авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка технологии сохранения устойчивости литифицированныхглин на основе регулируемой кольматации

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Деминская Наталия Григорьевна

Разработка технологии сохранения устойчивости литифицированных
глин на основе регулируемой кольматации

Специальность 25.00.15 Технология бурения и освоения скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук









Ухта - 2008

Диссертация выполнена на кафедре бурения нефтяных и газовых скважин Ухтинского государственного технического университета.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент

Уляшева Надежда Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Быков Игорь Юрьевич

кандидат технических наук

Михеев Михаил Александрович

Ведущая организация: ООО «ПечорНИПИнефть»

Защита состоится 26 декабря 2008 г. в 10 часов на заседании Ученого совета Д.212.291.01 при Ухтинском государственном техническом университете по присуждению степени кандидата технических наук по адресу 169300 Республика Коми г. Ухта ул. Первомайская д.13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского государственного технического университета.

Автореферат размещен на сайте университета: http://ugtu.net

Автореферат разослан «25» ноября 2008 г.

Ученый секретарь

кандидат технических наук, доцент Н.М. Уляшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность работы

Сохранение устойчивости стенок скважины в процессе бурения является важной проблемой в системе мероприятий, направленных на улучшения качества строительства скважин и повышения его технико – экономических показателей (ТЭП) бурения.

Проблема сохранения устойчивости ствола становится наиболее актуальной при бурении в глинистых отложениях различной степени литификации, толщина которых в нефтегазовых регионах может достигать значительных величин. Так, например, на месторождениях Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции мощность глинистых пород может достигать 2000 метров и более. И если управление свойствами слаболитифицированных увлажненных глинистых пород достаточно решено применением ингибирующих, недиспергирующих и полимерных буровых растворов в сочетании с оптимальной технологией бурения, то вскрытие слабоувлажненных литифицированных глин практически всегда сопровождается кавернообразованием и длительными проработками, снижение интенсивности которых возможно лишь повышением плотности, резким увеличением реологических характеристик и применением жестких ингибиторов. Повышение реологии, в свою очередь, ухудшает очистку забоя и снижает ТЭП бурения. Кроме того часто остается без внимания роль смазывающего эффекта жидких прослоек и капиллярного всасывания при контакте с буровым раствором в потере устойчивости.

В связи с вышесказанным, проблема сохранения устойчивости стенок скважины, сложенных литифицированными глинистыми породами, в настоящий момент продолжает оставаться актуальной.

Цель работы

Разработка комплекса мероприятий, обеспечивающих управление физико-химическим взаимодействием бурового раствора с литифицированными глинистыми породами.

Основные задачи исследований

Изучить особенности строения литифицированных глинистых пород и выявить основные физико-химические процессы при взаимодействии буровых растворов с глинистыми породами;

  • провести экспериментальные исследования капиллярно-адгезионных процессов в массиве горной породы, контактирующей с буровыми растворами на водной основе;
  • разработать технологические рекомендации к составам буровых растворов, направленных на сохранение устойчивости стенок скважины.

Научная новизна

  • Установлено, что обработка буровых растворов электролитами, диссоциирующими на анионы большой молекулярной массы, снижает скорость капиллярной пропитки в 2 -3 раза и повышает коэффициент адгезионно-когезионного сцепления. При этом концентрация электролита не превышает 1 %;
  • Установлено, что присутствие в буровом растворе солей поливалентных металлов, в отличие от хлоридов натрия и калия, способствует снижению капиллярного влагопереноса и усилению взаимодействия в литифицированной глинистой породе;
  • Определено, что использование в литифицированной глинистой породе в качестве ингибирующей добавки хлорида калия (1-5 %), ускоряет процесс их разрушения.


Основные защищаемые положения

  • Результаты аналитических исследований, которые позволили выявить возможность управления диаметром скважины за счет усиления адгезионных процессов в массиве горных пород;
  • Результаты экспериментальных исследований гидратационных процессов в уплотненных глинистых породах, которые позволили определить наиболее эффективные добавки, которые повышают адгезионное сцепление в литифицированных породах и снижают их капиллярное увлажнение;
  • Технология приготовления и регулирования свойств буровых растворов с адгезионно-активными добавками и результаты промысловых испытаний, подтверждающих ее эффективность.

Практическая значимость

Разработанные рекомендации по составу адгезионно-активных добавок и технология буровых растворов позволят повысить ТЭП бурения и обеспечить качественную проводку скважины в сложных горно-геологических условиях.

Методика исследования адгезионных процессов с использованием кернового материала и искусственных образцов, имитирующих мергель и аргиллитоподобные глины, позволит обоснованно выбирать ингибирующие и кольматирующие добавки к буровым растворам.

Реализация результатов работы

Результаты работы использованы при составлении технологических регламентов в рамках хоздоговорных тем кафедры бурения УГТУ: «Разработка и научно-техническое обоснование программы промывки промывочных жидкостей для осложненных условий Южно-Лыжского, Северо-Кожвинского, Кыртаельского месторождений» (ЗАО «Байтек-Силур») и “Буровые растворы с адгезионно-активными добавками для предупреждения обвалообразований в литифицированных породах” (ООО «Севергазпром»).

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научной конференции ученых и студентов «Нефтегазовые и химические технологии» (г. Самара, 2001 г.), Межрегиональных молодежных конференциях «Севергеоэкотех» (г.Ухта, 2001, 2002, 2003 г.г.), Всероссийская конференция «Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы. Нефть и газ Европейского Северо-востока» (г. Ухта, 2003 г.), научно технических конференциях преподавателей и сотрудников УГТУ (г. Ухта, 2004 – 2008 г.г.).

По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 101 наименования и 2 приложений, содержит 136 страниц текста, включая 25 рисунков и 10 таблиц.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю кандидату технических наук, доценту Уляшевой Надежде Михайловне за оказание огромной помощи и постоянный контроль на всех этапах научно-исследовательской работы.

Автор признателен коллективу кафедры бурения УГТУ за понимание и помощь при работе над диссертацией, и лично Ю.Л. Логачеву.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении изложена актуальность диссертационной работы.

В первой главе представлена характеристика глинистых пород в целом и влияние их свойств (дисперсности, пластичности, обменного комплекса) на устойчивость стенок скважины. Основное внимание уделено строению литифицированных глинистых пород. Рассмотрены физико-химические процессы в скважине при вскрытии глин различной степени литификации. Обоснованны цели и задачи исследований.

Значительный вклад в изучение процессов в потенциально неустойчивых породах внесли Ахмадеев Р.Г., Ангелопуло О.К., Аветисян Н.Г., Белов В.П., Быков И.Ю., Городнов В.Д., Грей Дж., Дарли Г.С.Г., Жигач К.Ф., Мавлютов М.Р., Сеид-Рза М.К., Михеев В.Л., Яров А.К., и др. В настоящее время нет общепризнанного представления о механизме нарушения устойчивости стенок скважины. Отдельные исследователи причиной кавернообразования в глинистых породах считают механическое (силовое) воздействие колонны бурильных труб на стенки скважины. Однако большинство относят к основным факторам потери устойчивости глинистых пород – характер напряженного состояния пород, их физико-химическое взаимодействие с промывочной жидкостью (фильтратом), механическое воздействие бурильного инструмента – в любом их сочетании. В связи с особенностями строения и минерального состава литифицированных глинистых пород, устойчивость, особенно при больших углах падения пластов, по мнению ряда исследователей, обусловлена, в основном, силами трения между частицами породы

Значительное количество работ посвящено проблеме изучения взаимосвязи напряженного состояния горных пород, плотности промывочной жидкости и устойчивости стенок скважины. Однако они не дают однозначного решения проблемы путем уменьшения или увеличения плотности. Так, например, М.К. Сеид-Рза и другие экспериментально показали, что снижение бокового давления (вследствие повышения удельного веса промывочной жидкости) способствует хрупкому разрушению стенок скважины, а его увеличение (вследствие снижения удельного веса промывочной жидкости) ведет к преобладанию пластических деформаций и смещению пород в ствол скважины. В то же время, практика бурения показала, что решение проблемы предотвращения осыпей и обвалов горных пород повышением плотности зачастую приводило к поглощениям, а также газонефтепроявлениям, вызванным гравитационным замещением пластового флюида тяжелым буровым раствором.

В последние годы для управления устойчивостью ствола скважины используют специальные технологии буровых растворов, оказывающие воздействие на породу, иногда одновременно с изменением плотности промывочной жидкости. При этом химическая обработка направлена на сохранение влажностного баланса в глинистых породах или, по крайней мере, на снижение интенсивности влагопереноса.

В свою очередь изменение влажностного баланса в массиве горной породы вызвано не только фильтрацией (в трещиноватых и слоистых литифицированных глинах), но и такими физико-химическими процессами как смачивание, диффузия и осмос, адсорбция и катионный обмен.

На возможное влияние осмоса, как на одну из причин обвала пород, ранее указывал В.Ф. Роджерс. П.М. Люкшин, М.О. Канаренштейн и В.П. Смирнов путем лабораторных опытов установили, что глины и аргиллиты подвергаются разрушению и осыпанию в минерализованной пластовой воде позже, чем в пресной воде в 1,8-3,2 раза. Следовательно, использование промывочной жидкости, близкой по своему солевому составу к пластовым глинам, позволит значительно уменьшить действие осмотического давления и сохранить целостность породы на стенках скважины. Однако диффузионно-осмотические процессы при взаимодействии пород с буровым раствором имеют место при достаточной увлажненности глинистых пород.

Одной из причин разупрочнения неувлажненных или слабоувлажненных литифицированных глинистых пород можно рассматривать процессы капиллярного всасывания.

Капиллярное перемещение фильтрата бурового раствора приводит к возникновению дополнительного расклинивающего давления, вызванного поверхностными силами, а также уменьшает силы сцепления в горной породе. Капиллярные процессы и связанное с ним увлажнение пород, могут оказаться причиной в дальнейшем диффузионно-осмотических перетоков, что усиливает процессы разупрочнения. В связи с этим возможными решениями проблемы вскрытия слоистых и трещиноватых глинистых пород является кольматация стенок скважины и усиление адгезионных взаимодействий в массиве.

Во второй главе рассмотрены основные устройства и методики экспериментальных исследований. Анализ методов оценки изменения состояния глинистых пород показал, что, как правило, изучают их набухание в различных средах. Однако, характер взаимодействия зависит не только от вещественного состава породы, но и от степени метаморфизации. Набухание, как правило, встречается при взаимодействии бурового раствора с пластичными неметаморфизованными глинами. Литифицированные глинистые породы в результате процессов диагенеза совсем потеряли эту способность. В связи с этим, нарушения устойчивости могут быть с набуханием или без набухания глин.

В связи с вышесказанным для обоснования технологии вскрытия неустойчивых уплотненных глин, характеризующихся слоистостью, трещиноватостью и пониженной влажностью, необходим комплекс исследований, который позволит оценить и кольматирующую способность буровых растворов. В работе этот комплекс включает:

- исследование набухания глинистых пород различного вещественного состава с помощью тестера продольного набухания в динамическом режиме с компактором фирмы OFITE;

- оценка капиллярного влагопереноса на капилляриметре, разработанном на кафедре бурения УГТУ;

- определение изменения сил сцепления с использованием пары трения на приборе ВСВ-25.

Для оценки влияния различных добавок на набухание глинистых пород различного вещественного состава были проведены исследования с использованием тестера продольного набухания в динамическом режиме фирмы OFITE. Исследование набухания проводилось на образцах различного вещественного состава имитирующих слаболитифицированные и литифицированные глины, а также подсолевые терригенные породы: глинопорошок; глинопорошок и песок (в соотношении 6:4); глинопорошок, песок и соль (в соотношении 6:4:1). Образцы готовились с использованием компактора фирмы OFITE при давлении 4,1 МПа в течение 30 минут.

Поскольку важную роль, по нашему мнению, в разупрочнении литифицированных «сухих» глинистых пород играет капиллярный влагоперенос, то основной объем работ проведен с использованием лабораторного прибора для изучения капиллярной пропитки – капилляриметра (рис. 1), в котором используют искусственные образцы, получаемые нанесением порошкообразных материалов, имитирующих породу, на бумажный фильтр. При этом формирование образца заключается в постепенном осадконакоплении на бумажном носителе в процессе седиментации дисперсной фазы из разбавленных суспензий.

Исследование заключается в определении скорости увлажнения образца испытуемой жидкостью, помещенной в капилляр. Метод практически исключает влияние гидростатического давления на увлажнение образца и позволяет качественно оценить увлажнение образца при использовании различных буровых растворов.

Рисунок 1. – Капилляриметр

1 – капилляр, 2 – буровой раствов, 3- крышка с отверстием,

4 – образец горной породы, 5 - подложка

Как уже упоминалось ранее, нарушение устойчивости литифицированных глинистых пород на стенках скважины зависит от наличия в породе объемной сети трещин, происхождение которых может быть как естественным (в результате геологических процессов осадконакопления, метаморфизма и др.), так и искусственным (под действием бурильного инструмента). Именно эти трещины и являются плоскостями скольжения породы при проникновении по ним бурового раствора.

Для решения намеченных задач, проверки рабочей гипотезы о значительной роли сил адгезионно-когезионного сцепления в сохранении устойчивости литифицированных глин и разработки технологических рекомендаций был использован прибор ВСВ-25, который предназначен для оценки коэффициента трения между металлическими пластинами. Замена металлических пластин на образцы горных пород (керновый или искусственный материал) позволяет оценить коэффициент сцепления в паре «порода-порода». При помощи имитации простейшей трещины на приборе ВСВ-25 можно спрогнозировать внутреннее сцепление в массиве горной породы при использовании различных буровых растворов. Образцы готовились из плотного аргиллита и цементно-глинисто-песаной смеси при соотношении цемент: гидрослюдистый глинопорошок: песок - 3:8:3.

В третьей главе рассмотрены современные направления в технологии ингибирующих буровых растворов и опыт их использования на месторождениях Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции.

Основным направлением ингибирования буровых растворов в настоящее время является применение силикатов, хлоридов калия и натрия как в стабилизированных глинистых, так и в малоглинистых системах.

Анализ показал, что Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция не является исключением. Для анализа использования ингибирующих буровых растворов на площадях Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции использованы фактические материалы, полученные при бурении скважин с использованием различных технологий и промывочных агентов на Кыртаельском, Южно-Лыжском, Северо-Кожвинском и Южно-Кыртаельском месторождениях.

При бурении разведочных и эксплуатационных скважин на Южно-Лыжском месторождении, отмечается что интенсивное кавернообразование отмечается в интервале 1260-2400 м. Интервал представлен аргиллитоподобными глинами, мергелями и алевролитами. При проводке скважин применялись различные системы: хлоркалиевый глинистый раствор (скв. №№ 15, 23, 25, 104), хлормагниевый (скв. №24), полимеркалиевый (скв. № 22), пресный стабилизированный (скв. №21). Ни один из вышеперечисленных типов буровых растворов не позволил предотвратить интенсивное кавернообразование (коэффициент кавернозности составлял 1,5 – 2,8).

На Кыртаельском и Южно-Кыртаельском месторождениях осложненный интервал представлен, как и на всех месторождений Печоро-Кожвинского мегавала, переслаиванием мергелей, аргиллитоподобных глин, глинистых известняков, глинистых алевролитов и алевролитистых глин. Анализ материалов бурения (с 1990 г.) показал, что при бурении эксплуатационных скважин использовались: полимер-солевые растворы, в которых роль твердой фазы играла, в основном, выбуренная порода, а плотность фильтрата достигала 1100 - 1150 кг/м3 (в качестве минерализатора использовались многотоннажные промышленные калийсодержащие отходы); ингибирующие хлоркалиевые растворы с содержанием хлорида калия 5-10 % и обработанные полиакрилатами, КМЦ и полианионной целлюлозой. Тем не менее при длительных остановках циркуляции или замедлении темпа углубления скважины, или уменьшении рейсовой проходки ствол скважины осложнялся и коэффициент кавернозности в аргиллитах мог достигать 1,8 и более.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.