Файл: Отчет по научноисследовательской работе направление подготовки 21. 04. 01 Нефтегазовое дело профиль Строительство нефтяных и газовых скважин в сложных горногеологических условиях.docx
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 75
Скачиваний: 13
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Нефтеэмульсионные растворы не образуют особого класса растворов, так как они являются средством улучшения свойств любого типа растворов на водной основе. Обычно такие растворы содержат от 8 до 15% нефти, в основном дизельное топливо [6],[3]. Эти растворы имеют много полезных свойств. Впервые их начали применять в 1945 года в Техасе и на побережье Мексиканского залива на территории Луизианы; с этого времени они распространились по всем нефтеносным районам.
Относительно новым типом промывочной жидкости является так называемый инвертный (обратимый) эмульсионный раствор на нефтяной основе. Этот раствор состоит из нефти, содержащей от 25 до 70% эмульсифированной воды; он начал применяться с 1950 года Преимущество этого раствора заключается в сохранении положительных свойств раствора на нефтяной основе при устранении некоторых недостатков, присущих растворам этого типа.
Однако в течение длительного периода лидировали в теории и практике совершенствования рецептур промывочных жидкостей (буровых растворов) ученые и специалисты западных стран, ходя ряд фундаментальных теоретических основ заложен отечественными учеными.
В истории России в рассмотренный период отмечалось несколько спадов, связанных с периодом Великой Отечественной войны, послевоенной разрухи, время активных подъемов (50-80-е годы), снижение и упадок, связанные с политическими событиями 90-х годов, когда большинство предприятий по производству лигносульфонатных реагентов, расположенных на территориях нынешней Украины, Чечни, Прибалтики . были утеряны для России. Однако, в 80-90-е годы активно создавались системы полимерных лигносульфонатных реагентов в Краснодаре, Уфе, Владимире, Тюмени.
Наиболее активное применение полимерсодержащие буровые растворы в нашей стране началось в первой половине 1970-х годов Этому во многом способствовали работы Б .А. Андресона, О.К. Ангелопуло, РС. Ахмадеева, Г.Д. Дедусенко, Э.Г Кистера, Г.В. Конесева, Я.М. Курбанова, М.И. Липкеса, Р.Р. Лукманова, М.Р Мавлютова, К.Л. Минхайрова, В.П. Овчинникова, А.И. Пенькова, У.А. Скальской, М.К. Турапова, А.У. Шарипова, И.Ю. Хариева и многих др. отечественных ученых.
Задачей полимерных растворов, в понятие которых входят растворы на водной основе с добавками полимерных реагентов различной природы, является, наряду с обеспечением стабильности функциональных свойств бурового раствора, максимально возможное сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта при его вскрытии. Однако, изначально вектором направленности применения полимеров в буровой практике, было стремление к повышению механической скорости проходки .
Данные по применению полимерных растворов на месторождениях Республики Башкортостан в интервалах залегания продуктивных пластов турбинным способом с промывкой полимерными растворами показали возможность значительного снижения времени проводки скважин: в среднем на одну скважину время механического бурения, а также затраты времени на промывку и подготовку ствола сокращаются соответственно на 15-20% и 10% .
Видно, что в зависимости от пород вскрываемых продуктивных пластов, эффективность буровых растворов с различными добавками варьируется - для карбонатных пород наиболее результативны растворы с добавками лигносульфонатных реагентов (ФХЛС, КССБ); для терригенных - с добавками биополимеров. Наихудшие показатели по механической скорости имеют растворы, обработанные полисахаридными реагентами. Важным является, что применением полимерных растворов резко сокращается количество осложнений и затрат времени на их ликвидацию. Механическая скорость возрастает (среднее значение на скважину) - на 25%, скорость бурения - на 9% ; к тому же, отсутствие в полимерном буровом растворе твердой фазы, наличие хороших смазывающих свойств положительно влияют на работу бурового оборудования и забойных двигателей, увеличивая межремонтный период их работы.
Для месторождений Башкортостана, интервалы которых представлены, в основном, карбонатными и терригенными породами, перспективным является применение полимерных растворов, причем при прохождении турнейского горизонта предпочтительны лигносульфонатные полимерные растворы с добавками ФХЛС, при вскрытии продуктивных пластов кыновского горизонта перспективны растворы с добавками биополимерных реагентов.
Таким образом, появление различных типов буровых промывочных жидкостей связано с целенаправленным применением добавок химических реагентов с целью придания созданным рецептурам и композициям на водной или углеводородной основах направленных технологических свойств.
В настоящее время в мировой практике ужесточаются требования к вкрытию продуктивных пластов, наблюдается тенденция роста глубин бурения и искривления профиля скважин, что увеличивает вероятность возникновения осложнений и аварий.
2 Возможные осложнения и аварии, встречающиеся при строительстве скважин
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. Приблизительно 25% стоимости бурения скважины приходится на ликвидацию осложнения, которое не было вовремя распознано.
На ликвидацию осложнений, связанных с неустойчивостью горных пород при бурении, затрачивается более 50 % аварийного времени. По разрезу скважины могут встречатся глинистые отложения, чередующиеся с водонасыщенными песчаниками, прослои нефтенасыщенных пород. Возникающие при этом осложнения труднее прогнозировать и предотвращать без применения физико-химических методов взаимодействия промывочной жидкости с породой. Разработка эффективных систем буровых растворов для проводки скважин в осложненных горно-геологических условиях является актуальной задачей.
Для предупреждения осложнений при вскрытии водонасыщенных горизонтов, исходя из теории напряженного состояния стенок скважины, используют утяжеленные буровые растворы с целью задавливания водоносного пласта [1-4], что не всегда дает положительный результат. В глинистых породах увеличение плотности бурового раствора может привести к интенсивному кавернообразованню, гидравлической эрозии породы, осыпям и обвалам. Дифференциалььное давление на забое возрастает, повышается концентрация дисперсной фазы в буровом растворе, что может снизить скорость проходки и привести к загрязнению продуктивных пластов. Кроме того, повышается стоимость строительства скважины за счет перерасхода химических реагентов, снижения скорости проходки и проходки на долото. В некоторых случаях флюидонасыщенный пласт проявляет себя не сразу, но при проведении неоднократных спускоподъемных операций происходит его дренирование. Таким образом, утяжеленный буровой раствор обеспечивает лишь «временное отключение водоносного коллектора» . Несмотря на то, что гидростатическое давление превышает расчетное пластовое бурение скважины осуществляется на репрессии, водонасыщенный пласт может оказывать отрицательное воздействие на процесс строительства скважины [2] .
Предупреждение водопроявлений и борьба с ними только технологическими методами не решают задачу безаварийного строительства скважины и снижают технико-экономические показатели бурения. В связи с этим при бурении скважин в неустойчивых горизонтах с чередующимися флюидонасыщенными интервалами важную роль играет применение физико-химических методов, которые позволяют надежно закольматировать стенки скважин и предотвратить переход флюида из пласта в нее.
В качестве промывочных жидкостей в буровой практике широко применяются растворы, приготовленные из глин и глинистых минералов или иначе говоря – суспензии. Глинистые растворы с первых дней применения хорошо зарекомендовали себя, и продолжительное время являются наиболее распространенным видом промывочных жидкостей. Приготовленные из качественных глин и обработанные химическими реагентами, поверхностно-активными веществами (защитными коллоидами и электролитами) глинистые растворы представляют довольно устойчивую систему с небольшими показателями фильтрации и необходимыми структурно-механическими свойствами [5].
Глинистые растворы явились прогрессивным фактором в развитии бурового дела, особенно при бурении глубоких скважин в осложненных условиях. Однако глинистые растворы, как промывочные жидкости имеют существенные недостатки, которые в ряде случаев становятся торомозящим фактором дальнейшего развития технологии бурения глубоких скважин и достижения высоких технико-экономических показателей. К таким отрицательным свойствам глинистых растворов в первую очередь следует отнести их недостаточную стойкость к минерализации пластовых вод и разбуриваемых водорастворимых пород.
Отрицательное действие пластовых флюидов в зависимости от характеристики и количества электролита, а также качества исходного глинистого раствора может выражаться различно: повышается вязкость, растет предельное напряжение сдвига, становится неоднородной, толстой и липкой фильтрационная корка на стенках скважины, резко повышается показатель фильтрации, система подвергается седиментации, происходит ее коагуляционное разжижение или гидрофобная коагуляция. Эти изменения свойств глинистого раствора и являются причиной осложнений при бурении скважин и всегда приводят к значительному снижению скоростей бурения [6].
В районах, где геологический разрез сложен твердыми породами, в качестве промывочной жидкости широко применяется естественная водная среда. Основными преимуществами ЕВС как промывочной жидкости являются ее большая подвижность, малая вязкость и относительно небольшой удельный вес. Эти факторы способствуют снижению гидростатического давления на забой скважины, уменьшению гидравлических сопротивлений в системе движения жидкости, улучшению условий работы буровых насосов и повышению их производительности.
Вода лучше охлаждает ПРИ, чем вязкие глинистые растворы, в связи с чем увеличивается эффективность работы долота.
Однако вода как промывочная жидкость имеет и существенные недостатки. Обвалы и осыпи породы в связи с недостаточным гидростатическим давлением и физико-химическим взаимодействиям воды с разбуриваемыми породами, опасность прихвата бурильного инструмента из-за отсутствия у воды способности удерживать во взвешенном состоянии частички выбуренной породы при прекращении циркуляции – основные причины, ограничивающие применение ЕВС в качестве промывочной жидкости; большая фильтрация воды в продуктивные пласты затрудняет их освоение и приводит к снижению потенциальных возможностей нефтеотдачи.
При вскрытии соленосных отложений буровыми растворами на водной основе возникают условия для растворения этих пород, в результате чего диаметр ствола скважины увеличивается и образуются каверны, которые уменьшают скорость восходящего потока, ухудшают условия выноса выбуренных пород и ведет к образованию шламовых пробок [6].
Для предупреждения осложнений при бурении скважин в хемогенных отложениях, связанных с растворимостью солей, применяют минерализованные глинистые растворы. Это позволяет предотвратить ряд нежелательных физико-химических процессов, и снизить осмотические перетоки в системе «буровой раствор – пласт», следовательно, снизить и предотвратить увлажнение и набухание пород, сужение ствола, осыпи, обвалы и связанные с ними осложнения (посадки, затяжки, прихваты инструментов и т.д.).
Минерализованные растворы эффективны и оправданны, потому что соли, применяемые в растворах, дополнительно являются ингибиторами. Однако, в минерализованных растворах, резко возрастает расход реагентов-стабилизаторов для регулирования структурно-механических и фильтрационных свойств промывочной жидкости.
Буровые растворы на нефтяной основе являются специальными типами буровых растворов. Основное их назначение – качественное вскрытие продуктивных отложений слабоувлажненных глинистых пород, предупреждение размыва солевых отложений. Растворы на нефтяной основе не оказывают отрицательного воздействия на коллекторские свойства пластов, в том числе содержащих сильнонабухающие в воде минералы, инертны по отношению к глинистым породам, различным солям и т.д. Следует, однако, указать и на недостатки этих растворов: их высокую начальную стоимость, вредное и загрязняющее действие на кожу и одежду, трудности поддержания чистоты на скважине. Дополнительные требования предъявляются к оборудованию, возникает необходимость изоляции очистной системы от окружающей среды, проведения дополнительных противопожарных мероприятий. У геофизической службы возникают трудности с проведением газокаротажа, вследствие отсутствия сплошной приводящей среды.
Поскольку растворы на водной основе являются наиболее экономичными и, последующие работы в области совершенствования и разработки систем растворов, способствующих устойчивости стенок скважин, были направлены по пути повышения их эффективности.
3Особенностисоставовисвойствпромывочныхжидкостей, применяемых при бурении неустойчивых пород