Файл: Анализ применяемых технологий для восстановления.doc

Таким образом, главным следствием нарушения герметичности ЭК является резкий рост содержания воды в скважинной продукции. Данная проблема оказывает влияние сразу на три составляющих процесса разработки месторождения: технологическую, экономическую и экологическую. Следует отметить, что устранение негерметичности – это самый сложный и дорогостоящий вид ремонтно-изоляционных работ. При этом успешность действий обычно достигается не с первого раза, а эффект может продлиться недолго, то есть потребуется снова останавливать скважину и проводить ремонт. Отчасти по этой причине многие скважины, в которых произошло нарушение герметичности ЭК, через некоторое время становятся нерентабельными.

1.3 Анализ геологических условий, влияющих на нарушение

герметичности эксплуатационной колонны

Геологический разрез Западной Сибири представляет собой чередование глин, глинистых сланцев, алевролитов и песчаников. Характерным для всех месторождений является наличие массивных толщ глинистых отложений в интервалах 300-1100 м (чеганская, люлиноворская, талицкая, ганькинская, березовская, кузнецовская свиты) и 1800-2000 м (алымская свита). Установлено, что в интервалах глинистых пород стенки скважины склонны к осыпям и обвалам, также часто наблюдаются образование каверн и шламовых пробок [5].

Влияние геологических условий на герметичность эксплуатационной колонны в процессе добычи нефти сказывается слабо. Основной эффект проявляется во время бурения, поэтому далее будут рассмотрены аспекты, которые необходимо учитывать при строительстве скважины.

Горные породы обладают рядом физико-механическими свойствами, к которым относятся: прочность, упругость, пластичность, хрупкость, твёрдость, абразивность, плотность, пористость, водопроницаемость, плывучесть и устойчивость. Исходя из данных, полученных в ходе геологоразведочных работ, и учитывая свойства составляющих пласты пород, необходимо тщательно подобрать инструменты и продумать технологию бурения скважины, чтоб избежать неприятных последствий. Одним из таких последствий является нарушение герметичности ЭК, возникающее по ряду причин.

Ползучесть горных пород

Явление ползучести проявляется при прохождении ствола скважины через высокопластичные породы. Такими породами считаются глины, глинистые сланцы, песчанистые глины, аргиллиты, ангидриты или соляные породы. Как правило, под воздействием внешних напряжений им свойственно со временем деформироваться. В случае, если в скважине отсутствует обсадная колонна, породы не могут оказать должное противодавление на пласт, из-за чего начинают заполнять ствол, то есть ползти. Если же обсадная колонна спущена и зацементирована, то этот «экран» ограничивает деформацию пород, но при этом цементное кольцо и сама колонна испытывают нагрузки ползучести, которые со временем непрерывно увеличиваются [4]. Породы давят на цемент или ее стенки, вследствие чего происходят вмятины – потенциальные места нарушения герметичности. Данное явление заметно тем сильнее, чем больше глубина и выше пластовая температура.

Процесс ползучести в общем можно разделить на три стадии. Первая стадия называется первичной или переходной ползучестью. Она следует за мгновенной упругой деформацией, и скорость деформирования со временем уменьшается, давая выпуклую кривую ползучести. Вторая стадия — стадия вторичной или равномерной ползучести, когда скорость деформации постоянна и кривая ползучести представляет собой прямую линию. В течение третьей стадии появляются и быстро развиваются трещины, так что скорость деформации возрастает и объект, наконец, разрушается. Эта стадия называется третичной, или ускоренной, ползучестью. Из-за того, что горные породы находятся в трехосном напряженном состоянии, третья стадия не наступает [4].

График ползучести представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 – Три стадии кривой ползучести

При креплении стенок скважины обсадной колонной в области пород, склонных к ползучести, целесообразно устанавливать трубы с большей толщиной стенки, чем обычно, в целях предотвращения смятия колонны [5].

Растворение горных пород

Следующим осложнением является растворение. Оно происходит при прохождении ствола соляных пород. Такие породы способны растворяться под воздействием потока жидкости. Интенсивное кавернообразование, а в крайне тяжелых случаях – потеря ствола скважины – являются характерными признаками данного явления. Для эксплуатационной колонны данная проблема влечет за собой несколько последствий. Первое, на чем скажется кавернообразование, – это с большой вероятностью нарушение технологии спуска колонны, то есть отклонение от проектной траектории, трение о стенки скважины, сальникообразование. Следующим шагом кавернообразование повлияет на низкое качество цементирования, так как возрастет поглощающая способность породы в данном интервале. Следовательно, в вышеуказанных случаях возникнет риск нарушения герметичности. И еще одним следствием каверн может стать повышенная ползучесть и обрушение горных пород, что, помимо нагрузки на колонну, приведет к интенсивному выносу частиц и закупорке перфорационных отверстий, в связи с чем снизится дебит и появится необходимость в проведении операций по очистке ПЗП, а также в установке фильтра.

Многолетнемерзлые породы

Особого внимания и подхода требует бурение скважин в многолетнемерзлых породах (ММП). При высокой льдистости ММП процесс значительно осложняется, что выражается в проявлении следующих проблем: размывы устьев, грифоны, разрушение фундаментов, повышенное кавернообразование, обрывы обсадных колонн, просадки шахтовых направлений, кондукторов, привышечных сооружений и буровых установок в целом. Это является следствием того, что в интервалах распространения ММП сцементированные льдом песчано-глинистые отложения разрушаются и легко размываются потоком бурового раствора [6].

В интервале ММП сложно выполнить качественное цементирование скважины и крепление ее ствола, поскольку в кавернах происходит застой бурового раствора, и его почти невозможно оттуда вытеснить с помощью тампонажного раствора. По этой причине цементирование чаще всего получается односторонним, а цементное кольцо остается несплошным. Такие условия способствуют наличию межпластовых перетоков и смятия колонн, что впоследствии приведет к нарушению герметичности ЭК.

В процессе строительства скважина взаимодействует с мерзлыми породами не только на физико-химическом уровне. Особое влияние на устойчивость стенок ствола скважины в ММП оказывает не что иное, как тепловое воздействие. Буровой раствор обычно имеет положительную температуру, и в результате взаимодействия с ММП он расплавляет лед, заполняющий поры, в результате чего стенка скважины становится неустойчивой и разрушается. С ростом температуры бурового раствора, увеличивается и интенсивность образования каверн, а также частота осыпей и обвалов стенок.

Проблемы бурения и эксплуатации скважин в районах, осложненных наличием ММП, не прекращаются после спуска кондуктора и укрепления стенок обсадными колоннами. Опыт показывает: если использовать буровой раствор с температурой ниже 0, то может случиться обратное промерзание ММП, до этого растепленных скважиной, а также бурового раствора, который застрял в кавернах. То же самое наблюдается и при длительных остановках. Как итог, по периметру колонны возникает неравномерное внешнее давление, в результате приводящее к их слому [7].

Очередной сложностью при эксплуатации скважин

, построенных в районах ММП, может стать повышенное гидратообразование. Отложения данных продуктов на стенках создают условия для повышенного давления на определенные участки ЭК, что в конечном счете разрушает металл. Причем после остановки скважины она может стать полностью заблокированной газогидратами, что вызовет серьезные трудности при ее запуске.

Известно, что горные породы, залегающие ниже ММП, имеют положительную температуру, причем по мере углубления она возрастает в соответствии с градиентом. Так, на глубине 2500 м температура горных пород может принимать значение от 65 до 85°С. Обсадная колонна в области ММП подвержена многократному растеплению и промерзанию. В конечном счете образуются трещины.

Таким образом, при бурении ММП возникают следующие осложнения:

интенсивное кавернообразование, осыпи и обвалы пород;
недопуск обсадных колонн до проектной глубины, недоподъем цемента за направлением, кондуктором, разгерметизация резьбовых соединений, смятие обсадных колонн, НКТ при обратном промерзании в случаях длительных простоях, консервации скважин;
примерзание спускаемых обсадных колонн к стенке скважины в интервале залегания ММП в зимний период;
выбросы бурового раствора, воды, газа из-за наличия зажатых межмерзлых вод и пропластков гидратов.

Во избежание нарушения герметичности ЭК в районах залегания ММП материал труб должен быть подобран таким образом, чтобы выдерживать давления, возникающие при циклических растеплении и промерзании. Если прочность будет недостаточной, необходимо осуществлять контроль температуры затрубного и межтрубного пространства посредством периодических прогревов и замораживаний, чтобы избежать смятия колонн и нарушений в резьбовых соединениях [8].

Аномально высокие пластовые давления (АВПД)

Аномально высокое пластовое давление – это давление, действующее на флюиды (воду, нефть, газ), содержащиеся в поровом пространстве породы, величина которого превышает значение нормального (гидростатического) [9].

Высокое давление флюида необходимо учитывать при проектировании конструкции скважин и технологии бурения, иначе существуют риски возникновения аварийных ситуаций и осложнений, таких как ГНВП, открытые фонтаны, а в дальнейшем и смятия обсадных колонн.

АВПД серьезно осложняют не только бурение и испытание продуктивных скважин, но и напрямую влияют на качество крепления скважин, нарушение целостности обсадных колонн при эксплуатации, то есть на потерю герметичности ЭК, и в конечном итоге могут привести к преждевременному выходу из строя самой скважины [10].