Исследование и разработка технологии строительства газовых скважин с субгоризонтальным окончанием в сложных геолого-технических условиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Мнацаканов, Вадим Александрович

• Мнацаканов, Вадим Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мнацаканов, Вадим Александрович

Введение.л.'.

1. Разработка технологии; бурения скважин с субгоризонтальным окончанием.

1.1 Особенности проводки наклонно направленных скважин.

1.1.1 Анализ геолого-технических условий строительства горизонтальных скважин

I • I на Уренгойском ГКМ и выбор направлений работ по совершенствованию технологии.'.Л.

1.1.2 Совершенствование конструкции горизонтальных скважин на Уренгойском ГКМ.Л.

1.1.3 Проектирование КНБК для бурения горизонтальных скважин.

1.1.4 Промысловое исследования технологии бурения горизонтальных скважин и оптимальных КНБК.'.

Выводы к разделу 1.:.

2. Экспериментальные исследования и разработка составов буровых растворов для . проводки субгоризонтального ствола в литологонеоднородных породах.

2.1 Промысловые исследования и технологические особенности промывки при

I , ' бурении .неустойчивых и проницаемых пород.

3.1 Требования к конструкции забоя скважины

3.2 Технология "щадящей" кольматации.

3.3 Теория струйно-волновой кольматации.,

3.4 Технология формирования фильтровой части забоя скважины с учетом эффективной эксплуатации.'.,.

3.4.1. Основные закономерности разрушения горных пород струей жидкости1.

3.4.2. Методика создания1 щелей.

Выводы по главе 3.:.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка технологии строительства газовых скважин с субгоризонтальным окончанием в сложных геолого-технических условиях»

дацию аварий и осложнений. Особую актуальность при этом приобретают проблемы разбуривания так называемых «шоколадных» глин скважинами с большими зенитными углами и субгоризонтальным окончанием.

В этой связи цель работы сформулирована следующим образом: Разработка технологии строительства наклонных скважин с субгоризонтальным окончанием в неустойчивых породах, чередующихся с проницаемыми про-пластками.

Основные задачи исследований

1. Анализ геолого-технических условий строительства горизонтальных скважин и выбор направлений для совершенствования конструкции забоя.

2. Проектирование конструкции низа бурильной колонны (КНБК) для бурения горизонтальных скважин.

3. Исследование и разработка составов буровых промывочных жидкостей для проводки субгоризонтального ствола в литологонеоднородных породах.

4. Разработка технологии, сохранения фильтрационно-ёмкостных свойств (ФЕС) коллекторов продуктивного горизонта. , 1 5. Разработка нормативной документации. -------,— Научная новизна

1. Научно обоснована методика расчета забойного двигателя отклонителя

I 1 для одновременного использования в интервалах ориентированного управления I кривизной ствола и на участках стабилизации с дополнительным вращением инструмента ротором, где отклонитель рассматривается как напряженно деформированная система в условиях пониженной точности определения усилий и неодно

• рбдности материала. I

2. Получила дальнейшее развитие теория устойчивости горных пород при I взаимодействии с фильтратом буровых растворов. Установлено, что кавернообра-зование в неустойчивых породах по квадратичному закону возрастает с увеличениI ем угла наклона ствола скважины и напрямую зависит от показателя фильтратоот-. Дачи и плотности раствора. 1

3. Научно обосновано применение струйно-волновой кольматации при обработке слабосцементированных песчаников и чередующихся с песчаниками гли- ' I нистых пропластков. * •

Практическая ценность

1 • I

1. Выполненный комплекс исследований позволяет обоснованно увеличить объемы внедрения метода и технических средств в практику бурения горизонтальных скважин для решения задач безаварийного построения ствола по заданному профилю.

2. Внедрение технико-технологических рекомендаций по бурению горизонтальных скважин на Уренгойском ГКМ позволило увеличить коммерческую скорость бурения скважин в два раза и получить экономический эффект в зависимости от базы сравнения 36,5 и 112,1 млн. руб. в ценах 2003 года.

3. Исследована технологическая эффективность новых компонентов буровых растворов (высоковязкий полимер, гидрофобизирующая добавка и органический кольматант). На практике показано, что применение кольматанта при проводке наклонно направленного ствола в проницаемых породах сокращает естественные потери бурового раствора в 2 раза.

4. На основе экспериментальных исследований разработаны два состава бурового раствора, отличительной особенностью которых является наличие технологических свойств, обеспечивающих проводку горизонтального ствола малого дц1аметра в малопроницаемом (10-1510 мкм ) продуктивном пласте. В состав раствора е|ходят новые компоненты (формиат натрия, МДК, ПАЦ-ВВ), обеспечивающие эффективное управление ингибирующими, кольматирующими, смазывающи

• I ми и псевдопластичными свойствами промывочной жидкости. Спе1дафической особенностью кольматантов буровых растворов является их кислотораствориI мость. '

Заключение диссертации по теме «Технология бурения и освоения скважин», Мнацаканов, Вадим Александрович

Основные выводы и рекомендации

1. На основе анализа геолого-технических условий строительства горизонтальных скважин на Уренгойском ГКМ и выработанных рекомендаций выбрана конструкция скважины, обеспечивающая снижение осложнений в процессе бурения, улучшающая условия вскрытия продуктивного объекта и имеющая меньшую металлоемкость.

2. Разработана методика расчета отклонителя для ориентированного управления траекторией скважины с возможностью его использования на участках стабилизации с дополнительным вращением ротором, на основании которой определены граничные усло

1 I вия применения-отклонителей^на^базе-винтов1ах-двигателей-диаметрами-240^195, 172 и 127 мм. Проведены исследования и определен состав неориентируемых КНБК, способстI вующих сохранению зенитного угла и азимута при бурении тангенциальных участков наI клонных скважин. ( •

3. Проведены промысловые работы и определены технологические параметры бурения горизонтальных скважин с помощью отклонителя с чередование^ ориентирован, ного и неориентированного бурения с одновременным'вращением инструмента ротором, которые позволили увеличить проходку на долото и рейсовую скорость бурения по сравнению с наклонными соответственно в 4,6 и 1,11 раза. Внедрение техникотехнологических рекомендаций по бурению горизонтальных скважин на УренгойI ском ГКМ позволило увеличить коммерческую скорость бурения скважин в два раза и по ' ■ лучить экономический эффект в зависимости от базы сравнения от 36,5 до 112,1 млн. руб. в ценах 2003 года.

4. Проведены промысловые исследования и изучена взаимосвязь технологиче- . . ских факторов бурения, устойчивости осыпающихся пород и фильтрационных процессов в проницаемых пропластках, определяющие эффективность управления траекторией наклонно направленного и субгоризонтального ствола. В условиях бурящихся скважин экспериментально доказано, что коэффициент кавернозности наклонно направленного ствола в неустойчивых породах с увеличением продолжительности бурения, диаметра долота и угла наклона возрастает в квадратичной зависимости. При этом в субгоризонтальном стволе (60-70) град действие арочного эффекта снижается в 1,5-1,7 раза.

5. Установлено, что кавернообразование в неустойчивых породах провоцируются фильтрационными процессами. С увеличением показателя фильтрации бурового раствора с 2,0 до 5,5 см3 интенсивность кавернообразования возрастает почти в 10 раз, а при увеличении плотности на 10 % (с 1100 до 1200) кг/м3 скорость кавернообразования уменьшается. Доказано, что для обеспечения качественной очистки наклонно направленного ствола путем повышения транспортирующей способности бурового раствора оптимальное соотношение реологических показателей то и т| пропорционально связано с величиной зенитного угла. Для субгоризонтального ствола (70 град) это соотношение (то /т]) должно быть более 650 обр.секунд.

6. Стендовыми исследованиями доказано, что полидисперсный кольматант (К^ Кз) обеспечивает эффективное блокирование высокопроницаемого пласта (~4 мкм2). При этом проницаемость снижается в 600 раз. Обоснована его оптимальная концентрация в 1 майоглинистом растворе и показано, что при концентрации 1,0-1,5 % коркообразующая I способность бурового раствора замедляет фильтрационные процессы в 1,5 раза. На практике показано, что применение кольматанта при проводке наклонно направленного ствола I в проницаемых породах сокращает естественные потери бурового раствора на 300 — 400 з • м . | i ■

7. Разработаны два состава бурового раствора, отличительной особенностью ко

• I торых является наличие технологических свойств, обеспечивающих проводку горизонтального ствола малого диаметра в малопроницаемом (10-15) 10"3 мкм2 продуктивном пласте. В состав раствора входят новые компоненты (формиат натрия, МДК, ПАЦ-ВВ) I обеспечивающие эффективное управление ингибирующими, кольматирующими, смазывающими и псевдопластичными свойствами промывочной жидкости. Специфической особенностью кольматантов буровых растворов является их кислотораст'воримость.

8. Для расширения области эффективного применения струйной технологии усоI вершенствованы техника (гидроэлеватор с кольмататором НГ-ЗК) и технология «щадя, * щей» обработки неустойчивых коллекторов, а также научно обосновано применение струйно-волновой технологии при обработке, слабосцементированных песчаников и чередующихся с песчаниками глинистых пропластков сеноманских и нижнемеловых отложений.

9. Рассмотрены основные закономерности и механизм разрушения горных пород струями высокого давления (17-35) МПа, на основе которых разработана методика создания щелей, технология работ и приведен метод расчета параметров воздействия (скорость истечения струи, давление струи на начальном участке, расход жидкости) на разрушаемую горную породу.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мнацаканов, Вадим Александрович, 2004 год

1. Пыхачев Г. Б., Исаев Р. Г. Подземная гидравлика. Учебное пособие. М., Недра, 1972, с, 360.4. . Поляков В.Н., Ишкаев Р.К., Лукманов Р.Р. Технология заканчивания нефтя' I . Iных и газовых скважин. Уфа: «ТАУ», 1999. - 408 с.

2. Кузнецов Ю.С., Овчинников В.П., Вяхирев В.И. Повышение качества вскрытия и разобщения газовых пластов месторождении севера Тюменской области.- М.ИРЦ1. Газпром,1993.-42с.

3. Муравьев И. М., Андриасов Р. С., Гиматутдинов Ш. К. идр. Разработка и1 1 •эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. — М.: Недра, 1970,448 с.

4. Кузнецов Ю.С. Виброволновая технология, скважинная техника и тампо-нажные материалы для цементирования скважин в сложных геоло-го-технических условиях: Диссерт. на соискание ученой степени д-ра техн. наук.- Уфа, УНИ,1987, 479 с.

5. Барановский В. Д., Антаманов С. И., Лебедев Е. А., Савенков Ю. И. Влияниекачества ствола на успешность проводки глубоких скважин.—М.: ВНИИОЭНГ, 1981.— 56 с. (Обзор, информ. Сер. "Бурение", вып. 4).

6. Бурение наклонных и горизонтальных скважин/Калинин А. Г., Никитин Б. А., Солодкий К. М., Султанов Б. 3. — М: Недра, 1997. — 648 с.

7. X. Рабиа. Технология бурения нефтяных скважин. — М.: Недра, 1989.—413 с.

8. И. Злобин Б. А. Передовой опыт в роторном и турбинном бурении. М.: Недра, 1984. —204 с.

9. Григулецкий В. Г. Расчет компоновок бурильной колонны для борьбы с искривлением скважин при роторном и турбинном бурении.—М.: ВНИИОЭНГ, 1982.—56 с. (Обзор, информ. Сер. "Бурение", вып. 19).

10. Исследование процесса проходимости обсадных колонн труб в искривленной скважине. (Отчет). Тема 605. Инв. № 6243291. СКГНИ. Рук. Темы А. Е. Колесников.• t

11. Орджоникидзе, 1972, 82 с. ,1

12. Временная инструкция по выбору КНБК, позволяющая в процессе бурения роторным способом готовить ствол скважины (к спуску обсадной колонны. Ставрополь: СевКавНИИгаз, 1979.—25 с. , ,

13. РД 001'58—-2^7—2001. Инструкция по бурению наклонно направленных и горизонтальных скважин на севере Тюменской области.—Тюмень: ТЮМЕННИИГИПРО-ГАЗ, 2001.—126 с.' Авт. Сехниашвили В. А., Кириенко А. М., Туршиев А. П. и др.

14. РД 00158758—243—2003. Регламент по технологии бурения скважин на ачимовские отложения Надым-Пур-Тазовского региона.—Тюмень: ТЮМЕННИИГИПРО-ГАЗ, 2003.—51 с. Авт. Сехниашвили В. А., Туршиев А. П., Мнацаканов В. А. и др.

15. НД 00158758—268—2003. Рекомендации по технологии бурения скважин на1.юрские отложения месторождения Тюменской Области.—Тюмень: ТЮМЕННИИГИПРО»

16. ГАЗ, 2003.—20 с. Авт. Кашкаров Н. Г., Сехниашвили В. А., Мнацаканов В. А. и др.

17. КраусФ. К., ИкедаС., Такеучи Т. Анализ тенденций совершенствования технологии проводки горизонтальных скважин с большим отклонением ствола от вертикали. Нефтегазовые технологии № 1. М.: Недра, 1997.-—С. 23—32.

18. Инструкция по расчету бурильных колонн.—М.: ВНИИТнефть, 1997.—156 с.

19. ЩербюкН. Д., Газанчан Ю. Г., Чернов Б. А. Выбор размеров зарезьбовых разгружающих канавок бурильных труб //Совершенствование техники и технологии буровых работ на нефть и газ: Труды ВНИИБТ— Москва, 1983.—Вып.57.— С.138—141.

20. Справочник по турбобурам/Шумов 3. И., Собкина И. В. — М.: Недра, 1970.—192 с.

21. Калинин А. Г., Никитин Б. А., Солодкий К. М., Султанов Б. 3. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. Справочник.—М.: Недра, 1997.—649 с.

22. Бронзов А. С., Васильев Ю. С., Шетлер Г. А. Турбинное бурение наклонных скважин. — М.: Недра, 1965.—248 с.

23. Иогансен К. В. Спутник буровика: Справочник.—М.: Недра, 1990.—303 с.1 128. Шаньгин А. Н. Бурение направленно-искривленных скважин.—М.: ГОС-ТОПТЦХИЗДАТ, с. ' '

24. Гержберг Ю. М. Регулирование траектории и диаметра ствола скважины< ,с помощью радиально-упругих-устройств.—МтгВНИИОЭЬП1 (Обзорная информг Сер. Бурение. Вьш. 1.), 1987. —57 с.

25. Сушон Л. Я., Емельянов П. В., Муллагалиев. Управление1 искривлением наклонных скважин в Западной Сибири.—М.: Недра, 1988.—124 с.1.I

26. Белоусов В. О. Подбрр компоновок низа бурильной колонны для безориен1тированного бурения скважин за рубежом.—М.: ВНИИОЭНГ, 1988 (Обзорная информ.I

27. Сер. Техника и технология бурения скважин. Вьш. 8).—53 с.

28. Гулизаде М. П., Маледбекоц О. К. Регулирование азимутального искривления при бурении наклонно направленных скважин с применением неориентируемых КНБЬС.—М.: ВНИИОЭНГ, 1989 (Обзорная информ. Сер., Строительство скважин. Вып. 1).—56 с. ' •

29. Сулакшин С. С. Закономерности искривления и направленное бурение геологоразведочных скважин. М.: Недра, 1966.—294 с.

30. Поташников В. Д. Бурение наклонно направленных скважин с применением шарнирных компоновок. М.: ВНИИОЭНГ, 1988.— (Обзорная информ. Сер. Техника иIтехнология бурения скважин. Вьш. 14).—57 с. '

31. РД 39—0148070—6.027—86. Инструкция по бурению наклонных скважин с кустовых площадок на нефтяных месторождениях Западной Сибири. Тюмень: СибНИИНП, 1986.—138 с.

32. Черский Н. В. Конструкции газовых скважин. — М.: Гостоптехиздат, 1961,283 с.

33. Щуров В. И. Технология и техника добычи нефти. Учебник для вузов. М., Недра, 1983,510 с.

34. Лебедев О. А., Саркисов Н. М., Александров В. Б., Желтухин Ю. А. Влияние конструкции забоя на добывные характеристики скважин в трещинном коллекторе. -Нефтяное хозяйство, 1984, № 12, с. 42-44.

35. Ашрафьян М. О., Лебедев О. А., Саркиков М. Н. и др. Повышение надежности конструкции открытого забоя скважин на Салымском месторождении. — Нефтяное хозяйство, 1958, № 3, с. 15-17.

36. Выжигин Г. Б. Влияние условий вскрытия пластов и заканчивания скважин на продуктивность. Нефтяное хозяйство, 1985. № 5. с. 45—48.

37. Поляков В.Н. Промысловые и теоретические исследования нестационарныхIгидродинамических процессов в системе «скважина пласт» при сйуск^ инструмента // Тр. БашНИПИнефть. 1975. Вып. 45. С. 44-49.

38. Ипполитов В.В. Системные подходы и решения технологических проблем строительства скважин // Дисс. на соискание ученой степени д-ра техн. наук. — Тюмень, 2002. е.-321.

39. Технология бурения глубоких скважин /Под редакцией М.Р. Мавлютова,1. М.,Недра,1982.I

40. Ишкаев Р.К. Комплекс технологий по выработке остаточных запасов нефти. 2-е изд., перераб. - Уфа: КИТАП, 1999. - 304с. 1

41. Ишкаев Р.К., Габдуллин Р.Г. Новые способы вторичного вскрытия пластов и конструкций забоев скважин. — Тюмень: Изд-во «Вектор Бук», 1998.- 212 с.I

42. Кузнецов Р.Ю. Исследование и разработка технологии заканчивания сква|жин многопластовых залежей открытым забоем // Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. — Тюмень, 2002. е.- 176. '

43. Кудрявцев Г.В., Фаткуллин А.Х. Определение остаточной насыщенности при плоско-радиальном вытеснении вязко-пластичных жидкостей. Сб. докл. молодых ученых ТатНИИ и объединения «Татнефть» на VI научной конф. г. Казань: Татполи-граф,1971.- С.95-101.

44. В. (Научн. -техн. обзор. Сер. Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных меIсторождений). М.: ВНИИЭГАЗПРОМ, 1974. 68 с. 1

45. Поляков В.Н. Требования, предъявляемые к герметичности и прочности1.Iствола при заканчивают скважиц месторождений Башкирии // НТЖ. Нефтяное хоз-во. -М.: ВНИИОЭНГ, 1983.- № 5.- С. 27-28. •

46. Демьяненко Н. А., Бутов Ю. А., Селиванов А. И. Испытание технологии направленной кольматации при вскрытии бурением межсолевой залежи нефти на дубррв-ском месторождении1. — Геология нефти и газа. 1993, № 6, с. 31-33.

47. Мавлютов М. Р., Кузнецов Ю.С., Поляков В. Н. .Управляемая кольматация призабойной зоны1 пластов при бурении и заканчивании скважин. — Нефтяное хозяйство, 1984, №6, с. 7-10.

48. Скворцов Ю.П., Сергеев С.А., Семенихин A.C. Наддолотный гидроэлеватор НГ-3 // Тез.докл. конкурса на лучшее рац. предложение, посвященного 20-летию АО "Юганскнефть".I

49. Аржанов А.Ф., Кузнецов Р.Ю. ' Сохранение фильтрационно-емкостных свойств пластов при заканчивании скважин. — Тюмень, Вектор-Бук, 2001.144 с.

50. Кузнецов Ю.С., Кочетков JI.M.,' Матюшин П.Н., Кузнецов Р.Ю. Теоретические аспекты гидромониторного разрушения породы затопленными струями применительно к щелевой разгрузки забоя //Изв. вузов . Нефть и газ. — 1997, № 5. — С.58-63.

51. Ганиев Р.Ф., Украинский JI.E. Волновая технология в нефтяной промышленности. — Уфа, РНТИК «Баштехинформ» АН РБ, 1999.46 с.

52. Смолдырев А.Е. Гидравлический и пневматический транспорт в металлургии и горном деле.-М.:. Металлургия, 1967.

53. Абрамович Г.Н. Турбулентные свободные струи жидкостей и газов.-М.: Госэнергоиздат, 1963.

54. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.-М.: Наука, 1970.

55. Козодой А.К., Зубарев A.B., Федоров B.C. Промывка скважин при бурении.-М: Гостоптехиздат, 1963.

56. Кулиев А.Э. Определение параметров затопленной струи жидкости в цилиндрическом тупике //Материалы Третьего Всесоюзного семинара по гидравлике промывочных жидкостей и цементных растворов в бурении.-М.: 1971.

57. Варламов Е.П. Гидродинамические процессы на забое скважины и совершенствование систем промывки буровы^с долот.: Дисс. док-ра техн. наук.-Самара, 1966.

58. Биишев А.Г. Теоритические и эксперементальные исследования разрушения горных пород высоконапорнымнструями применительнокгпроцессубурения.: Автореферат дисс. канд-та техн. наук.-Тюмень, 1974.

59. Арзуманов Р.Г. Исследование характера движения и динамического воздействия на забой скважины промьюочной жидкости, истекающей из сойел долота.: Автореферат дисс. канд-та техн. наук.-Баку, 1967.

60. Влияние условий скважин на разрушающую способность струй воды свер1.I I * Iвысокого давления/ Войцеховский Б.В. и др.//Динамика сплошной среды.-Новосибирск,1971.-вып.1Х.

61. Матюшин П.Н. Влияние шлама на разрушение породы и механизм очисткизабоя скважины при бурении шарошечными долотами.: Дисс. канд-та техн. наук.- Уфа,1972.1.'

62. Исследование энергетики разрушения и доразрушения горных пород гидродинамическим воздействием/ Мавлютов М.Р., Ишбаев Г.Г., Алексеев Л.А. и др.//Разрушение горных пород при бурении скважин.:Сб. тез. докл. V Всесоюзной научно-технической конф.-Уфа, 1990.

63. Кореняко А.В. Совершенствование технологии бурения скважин на основе исследований действия высоконапорных струй жидкости на горные породы.: Дисс. канд-та техн. наук.- Уфа, 1980.

64. Мительман Б.И., Гусман А.М. Гидромеханическое и эрозионное бурение.-М.: ВНИИОЭНГ, 1971.

65. Асатур К.Г. Давление не затопленной струи на плоскую стенку// Горный журнал.-М.: 1961.-№7.

66. Асатур К.Г. Гидравлический расчет гидроотбойки горных пород.// Горный журнал.-М.: 1963.-№7.

67. Геронтьев В.И. Основные итоги экспериментального исследования разрушения углей и других горных пород струей воды// Горное дело.-М.: 1958.-№2.

68. Жданов А.Ф. Зависимость гидропескоструйного разрушения горных пород от их физико-механических свойств.// Сб. аспирантских работ УфНИИ.-Уфа, 1963.-вып. II.