Технология бурения скважин винтовыми забойными двигателями с промывкой пенными системами

Актуальность темы

Стратегическим направлением развития газовой промышленности России является повышение эффективности геологоразведочных работ, освоение новых месторождений северных и восточных регионов страны, наращивание мощностей подземных хранилищ газа, разбуривание и эксплуатация морских месторождений.

Решать проблемы прироста запасов полезных углеводородов, осваивать новые залежи и повышать коэффициент извлечения газа и газоконденсата из истощенных месторождений и подземных хранилищ газа (ПХГ) невозможно без строительства скважин, а также сокращения простаивающего фонда.

Одним из основных и сложных этапов в цикле строительства скважин является вскрытие продуктивного пласта, от качества выполнения которого, зависит дебит эксплуатационных и приемистость нагнетательных скважин.

Опыт проводки скважин на месторождениях и ПХГ в условиях аномально низких пластовых давлений (АНПД) показывает, что если в качестве промывочного агента применяется обычный глинистый раствор, то, как правило, давление, создаваемое столбом данной жидкости, значительно превышает пластовое давление. В результате происходит закупоривание пор и каналов пористой среды продуктивного пласта глинистым наполнителем промывочной жидкости, при этом резко снижаются фильтрационно-емкостные свойства коллектора^'а процесс углубления скважины может осложниться частичной или полной потерей циркуляции с последующим оттеснением углеводорода от призабойной зоны пласта.

Для решения задач по максимальному сохранению коллекторских свойств пласта при первичном вскрытии, требуется дальнейшее совершенствование техники и технологии бурения скважин, позволяющих снизить отрицательное влияние промывочного агента на продуктивный пласт.

Одним из путей достижения поставленной цели может быть применение соответствующих промывочных жидкостей, а также режимов и схем промывки > забоя, позволяющих обеспечить снижение до минимума перепад давления в системе «скважина-пласт», предотвратить глубокое проникновение фильтрата промывочной жидкости в пласт и максимально сохранить проницаемость коллектора.

Вместе с тем применение технологий вскрытия продуктивных пластов с АНПД в условиях минимальной репрессии в системе «скважина-пласт», когда в качестве промывочного агента используются аэрированные жидкости, пены, инертные газы и др., обеспечивают выполнение поставленных задач.

Анализ опыта вскрытия пластов в условиях АНПД с применением двухили трехфазных пен показывает, что благодаря реологическим и физико — химическим свойствам данных неньютоновских сред бурение скважин осуществляется без потери циркуляции промывочного агента, с обеспечением необходимого противодавления на пласт и минимального отрицательного влияния на фильтрационные характеристики коллектора. С другой стороны применение технологий строительства скважин с наклонно направленным и горизонтальным окончанием ствола (ГОС) также позволяет повысить продуктивность скважин на месторождениях, находящихся на поздней стадии эксплуатации.

Практика строительства скважин с ГОС показала, что для получения лучших результатов проводки, наиболее целесообразным является применение винтовых забойных двигателей (ВЗД), обеспечивающих достаточно высокий крутящий момент при относительно низкой частоте вращения долота. Эффективное применение ВЗД отмечается при строительстве скважин с ГОС, при бурении вторых стволов, при проведении буровых работ внутри обсадных колонн и насосно — компрессорных труб, при разбуривании цементных и песчаных пробок, а также при выполнении целого ряда ремонтно — восстановительных работ (РВР).

Известно, что в качестве промывочных агентов, являющихся энергоносителями для ВЗД, применяются техническая вода, глинистый раствор и газожидкостная смесь в виде аэрированной нефти или аэрированной воды.

В связи с изложенным исследования, проводимые в области применения трехфазной пены в качестве промывочного агента, необходимого при углублении скважин в условиях АНПД с использованием в КНБК ВЗД, являются по нашему мнению весьма актуальными.

Цель работы. Повышение эффективности проводки скважин, качества вскрытия продуктивного пласта и ремонтно-восстановительных работ в условиях аномально низких пластовых давлениях с использованием винтового забойного двигателя и трехфазных пен в качестве рабочего промывочного агента.

Основные задачи исследований.

1. Анализ и обобщение опыта существующих способов бурения скважин с применением различных типов промывочных систем в условиях АНПД.

2. Разработка и исследование составов пенообразующих жидкостей и пен для промывки и временного блокирования вскрываемого коллектора при бурении и глушении скважин в условиях АНПД, устойчивых к действию высоких температур и агрессии пластовых флюидов.

3. Стендовые исследования закономерностей изменения технических характеристик ВЗД при использовании в качестве промывочного агента технической воды, глинистого раствора и устойчивой трехфазной пены.

4. Разработка технологии вскрытия продуктивных пластов с использованием ВЗД с промывкой пеной в условиях АНПД.

5. Опытно — промышленные испытания разработанных составов пенообразующих жидкостей и пен, а также апробация технологии бурения скважин с использованием ВЗД с промывкой трехфазной пеной.

Научная новизна.

1 Выявлена группа поверхностно активных веществ, устойчивых к действию высоких температур и агрессии пластовых флюидов, на основе которых усовершенствованы составы пенообразующих жидкостей и пен для промывки и временного блокирования продуктивного пласта в условиях АНПД при бурении и глушении скважин.

2 Установлены закономерности изменения технических характеристик ВЗД при работе с использованием в качестве промывочного агента технической воды, глинистого раствора и устойчивой трехфазной пены.

3 Исследованы и определены эффективные составы пенообразующих жидкостей для приготовления пенных систем, используемых в качестве рабочего агента и временного блокирующего экрана в продуктивном пласте при бурении с применением ВЗД.

4 Определено влияние различных типов энергоносителей на технические характеристики работы ВЗД.

5 Научно обоснованы области эффективного применения ВЗД при вскрытии продуктивных пластов трехфазной пеной в качестве промывочного агента.

Практическая значимость.

1 Разработан комплекс мероприятий, обеспечивающий максимальное сохранение коллёкторских свойств продуктивных пластов, вскрытых наклонно направленным и с ГОС в условиях АНПД.

2 Разработана технология вскрытия продуктивного пласта с использованием для привода долота ВЗД и применением в качестве рабочего промывочного агента пенной системы.

3 Разработана технология создания временного блокирующего экрана в системе «скважина-пласт» в процессе вскрытия продуктивного пласта с АНПД.

4 Проведены промысловые испытания разработанных технологических жидкостей и технологий на скважинах Северо-Ставропольского, Елшано — Кур-дюмского и Пунгинского ПХГ, которые подтвердили результаты лабораторных и стендовых исследований.

5 Разработаны рекомендации и программы к технологическим процессам бурения и капитального ремонта для внедрения на буровых предприятиях ОАО «Газпром».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на:

1-ой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, ГАНГ им. И. М. Губкина, 26−28.09.1995 п);

XXVI научно-технической конференции по результатам научно — исследовательской работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов, посвященной 25-летию создания ВУЗа (г. Ставрополь, СевКавГТУ, 1996 г.);

Первой Региональной научно-технической конференции «ВУЗовская наука-Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, СевКавГТУ, 1997 г.);

П-ой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности», (г. Москва, ГАНГ им. И. М. Губкина, 1997 г.);

П-ом Международном семинаре «Горизонтальные скважины» (г. Москва, ГАНГ им. И. М. Губкина, 27−28.11.1997);

Научно-техническом совете РАО «Газпром» «Об обеспечении геофизическими исследованиями горизонтальных и наклонно направленных скважин» (г. Тверь, март 1998 г.).

Международной научно-практической конференции «Газовой отраслиновые технологии и новая техника» (г. Ставрополь, СевКавНИПИгаз, 9−12 сентября 2002).

Ученом совете Всероссийского научно-исследовательского института буровой техники ОАО «Научно-производственное объединение „Буровая техника“ — ВНИИБТ» (г. Москва, ОАО НПО «Буровая техника"-ВНИИБТ», 02.03.2010).

Фактический материал и личный вклад. При подготовке диссертации изучены и учтены ранее опубликованные работы по данной проблеме. В основу диссертационной работы включены результаты лабораторных исследований, стендовых и промысловых испытаний на скважинах месторождений и ПХГ ОАО «Газпром».

Публикации. По теме диссертации опубликованы 25 печатных работ. Пять работ опубликованы в ведущих рецензирующих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 163 страницах, в том числе содержит 33 таблицы, 14 рисунков и 35 формул. Работа состоит из введения, 4-х разделов, основных выводов, списка использованных источников и 4-х приложений.

Список использованных источников

включает 79 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

В результате проведенных лабораторных, стендовых и опытно — промышленных испытаний решены следующие актуальные задачи:

1 На основании анализа и обобщения опыта бурения скважин с применением различных типов промывочных систем выявлено, что одним из наиболее эффективных видов циркуляционного агента, используемого для вскрытия продуктивных пластов в условиях АНПД, является пена.

2 Выявлена группа поверхностно активных веществ, которые не теряют своей пенообразующей способности при воздействии высоких температур и углеводородных жидкостей.

3 Разработанные составы пенообразующих жидкостей и полученные на их основе пенные системы для использования при промывке скважины и временного блокирования продуктивных пластов в условиях АНПД устойчивы к действию агрессивных сред пластовых флюидов и одновременно могут являться энергоносителями для работы винтового забойного двигателя.

4 Экспериментально доказано, что проникновение дисперсной среды трехфазной пены в пористую среду кернов происходит на незначительную глубину, порядка 0,11 м при давлении до 2,5 МПа.

5 Результаты стендовых исследований работы винтового забойного двигателя Д — 85 на пене подтвердили возможность расширения диапазона промывочных агентов для устойчивой работы серийно выпускаемых объемных гидравлических двигателей.

6 Разработана технология вскрытия продуктивных пластов с использованием винтового забойного двигателя и промывкой пеной в условиях АНПД.

7 Промысловые испытания разработанной технологии бурения скважин с применением винтового забойного двигателя Д5−172 с промывкой пеной подтвердили эффективность ее использования при бурении скважин в условиях аномально низких пластовых давлений.