WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Во введении представлена краткая характеристика диссертационной работы, обоснована актуальность темы, сформулирована цель, и определены основные задачи исследований, показана научная и практическая значимость проведенных исследований.

В первом разделе проанализировано современное состояние качества крепления скважин в основных нефтегазодобывающих районах Крайнего Севера. Дана оценка эффективности применяемой технологии крепления скважин в криолитозонах. Показано, что наличие массива мерзлых горных пород в геологическом разрезе месторождений обусловливает возникновение специфических осложнений, значительно усложняющих строительство и эксплуатацию скважин. Установлены причины снижения качества крепления скважин.

Мерзлые горные породы имеют широкое распространение на Земле, встречаясь почти на всех континентах. Площадь их распространения составляет более 25 % всей суши земного шара, включая примерно 75 % территории Аляски, 63 % территории Канады и 47 % территории России. Большое внимание к изучению геокриологических условий Западно-Сибирской низменности привлекли открытия 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.

Основные закономерности распространения МГП приведены в работах В.А. Кудрявцева, В.Н. Достовалова, В.Т. Трофимова, И.Д.. Данилова, В.В. Баулина, Г.И. Дубикова, А.Р. Курчикова и других исследователей.

Геокриологическими исследованиями установлено, что месторождения полуострова Ямал характеризуются сплошным распространением мерзлых горных пород мощностью до 600 м с температурой в слое годовых теплооборотов от минус 8 0С до минус 5 0С. Для месторождений Надым-ПурТазовского района характерно несплошное распространение мерзлоты, как по площади, так и по глубине. С поверхности МГП прослеживаются до глубины 30-80 м, ниже до глубины 150 м находятся талые горные породы, а под ними вновь залегают мерзлые. Общая мощность мерзлого горного массива достигает 300 м с температурой пород до минус 4 С. Особенностью месторождений широтного Приобья является наличие реликтовой криолитозоны на глубинах 150-230 м с температурой пород минус 1 0С.

Особенности распространения мерзлых горных пород необходимо учитывать на всех этапах строительства скважин.

Основы технологии бурения и крепления скважин в мерзлых горных породах были заложены А.В. Марамзиным, А.Я. Липовецким и Г.С. Грязновым.

Научными трудами Р.И. Медведского, Н.Л. Шешукова, Э.А. Бондарева, Б.Б. Кудряшова, В.А. Прасолова, В.И. Белова, С.В. Стригоцкого, Н.Е. Щербича, М.В. Хомика, М.А. Гудмена, Р.Е. Смита, М.У. Клегга и других исследователей внесен существенный вклад в повышение эффективности строительства скважин в районах Крайнего Севера.

Наличие в геологическом разрезе мерзлых горных пород потребовало разработки специальных тампонажных цементов: безусадочных, расширяющихся, теплоизоляционных.

Разработке тампонажных материалов, в том числе для низкотемпературных скважин, посвящены работы А.И. Булатова, А.Т. Горского, В.С. Данюшевского, Н.Х. Каримова, А.А. Клюсова, С.А. Миронова, Д.Ф. Новохатского, Л.Г. Шпыновой, Т.Е. Кузнецовой, Ш.М. Рахимбаева, О.Л. Островского, Ю.С. Кузнецова, В.П. Овчинникова, А.А. Фролова и др.

Однако, несмотря на более чем полувековой опыт строительства скважин в районах Крайнего Севера, проблема прочности и долговечности крепи скважин в криолитозоне остается наиболее острой.

Существующая технология крепления скважин на месторождениях Крайнего Севера предусматривает применение различных конструкций скважин. Так, филиалом «Тюменбургаз» ДООО «Бургаз» РАО «Газпром» при строительстве скважин на сеноманские отложения применяется двухколонная конструкция скважин: кондуктор диаметром 0,245 или 0,299 м спускается на глубину 450-550 м; эксплуатационная колонна диаметром 0,168 или 0,219 м - на глубину 800-1400 м. При строительстве эксплуатационных скважин на валанжинские отложения применяется трехколонная конструкция: кондуктор диаметром 0,324 м спускаемый на глубину 550 м; промежуточная колонна диаметром 0,245 м с глубиной спуска 1380 м; эксплуатационная колонна диаметром 0,168 м с глубиной спуска 2800-3200 м. Конструкция разведочных и поисковых скважин следующая: кондуктор диаметром 0,426 м и длиной 500 м; первая промежуточная колонна диаметром 0,324 м и длиной 1350 м;

вторая промежуточная колонна диаметром 0,245 м и длиной 3670 м;

хвостовик диаметром 0,194 м в интервале 4170 - 3570 м; эксплуатационная колонна диаметром 0,127 или 0,140 м и длиной 4500 м.

Для цементирования обсадных колонн в интервале залегания мерзлых горных пород используются тампонажные растворы, облегченные добавками бентонита, вермикулита или микросфер, приготовленные на основе тампонажного портландцемента, серийно выпускаемого различными заводамиизготовителями.

Анализ промысловых данных показал, что в заколонном пространстве большинства скважин отмечен недоподъем тампонажного раствора до устья, а в криолитозоне имеются значительные интервалы с плохим сцеплением цемента с обсадными трубами. Установлено, что основными причинами низкого качества крепления обсадных колонн в криолитозоне являются применение комбинированного способа цементирования, наличие больших каверн и несоответствие свойств тампонажных материалов геокриологическим условиям.

Одним из наиболее тяжелых по последствиям осложнений в криолитозоне является смятие обсадных колонн.

Определено, что смятия труб обсадных колонн в скважинах месторождений Крайнего Севера Западной Сибири произошли в период их простоя, превышающий по продолжительности два месяца. Места смятий обнаружены на глубинах от 2,5 м (скв. 643 Уренгойского месторождения) до 234 м (скв. 103 Гыданского месторождения). В большинстве случаев отмечено смятие только эксплуатационной колонны (61,2 %), реже смятыми оказывались все обсадные колонны (22,3 %), а промежуточные совместно с эксплуатационными – (15,6 %). Отмечено, что смятия обсадных колонн происходят чаще в интервале отсутствия цемента за ними. При этом установлено, что в случае смятия внешней колонны сминаются и более прочные трубы последующих обсадных колонн (скв. 77 и 131 Бованенковского, скв. 103 и 105 Гыданского и др. месторождений Крайнего Севера).

Известно, что причиной смятия обсадных колонн в криолитозоне является высокое давление, возникающее при обратном промерзании массива горных пород окружающего скважину.

Анализ современного уровня технологий крепления скважин Крайнего Севера показал, что существует опасность возникновения этого давления как в заколонном, так и в межколонных пространствах скважин.

Проведен анализ известных мероприятий по предотвращению смятия обсадных колонн в криолитозоне. Показано, что они недостаточно надежны и требуют значительных дополнительных затрат для их проведения. Одним из эффективных решений этой проблемы является создание в криолитозоне прочной крепи скважин.

Во втором разделе рассмотрены теоретические предпосылки к разработке мероприятий по повышению долговечности крепи скважин в криолитозоне.

Обобщены представления об условиях возникновения и величинах давления на обсадные трубы при обратном промерзании массива горных пород вокруг простаивающих скважин.

Показано, что возникновение сминающего давления в межколонных пространствах скважин является следствием замерзания водосодержащих масс, образовавшихся в результате гравитационного расслоения тампонажного раствора или недоподъема его до устья. При медленном замерзании тампонажного раствора процесс твердения цемента резко замедляется, в результате интенсифицируются седиментационные процессы и, как следствие, за обсадными трубами скапливается водосодержащая жидкость.

Исследованиями А.Т. Горского показано, что при водоотделении цементного раствора более 2,0 %, в формирующемся из него камне образуются водяные прослои, в случае промерзании которых создается сминающее кольцевое давление на обсадные трубы. Не исключается возникновение избыточного давления на обсадные трубы и при замерзании самого цементного раствора в скважине.

Р.И. Медведским предложена модель смятия зацементированных обсадных труб в интервале мерзлых горных пород. Давление на обсадные трубы обусловлено замерзанием воды в верхних низкотемпературных интервалах мерзлых горных пород и передачей его на глубину по узкому каналу в цементном кольце.

Модели возникновения давления обратного промерзания в заколонном пространстве скважин предложены в работах М.А. Гудмена и Д.Б. Вуда (рисунок 1,а), Г.С. Грязнова (рисунок 1,б), Р.И. Медведского (рисунок 1,в и 1,г).

При этом показано, что обязательным условием является образование там замкнутых объемов с жидкостью, имеющей при замерзании положительный коэффициент объемного расширения.

Однако следует отметить, что эти модели не исчерпывают реальных ситуаций, приводящих к смятию обсадных колонн при обратном промерзании, например, не предполагается возможность смятия зацементированных с соблюдением существующих требований обсадных колонн (скважины 77 и Бованенковского месторождения). Смятия крепи скважин произошли на глубинах соответственно 53 и 36 метров.

На основании проведенного анализа промысловых данных дополнены представления о возникновении сминающего давления на крепь скважин в криолитозоне (рисунок 1,д). Отличие предложенной модели от известных заключается в том, что каверна с водосодержащей средой образуется под прослойкой глинистых пород, ниже слоя годовых теплооборотов, не в процессе бурения массива мерзлых пород, а вследствие теплового воздействия на них при дальнейшем углублении скважины или ее эксплуатации. Как показывает фактическое состояние ствола скважин, достаточно часто относительно устойчивые горные породы по разрезу чередуются с неустойчивыми при оттаивании. Тогда каждый раз в их кровле после просадок растепленных пород будет образовываться свободное пространство заполненное водой.

Следовательно, опасность смятия крепи простаивающих скважин в криолитозоне всегда существует.

Проанализированы известные методики оценки давления обратного а б в г д Рисунок 1 - Схемы моделей возникновения избыточного давления на обсадные трубы в криолитозоне промерзания. Показано, что они недостаточно аргументированы, имеют разноречивость и существенные недостатки, ограничивающие использование их на практике. В связи с этим, требуется проведение дополнительных теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных условиях и в реальной скважине.

Результаты анализа промысловых экспериментов, проведенных на Мессояхском, Ямбургском и Харасавэйском месторождениях свидетельствуют, что массив мерзлых горных пород имеет аномально высокое давление гидроразрыва, обусловленное наличием порового льда. При этом показано, что ледяная оболочка, образующаяся на стенке каверны в процессе обратного промерзания, еще более снижает вероятность гидроразрыва МГП.

Изучению процесса передачи давления через цементный камень на обсадные колонны в крепи скважины посвящены работы А.И. Булатова, А.Л. Видовского, К.А. Владимирова, А.А. Гайворонского, Л.Б. Измайлова, В.И. Королева, А.А. Мамедова, Р.И. Медведского, Г.М. Саркисова, А.А. Цыбина и др., в которых теоретически и экспериментально определено, что напряженное состояние крепи скважины зависит от физико-механических характеристик обсадных труб, цементного кольца, и практически не зависит от эксцентриситета обсадных колонн, относительного расположения овальных труб их разностенности и коэффициента Пуассона цементного камня.

Анализ указанных работ показывает, что в них недостаточно полно исследовано сложное напряженно–деформированное состояние крепи скважин при действии локальной, осесимметричной нагрузки, возникающей при замерзании «водяных поясов», не проанализировано напряженнодеформированное состояние четырехколонных крепей скважин, широко применяемых для крепления интервала МГП, на месторождениях Крайнего Севера, не исследовано влияние на сопротивляемость крепи смятию одновременного воздействия внешнего радиального давления и осевого растяжения обсадных колонн от действия их собственного веса. В связи этим требуется проведение дополнительных исследований.

Обязательным условием повышения долговечности крепи скважин в криолитозоне является качественное цементирование обсадных колонн.

В настоящее время отечественная промышленность не располагает серийно выпускаемыми тампонажными материалами для указанных условий.

В практике строительства скважин на месторождениях Крайнего Севера применяются обычные тампонажные портландцементы, модифицированные различными добавками, которые зачастую не решают указанную проблему.

Предложено использовать для цементирования обсадных колонн в интервале низких положительных и отрицательных температур тампонажный низкотемпературный седиментационноустойчивый безусадочный цемент (ЦНУБ), состоящий из клинкера тампонажного портландцемента, твердого остатка содового производства (в соотношении 9:1) и добавкиинтенсификатора помола ЛСТМ-2. Для приготовления тампонажного раствора вводится комплексная добавка химреагентов – пластификатора НТФ (0,070,13 %) и ускорителя схватывания Na2СО3 в количестве 3,8-5,0 %. При этом водотвердое отношение составляет 0,37-0,50.

На многих месторождениях Крайнего Севера ниже криолитозоны находятся пласты с низким давлением гидроразрыва, что требует применения для цементирования обсадных колонн, перекрывающих эти пласты, облегченных тампонажных цементов, способных твердеть в условиях отрицательных температур. Обычно для понижения плотности тампонажных растворов используют различные добавки глинопорошка, вермикулита или микросфер, которые, являясь инертными по отношению к цементу, не участвуют в процессе структурообразования.

В связи с этим, в качестве облегчающей добавки к тампонажным материалам для низкотемпературных скважин рекомендованы цеолиты, в частности, клиноптилолит (Na, K)4 CaCl6 Si30O12 24H2O, являющийся, в отличие от других кремнеземистых и алюмосиликатных минералов, микропористым каркасным силикатом. Замещение части кремния Si4 на алюминий приводит к появлению на их внешней поверхности избыточного отрицательного заряда.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |






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