Разработка тампонажных материалов и технологических жидкостей для заканчивания и ремонта скважин в сложных горно-геологических условиях (06.04.2009)

Автор: Перейма Алла Алексеевна

Применение коррозионно-стойких тампонажных материалов при цементировании скважин в условиях сероводородной агрессии является лишь частью решения проблемы повышения надежности крепи, так как коррозионно-стойкий цементный камень, представленный низкоосновными минералами и имеющий пониженное значение рН поровой жидкости, не обеспечивает устойчивого состояния металлоконструкций при действии сероводорода. Поэтому особую актуальность представляет комплексное решение задачи: получение цементного кольца повышенной коррозионной стойкости и одновременное обеспечение эффективной защиты поверхности обсадных труб от сероводородной коррозии.

В связи с отсутствием методов коррозионных испытаний цементного камня в сероводородных средах с учетом термобарических условий скважин для объективной оценки коррозионной стойкости цементного кольца в реальных скважинах актуальным является вопрос разработки устройств и способов для проведения таких исследований.

Нерешенной остается задача качественного разобщения пластов при строительстве газовых и газоконденсатных скважин месторождений и ПХГ, наиболее распространенным осложнением которого являются заколонные флюидопроявления. Практика показывает, что одной из основных причин этого является применение тампонажных растворов, технологические свойства которых требуют совершенствования. Поэтому модифицирование тампонажных растворов физико-химическими методами, например, обработкой комплексными реагентами с целью придания меньшей водопотребности, получения седиментационно-устойчивых тиксотропных систем с антифильтрационными свойствами, является малозатратным и перспективным направлением.

Учитывая, что важное место в выполнении программы обеспечения роста добычи газа занимают работы по повышению эффективности разработки истощенных месторождений, направленные на максимальное извлечение углеводородного сырья из недр и соответственное увеличение конечного коэффициента газоконденсатоотдачи месторождений, чрезвычайно актуальной является задача повышения качества ремонтных работ газовых и газоконденсатных скважин. Так как большинство месторождений находится на завершающей стадии разработки, характеризующейся АНПД и обводнением скважин, целесообразным в направлении повышения качества ремонтно-восстановительных работ (РВР) таких скважин является применение технологических жидкостей, в том числе жидкостей глушения, минимально воздействующих на продуктивный пласт и способствующих сохранению его фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС).

Поскольку предлагаемая диссертационная работа посвящена решению вышеназванных проблем, ее тема является актуальной и перспективной, а разработка тампонажных материалов и технологических жидкостей для заканчивания и ремонта скважин в осложненных условиях имеет важное народнохозяйственное значение.

Целью работы является повышение качества заканчивания и ремонта скважин в осложненных горно-геологических условиях путем применения тампонажных материалов и технологических жидкостей, обеспечивающих сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов и увеличение производительности скважин.

В соответствии с поставленной целью необходимо решение следующих основных задач:

1. Изучение влияния технологических жидкостей для заканчивания и ремонта скважин на коллекторские свойства продуктивных пластов.

2. Изучение влияния сероводорода на крепь скважины.

3. Разработка методов коррозионных испытаний.

4. Исследования сероводородостойкости тампонажных цементов.

5. Разработка коррозионно-стойких тампонажных материалов и ингибированных цементных растворов для крепления скважин в условиях сероводородной агрессии.

6. Разработка комплексных реагентов и тиксотропных тампонажных растворов для повышения качества разобщения пластов при заканчивании и ремонте скважин.

7. Разработка блокирующих жидкостей с наполнителями для глушения скважин в условиях АНПД.

Методы исследований основаны на анализе и обобщении имеющихся промысловых, лабораторных и теоретических данных по рассматриваемым проблемам и на результатах собственных экспериментальных, стендовых, промысловых и аналитических исследований с использованием современных приборов и оборудования, в том числе и специально созданного, а также математических методов и моделирования на ЭВМ.

Научная новизна диссертации заключается в том, что на основании обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны научно обоснованные технические решения, позволяющие достигнуть значительного прогресса в направлении повышения качества заканчивания и ремонта газовых (газоконденсатных) скважин и увеличения их производительности в процессе эксплуатации.

1. Экспериментально подтверждено, что впервые разработанные устройства и методы коррозионных испытаний цементного камня (А.с. СССР 747281, 813201) обеспечивают возможность оценки его активности к взаимодействию с сероводородом и проведение исследований в условиях, близких к скважинным по температуре, давлению и концентрации агрессивной среды.

2. Физико-химическими методами исследований установлено, что коррозионная стойкость к сероводороду тампонажных материалов на основе никелевого шлака и циклонной пыли-уноса (А.с. СССР 814919, 1187405, 1258031, 1453969, 1595058) обусловлена образованием при их твердении термодинамически устойчивых в кислых средах низкоосновных гидратных минералов.

3. Теоретически обоснована и экспериментально установлена обусловленная химической совместимостью со щелочной средой тампонажных растворов эффективность применения ингибиторов на основе морфолина (А.с. СССР 1347539, 1496356, 1595057) для повышения сероводородостойкости цементного камня и одновременной защиты поверхности обсадных колонн от сероводородной коррозии.

4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что ингибированные тампонажные растворы, включающие вяжущее, ингибитор коррозии и технологические добавки, способствуют созданию надежной крепи скважин в условиях сероводородной агрессии за счет модифицирующего цементные суспензии комплекса ингредиентов с повышением сероводородостойкости цементного кольца и одновременной защиты металла обсадных колонн от коррозии (А.с. СССР 1160773, 1403695, 1466310, 1556160, 1114008, 1193960, 1275887, 1452063, 1469779, 1485625, 1533259).

5. Экспериментально установлено, что модифицирование тампонажных растворов комплексными реагентами (А.с. СССР 1773093, 1839039, 1839040, пат. РФ 2013524, 2033519), сочетающими в себе свойства пластификаторов, понизителей фильтрации и стабилизаторов дисперсных систем, позволит повысить качество заканчивания и ремонта скважин и предотвратить ухудшение ФЕС продуктивных пластов.

6. Экспериментально установлено и практически подтверждено, что тиксотропные тампонажные растворы с антифильтрационными свойствами (пат. РФ 2035585) и способ изоляции притока подошвенных пластовых вод в скважинах с АНПД (пат. РФ 2121569) обеспечивают сохранение естественной проницаемости коллекторов в результате предварительной закачки блокирующего агента перед изоляционной композицией.

7. Теоретически обоснована и экспериментально установлена эффективность совместного применения биополимера Ритизан (шт. Acinetobacter Sp.) с КССБ и полисахаридного комплекса Сараксан-Т (шт. Xanthomonas campestris) – КМК-БУР2 и ПАВ как стабилизаторов биополимерных систем с пониженной плотностью, обусловливающих повышение их блокирующих свойств.

8. Экспериментально определено, что биополимерные жидкости для заканчивания и ремонта скважин на основе полисахаридного комплекса Сараксан-Т – КМК-БУР2 (заявки № 2007129739/03 и 2007129740/03 с решением ФГУ ФИПС о выдаче патентов от 04.09.08 г. и 06.10.08 г.) способствуют повышению эффективности проводимых работ с сохранением коллекторских свойств пласта в результате синергетического эффекта их совместного применения, обусловливающего снижение проникновения в призабойную зону за счет улучшения антифильтрационных свойств и структурно-реологических показателей с усилением псевдопластичости.

9. На основании результатов теоретических, экспериментальных и промысловых исследований определено, что стабилизация технологических свойств разработанных блокирующих жидкостей (пат. РФ 2152973, 2205943, 2606720, 2245441, 2266394) обусловлена толерантностью их ингредиентов к модифицированным полимерной и щелочной добавками наполнителям растительного происхождения (пат. РФ 2330055), а применение этих блокирующих систем при глушении скважин способствует повышению качества РВР в условиях АНПД с восстановлением дебитов скважин на уровне доремонтных значений за счет совокупности свойств жидкости-носителя и наполнителя, образующих прочный закупоривающий экран с армирующим каркасом, выдерживающий повышенные репрессии и легко удаляемый из пласта при минимальных депрессиях.

Основные защищаемые положения:

1. Методы коррозионных испытаний цементного камня.

2. Результаты исследований коррозионной стойкости цементного камня из различных вяжущих в термобарических условиях скважин.

3. Коррозионно-стойкие тампонажные материалы и ингибированные тампонажные растворы для условий сероводородной агрессии.

4. Комплексные реагенты и тиксотропные тампонажные растворы для повышения качества разобщения пластов при заканчивании и ремонте скважин.

5. Блокирующие жидкости с наполнителями для глушения скважин с АНПД.

Практическая значимость работы определяется соответствием направлений исследований составляющих ее частей содержанию научно-технических программ, в т.ч. отраслевых программ НИОКР ОАО «Газпром» в области заканчивания, капитального ремонта газовых и газоконденсатных скважин месторождений и ПХГ.

На основании обобщений проведенных автором теоретических, лабораторных и промысловых исследований разработано 15 руководящих документов (инструкций, рекомендаций, регламентов, стандартов организации) регионального (Восточная Туркмения и др.) и утвержденных ОАО «Газпром» общеотраслевого значения для применения при заканчивании и капитальном ремонте скважин на различных месторождениях и ПХГ.

Результаты проведенных соискателем исследований и разработки, выполненные по теме диссертации, внедрены при строительстве сероводородсодержащих скважин Астраханского ГКМ, месторождений Саман-Тепе и Советабад в Восточной Туркмении, использованы при цементировании эксплуатационных колонн Северо-Ставропольского ПХГ, а также при капитальном и текущем ремонтах газовых скважин на месторождениях и ПХГ в условиях АНПД: в ООО "Уренгойгазпром", "Тюментрансгаз", "Ноябрьскгаздобыча", "Ямбурггаздобыча", "Надымгазпром", "Кавказтрансгаз", "Газпром ПХГ".

Разработанные с участием диссертанта методы коррозионных испытаний цементного камня обеспечили проведение исследований при разработке тампонажных цементов организациями-соисполнителями задания ГКНТ и Госплана б. СССР ОЦ.005.11.01 "Создать и освоить в производстве коррозионно-стойкий тампонажный материал для крепления скважин в условиях сероводородной агрессии", в выполнении которого участвовали: б. СевКавНИИгаз, ВНИИгаз, ВНИИКрнефть, Волго-УралНИПИгаз и ВолгоградНИПИнефть с координирующей ролью СевКавНИИгаза.

Разработка «Способ коррозионных испытаний цементного камня в условиях, имитирующих условия реальных скважин по температуре, давлению и концентрации сероводорода» экспонировалась в павильоне «Газовая промышленность» Всероссийского выставочного центра и удостоена серебряной медали.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международных, Всероссийских и региональных совещаниях, конференциях и симпозиумах: науч.-практ. конф. "Проблемы и перспективы развития сверхглубокого бурения", Грозный, 1982; ХVII Всесоюзном симпозиуме "Реология бетонных смесей и ее технологические задачи", Юрмала, 1982; П зональной науч.-техн. конф. по проблемам нефтяной и газовой промышленности Северного Кавказа, Ставрополь, 1983; Всесоюзной конф.-дискуссии "Формирование и работа тампонажного камня в скважине", пос. Дивноморский Краснодарского кр., 1984; на Ш науч.-практ. конф. "Повышение эффективности научно-исследовательских работ в решении задач газодобывающей отрасли ТССР", Ашхабад, 1984; VI Республ. конф. по физико-химии, технологии получения и применения промывочных жидкостей, дисперсных систем и тампонажных растворов, ИКХХВ АН УССР, Киев, 1985; VI науч.-практ. конф. "Оптимальные методы разработки сероводородсодержащих месторождений газа", Ашхабад, 1986; IV конф.-дискуссии "Формирование и работа тампонажного камня в скважине", Краснодар, 1987; VIII науч.-практ. конф. "Совершенствование технологии бурения скважин в осложненных горно-геологических условиях Восточной Туркмении", Ашхабад, 1988; XXVI науч.-техн. конф. СтГТУ, Ставрополь, 1996; I Рег. науч.-техн. конф. "ВУЗовская наука – Северо-Кавказскому региону", СтГТУ, Ставрополь, 1997; Межрег. науч.-техн. конф. по проблемам газовой промышленности России, СтГТУ, Ставрополь, 1997; Межд. науч.-практ. конф. "Проблемы эксплуатации и капитального ремонта скважин на месторождениях и ПХГ", Кисловодск, 2003; Межд. науч.-практ. конф. "Проблемы эксплуатации и капитального ремонта скважин", Кисловодск, 2004; ХIII науч.-практ. конф. МУС "Проблемы развития газовой промышленности Западной Сибири", ТюменНИИгипрогаз, Тюмень, 2004; Межд. науч.-практ. конф. "Проблемы добычи газа, газового конденсата, нефти", Кисловодск, 2005–2008.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 160 печатных работ, в том числе авторских свидетельств на изобретения и патентов РФ – 46.

Объем работы. Диссертация изложена на 329 страницах машинописного текста, включает 62 таблицы и 49 рисунков. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 213 наименований и приложения.

Автор выражает глубокую признательность своему научному консультанту доктору технических наук, профессору Р.А. Гасумову, заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору К.М. Тагирову, докторам технических наук Р.Е. Шестериковой и Н.Г. Федоровой, доктору физико-математи-ческих наук В.А. Толпаеву, научным сотрудникам И.А. Винниченко и В.В. Палиеву за советы и консультации, благодарность за помощь в проведении экспериментальных исследований и опытно-промышленных испытаний разработок – кандидатам технических наук Ю.И. Петракову, В.Г. Мосиенко, Н.М. Дубову, директору научного центра эксплуатации и ремонта скважин СевКавНИПИгаза М.Н. Пономаренко и его сотрудникам, кандидату сельскохозяйственных наук Н.Н. Чурсину (ООО «Экипаж») за своевременный и качественный выпуск опытных партий наполнителя АПТОН-РС.


загрузка...