Тюменниигипрогаз

Секция 3

Осложнения, возникающие при строительстве скважин ачимовских отложений, их предупреждение и ликвидация. Выбор оптимальных конструкций скважин

Завьялов О. Н., Протасевич И. В. (ООО «Газпром добыча Уренгой»)

В процессе строительства скважин возникает ряд проблем, связанных с проводкой скважины. Наиболее частыми являются:

–прихват бурового инструмента;

–качество бурового раствора;

–человеческий фактор.

Важнейшей задачей является предотвращение случаев невозможности извлечения бурового инструмента из скважины. В процессе проводки ствола нередки случаи прихвата бурильного инструмента, утяжеленных бурильных труб, обсадных колонн. Ликвидация данного осложнения – процесс трудоемкий, длительный и затратный. Прихват может произойти во время бурения, спускоподъемной операции, каротажа, отбора керна, т. е. при технологических операциях, связанных с движением оборудования в скважине. Безусловное выполнение проектных решений в процессе строительства скважины является чрезвычайно важным для предотвращения прихвата колонны.

Причины прихвата бурового инструмента:

––недостаточно интенсивный вынос шлама приводит к его накоплению вокруг колонны труб до возникновения прихвата;

––расклинивание инструмента вследствие попадания в скважину посторонних предметов.

Контроль параметров раствора и мониторинг уже пробурен-

ных скважин дает возможность раннего обнаружения ситуаций прихвата.

Ликвидация прихвата:

––расхаживание инструмента;

––работа ясом;

––установка нефтяных ванн.

Успешность строительства скважины и дальнейшая ее эксплуатация зависит от удачного выбора конструкции скважины.

На II ачимовском участке предложен «облегченный» вариант конструкции скважин. Отличительной особенностью данной конструкции является уменьшение диаметров обсадных колонн, что

180

Строительство скважин

повлечет за собой значительное сокращение времени проводки скважины за счет увеличения скорости, объема выноса шлама, увеличения скорости проходки ствола.

В дальнейшем, чтобы минимизировать затраты, связанные с устьевым оборудованием и количеством необходимых обсадных колонн, предлагается многоствольное заканчивание скважины.

Забурка бокового ствола производится с помощью клина-от- клонителя. Крепление колонны в дополнительном стволе производится с помощью специального оборудования в эксплуатационной колонне. На устье монтируется фонтанная арматура, предназначенная для эксплуатации двуствольной скважины.

Выводы:

––контроль и мониторинг ведения работ позволяют уменьшить аварийность и увеличить время и качество строительства скважин;

––предлагаемая конструкция позволяет не ограничиваться одним забоем согласно сетке скважин, а производить минимум два.

181

Секция 3

Экспериментальные исследования дисперсантов для обработки буровых растворов

Козлова Н. В. (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

При бурении скважин часто возникают проблемы, связанные с загустеванием буровых растворов, из-за увеличения содержания в них глинистой фазы и высоких забойных температур. Для оптимизации структурно-механических и реологических свойств буровых растворов применяются специальные химические реагенты-диспер- санты (понизители вязкости, разжижители).

На основе анализа литературных источников и практического опыта применения было установлено, что в качестве дисперсантов в различное время использовались следующие классы химических реагентов: природные и модифицированные танины, лигносульфонаты, гуматы, фосфоновые комплексоны, конденсированные фосфаты, олигомеры акрилового ряда, которые были разделены на три группы. В качестве классифицирующего признака был выбран температурный фактор.

Оценка качества реагентов-дисперсантов проводилась по степени разжижения контрольного глинистого раствора и по кратности изменения показателя динамической фильтрации. В качестве контрольного раствора использовалась глинистая суспензия, содержащая 70 г/л бентонитового глинопорошка с условной вязкостью (70±5) с.

Проведены исследования более 30 образцов реагентов отечественных и зарубежных производителей, относящихся к группам I, II, III согласно принятой классификации.

Критерием оценки разжижающей способности послужил показатель эффективной вязкости глинистой суспензии, измеренный на вискозиметре OFITE 1000 при скорости 300 об/мин в соответствии с СТО Газпром РД 2.1-158-2005.

Кратность изменения показателя динамической фильтрации определялась с учетом изменения водоотдачи глинистого раствора до и после добавки дисперсанта, измеренной на динамическом высокотемпературном фильтр-прессе Dynamic HPHT Filter Press модели 170-50-1, 230 В на бумажных фильтрах диаметром 63 мм.

В результате исследований определены диапазон изменения разжижающей способности и кратности изменения динамической фильтрации. Отмечено, что все исследованные реагенты

182

Строительство скважин

обладают высокой разжижающей способностью, понижают показатель фильтрации. По результатам исследований установлены минимальные значения, характеризующие эффективность реаген- тов-дисперсантов (таблица).

Результаты исследований дисперсантов

183

Секция 3

Экспериментальные исследования флокулянтов для обработки буровых растворов

Корнилова А. К. (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

В процессе бурения буровые растворы с небольшим начальным содержанием твердой фазы обогащаются выбуренной породой и теряют присущие им свойства. Поэтому для обеспечения эффективного использования в промысловых условиях буровых растворов с малым содержанием твердой фазы необходима их тонкая очистка в процессе бурения с удалением из раствора коллоидных частиц выбуренной породы. Для повышения эффективности механических методов удаления шлама с использованием очистных систем буровой раствор дополнительно обрабатывают специальными реагентами – флокулянтами.

Из анализа зарубежного и отечественного опыта применения флокулянтов для обработки буровых растворов установлено, что все применяемые в практике бурения флокулянты делятся на три основные группы: двухфункциональные полимеры, способствующие осаждению грубодисперсных частиц и повышению вязкости малоглинистого бентонитового раствора; селективные флокулянты (избирательного действия), характерной особенностью которых является способность флокулировать твердые частицы, не повышая вязкости малоглинистого раствора; флокулянты общего действия (полные флокулянты), осаждающие как частицы выбуренной породы, так и высококоллоидальные частицы бентонита. При этом отмечено, что полные флокулянты для обработки буровых растворов не применяются, поскольку они вызывают флокуляцию всей находящейся в растворе твердой фазы независимо от ее минералогического состава и дисперсности.

Проведены исследования по оценке флокулирущей способности 26 образцов реагентов отечественных и зарубежных производителей, относящихся к группе селективных флокулянтов (I) и полимерам двойного действия (II).

Для оценки эффективности флокулянта использовался метод, основанный на скорости седиментации частиц шлама. Эффективность оценивалась по отношению времени Т0, необходимого для осветления суспензии без добавления полимера, к времени Тi, необходимому для осветления той же суспензии того же объема с добавлением оптимального количества флокулянта (в диапазоне

184

Строительство скважин

от 0,0001 до 0,01 %). В качестве контрольного раствора использовалась 4%-ная суспензия из комовой глины с выходом 2,4 м3/т, прогидратированная в течение 24 ч (рисунок).

Эффективность флокулянтов

Установлено, что по отношению к грубодисперсной глине с выходом 2,4 м3/т все исследованные флокулянты обладают флокулирующей способностью в широком диапазоне добавок с эффективностью от 12 до 300.

Следует отметить, что большей эффективностью обладают реагенты II-й группы, то есть полимеры двойного действия.

185

Секция 3

К вопросу об эффективности применения торфощелочных растворов при бурении интервалов, сложенных глинистыми породами

Леонтьев Д. С., Бакин Д. А. (ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет»)

При бурении нефтяных и газовых скважин часто возникают осложнения, связанные с: поглощениями буровых растворов; газонефтеводопроявлениями; осыпями и обвалами пород, слагающих стенки скважин; прихватами колонн бурильных и обсадных труб; растеплениями мерзлых пород.

Несмотря на накопленный опыт бурения скважин в различных горно-геологических условиях затраты времени на борьбу с осложнениями при проводке скважин остаются значительными (до 7–10 %), что обусловлено усложнением условий бурения, увеличением числа наклонных и горизонтальных скважин. На ликвидацию осложнений, связанных с неустойчивостью горных пород при бурении, затрачивается более 50 % аварийного времени. Возникающие при этом осложнения труднее прогнозировать и предотвращать без применения физико-химических методов взаимодействия промывочной жидкости с породой.

Осыпи и обвалы стенок скважин в основном происходят при прохождении уплотненных глин, аргиллитов или глинистых сланцев. Это объясняется тем, что в процессе бурения происходит увлажнение их фильтратом бурового раствора, что в конечном итоге снижает предел прочности этих пород. Обвалам чаще всего способствует набухание. Проникновение свободной воды, которая содержится в больших количествах в буровых промывочных жидкостях, в горизонты, сложенные глинистыми породами, приводит к их набуханию, выпучиванию в ствол скважины и, в конечном счете, к обрушению на забой. Небольшие осыпи могут происходить даже из-за механического воздействия бурильного инструмента на стенки скважины.

На наш взгляд, разработка буровых промывочных жидкостей на основе торфа – одно из перспективных направлений в области бурения нефтяных и газовых скважин. Западная Сибирь с запасами торфа более 120 млрд т является крупнейшим торфяным регионом мира. В то же время в этом регионе испытывается острейший дефицит материалов для приготовления буровых растворов.

186

Строительство скважин

Торф, представляющий собой отложения органического происхождения, является экологически чистым материалом, достаточно дешевым, весьма доступным и при этом обладает свойствами, позволяющими получать высококачественные буровые растворы при минимальных расходах химических реагентов из числа наименее токсичных, т. е. является достойной заменой традиционно используемым глинистым материалам. Торфяные буровые растворы экологически безвредны, легко очищаются от шлама, после использования могут применяться для рекультивации нарушенных земель.

Применяются безглинистые буровые растворы, приготовленные путем обработки водной торфяной суспензии щелочными агентами, в качестве которых используются гидроксиды, карбонаты, силикаты щелочных металлов. Недостатком трехкомпонентных растворов (торф-вода-щелочной реагент) является высокая фильтрация и низкая технологичность получаемой системы. Применение таких растворов ограничено интервалами, сложенными рыхлыми поглощающими породами. Необходим безглинистый буровой раствор, обладающий высокими ингибирующими свойствами по отношению к глинистым породам, и невысоким пенообразованием.

В лаборатории исследования свойств технологических жидкостей кафедры бурения нефтяных и газовых скважин ТюмГНГУ проведены исследования влияния торфощелочных растворов на продольное набухание глинистых образцов. Была проведена серия экспериментов по определению показателя набухаемости глинистых брикетов в средах исследуемых растворов, которая выявила состав, обладающий наиболее высокими ингибирующими свойствами по сравнению с применяемым в настоящее время раствором.

187

Секция 3

Исследование влияния различных факторов на контракцию тампонажных растворов

Родер С. А., Белей И. И. (ООО «ТюменНИИгипрогаз»)

Реакции гидратации вяжущих материалов, применяемых в составе тампонажных растворов при цементировании обсадных колонн, сопровождаются объемной контракцией, характеризующейся уменьшением объема продуктов реакции по сравнению с суммой объемов исходных веществ. Контракция и усадка тампонажного раствора могут быть основной причиной формирования цементного кольца с недостаточной герметичностью по ограничивающим поверхностям в результате создания вакуума и появления микрозазоров и каналов, подтягивания пластовых флюидов в ствол скважины.

В настоящее время отсутствуют нормативные документы, определяющие допустимые величины расширения, усадки и контракции тампонажного камня, а также единые методики испытаний применительно к условиям цементирования обсадных колонн в скважинах различного назначения. Большинство специалистов сходится во мнении, что тампонажные растворы должны быть, как минимум, безусадочными и обладать минимальной контракцией [1]–[3].

Проанализировав результаты исследований [1], нами были выявлены недостатки методики, заключающиеся в косвенности определения величины контракции (по падению давления в автоклаве), исключении влияния фактора теплового расширения при гидратации цемента на изменение давления и выполнении измерений в условиях переменного давления.

Учитывая указанные недостатки, в лаборатории тампонажных растворов ООО «ТюменНИИгипрогаз» были проведены исследования контракционных явлений при твердении суспензий на основе стандартных портландцементов с использованием прибора 4268 ES, позволяющего выполнять измерения объема поглощаемой воды при постоянных (заданных) температурах и давлениях.

Выполненные исследования позволили определить степень влияния различных факторов (температура, давление, наличие или отсутствие доступа воды) на величину контракции и объемных изменений тампонажного раствора/камня.

188

Строительство скважин

Результаты выполненных работ использованы для оптимизации рецептур многокомпонентных безусадочных и расширяющихся тампонажных растворов и разработки СТО Газпром, определяющего методики определения расширения и усадки при выполнении лабораторных испытаний.

Список литературы:

1.Булатов А. И. Формирование и работа цементного камня в скважине. М.: Недра, 1990. 409 с.

2.Бережной А. И. Изучение влияния стяжения в суспензиях тампонажных цементов и его возможного влияния на качество цементирования газовых скважин // Крепление скважин и разобщение пластов: мат-лы семинара по формированию цементного камня, сост. во ВНИИБТ в окт. 1962 г. М.: Недра, 1964. С. 73–75.

3.Данюшевский В. С. Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов. М.: Недра, 1978. 293 с.

189