WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

УДК 622. 245.42 ГАЗГИРЕЕВ ЮШАА ОРСНАКИЕВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ОБЛЕГЧЕННЫХ РАСШИРЯЮЩИХСЯ ТАМПОНАЖНЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН В КРИОЛИТОЗОНЕ Специальность 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень – 2004

Работа выполнена в филиале «Тюменбургаз» ДООО «Бургаз» и Научно исследовательском и проектном институте технологий строительства скважин (НИПИ ТСС) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» ( ГОУ ВПО ТюмГНГУ).

Научный руководитель - к.т.н., доцент Кузнецов В.Г.

Официальные оппоненты: - д.т.н., профессор Клюсов А.А.

- к.т.н. Шульгина Н.Ю.

Ведущее предприятие: Дочернее федеральное государственное унитарное предприятие «Западно-Сибирский научноисследовательский и проектно-конструкторский институт технологии глубокого разведочного бурения» (ДФГУП ЗапСибБурНИПИ).

Защита состоится 21 июля 2004 года в 16-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 273. 01 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625039, Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного нефтегазового университета по адресу: 625039 г. Тюмень, ул. Мельникайте 72.

Автореферат разослан «21 » июня 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д-р техн. наук, профессор В.П. Овчинников 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Большинство крупных разведанных и перспективных месторождений природных углеводородов находятся в районах Крайнего Севера Западной Сибири, которые характеризуются повсеместным распространением мерзлых горных пород (МГП) и наличием пластов с низкими градиентами гидроразрыва, что значительно усложняет сооружение и эксплуатацию скважин. Отмечаются следующие осложнения:

кавернообразование, недоподъем тампонажного раствора до устья, негерметичность крепи скважин, смятие обсадных колонн и др.

Недостаточная эффективность технологии крепления скважин в этих условиях обусловливает применение специальных цементов. Прежде всего, это относится к облегченным тампонажным растворам, которые отечественной промышленностью не выпускаются. Применение же облегчающих добавок требует повышенного водосодержания, что приводит к ухудшению физикомеханических свойств формирующегося камня, большинство из добавок являются инертными при формировании структуры тампонажного камня.

В связи с этим очевидна необходимость разработки специальных тампонажных композиций для качественного цементирования скважин в криолитозоне.

Цель работы Повышение качества крепления скважин в сложных условиях криолитозоны путем повышения сопротивляемости крепи давлению обратного промерзания.

Основные задачи исследований 1.Обоснование причин возникновения осложнений при креплении скважин в криолитозоне и анализ способов их предупреждения.

2. Исследование процессов твердения тампонажных растворов при низких температурах окружающей среды. Обобщение требований к физико механическим свойствам формирующемуся в этих условиях цементному камню.

3. Обоснование и разработка состава облегченного, расширяющегося, гидравлически активного при низких температурах твердения тампонажного материала.

4. Исследование и регулирование технологических и физикомеханических свойств раствора и камня на основе разработанного материала.

5. Опытно-промышленные испытания разработанной тампонажной композиции.

Научная новизна 1. Развиты представления о механизме возникновения локальных, осесимметричных сминающих давлений на обсадные колонны в интервалах МГП при обратном промерзании водных суспензий в заколонном пространстве скважин.

2. Научно-обоснованы требования к прочностным свойствам цементного камня, для крепления скважин в криолитозоне.

3. Теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность применения для цементирования обсадных колонн в криолитозоне облегченных расширяющихся тампонажных цементов.

Практическая значимость 1. Осуществлен комплексный подход к оценке надежности крепи арктических скважин.

2. Разработан состав облегченной, расширяющейся тампонажной композиции для цементирования обсадных колонн в сложных горногеологических условиях Крайнего Севера Западной Сибири.

3. Промышленное внедрение разработанной рецептуры облегченного, расширяющегося тампонажного раствора позволило цементировать обсадные колонны в одну ступень до устья скважин и предупредить возникновения межколонных перетоков.

Внедрение результатов в промышленность Основные результаты проведенных исследований и предлагаемые рекомендации внедрены при строительстве скважин на месторождениях Крайнего Севера Западной Сибири, разбуриваемых буровым предприятием «Тюменбургаз» ДООО «Бургаз» ОАО «Газпром».

Апробация результатов исследований Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических совещаниях филиала «Тюменбургаз» ДООО «Бургаз», заседаниях кафедры бурения нефтяных и газовых скважин ГОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», на международных и региональных научно-технических конференциях: междунар.

науч. техн. конф., посвященной 40-летию ТюмГНГУ. (Тюмень, 2003);

региональной науч. практич. конф. аспирантов и молодых ученых (Тюмень, 2004); региональной науч. техн. конф. ТюмГНГУ. Тюмень, 2004).

Публикации Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных литературных источников. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, в том числе содержит 20 таблиц и 19 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и основные задачи исследований.

В первом разделе дана краткая геокриологическая характеристика основных месторождений Крайнего Севера Западной Сибири. Проведен анализ осложнений, возникающих при строительстве скважин в криолитозоне.

Оценена эффективность применяемой технологии крепления скважин на месторождениях, разбуриваемых буровым предприятием «Тюменбургаз».

Большое внимание к изучению геокриологических условий ЗападноСибирской низменности привлекло открытие на севере этого региона таких крупных газовых и газоконденсатных месторождений как: Медвежье, Уренгойское, Ямбургское, Харасавэйское, Бованенковское и др.

В пределах Западной Сибири южная граница распространения многолетнемерзлых горных пород доходит до широты 58-590.

Криолитозона Западно-Сибирской плиты представлена разнообразными в возрастном и генетическом отношении комплексами. Процессы криолитогенеза различных парагенетических комплексов отложений привели к формированию двух основных генетических типов МГП: сингенетического и эпигенетического. Основные закономерности их развития на территории Западной Сибири приведены в работах Баулина В.В., Дубикова Г.И., Трофимова В.Т. и других исследователей.

Месторождения полуострова Ямал характеризуются сплошным распространением МГП мощностью 400-600 м с температурой пород в слое 0 годовых теплооборотов от - 8 С до - 5 С. Для месторождений Уренгойской группы характерно несплошное распространение МГП как по площади, так и по глубине. Мощность мерзлой толщи достигает 250-300 м с температурой до - 4 0С. Особенностью месторождений широтного Приобья является наличие реликтовой мерзлоты на глубинах 150-230 м с температурой до минус 1 С.

В геологическом разрезе большинства месторождений имеются проницаемые пласты сеноманских отложений с низким давлением гидроразрыва до 0,0148 МПа/м.

Для успешного цементирования в этих условиях нужны облегченные тампонажные материалы, позволяющие формировать при низких положительных и небольших отрицательных температурах безусадочных камень достаточной прочности.

Научными работами: Белова В.И., Бондарева Э.А., Блинова Б.М., Вуда Д.В., Горского А.Т., Грязнова Г.С., Гудмена М.А., Дубины М.М., Кузнецова В.Г., Марамзина А.В., Мельцера М.С., Медведского Р.И., Прасолова В.А., Стригоцкого С.В., Шохина В.Ф. и других исследователей внесен большой вклад в решение вопросов технологии строительства скважин в районах Крайнего Севера.

Разработке специальных тампонажных цементов для арктических скважин посвящены работы Агзамова Ф.А., Булатова А.И., Данюшевского В.С., Клюсова А.А., Кузнецовой Т.Е., Новохатского Д.Ф., Овчинникова В.П., Рахимбаева Ш.М., Фролова А.А. и др.

Однако, несмотря на большой опыт строительства скважин в криолитозоне проблема качественного их крепления остается актуальной.

В настоящее время на этих месторождениях сооружаются скважины различной конструкции, включающей от двух до четырех обсадных колонн. В соответствии с действующими стандартами, цементирование всех колонн производится прямым одноступенчатым способом. В качестве тампонажного материала используется тампонажный портландцемент в соответствии с ГОСТ 1581-96 различных заводов изготовителей. Иногда применяются опытно-промышленные партии портландцемента класса G фирмы «Дюкерхофф». Приготовление облегченных тампонажных растворов для цементирования верхней части эксплуатационной и промежуточных обсадных колонн осуществляется с использованием облегчающих добавок – бентонитовый глинопорошок, вермикулит, алюмосиликатные микросферы.

Проведенный анализ показал, что основными осложнениями при креплении скважин в криолитозонах Западной Сибири являются: недоподъем тампонажного раствора до устья, негерметичность крепи, деформация обсадных колонн. Например, для Уренгойского месторождения до 50 % скважин имеют межколонные давления, а недоподъем тампонажного раствора до устья наблюдается у 67 % скважин. Приведены промысловые данные о смятии обсадных колонн в интервале МГП в простаивающих скважинах на месторождениях Крайнего Севера Западной Сибири. Так в большинстве случаев отмечено смятие только эксплуатационной колонны (61 %), реже смятыми оказывались все колонны (22 %), а промежуточные с эксплуатационными (17 %). Полученные результаты послужили основанием постановки задачи выявления их причин.

Показано, что основными причинами недоподъема цемента являются:

наличие больших по размерам каверн, образовавшихся в результате растепления МГП, из которых практически невозможно вытеснить при цементировании буровую промывочную или буферную жидкость; поглощения тампонажного раствора в высокопроницаемых пластах; седиментационные процессы в тампонажном растворе, интенсифицирующиеся под влиянием низких положительных и отрицательных температур скважинного пространства.

Наличие межколонного давления объясняется нарушением контакта цемента с обсадными трубами вследствие усадочных деформаций, возникающих при твердении традиционно применяемых тампонажных материалов, а также каналообразованием в цементе в результате миграции жидкости затворения в осевом (к устью) и радиальном (к фронту промерзания) направлении.

В связи с вышеизложенным, целью работы является: повышение качества крепления скважин в сложных условиях криолитозоны путем повышения сопротивляемости крепи давлению обратного промерзания.

Во втором разделе предложена рабочая гипотеза, изложены теоретические предпосылки повышения качества цементирования скважин в интервале залегания мерзлых горных пород. Описаны методы и методики проведения исследований.

Обобщены представления об условиях, величинах и характере возникающих сминающих нагрузках на обсадные трубы в криолитозоне.

Обоснована возможность возникновения внешних локальных, осесимметричных нагрузок в качественно зацементированных скважинах Проведенный анализ известных способов предупреждения смятия обсадных колонн в криолитозоне показал, что они недостаточно надежны и требуют значительных дополнительных материальных затрат. Показано, что создание оптимально прочной крепи скважин в интервале МГП является наиболее эффективным решением по предупреждению смятия обсадных колонн. При этом непременным условием является качественное цементирование обсадных колонн, обеспечивающее герметичность крепи.

Научно обоснованы требования к свойствам тампонажного раствора и камня, предназначенного для низких положительных и отрицательных температур (таблица 1).

Проведенный анализ облегченных тампонажных материалов, применяемых для цементирования скважин в интервале ММП, показал, что отечественной промышленностью они серийно не производятся, а традиционно применяемые при их приготовлении в промысловых условиях облегчающие добавки (бентонит, вермикулит, перлит и др.) являются инертными по отношению к формированию структуры твердеющего камня.

Рассмотрены особенности твердения тампонажных растворов при низких положительных и отрицательных температурах. Показано, что в этих условиях формирование камня происходит за счет алюминатных составляющих вяжущего.

Уточнена методика расчета крепи скважин на смятие. В отличие от известных методик предложено учитывать с помощью эмпирических коэффициентов ослабляющее действие осевых растягивающих нагрузок в обсадных колоннах. Показано, что снижение сопротивляемости крепи скважин смятию может достигать 15 %.

Используя результаты работ Ю.Е Якубовского., С.В. Якубовской, Таблица 1- Основные требования к физико-механическим свойствам тампонажного цемента для крепления скважин в криолитозоне Нормируемый показатель цемента Наименование показателей Ед.

изм.

нормальной облегченный плотности Коэффициент водоотделения при % 2,0 2,температуре 0 0С, не более Сроки схватывания при температуре 0±5 0С:

ч-мин 2-00 2-начало не ранее 10-00 10-конец не позднее Предел прочности при изгибе за 48 ч. твердения при температуре 2,МПа 0,0±5 0С, не менее Модуль упругости тампонажного камня при температуре 0±5 С, не МПа менее 1000 Усадка тампонажного камня % 0 Морозостойкость тампонажного Сохранение прочности камня Д.С. Герасимова, В.Г. Кузнецова, показано влияние качества сцепления цементного камня с обсадными трубами на напряженно-деформированное состояние крепи скважин при внешней локальной, осесимметричной нагрузке.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»