Разработка и исследование технологий изоляции заколонных перетоков в горизонтальных скважинах с применением гибких труб

На правах рукописи

 
 
 
 
 

БУРДИН  Константин Валериевич 
 
 

Разработка  и исследование технологий изоляции заколонных перетоков в ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ скважинах с применением  гибких труб  
 
 
 
 

Специальность 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважин 
 
 
 
 

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Тюмень- 2003

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

   Научный руководитель:    - доктор технических  наук, профессор

                               Зозуля Григорий Павлович

   Официальные оппоненты: - доктор технических наук

                               Курбанов Яраги Маммаевич 

       - кандидат технических наук

                               Саунин Виктор Иванович 
 

Ведущая организация  - общество с ограниченной ответственностью «Тюменский научно-исследовательский и проектный институт природного газа и газовых технологий (ООО «ТюменНИИгипрогаз») 
 
 

    Защита  состоится 6 декабря 2003 года в 12 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, Тюмень, ул. Мельникайте, 72. 
 

Автореферат разослан 6 ноября  2003 г. 
 

Ученый  секретарь

диссертационного  совета,

доктор  технических наук,                                 В.П. Овчинников

профессор                                                     

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

     Актуальность  работы. Большинство месторождений нефти и газа Западной Сибири вступает в позднюю стадию разработки, для которой характерно падение добычи углеводородного сырья, ухудшение структуры запасов и рост обводненности продукции. Как следствие, происходит увеличение фонда ремонтируемых скважин (более 40%), в том числе с применением методов интенсификации добычи нефти. При этом резко возрастает необходимость в реконструкции действующих скважин путем сооружения дополнительных стволов с горизонтальным окончанием (ГО) и проведения в них работ по изоляции водоперетоков.

     Лидирующие  позиции по разработке месторождений  горизонтальными скважинами (ГС) в Западной Сибири занимает ОАО «Сургутнефтегаз», где на 57 месторождениях, характеризующихся наличием 85% трудноизвлекаемых запасов, ведется активное строительство боковых стволов (БС) из реконструированных аварийных, высокообводненных и низкопродуктивных скважин. Так за период 1998-2002 гг. здесь введено в эксплуатацию 253 реконструированных путем сооружения БС скважин, из которых 83 с горизонтальным окончанием различной длины (от 76 до 440 м), в том числе 8 двухствольных. При этом динамика роста такова, что если в 2003 году здесь планируется пробурить 275 БС, то к 2015 году - около шести тысяч.

     Однако  эффективность эксплуатации реконструированных скважин (РС) резко снижается за счет возникновения в них заколонных водоперетоков, а проведение работ по их изоляции затруднено наличием горизонтального участка ствола, спущенного в него «хвостовика» меньшего диаметра, достаточно большой длины перфорированных труб (фильтра), наличием близкорасположенных к зоне продуктивного пласта водоносных горизонтов. При этом традиционные технологии ремонтно-изоляционных работ (РИР) как правило неэффективны, а затраты времени и материалов на их проведение неоправданно велики. Поэтому весьма актуальной является проблема разработки новых технологий изоляции водоперетоков в нефтяных и газовых скважинах с БС и ГО.

     Цель  работы. Повышение эффективности и качества  водоизоляционных работ разработкой и применением технологий гибких труб (ГТ) в реконструированных нефтяных скважинах с БС и ГО.

    Основные  задачи исследований

    1 Анализ причин возникновения водоперетоков в зоне продуктивных пластов реконструированных скважин с БС и ГО на ряде месторождений ОАО «Сургутнефтегаз» (Конитлорского, Маслиховского, Вачимского и др.).

    2 Анализ применяемых и выбор наиболее эффективных технологий ремонтно-изоляционных работ для конкретных геолого-технических условий в реконструированных горизонтальных скважинах и БС с ГО.

    3 Обоснование выбора вида и исследование реологических и фильтрационных свойств блокирующих гелеобразующих составов, рекомендуемых к применению с помощью технологий гибких труб.

    4 Разработка технологии изоляции водоперетоков с помощью гибких труб в реконструированных ГС и БС с ГО для условий ОАО «Сургутнефтегаз».

    5 Промысловые испытания технологий  гибких труб при изоляции водоперетоков в зоне продуктивных пластов в ГС и БС с ГО.

    Научная новизна работы

1. Разработана технология изоляции водоперетоков в зоне продуктивных пластов ГС и БС с ГО с помощью ГТ, позволяющая осуществлять процесс установки блокад-экрана под давлением с точным дозированием гелеобразующих компонентов в изолируемую зону зафильтрового (заколонного) пространства.
2. Установлен механизм формирования блокад-экрана в зафильтровом пространстве ГС и БС с ГО при применении гелеобразующих составов на основе производных гуаровых смол и борных сшивателей.
3. Выявлены особенности изменения реологических (резкое увеличение эффективной вязкости при снижении скорости сдвига) и фильтрационных (быстрое уменьшение вплоть до прекращения фильтатоотдачи через образцы керна) свойств блокирующего состава, обеспечивающие эффективное применение гибких труб при водоизоляционных работах.

    Практическая  ценность работы

1. Определен диапазон изменения реологических и фильтрационных свойств рекомендуемого гелеобразующего состава для установки блокад-экрана, в пределах которого эффективность РИР с применением гибких труб достигает 84%.
2. Применение разработанной технологии по изоляции водоперетоков в зоне продуктивного пласта в ГС и БС с ГО на 34 скважинах ОАО «Сургутнефтегаз» обеспечило прирост добычи нефти на каждой из скважин от 40 до 70 т/сут. Осложнений при освоении отремонтированных по разработанной технологии скважин не отмечено.
3. Предложена методика гидравлического расчета процесса подачи компонентов в зону формирования блокад-экрана при проведении РИР по рекомендуемой технологии с использованием ГТ, достоверность которой подтверждена промысловыми испытаниями.
4. Разработан руководящий документ на технологию применения гибких труб по ликвидации заколонных водоперетоков в ГС.
5. Внедрение разработанной технологии в ОАО «Сургутнефтегаз» за период 2001-2003 гг. позволило получить экономический эффект  в размере 18,7 млн. руб.

    Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: второй Всероссийской научно–технической конференции «Колтюбинговые технологии», (г. Москва, 1999); Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы совершенствования технологий строительства скважин и подготовки кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса», (г. Тюмень, 2000); межотраслевой научно-практической конференции «Новые технологии, технические средства и материалы в области промывки при бурении и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин», (ОАО НПО «Бурение», г. Анапа, 2001); Международном совещании «Энергосберегающие технологии в нефтяной и газовой промышленности России», (г. Тюмень, 2001); третьем конгрессе нефтепромышленников России, секция Н «Проблемы нефти и газа», (г. Уфа, 2001); научно – технической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения В. И. Муравленко «Нефть и газ: Проблемы недропользования, добычи и транспортировки»,         (г. Тюмень, 2002); четвертой Всероссийской научно технической конференции «Проблемы колтюбинга в нефтегазовом комплексе России», (г. Тюмень, 2003); Международной научно технической конференции, посвященной 40–летию ТюмГНГУ «Проблемы развития ТЭК Западной Сибири на современном этапе», (г. Тюмень, 2003).

     Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 20 печатных работах, в том числе 2 статьи в рецензируемых научно-теоретических журналах, одна статья в информационно-аналитическом журнале и 4 работы в научных трудах Международных конгрессов и конференций.

     Структура и объем работы

     Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и основных выводов, изложена на 152 страницах печатного текста и содержит 24 рисунка, 16 таблиц, список использованных источников из 153 наименований, 3 приложения.

     Автор благодарен своему научному руководителю профессору Г. П. Зозуле и всему преподавательскому составу кафедры «Ремонт и восстановление скважин» ТюмГНГУ. Особая признательность выражается коллегам по работе кан. тех. наук Л. М. Кочеткову, И. М. Кривихину, П. И. Мурзину, В. Н. Журбе, М. И. Килину, сотрудникам ТО СургутНИПИнефть кан. тех. наук К. Н. Харламову, И. К. Диниченко, Н. Ф. Подшивалову, а также сотрудникам ОАО «Газпром» М. Г. Гейхману, С. Н. Матвееву за помощь содействие и участие в совместных разработках.

     Содержание  работы 

     Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и основные задачи исследований, сформулирована научная новизна и практическая ценность, приведены сведения об апробации работы и внедрении ее результатов в производство.

     Первый  раздел содержит анализ условий создания и применения технологий гибких труб, оценку эффективности их применения при бурении, освоении и капитальном ремонте скважин. Сформулированы требования, обоснована необходимость их применения при водоизоляционных работах в ГС и БС с ГО на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

    В целом в мире эксплуатируется более 600 установок ГТ, однако в нашей стране их количество не превышает 80.

    Технологиям гибких труб в настоящее время  нет альтернативы, поэтому область их применения неуклонно расширяется за счет использования при проведении каротажных работ, при бурении и заканчивании дополнительных стволов в реконструированных скважинах, при всех способах механизированной добычи нефти и газа, замене эксплуатационных колонн и их участков, установке гравийных фильтров, установке и снятии гидравлических пакеров без вращения труб, приложения осевой нагрузки и др.

    Наиболее  эффективно применение ГТ в горизонтальных и наклонно направленных скважинах, в которых используют гидравлически управляемые инструменты, а также различные устройства и приборы, создаваемые специально для горизонтальных стволов различного диаметра и длины.

    Анализ  показал, что из общего количества операций и технологий, выполняемых с помощью ГТ, очистка забоя скважин, продувка скважины азотом и кислотные обработки составляют 70%, ловильные работы – 13%, каротаж и перфорация – 7%, цементирование – 5%, бурение – 2%, другие – 3%.

    В Западной Сибири работы по ремонту скважин с применением установок ГТ были начаты в 1994 году на Федоровском месторождении ОАО «Сургутнефтегаз», в котором в настоящее время находятся в эксплуатации 22 импортные установки ГТ фирм «Хайдра Риг» и  «Стюарт и Стивенсон», а также две установки М-10 и М-20 Белорусского производства группы предприятий «ФИД». В настоящее время здесь освоено 26 видов текущих и капитальных ремонтов скважин с помощью технологий ГТ и создан классификатор этих работ.

    В целом на начало 2003 года установками ГТ в Сургутском УПНП и КРС проведено 8943 ремонта скважин, а к концу 2003 года их количество составит 11324 (Таблица 1).

Вид работ ГТ	Шифр	Год
		1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003
РИР	КР-1	0	0	0	1	2	7	5	40	32	54
Ремонт  эксплутационной колонны	КР-2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	5
Ловильные работы	КР-3	0	0	7	20	64	77	58	38	35	29
Переход на вышележащие пласты	КР-4	0	0	0	0	0	0	0	0	23	37
Обработки призабойной части пласта	КР-7	0	0	55	92	347	422	700	927	1202	1273
Исследования  скважин	КР-8	0	0	15	60	150	120	356	462	740	579
Ликвидация  скважин	КР-12	0	0	0	0	0	0	0	1	5	0
Восстановление циркуляции	КР-13	80	104	123	162	333	375	585	635	493	404
	Всего:	80	104	200	335	896	1001	1704	2103	2520	2381