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 и внедрение методов контроля и исследований скважин с межколонными давлениями на астраханском гкм

-- [ Страница 1 ] --

УДК 658.382.3:622.279.3

На правах рукописи

Горбачева ОЛЬГА анатольевна

Разработка и внедрение методов контроля

и исследований скважин с межколонными

давлениями на Астраханском ГКМ

Специальности: 25.00.17 Разработка и эксплуатация

нефтяных и газовых месторождений;

05.26.03 Пожарная и промышленная безопасность

(нефтегазовый комплекс)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2012

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии
«Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»).

Научный руководитель Научный консультант доктор технических наук, профессор Андреев Вадим Евгеньевич кандидат технических наук Филиппов Андрей Геннадьевич
Официальные оппоненты: Нугаев Раис Янфурович, доктор технических наук, профессор, ГУП «ИПТЭР», главный научный сотрудник отдела «Гидродинамическое моделирование технологических процессов в добыче нефти»
Султанов Шамиль Ханифович, доктор технических наук, Уфимский государственный нефтяной технический университет, доцент кафедры геологии и разведки
Ведущая организация ООО НПФ «Нефтегазтехнология»

Защита диссертации состоится 31 мая 2012 г. в 1130 часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055,
г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Л.П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из факторов техногенного и экологического риска при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений являются межколонные давления (МКД), возникающие в зацементированном кольцевом пространстве скважин. Из осложнений, связанных с МКД, наиболее опасным является межколонное проявление, при котором неконтролируемое поступление пластового флюида в межколонное пространство (МКП) с дальнейшим его выходом к устью скважины, создающее угрозу нарушения целостности обсадных колонн и разгерметизации устьевого оборудования, может привести к образованию техногенных залежей, грифонов или неуправляемому фонтану.

Проблема МКД часто встречается в практике эксплуатации нефтяных и газовых скважин, но особенно актуальна для газовых и газоконденсатных сероводородсодержащих месторождений. Учитывая особенности разработки Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) аномально высокое пластовое давление (АВПД) и низкие темпы его падения, сложные горно-технические условия, высокую концентрацию в добываемом сырье токсичных и коррозионно-активных компонентов, расположение месторождения вблизи населенных пунктов и заповедной зоны дельты р. Волги, наличие МКД в скважинах Астраханского ГКМ рассматривается как серьезная экологическая угроза.



Разработка эффективных методов контроля герметичности скважин и диагностирования геолого-технических причин МКД является необходимой для предупреждения возникновения аварийных ситуаций и контроля качества разобщения пластов при разработке и эксплуатации месторождений нефти и газа.

Цель работы – обеспечение промышленной и экологической безопасности при разработке и эксплуатации Астраханского ГКМ на основе системного контроля геолого-технического состояния скважин с межколонными давлениями.

Основные задачи исследований:

1. Определение критериев предельного состояния МКП скважин и оценка степени опасности МКД различной природы для скважин Астраханского ГКМ;

2. Разработка комплексной системы контроля технического состояния скважин с МКД с целью раннего выявления признаков межколонных проявлений и обеспечения безопасной эксплуатации скважин АГКМ;

3. Совершенствование методов исследований и определение дополнительных критериев для диагностики источников МКД в скважинах АГКМ;

4. Разработка технологии ликвидации МКД без проведения капитального ремонта скважин (КРС);

5. Повышение эффективности мероприятий по ограничению, снижению и ликвидации МКД в скважинах АГКМ.

Методы решения поставленных задач

Поставленные в работе задачи решены путем анализа научно-теоретических данных, проведения физико-химических, геохимических, геофизических и промысловых исследований с использованием скважинного оборудования.

Научная новизна:

1. На основании анализа результатов научно-теоретических и промысловых исследований обоснованы признаки предельного состояния МКП скважин АГКМ и разработана классификация скважин по степени опасности состояния межколонного пространства;

2. Впервые проведены изотопно-геохимические исследования и выявлены особенности изотопного состава водорода и кислорода водных флюидов из МКП скважин АГКМ;

3. Разработан способ восстановления герметичности межколонного пространства скважины (патент РФ № 2234591).

Положения, выносимые на защиту:

– многоуровневая система контроля технического состояния и классификация скважин по степени опасности состояния межколонных пространств;

– результаты изотопно-геохимических исследований водных флюидов из МКП скважин АГКМ и их использование для диагностики источника МКД;

– организационные и технологические разработки, направленные на снижение и ликвидацию межколонных давлений в скважинах АГКМ.

Практическая ценность и внедрение результатов исследований

1. Обоснован дифференцированный подход к оценке опасности МКД и проведена классификация по степени опасности состояния МКП всего фонда скважин АГКМ. По результатам классификации определяются возможность эксплуатации скважин с МКД и комплекс мероприятий по ограничению, снижению и ликвидации межколонного давления.

2. Организована и функционирует система контроля технического состояния скважин АГКМ, обеспечивающая их безопасную эксплуатацию за счет возможности оперативного принятия решений.

3. На основании результатов исследований изотопного состава водных флюидов из МКП скважин АГКМ разработан новый изотопно-геохимический метод диагностики источников МКД.

4. Разработан и использован на скважинах АГКМ способ снижения и ликвидации МКД без проведения КРС.

5. Впервые в отрасли разработан и действует Проект по эксплуатации скважин с межколонными давлениями на Астраханском ГКМ, получивший положительное заключение экспертизы промышленной безопасности, зарегистрированное Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (ФСЭТиАН).

6. Предложенные автором организационные и технологические решения по контролю и исследованию МКД включены в Проект разработки и освоения Астраханского ГКМ на период до 2019 г.

7. Практическая значимость результатов диссертационной работы подтверждается включением мероприятий по снижению МКД в Программу по оптимизации и снижению затрат предприятия ООО «Газпром добыча Астрахань» и расчетом их экономической эффективности. Фактический годовой эффект от внедрения комплекса мероприятий по герметизации устьевого и подземного оборудования на 2 скважинах составил 5204,48 тыс. рублей, а от нейтрализации сероводорода в МКП 3 эксплуатационных скважин 8250 тыс. рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы до-кладывались и представлялись на научно-техническом совещании по проблеме межколонных давлений на АГКМ (Астрахань, 2002), научной конференции «Трофимуковские чтения» (Новосибирск, 2006), международной научно-технической конференции «Геология, ресурсы, перспективы освоения нефтегазовых недр Прикаспийской впадины и Каспийского региона» (Москва, 2007), на конкурсе научно-технических разработок на соискание премии ОАО «Газпром» в области науки и техники (Москва, 2007, лауреат премии ОАО «Газпром»), на VI Международной научно-практической конференции «Проблемы добычи газа, газового конденсата, нефти» (Кисловодск, 2008), международной конференции «Международный опыт и перспективы освоения сероводородсодержащих месторождений углеводородов» SGFD2008 (Москва, 2008), международной конференции «Экологическая безопасность в газовой промышленности» ESGI2009 (Москва, 2009), III международной нефтегазовой конференции ИНТЕХ-ЭКО2010 (Москва, 2010), на научно-технических советах предприятия по проблемам МКД и продлению межремонтного периода работы скважин.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых научно-технических журналах из Перечня ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 101 наименование, 5 приложений. Работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 9 таблиц.

Автор глубоко признательна к.т.н. З.М. Фаттахову, к.г.-м.н. Н.Н. Зыкину, к.т.н. И.Г. Полякову и к.т.н. О.В. Красильниковой за многолетнее сотрудничество, а также коллегам из ГПУ ООО ГДА за содействие при подготовке диссертации. Автор искренне благодарит своих научных руководителей д.т.н.
В.Е. Андреева и к.т.н. А.Г. Филиппова за помощь и внимание к работе.

Краткое СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследований, показаны научная новизна и практическая ценность результатов исследований.

В первой главе дан обзор отечественного и зарубежного опыта исследования, контроля и ликвидации МКД в скважинах нефтегазовых месторождений, рассмотрены геологические условия и технические особенности скважин Астраханского ГКМ, проведен анализ динамики развития МКД.

По данным промысловой практики, число скважин с МКД на нефтяных и газовых месторождениях в России и за рубежом довольно велико. МКД имеют более 8000 скважин в Мексиканском заливе, около 30 % эксплуатационных скважин ОАО «Газпром» (в том числе более 50 % скважин газовых месторождений Севера), более 40 % технологических скважин подземных хранилищ газа в России, до 30 % скважин газоконденсатных месторождений Казахстана, почти 50 % скважин нефтегазового месторождения «Белый Тигр» (на шельфе Вьетнама) и многие другие.

По мнению отечественных и зарубежных исследователей, причины возникновения МКД являются общими для всех месторождений. К ним относятся некачественное цементирование, что провоцирует раннюю миграцию пластового флюида в МКП; образование проводящих каналов в результате воздействия на цементное кольцо в период эксплуатации скважины; негерметичность элементов подземного и устьевого оборудования скважины, лифтовой, эксплуатационной и обсадной колонн. Используемые добывающими компаниями технологии ремонта скважин с МКД, требующие больших затрат, недостаточно эффективны и часто приводят к необходимости ликвидации скважин. При этом ликвидация скважин с МКД также является серьезной проблемой, т.к. МКД появляются и в ликвидированных скважинах.

Однако в мировой промысловой практике не существует единой методики исследования или модели, позволяющей определить степень опасности развития МКД, прогнозировать возможность и интенсивность межколонного проявления. В связи с этим потенциально опасным можно считать появление МКД любой величины в скважинах различных категорий и назначений.

Особую актуальность приобретает проблема МКД на сероводородсодержащих месторождениях. В соответствии с действующими законодательными и отраслевыми нормативными документами эксплуатация скважин на месторождениях с высоким содержанием сероводорода при наличии межколонного проявления запрещается. При обнаружении МКД должны быть проведены необходимые исследования и приняты меры по устранению причин негерметичности. По результатам проведенных работ решается вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации скважины.





На Астраханском ГКМ проблема межколонных давлений возникла до начала промышленной эксплуатации месторождения. МКД были отмечены в разведочных скважинах, в 70 скважинах обнаружены после окончания бурения – в период обустройства месторождения, в 59 скважинах возникли в процессе эксплуатации. Поэтому с начала разработки АГКМ стало актуальным определение причин появления и степени опасности данного осложнения.

Особенности скважин АГКМ обусловлены сложностью геолого-технических условий их строительства и эксплуатации, а также уникальным составом добываемой пластовой смеси. Продуктивный башкирский ярус находится на глубине около 4000 м, где пластовая температура достигает 120 °C, начальное пластовое давление составляет 61,2 МПа (коэффициент аномальности 1,56). Пластовый газ характеризуется повышенным содержанием токсичных и коррозионно-активных компонентов, в основном сероводорода
(25 % мольн.) и диоксида углерода (20 % мольн.).

В надпродуктивной части геологического разреза АГКМ развиты мощные (до 3 км) пластичные солевые отложения и выделяется несколько газонефте-водонасыщенных пластов, также имеющих АВПД. К ним относятся нефтегазонасыщенные сероводородсодержащие пласты филипповской толщи нижнепермских сульфатно-карбонатных отложений, рапоносные сульфатно-терригенные пропластки иреньской соленосной толщи (с коэффициентом аномальности до 2,3), газонефтенасыщенные отложения триаса (с коэффициентом аномальности до 1,16), газоводонасыщенные неоген-четвертичные терригенные отложения (хвалыно-визейский, хазарский, бакинский водоносные горизонты) с градиентом пластового давления 1,01 на 100 м. Все эти геологические объекты являются потенциальными естественными напорными источниками МКД, включая солевой тектогенез, обуславливающий подвижность соляного массива и проявляющийся в виде постоянного объемного либо тангенциально направленного сжатия обсадных колонн.

При строительстве скважин на АГКМ проводились различные мероприятия по предупреждению возникновения МКД: установка наружных обсадных пакеров, ограничение высоты подъема тампонажного раствора, применение двухступенчатого цементирования, использование расширяющихся тампонажных материалов и др. Несмотря на широкое внедрение этих мероприятий, задача предупреждения возникновения МКД на АГКМ до сих пор не решена. Анализ динамики развития МКД в скважинах эксплуатационного фонда АГКМ показывал неуклонный рост количества скважин с МКД – с 53 % в 1991 г. до 89 % в 2002 г. Эта тенденция отмечалась на всех скважинах вне зависимости от особенностей их строительства и эксплуатации. Особую тревогу вызывал рост числа скважин с наличием в МКП сероводорода (до 11 скважин в 1999 г.).

В настоящее время около 50 % скважин месторождения имеют МКД, большинство из них – эксплуатационные. МКП скважин характеризуются высокими значениями давлений (до 30 МПа) и поликомпонентным составом флюида. Кроме того, существует проблема наличия МКД в скважинах после КРС и ликвидации, что свидетельствует о недостаточной эффективности применяемых технологий.

Таким образом, для обеспечения безопасной эксплуатации месторождения было необходимо создание комплексной системы, включающей контроль, диагностику, эффективные технологии снижения и ликвидации МКД.

Во второй главе приведена характеристика основных причин и источников МКД в скважинах АГКМ, дано научно-техническое обоснование признаков предельного состояния МКП, разработаны классификация скважин по степени опасности состояния МКП и система контроля технического состояния скважин с межколонными давлениями.

Основными источниками и причинами возникновения МКД в скважинах АГКМ являются негерметичность цементного кольца, уплотнений устьевой обвязки, эксплуатационной и обсадной колонн; упругие деформации обсадных колонн; физико-химические процессы, происходящие в МКП в течение времени при изменении термобарических условий, а также коррозионные процессы в изоляционном комплексе скважин. Наиболее значимое влияние на возникновение МКД в скважинах АГКМ оказывают геологические факторы.

Учитывая, что МКД могут иметь различную природу, требуется дифференцированный подход к оценке состояния МКП с целью решения вопроса о возможности дальнейшей эксплуатации, ремонта или ликвидации скважины.

Влияние МКД на надежность скважины как сооружения различно и в некоторых случаях может привести к предельному состоянию, при котором дальнейшая эксплуатация или восстановление скважины невозможны или нецелесообразны. Обобщая данные многолетних научно-практических исследований, определены следующие критерии предельного состояния скважин АГКМ.

  • Развитие в МКП статических давлений, превышающих прочностные характеристики внутренней колонны (на смятие) и внешней (на разрыв), цементного кольца между ними, а также превышающих давление гидроразрыва горных пород в зоне башмака внешней колонны.

Предельно допустимые давления (ПДД), установленные ранее для скважин АГКМ, были рассчитаны по усредненным параметрам конструкции эксплуатационной скважины АГКМ с использованием максимальной величины плотности флюида в МКП (1,216 г/см3) при наличии в затрубном пространстве (ЗТП) раствора ингибитора коррозии (плотностью 0,808 г/см3) с запасом коэффициента прочности 1,3. В результате величины критических давлений, выбранные по минимальным значениям, составили: между эксплуатационной и 2-ой технической колонной (МКП 7/9) – 25 МПа, между 2-ой и 1-ой техническими колоннами (МКП 9/12) – 12 МПа, между 1-ой технической колонной и кондуктором (МКП 12/16) – 6,5 МПа.

По промысловым данным установлено, что в МКП и ЗТП большинства скважин плотность флюида значительно отличается от указанных в расчетах, соответственно также изменяются и расчетные величины критических давлений. Поэтому было предложено использовать вышеуказанные значения МКД в качестве контрольных величин (КВмкд). Если давление достигает величины, равной 0,8 от КВмкд, то необходимо рассчитывать предельно допустимое давление для конкретного МКП по реальным характеристикам скважины.

Главным критерием предельного состояния скважины АГКМ следует считать интенсивный приток сероводородсодержащего пластового флюида по МКП от продуктивного пласта к устью, свидетельствующий о широком развитии коррозионных процессов в крепи скважины вплоть до потери ею герметичности и несущей способности. Признаки предельного состояния скважины, которые определяются наличием H2S в МКП, следующие.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 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.