WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КРЕПИ СКВАЖИН В КРИОЛИТОЗОНЕ (ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ) Специальность 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тюмень – 2004 2

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ).

Научный консультант: - доктор технических наук, профессор Овчинников Василий Павлович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Медведский Родион Иванович - доктор технических наук, профессор Зозуля Виктор Павлович - доктор физико-математических наук, профессор Мальцев Лев Евгеньевич

Ведущая организация: Дочернее общество с ограниченной ответственностью «Буровая компания» открытого акционерного общества «Газпром» (ДООО «Бургаз»)

Защита состоится 23 декабря 2004 года в 14-00 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 23 ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор В.П. Овчинников 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Нефтяная и газовая промышленность являются основными бюджетообразующими отраслями России. Перспективы развития топливноэнергетического комплекса тесно связаны с темпами ведения геологоразведочных и буровых работ на севере и востоке нашей страны, эффективность которых во многом определяется качественными и экономическими показателями строительства скважин в районах со сложными горно-геологическими условиями.

Основным топливно-энергетическим центром нашей страны остаются месторождения севера Западной Сибири, характеризующиеся наличием в геологическом разрезе мерзлых горных пород (МГП) мощностью до 600 м с температурой до –8 0С, что значительно осложняет сооружение и эксплуатацию скважин.

Отечественный и зарубежный опыт строительства скважин в районах Крайнего Севера свидетельствует, что наличие криолитозоны в геологическом разрезе обусловливает возникновение специфических осложнений и аварий таких как: интенсивное кавернообразование, размыв и просадка устья скважин, смятие обсадных колонн и др.

Причины и условия возникновения указанных осложнений изучены недостаточно и определяются влиянием многообразных факторов геологического, технологического и технического характера. Исследование условий возникновения осложнений необходимо для разработки способов их предупреждения.

Одним из самых тяжелых по последствиям осложнений является смятие обсадных труб в интервале МГП во время длительных простоев скважин перед вводом их в эксплуатацию. В результате нередко возникают заколонные газопроявления, наносящие огромный ущерб экологии данного района, что порождает социальные проблемы для малых народов Крайнего Севера. Для ликвидации последствий смятия обсадных колонн требуются большие дополнительные затраты. Только на территории Западной Сибири зарегистрировано 38 скважин, в которых произошло смятие обсадных колонн, причем 20 из них пришлось ликвидировать.

Проблемами строительства скважин на месторождениях Крайнего Севера продолжают заниматься ведущие заинтересованные зарубежные компании и отечественные предприятия. Однако, несмотря на более чем полувековой опыт, проблема повышения долговечности крепи скважин в криолитозоне остается актуальной.

Для предупреждения смятия крепи скважин в интервале залегания мерзлых горных пород предложены различные технические решения, но вследствие их значительной трудоемкости и низкой надежности они практически не применяются.

Одним из эффективных решений этой проблемы является создание в интервале МГП оптимально прочной крепи скважин. При этом обязательным условием ставится качественное цементирование обсадных колонн.

Несмотря на имеющиеся решения задач о напряженно-деформированном состоянии (НДС) крепи скважины не полностью выявлены важные особенности ее работы в криолитозоне, существенные для принятия решений при выборе обсадных труб, тампонажного материала и технологии крепления, т.е.

оптимизации крепи.

Выпускаемые отечественной промышленностью обычные тампонажные цементы малопригодны в этих условиях. Особенно это относится к облегченным тампонажным материалам. Применяемые облегчающие добавки в основном не участвуют в процессах твердения цемента и требуют повышенного водосодержания, что отрицательно влияет на свойства формирующегося тампонажного камня. Для качественного цементирования скважин в криолитозоне необходимы безусадочные, седиментационноустойчивые цементы, образующие морозостойкий камень, имеющий прочное сцепление с обсадными трубами.

Актуальность проблемы требует научного обоснования и практического решения вопросов оптимизации параметров крепи скважин в криолитозоне, разработки и промышленного производства специальных тампонажных материалов для цементирования низкотемпературных скважин, чему и посвящена настоящая работа.

Основные этапы работы выполнялись в рамках отраслевых программ «Геолог» («Ускорение научно-технического прогресса в строительстве поисковых скважин на нефть и газ в Западной Сибири»), «Шельф» («Разработать и внедрить прогрессивную технологию и технические средства добычи нефти и газа на континентальном шельфе с различными природно– климатическими условиями»), гранта ТюмГНГУ на разработку научноисследовательского проекта («Исследование напряженно-деформированного состояния крепей скважин и оптимизация их конструкций»).

Цель работы Повышение качества крепления скважин в сложных геокриологических условиях месторождений Крайнего Севера на основе разработки и внедрения эффективных технических средств и технологий.

Основные задачи исследований 1. Обобщение имеющихся представлений об условиях возникновения и величинах давления на крепь скважин в криолитозоне.

2. Оценка величин наружных давлений, действующих на крепь скважин при обратном промерзании массива горных пород.

3. Исследование напряженно–деформированного состояния крепи скважин в интервале залегания мерзлых горных пород.

4. Разработка требований к свойствам тампонажных материалов для цементирования обсадных колонн скважин в криолитозоне.

5. Разработка рецептур тампонажных растворов для цементирования обсадных колонн в условиях отрицательных и низких положительных температур.

6. Разработка методики оптимизации параметров крепи скважин в криолитозоне.

7. Промышленная апробация и внедрение разработанных мероприятий по повышению долговечности крепи скважин в криолитозоне.

Научная новизна 1. Предложена модель возникновения избыточного давления на крепь при обратном промерзании водосодержащих масс в заколонном пространстве скважин и сделано сопоставление с известными моделями.

2. Предложена и подтверждена результатами натурных исследований эмпирическая формула для определения давления, действующего на крепь скважин при обратном промерзании в диапазоне температур от минус 2 0С до минус 4 0С.

3. Определено влияние параметров крепей скважин на их напряженнодеформированное состояние при воздействии внешней распределенной и локальной осесимметричной нагрузках, возникающих при обратном промерзании.

4. На основе системного подхода, который включает: обоснование необходимого количества обсадных колонн в крепи; выбор тампонажного материала; оценка величины давления обратного промерзания; расчет напряженно-деформированного состояния крепи скважин разработана методика оптимизации параметров крепи скважин в криолитозоне с позиции прочности. В качестве целевой функции предложена и обоснована стоимость крепи скважины.

Практическая ценность 1. Разработаны и изготовлены технические средства, позволяющие длительно с повышенной точностью измерять давление и температуру в заколонном пространстве скважин.

2. На основе сформулированных требований рекомендовано для цементирования промежуточных колонн, кондукторов и направлений в криолитозоне применять безгипсовый тампонажный материал ЦНУБ.

3. Разработаны и внедрены при участии автора рецептуры облегченных тампонажных растворов для низкотемпературных скважин:

- расширяющийся тампонажный раствор (пат. 2204690 РФ);

- безгипсовый цементно-цеолитовый раствор (положительное решение о выдаче патента на изобретение (пат. № 2241095 РФ);

- тампонажный раствор с повышенной седиментационной устойчивостью.

4. Разработана и внедрена компьютерная программа «СW», позволяющая обосновывать оптимальные параметры крепи скважин в криолитозоне при составлении нормативной документации.

5. Разработаны в соавторстве мероприятия по повышению качества крепления скважин в криолитозоне, на основе которых внедрены следующие нормативные документы:

- Технические условия «Цемент низкотемпературный седиментационноустойчивый, безусадочный» (г. Стерлитамак 1990 г.);

- Стандарт объединения «Материал тампонажный, низкотемпературный, безусадочный» (г. Мурманск, 1991 г.);

- Стандарт предприятия «Изготовление и применение облегченных цементно-цеолитовых тампонажных растворов с повышенной седиментационной устойчивостью» (ПО «Арктикморнефтегазразведка» г. Мурманск, 1991 г.);

- Инструкция «Материал тампонажный низкотемпературный, седиментационно-устойчивый, безусадочный (ЦНУБ)» (г. Красноярск, 1990 г.);

- Рекомендации по совершенствованию качества крепления обсадных колонн скважин в ПО «Арктикморнефтегазразведка (г. Мурманск, 1991 г.).

6. Разработана и внедрена при участии автора на Стерлитамакском цементном заводе ПО «Сода» технология изготовления безгипсовых тампонажных материалов. Выпущено в виде опытно–промышленных партий 680 тонн цемента, которые были применены при цементировании скважин в ПО «Арктикморнефтегазразведка» и ПГО «Енисейнефтегазгеология».

7. Основные рекомендации и разработки диссертации внедрены в Карской НГРЭ, Стерлитамакском ПО «Сода», филиале «Тюменбургаз» ДООО «Бургаз» ОАО «Газпром», ПО «Арктикморнефтегазразведка», ПГО «Енисейнефтегазгеология», Сургутском УБР - 1, ЗапСибБурНИПИ, НПО «Тюменразведтехнология» и используются в учебном процессе ТюмГНГУ при подготовке дипломированных специалистов.

Апробация результатов исследований Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 1-й Республиканской научно-технической конференции «Проблемы освоения Западно-Сибирского топливно-энергетического комплекса» (г. Уфа, 1982); Второй зональной научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (г. Тюмень, 1983 г.); Всесоюзной конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (г. Тюмень, 1985 г.); Областной научнопрактической конференции «Совершенствование строительства глубоких разведочных скважин на новом этапе развития Западно-Сибирского нефтегазового комплекса» (г. Тюмень, 1987 г.); научно-технической конференции «Совершенствование методов разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений» (г. Пермь, 1989 г.); Второй научно-практической конференции «Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР» (г. Мурманск, 1989 г.); Краевой научнопрактической конференции «Повышение эффективности и качества проводки глубоких разведочных скважин в аномальных геологических условиях» (г. Красноярск, 1989 г.); Областной научно-технической конференции «Проблемы научно-технического прогресса в строительстве глубоких скважин в Западной Сибири» (г. Тюмень, 1990 г); Межгосударственной научнотехнической конференции «Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки», посвященной 30-летию Тюменского индустриального института (г. Тюмень, 1993 г); научно-практической конференции «Комплексное освоение нефтегазовых месторождений юга Западной Сибири» (г. Тюмень, 1995 г.); Международной научной конференции «Проблемы подготовки кадров для строительства и восстановления нефтяных и газовых скважин месторождений Западной Сибири» (г. Тюмень, 1996 г.);

Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование технологических процессов бурения, добычи и транспортировки нефти и газа на основе современных информационных технологий» (г. Тюмень, 1998 г.);

Международной научно-технической конференции «Ресурсосбережение в топливно-знергетическом комплексе России» (г. Тюмень, 1999 г.); научнотехнической конференции «Критерии оценки нефтегазоносности ниже промышленно освоенных глубин и определение приоритетных направлений геолого-разведочных работ» (г. Пермь, 2000 г.); Всероссийской научнотехнической конференции «Проблемы совершенствования технологий строительства скважин и подготовки кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса» (г. Тюмень, 2001 г.); Международном совещании «Энергоресурсосберегающие технологии в нефтегазовой промышленности России» (г. Тюмень, 2001 г.); научно-технической конференции «Повышение эффективности работы нефтедобывающего комплекса Ямала путем применения прогрессивных технологий и совершенствования транспортного обслуживания» (г. Салехард, 2002 г.);

Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в нефтегазовой промышленности и энергетике» (г. Тюмень, 2003 г.); Международной научно-технической конференции «Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе» (г. Тюмень, 2003 г.);

V Международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения» (г. С-Петербург, 2003 г.).

Публикации По материалам исследований опубликованы 64 научные работы, в том числе 2 монографии, 59 статей и тезисов докладов, 1 авторское свидетельство на изобретение, 2 патента на изобретение РФ.

Объем и структура работы Диссертационная работа изложена на 329 страницах машинописного текста, в том числе содержит 54 таблицы и 56 рисунков. Состоит из введения, семи разделов, основных выводов и рекомендаций, приложений. Список использованных литературных источников включает 162 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |






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