выводы........................................................................................... |
401 |
3.4. Результаты испытаний и промышленного применения |
|
технологии и технических средств при вторичном вскрытии |
|
продуктивных пластов щелевой гидропескоструйной перфорацией....... |
402 |
3.4.1. Объекты испытания и внедрения ................................................ |
402 |
3.4.2. Состав работ по подготовке и проведению щелевой |
|
гидропескоструйной перфорации.......................................................... |
402 |
8
3.4.3. Подготовительные работы, выполняемые |
|
до проведения ЩГПП............................................................................. |
405 |
3.4.4. Технология проведения щелевой гидропескоструйной |
|
перфорации: процесс создания щелей.................................................. |
422 |
3.4.5. Схемы проведения промывок с целью очистки скважины |
|
от отработанного абразивного материала ............................................ |
425 |
3.5. Результаты испытаний и промышленного внедрения щелевой |
|
гидропескоструйной перфорации при вторичном вскрытии |
|
продуктивных пластов ................................................................................... |
429 |
3.5.1. Результаты испытания и промышленного внедрения |
|
способа контроля качества щелевой гидропескоструйной |
|
перфорации.............................................................................................. |
431 |
3.5.2. Влияние щелевой гидропескоструйной перфорации |
|
на продуктивность нефтяных и приемистость нагнетательных |
|
скважин.................................................................................................... |
436 |
3.5.3. Эффективность щелевой гидропескоструйной перфорации...... |
439 |
3.6. Выводы...................................................................................................... |
440 |
СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................ |
441 |
9
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире остро ощущается потребность в обеспечении всех отраслей народного хозяйства углеводородными продуктами. Решение задач по обеспечению качественными и доступными нефтепродуктами возможно при условии сокращения сроков и снижения стоимости строительства скважин, интенсификации нефтедобычи на основе дальнейшего совершенствования технологии глубокого бурения, разработки и внедрения новейших достижений науки и техники в процесс нефтедобычи и нефтепереработки.
Решение задач по повышению темпов и эффективности буровых работ сдерживается из-за ряда нерешенных вопросов, среди которых неудовлетворительное состояние стволов, их нарушенность кавернами, наличие толстой глинистой корки, большая глубина зоны проникновения фильтрата, неудовлетворительное качество крепления, первичного и вторичного вскрытия продуктивного пласта, что является основными причинами многих осложнений: недоподъема цементного раствора, отсутствия плотного контакта между сопредельными средами: цементным камнем, горной породой и стенкой обсадной трубы.
Затраты времени и средств на приготовление и обработку буровых промывочных растворов и ликвидацию осложнений, связанных с качеством буровых растворов, по-прежнему составляют значительный удельный вес в цикле строительства скважин. Это обусловлено тем, что попадание в буровой раствор солей пластовых вод и горных пород вызывает коагуляционное загущение или разжижение его, а для восстановления свойств раствора требуются многократные обработки последнего. Эффективность обработок кратковременна ввиду того, что через одно–два долбления в результате повторного попадания электролитов снова происходит нарушение устойчивости системы. Повышение репрессии на водоносные пласты не обеспечивает сохранение регламентированных показателей свойств бурового раствора за счет увеличения плотности бурового раствора. Наоборот, повышение плотности усиливает коагуляционно-седиментационную неустойчивость системы за счет повышенной концентрации в буровом растворе твердой фазы, особенно глинистой.
10