Предупреждение обвалов стенок скважины при бурении на площади Северо – Брагунская

Реферат

Дипломный проект изложен 115 на страницах машинописного текста, содержит 2 рисунка, 23 таблиц, библиография 9 наименований.

Ключевые слова: депрессия  на пласт, пластовое давление, поглощение раствора, гидроразрыв пласта, флюидопроявление, градиент давления, аномально-высокое пластовое давление, поровое давление, статическое напряжение сдвига.

В дипломном проекте 4 раздела по теме проектирования, целью которой является предупреждение обвалообразований при бурении скважины на площади Северо- Брагунская. Обвалы при бурении могут происходить на в интервале 1750 до 5420 м. при проектной глубине 5800 м., поэтому эта тема актуальна и ей уделено большое внимание.

В аналитическом разделе  изложены современные взгляды ученых на этот вид осложнения.

В технико-технологическом разделе изложены инженерно-геологические условия и технология, мероприятия по предупреждению обвалов при бурении проектируемой скважины.

В разделе Безопасность жизнедеятельности рассмотрены  вопросы техники безопасности при  бурении скважины и охраны окружающей среды.

В четвертом организационно-экономическом  разделе изложены вопросы организации  работ при бурении, его структура, продолжительность цикла строительства  скважины.

В заключении расчет экономической  эффективности разработанных мероприятий для ускорения бурения скважины. На основе применения реагента метас, который за счет уменьшения водоотдачи бурового раствора снижает процесс обвалообразования стенок скважины, подсчитан экономический эффект, который составил 1385137 рублей.

Содержание

Введение

Опыт бурения нефтяных и газовых скважин свидетельствует  о многочисленных случаях обвалов  стенок скважин.

Обвалы стенки скважин  происходят чаще всего при разбуривании перемятых сланцевых глин, особенно вблизи тектонических нарушений. На значительных глубинах обвалы происходят в породах, не затронутых тектоническими нарушениями. Обвалы не происходят при разбуривании крепких пород, что побудило исследователей искать природу обвалообразований в свойствах самих пород.

Обвалы при бурении  скважин (в Грознефти) чаще происходят на больших глубинах, а их первопричиной являются геотехнологические условия и техника проводки скважин. Обвалы происходят только в сланцевых глинах спиралисовой толщи и верхней части отложений майкопа, в которых прослеживаются тонкие прослои песка, слюдистых включений с содержанием пирита, марказита и т.д.; более часто наблюдаются обвалы пород в скважинах при больших углах падения пластов и в зонах нарушений; все обстоятельства, связанные со снижением плотности буровых растворов, замедленным темпом и остановкой бурения, способствуют обвалообразованиям.

Обвалообразования становятся очень серьезным видом осложнений в случае обрушения пород над образовавшейся каверной, технология предупреждения образования которой известна.

Различные исследователи  выдвигали свои гипотезы о природе обвалообразований. Так, B.C. Федоров механизм обвалов объяснял тем, что при бурении глина вследствие снижения бокового давления упруго расширяется (вследствие сниженного давления со стороны бурового раствора), а прочность ее увеличивается; при этом порода всасывает воду из бурового раствора.

Вода, по B.C. Федорову, проникая в поры глины, «включает» капиллярное давление, и начинается вспучивание глины. Глина попадает в ствол скважины – идет образование каверн. При достаточной производительности буровых насосов возникновение каверн может быть не замечено. Однако при последующем обрушении вышележащих пород (если они недостаточно прочны и не образуют карнизов) процесс бурения может быть остановлен. Основным мероприятием по предупреждению обвалообразований B.C. Федоров считал замену бурового раствора безводной жидкостью, а там, где не отмечаются газонефтеводопроявления, рекомендовал применять беспарафиновый мазут. По B.C. Федорову, применять на водной основе буровой раствор плотностью 1,5-1,7 г/см³ против обвалообразований бесполезно.

Впоследствии B.C. Федоровым и B.C. Барановым для предупреждения обвалообразований рекомендовано использование эмульсии глинистого раствора с крекинг-остатками. Для стабилизации эмульсии к ней добавлялся асидол.

Однако применение этого  раствора не стабилизировало ситуацию, и обвалообразования наблюдались при проводке скважин.

Отрицательные результаты при использовании гидрофобных эмульсий способствовали разработке буровых растворов с минимальной водоотдачей, обладающих свойством откладывать тонкую плотную фильтрационную корку, замедляющую проникновение воды из раствора в породу. B.C. Баранов считал основным показателем бурового раствора при борьбе с обвалами его водоотдачу. Результативность применения буровых растворов с пониженной водоотдачей оказалась высокой, хотя проблема обвалообразований снята полностью не была.

На основании вышеизложенного  в данном дипломном проекте разработаны мероприятия по предупреждению обвалов стенок скважины на Северо-Брагунской площади.

1. Аналитический обзор

Одной из основных причин обвалов является использование некачественных буровых (глинистых) растворов, и надо применять системы, обладающие минимальной водоотдачей способных глинизировать стенки скважин, создавая на них тонкую и плотную корку, задерживающую проникновение фильтрата в неустойчивую породу.

B.C. Шаров за основную причину обвалов принял набухание и размокание глинистых пород. При этом скорость распада глин обусловливается величинами степени гидратации глинистых частиц и скорости гидратации массы глины, которая почти равнозначна скорости диффузии воды. Процесс распада путем воздействия можно ускорить, замедлить или даже совсем предотвратить изменением этих величин.

Немаловажную роль играет напряженное состояние пород. Ю.А. Песляк указывает, что если к образцу глины приложить постоянную нагрузку, то его деформация будет со временем увеличиваться и становится заметной при достаточно длительном действии нагрузки. В случае кратковременной нагрузки происходит только упругая деформация образца.

Представления о превалирующей  роли горного давления в обвалообразованиях привели к тому, что в ряде районов  страны широко применяют утяжеление буровых растворов как метод борьбы с потерей устойчивости стенок скважины и весьма мало учитывают физико-химическую природу этого явления.

На основании большого объема исследований B.C. Баранов пришел к выводу, что утяжеление бурового раствора не препятствует образованию расширений стволов скважины вследствие осыпания пород, но облегчает очистку скважин от шлама. Возможные осложнения в результате осыпей и обвалов, по мнению автора, легко предотвращаются использованием буровых растворов с малой водоотдачей.

Поскольку применение утяжеленных  буровых растворов с минимальной  водоотдачей не всегда обеспечивает сохранение устойчивости стенок скважин, в период с 1955 до 1970 г. за основную причину  обвалов принимали совместное действие двух факторов: напряженного состояния горных пород на стенке скважин и физико-химического воздействия фильтратов буровых растворов на обваливающиеся породы.

Все теории, основанные на превалирующей роли горного давления в каверно- и обвалообразованиях, не дают объяснений высокой устойчивости сухих и слабоувлажненных глин, наблюдаемой при продувке скважин газообразными агентами, хотя вследствие ничтожно малого противодавления на пласты условия течения или разрушения глинистых пород в этом случае наиболее благоприятны. Они не дают ответа и на вопрос, почему обвалам подвержены в основном глинистые породы и породы, цементирующим веществом которых являются глинистые материалы.

Роль горного давления в обвалах глинистых пород  будет различной в зависимости  от естественной влажности глинистых пород, слагающих стенки скважин.

В процессе проводки скважин  глинистые породы, склонные к обвалам, разрушаются обычно не сразу при  их вскрытии, а через некоторое  время. По данным И.Е. Шевалдина, процесс  осыпания кыновских аргиллитов носит  периодический характер. Стадии интенсивного осыпания чередуются с периодами стабилизации размера ствола скважины, т.е. периодами, в течение которых не наблюдается заметного увеличения среднего диаметра каверн. При этом продолжительность стадии осыпания и периодов стабилизации зависит от физико-химических свойств бурового раствора и скорости ее движения в заколонном пространстве. Из этих данных, а также из данных о набухании глин очевидно, что период начального осыпания, как и период стабилизации, после которого происходит вторая стадия осыпания, по продолжительности близок к периоду набухания этих глин. В большинстве случаев обвалы происходят через длительный период после вскрытия глинистых пород с применением бурового (глинистого) раствора и меньший - с применением воды в качестве бурового раствора.

Практика бурения показывает, что с использованием для продувки скважины газообразного агента ствол  скважины в большинстве случаев  сохраняет размеры, близкие к  номинальным. Применение буровых (глинистых) растворов содержит в себе ряд противоречий. С одной стороны, создавая противодавление на глины, он как бы способствует устойчивости стенок скважины. С другой, перепад давлений в системе скважина – пласт вызывает фильтрацию и тем самым способствует течению физико-химических процессов, которые в различной мере, в зависимости от химического состава фильтрата, вызывают изменение механической прочности глинистых пород. Плотность глинистой корки, если она будет образовываться на стенках скважины, сложенных коллоидальными глинистыми породами, едва ли будет играть важную роль, поскольку собственно глинистые породы сильно уплотнены и в приствольной зоне могут иметь значительно меньшую проницаемость, чем корка.

Использование инертных по отношению к глинистым отложениям буровых растворов, например безводных растворов на нефтяной основе, как правило, способствует сохранению номинального размера скважины, но имеются и исключения. В.Ф. Роджерс приводит кавернограмму глубокой скважины, пробуренной с промывкой раствором на нефтяной основе плотностью 1,80 г/см³, из которой видно, что в 216-мм стволе имеются многочисленные каверны размером до 370 мм. Те участки кавернограммы, где диаметр ствола номинальный, соответствуют песчаникам, а каверны появились в смежных глинистых породах.

Устойчивость стенок скважин, сложенных глинистыми породами, в значительной мере определяется показателями набухания (степенью, скоростью и периодом набухания), давлением набухания, величинами структурно-адсорбционных деформаций и предельного напряжения сдвига р_т образующихся систем глина - жидкость и другими факторами. Судить об устойчивости различных глинистых пород только по величине их набухания в исследуемой среде, например в воде, недостаточно, так как более набухающая глинистая порода может оказаться (при благоприятных геологических условиях залегания) устойчивее, чем слабо набухающая.

Влияние того или иного  химического реагента или фильтрата обработанного бурового раствора на устойчивость глинистых пород может оцениваться в первую очередь по показателям набухания этой породы и величинам ΔV и р_т в исследуемой системе по сравнению с этими показателями в дистиллированной воде, как эталонной жидкости. Чем меньше степень и скорость набухания, а также величина ΔV и больше период набухания и величина р_т глинистой породы в водном растворе реагента относительно этих показателей в дистиллированной воде, тем более устойчива будет глинистая порода (при контактировании с буровым раствором на водной основе) содержащей тот же реагент или те же реагенты и той же концентрации.

Системы «глина – жидкость» по сравнению с показателями в воде, оказывают положительное влияние на устойчивость глинистых пород.

Все буровые растворы на водной основе снижают прочность сухих глинистых пород, но ее значение может остаться выше, чем при действии воды. Если глинистые породы находятся в набухшем состоянии, то такие растворы обусловливают повышение прочности и снижение величины структурно-адсорбционных деформаций систем глина - жидкость, оказывая крепящее действие.

На устойчивость глинистых  пород сильно влияет величина водоотдачи буровых растворов, обусловливающая степень и глубину их увлажнения. Чем выше водоотдача, тем менее устойчивы глинистые породы при прочих равных условиях.