Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение эффективности крепления призабойной зоны пласта с целью снижения пескопроявлений

ВАК РФ 25.00.17, Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности крепления призабойной зоны пласта с целью снижения пескопроявлений"

На правах рукописи

¿г.

у

Бондаренко Вячеслав Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КРЕПЛЕНИЯ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ)

Специальность: 25.00.17 - разработка и эксплуатация нефтяных и газовых

месторождений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

3 ПАР 2015

Краснодар - 2015

005559875

005559875

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Антониади Дмитрий Георгиевич

Официальные оппоненты: Бекетов Сергей Борисович

доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет», г. Ставрополь Моллаев Зелимхан Хусейновкч кандидат технических наук, заместитель генерального директора - главный геолог ООО «РН - Краснодарнефтегаз», г. Краснодар

Ведущая организация: ООО «НК «Роснефть» - Научно-технический

центр», г. Краснодар

Защита диссертации состоится «24» апреля 2015 года в 11.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.100.08 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» (www.kubstu.ru)

Автореферат разослан «20» февраля 2015 г.

Учёный секретарь Л

диссертационного совета ДМ 212.100.08 /

кандидат химических наук, доцент (у ----" р j\ Попова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования Современное состояние нефтегазодобывающей промышленности страны характеризуется тенденцией постоянного ухудшения качества ресурсной базы, увеличения доли трудноизвле-каемых запасов в структуре активов нефтяных компаний, а также возникновением осложнений условий эксплуатации. В результате, особое значение приобретает проблема эффективности и разработки технологий добычи углеводородов в условиях истощения месторождений.

Осложнения при добыче на этапе истощения месторождений - важнейший элемент технологии эффективной добычи. Создание эффективной технологии добычи углеводородов в условиях истощения месторождений должно рассматриваться как целостная системная проблема, в которой технологические решения становятся следствием управления комплексом осложнений на основе раскрытия механизмов их образования и развития. Таким образом, методология добычи углеводородов в условиях истощения месторождений включает элементы:

- природа осложнений, стадии их развития и исчерпания;

- последствия осложнений - условия возникновения, степень опасности для эффективной добычи, возможность формирования порожденных осложнений;

- методы воздействия на осложнения в зависимости от их вида;

- методы и технологии управления осложнениями — прогнозирование возникновения, способы предупреждения и подавления негативного влияния на эффективность добычи.

Пескопроявление - наиболее распространенная проблема для формирования задачи управления осложнениями на истощенных месторождениях. На нефтяных залежах пескопроявление является причиной, приводящей к значительному количеству подземных и капитальных ремонтов и часто выводящей скважины из эксплуатации.

Анализ опыта борьбы с пескопроявлениями при эксплуатации нефтяных и газовых скважин на месторождениях России и других регионах мира показывает, что методы борьбы можно классифицировать на механические, химические, физико-химические и комбинированные. Большое количество

применяемых методов подтверждает, что разработать унифицированные методы для всех месторождений невозможно. Различие геолого-фмзическнх свойств продуктивных пластов многих месторождений, режимы эксплуатации скважин, эксплуатационное оборудование и другие факторы требуют постановки специальных исследований для выбора наиболее эффективных методов борьбы с пескопроязлсниями.

Постановка и решение задач снижения пескопроявлений для месторождений Краснодарского края представляет большой интерес, как с научной, так и с практической точки зрения в связи с завершающим этапом их разработки.

Актуальность настоящего исследования в значительной степени связана с необходимостью дополнительной проработки вопросов деформационно-пространственной нестабильности и разрушения песчанистых пород, а также аналитических подходов к прогнозу пескопроявления.

Целью настоящей работы является разработка модели состояния при-забойной зоны пласта, учитывающей деформационно-пространственную нестабильность слабосцементированного песчаника для решения практических задач снижения и предотвращения пескопроявлений.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- исследование причин пескопроявлений;

- исследование взаимосвязи методов противопесочной защиты со свойствами пород-коллекторов;

- разработка метода моделирования слабосцементированного коллектора с целью уточнения пределов его прочностной устойчивости в условиях эксплуатации;

- установление взаимосвязей для определения критического состояния (момента разрушения) скелета слабосцементированного песчаника;

- определение критерия применимости метода химического воздействия для крепления слабосцементированного песчаника.

Основная гипотеза исследования состоит в том, что проблема создания эффективной технологии крепления призабойной зоны пласта в значительной степени связана с деформационно-пространственной нестабильностью и разрушением песчанистых пород.

Теоретико-методологическую основу диссертационного исследования составляют: физическое и математическое моделирование, физическая и коллоидная химия, материаловедение, физика и механика твердого тела, системный анализ, теория вероятностей.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Разработана модель состояния призабойной зоны пласта, учитывающая деформационно-пространственную нестабильность слабосцементиро-ванного песчаника.

2. Выбраны критерии определения критического состояния (момента разрушения) скелета слабосцементкрованного песчаника.

3. Установлена корреляция между прогнозными параметрами наступления опасного состояния пород-коллекторов и данными наблюдений за выносом песка из скважин.

4. Определен критерий применимости метода химического воздействия для крепления прнзабойной зоны пласта.

Практическая значимость и реализация результатов работы состоит в следующем:

- использовании методов определения прогнозных параметров наступления критического состояния пород-коллекторов в призабойной зоне пласта;

- реализации технологических принципов повышения эффективности крепления призабойной зоны пласта за счет управления процессами песко-проявлення; :

- разработке метода выбора технологического решения крепления призабойной зоны пласта с учётом состояния горных пород.

Материалы диссертации используются в учебном процессе КубГТУ для подготовки студентов по направлению «Нефтегазовое дело», а также слушателей факультета повышения квалификации.

Обоснованность и достоверность результатов, научных положений и выводов, содержащихся в диссертационной работе, подтверждается согласованностью полученных результатов с известными теоретическими и экспериментальными данными. Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств измерений н стандартных

методик проведения исследований, а также методов статистической обработки данных.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Модель состояния призабойной зоны пласта, учитывающая дефор-мпшюнно-пространственную нестабильность песчаннка.

2. Метод определения критического состояния (момента разрушения) скелета слабосцементированного песчаника.

3. Критерий применимости метода химического воздействия для крепления призабойной зоны пласта.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 68-ой Международной молодёжной научной конференции «Нефть и газ - 2014» (РГУ нефти п газа имени И.М. Губкина, г. Москва, 14-16 апреля 2014 г.); Международном форуме-конкурсе молодых учёных «Проблемы недропользования» (Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, 23-25 апреля 2014 г.); Всероссийской с международным участием научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Новые технологии - нефтегазовому региону» (Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень, 20-23 мая 2014 г.); 1 Всероссийской молодёжной научно-технической конференции нефтегазовой отрасли «Молодая нефть» (Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, 17-19 мая 2014 г.); IV Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодёжи «Экологические проблемы нефтедобычи» (Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа, 21-23 октября 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Строительство и ремонт скважин - 2014» (ООО «НПФ «Нитпо» и ООО «Нефтегазовая Вертикаль», г. Анапа, 22-27 сентября).

Публикации результатов работы По материалам диссертационной работы опубликовано 17 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК при Минобрнауки России.

Структура и объём работы Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных выводов и рекомендаций. Список используемых источников содержит 118 наименований. Работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 13 таблиц, 68 рисунков, два приложения.

В процессе выполнения работы автор пользовался советами и консультациями научного руководителя доктора технических наук, профессора Анто-ниади Д.Г. и доктора технических наук, доцента Савенок О.В., которым глубоко благодарен. Автор выражает особую признательность профессорско-преподавательскому составу кафедры Нефтегазового дела имени профессора Г.Т. Вартумяна - Кошелеву А.Т., Долгову C.B., Запорожцу Е.П., Усову C.B., Климову В.В., за большую помощь и ценные советы в процессе работы над диссертацией.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследования, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.

Выполненный в первой главе анализ технологий и методов управления осложнениями, обусловленных пескопроявлениями, позволил определить состав факторов, приводящих к пескопроявлениям, а также изучить технологии и методы управления осложнениями, обусловленные пескопроявлениями (рис. 1).

Рисунок 1 - Классификация современных способов борьбы с выносом песка из продуктивных пластов

Показано, что вопросы исследования прпчин разрушения коллектора и выноса песка изучены в достаточной мере фрагментарно н не последовательно. Общая задача исследования причин разрушения коллектора и выноса песка не сформулирована как самостоятельная и принципиальная научно-техническая проблема. В результате существенным образом затрудняется системное решение проблемы пескопроявления как сложной технической задачи.

При решении задачи химического укрепления пород-коллекторов не уделяется достаточного внимания исследованию таких вопросов, как исследование характеристик пород-коллекторов и методам прогнозирования пескопроявления, а также эффективного технологического управления, наступившего пескопроявления в зависимости от стадии выноса песка.

Для решения задачи исследования причин разрушения коллектора и выноса песка необходимо последовательное рассмотрение таких вопросов как:

- создание общих представлений и моделей песчаников как пород-коллекторов - описание их структуры, состава и базовых характеристик;

- исследование механизмов инициации разрушения песчаников с последующим изучением стадий развития деформационно-пространственной нестабильности пород-коллекторов вплоть до разрушения;

- разработка принципов и методов прогнозирования и управления механизмами деформационно-пространственной нестабильности песчаников.

Во второй главе представлены исследования, необходимые для разработки статистической динамической модели деформационно-пространственной нестабильности песчанистых пород-коллекторов.

Задача разработки принципов моделирования и расчёта пород-коллекторов включает в себя исследование механизмов потери пространственной устойчивости и разрушения пород-коллекторов (песчаников). При построении модели пород-коллекторов использованы подходы ме;кдисциплинарной методологии с привлечением таких наук как геология, гидрогеология, грунтоведение, подземная гидромеханика, физика твёрдого тела, физическая химия, материаловедение, что позволило всесторонне изучить предмет моделирования.

Принцип создания статистической модели деформационно-пространственной нестабильности и разрушения песчанистых пород состоит в подходе к описанию породы-грунта как системы несовершенств (дефектов). Такой подход теоретически обоснован и экспериментально подтверждён в

теории твёрдого тела. Дефекты могут иметь разную природу и качество, а также степень влияния на деформационно-пространственную нестабильность и характер разрушения породы. На определённом этапе формирования дефекты приобретают такой масштаб и характер, что разрушение породы становится высоко вероятным.

Разрушение горных пород имеет преимущественно хрупкий характер, в полной мере это относится к песчаникам. Статистическое моделирование хрупкого разрушения основано на гипотезе, что разрушение образца в целом определяется локальной прочностью его наиболее слабого элемента объёма. Процесс разрушения отождествляется с разрушением цепи, звенья которой образуют элементы объёма, прочность которой определяется самым слабым звеном. Горная порода может быть описана как хаотическая пространственная упаковка частиц, в промежутках между которыми находятся поры. На поровое пространство может приходиться до 50 % объёма грунта. Размер пор непосредственно связан с размерами частиц грунта.

Песчаник как горная порода не равноценен песчаному грунту. Песчаник - обломочная осадочная горная порода, оформленная как однородный или слоистый агрегат обломочных частиц размером от 0,1 мм до 2 мм (песчинок), связанных каким-либо минеральным веществом (цементом). Таким образом, песчаник можно рассматривать как композицию песка и глинистого компонента как связующего. Различие между песком и песчаником состоит в том, что песок - несвязная порода, а песчаник - связная порода (рис. 2).

тинистая связка паровая вода

Рисунок 2 - Физическая модель песчаника

Как физическое твёрдое тело, песчаник тождественен поликристаллическому телу, в котором зёрна имеют существенно большую прочность, чем межзёренные пограничные области. Разрушение поликристалла идёт по меж-зёренным областям. Для песчаника это справедливо в полной мере - плотность и прочность зёрен-песчинок гораздо выше, чем цементирующей фазы.

Физическая модель песчаника (ФМП) - базовая ступень иерархии моделей песчаника. В ФМП заложены принципы прочности и механизмы разрушения песчаника. В терминах дефектности песчаник представляет собой пространственную систему, в которой дефекты равномерно распределены по всему объёму и локализованы по границам зёрен.

Деформационно-пространственная устойчивость - способность горной породы сохранять пространственную форму и размеры в условиях естественных и техногенных нагрузок и воздействий. Деформационно-пространственная устойчивость имеет свои пределы, при определённых условиях наступает деформационно-пространственная нестабильность, а в предельном случае - разрушение.

Для предсказания разрушения необходимо иметь представления о закономерностях (фазах) развития деформационно-пространственной нестабильности пород-коллекторов. Основные фазы развития процессов разрушения пород-коллекторов:

- порода в устойчивом состоянии;

- порода в предразрушающей области;

- порода в стадии разрушения.

Существенно, что состояние пород-коллекторов в призабойной зоне при строительстве скважин может значительно отличаться от естественного ненарушенного состояния. Процесс разбуривания неизбежно ведёт к образованию слабых областей в призабойной зоне пород, что необходимо учитывать при решении' задачи прогнозирования разрушения пород-коллекторов. Дефектные области в: породах-коллекторах призабойной зоны, возникающие на этапе строительства скважин и в ходе последующей эксплуатации, оказываются под воздействием комплексных нагрузок.

Показано, что деформационно-пространственная неустойчивость горной породы связана с эффектами увеличения объёма породы (дилатансией), а

также с возникновением и развитием дефектно-деформационных структур -образованием субмикроскопических трещин, накоплением и объединением микротрещин и их превращением в мезотрещины.

Статистическая динамическая модель песчанистых пород-коллекторов описывает методами теории вероятностей дефектное состояние породы с учётом динамики развития дефектности - от устойчивого исходного состояния до разрушения. На рисунке 3 представлена структура статистической динамической модели песчанистой породы-коллектора.

Рисунок 3 - Структура статистической динамической модели песчанистой породы-коллектора

Качественное описание статистической динамической модели, как иерархической выстроенной системы, состоит в следующем:

- на нижнем этапе иерархии песчаник описывается в идеализированной физической модели как поликристаллическое тело, в котором дефекты (границы зёрен) равномерно распределены по объёму, и порода обладает высокой деформационно-пространственной стабильностью вследствие того, что в ней отсутствуют опасные дефекты (трещины);

- техногенная дефектность пород-коллекторов в призабойной зоне, формирующаяся на этапе строительства скважины при разбуриванпи пароды, приводит к возникновению новых по сравнению с физической моделью дефектов, что снижает деформационно-пространственную стабильность;

-- на следующем уровне иерархии в расчёт принимаются факторы физико-химического взаимодействия, которые в песчаниках имеют особое значение, и проявляются, в частности, в том, что под воздействием жидкой фазы глинистая связка может вымываться из породы, и деформационно-пространственная стабильность утрачивается;

- динамические факторы описывают тенденции развития дефектной структуры породы-коллектора в результате комплекса эксплуатационных воздействий (обводнения, волновых и механических нагрузок и др.).

На рисунке 4 представлена физическая модель породы-коллектора с техногенно-инициированной дефектностью в призабойной зоне. По сравнению с физической моделью песчаника (рис. 3) в техногенио-дефектном песчанике могут иметь место такие опасные дефекты как трещины. Появление трещин значительно увеличивает вероятность разрушения материала. В песчанике опасность трещин связана с природой его прочности, а именно с особой ролью цемента, который активно взаимодействует с водой, что в присутствии трещин ведёт к быстрому разрушению песчаника.

Рисунок 4 - Физическая модель породы-коллектора с техногенно-инициированной дефектностью в призабойной зоне

Определён состав значимых параметров песчаника, от которых зависит его деформационно-пространственная нестабильность:

- влажность и соотношение доли песчаных частиц и глинистой компоненты (цемента) породы, определяемые по ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация»;

- показатель, характеризующий растворимость глинистого связующего (цемента);

-- интенсивность пескопроявления, определяемая по данным экспериментальных наблюдений за скважиной;

- интенсивность водопроявления, определяемая по данным экспериментальных наблюдений за скважиной.

При выводе аналитических соотношений деформационно-пространственной стабильности породы-коллектора использованы методы статистических теорий прочности твёрдых тел - концепция наислабейшего звена Вейбулла. В применении к породе-коллектору концепция наислабейшего звена означает, что порода-коллектор мысленно разбивается на локальные участки с разным уровнем дефектности, и принимается, что разрушение породы-коллектора начинается с самого слабого звена. С помощью методов статистики и теории вероятностей определяется вероятность нахождения слабейшего звена. Чем выше вероятность нахождения слабейшею звена, тем более вероятно разрушение породы.

Плотность вероятности нормально распределённой случайной величины с параметрами ц (среднее значение) и а (дисперсией а2) описывается соотношением:

В первом приближении принимается, что факторы нестабильности породы независимы друг от друга, тогда обозначив р1 - вероятность по /-ому фактору возникновения слабейшего звена, выражение для нормального распределения имеет вид:

(1)

2

где а - дисперсия.

(2)

Вероятность сохранения деформационно-пространственной стабильности по /-ому фактору:

'/=1 -Р,\ (3)

и

п =1---р.= ' \с*р

О; -л/2 -71 0

2-а?

(к.

(4)

Полная вероятность сохранения деформационно-пространственной стабильности;

1

г„=Пп; ]

1------• 1<А7>

а; ' V2 • 71 о

2-«Г

(/.V.

(5)

(6)

Полная вероятность наступления деформационно-пространственной нестабильности:

/'„ = 1 1-П

1 I

1

I «7?

2-а?

(7)

Практическое использование аналитических соотношений для расчёта вероятности сохранения деформационно-пространственной стабильности и наступления деформационно-пространственной нестабильности породы-коллектора предполагает получение экспериментальных данных по каждому фактору (параметру) и вычисление их параметров - дисперсии и математического ожидания.

Таким образом, для построения статистической динамической модели песчанистых пород-коллекторов, проведены следующие исследования:

1. Составлены аналитические соотношения для расчёта вероятности сохранения деформационно-пространственной стабильности и наступления деформационно-пространственной нестабильности песчанистой породы-коллектора.

2. Показано, что фактор дисперсии и неоднородности свойств пород-коллекторов представляют собой их фундаментальный признак.

3. Разработана система физических моделей песчанистой породы-коллектора:

- как пространственной структуры, состоящей из трёх компонентов -минеральных частиц (песка), глинистого вещества, с помощью которого

осуществляется связь между частицами песка, и водной (¡¡азы, располагающейся в поровом пространстве;

- с техногенно-инициированной дефектностью в призабойной зоне и структуры статистической динамической модели песчанистой породы-коллектора.

4. Показано, что деформационно-пространственная неустойчивость горной породы связана с эффектами увеличения объёма породы (дилатанси-ей), а также с возникновением и развитием дефектно-деформационных структур - образованием субмикроскопических трещин, накоплением и объединением микротрещин и их превращением в мезотрещины.

В третьей главе представлены данные экспериментальных исследований по отработке параметров технологий крепления призабойной зоны пласта.

Основу системы мер традиционной технологии крепления призабойной зоны пласта составляют:

- методы химического закрепления пластов;

- методы противопесочной защиты фильтрами;

- профилактические меры (контроль за количеством взвешенных частиц в продукции скважин, процентом обводненности и др.).

Выполнен анализ состояния ряда скважин месторождений Краснодарского края с признаками осложнений, нуждающихся в использовании технологий крепления призабойной зоны, который характеризуется наличием факторов:

- существенное сокращение межремонтного периода скважины по причинам интенсивного пескопроявления или заклинивания ГНО;

- высокое содержание мехпримесей в продукции (> 1000 мг/л);

- скважины с невозможностью проведения интенсификации добычи нефги по причине пескопроявления.

На месторождениях западной части Краснодарского Края применялись различные способы фильтрационной защиты и крепления: спуск механических фильтров различных конструкции, крепление с применением намыва гравийных фильтров, полимеризованного прогшанта, смолопесчапых смесей, вспененных смол, резолформальдегидных смол, сланцевых крепителей, кремнийорганических нефтерастворимых соединений.

Алгоритм критерия выбора и назначения технологии фильтрационной защиты представлен этапами:

- первый этап (экспертно-статнстическии подход к выбору технологий защиты от мехпримесей, основанный на использовании матриц применения технологий) - качественное определение в первом приближении необходимого типа заканчивания по разным матрицам, исключая из рассмотрения неэффективные;

: - второй этап (расчётные листы и методики для определения характеристик заканчивания) - по результатам предыдущего этапа рассчитываются технические характеристики выбранного фильтрационного оборудования (размер ячеек, ширина щелевых отверстий, необходимое количество слоёв, гранулометрический состав гравийной набивки и т.д.);

- третий этап (лабораторные исследования) - по результатам ¡1 этапа в лабораториях на специальном оборудовании проводятся исследования по работоспособности оборудования (на образцах выбранных фильтров);

- четвертый этап (выбор фильтра) - выбор рекомендуемой марки фильтра по результатам III этапа с учётом температурных, прочностных характеристик и соотношения «цена - качество».

В результате анализа традиционных способов ограничения пескспро-явлений, применяемых на месторождениях Краснодарского края, установлено, что традиционные технологии доказали свою эффективность на протяжения многих лет в Краснодарском крае и других регионах, однако на современном этапе традиционные методы не всегда остаются на высоком уровне эффективности, поскольку в этих методах не используются технологии, основанные на прогнозе состояния пород-коллекторов.

В связи с этим поставлена задача разработки вариативной технологии заканчивания, которая включает в себя не только традиционные технологии, но и методы, основанные на прогнозировании состояния пород-коллекторов. Цель вариативной технологии - повысить эффективность эксплуатации месторождений в стадии завершения за счёт новых методов крепления призабойной зоны -прогнозных опережающих технологий управления осложнениями.

Принципы вариативной технологии заканчивания. Одна из задач вариативной технологии заканчивания — разработка критериев выбора технологиче-

ского решения - адресности н локализации применения методов управления осложнениями - химического усиления пород и др. Использование методов химического усиления пород может быть эффективным средством управления факторами осложнения добычи — пескопроявлением, водопроявлением и другими, применяемым до фильтрационной защиты призабойной зоны.

Таким образом, сочетание методов химического усиления и фильтрационной защиты открывает возможности нового конфигурирования технологии управления факторами осложнения добычи. При этом необходимо иметь представление о пространственно-временных параметрах осуществления каждой технологической стадии, то есть знать, когда и в какой области породы-коллектора целесообразно и эффективно применение некоторой технологической процедуры.

Для изучения причин и условий разрушения пород выполнены экспериментальные испытания зависимости прочности породы от концентрации цемента. Приготовление образцов песчаников производили из компонентов, составляющих основу связных грунтов - минеральных частиц, цементирующих соединений и воды. Специальными методами изготавливали образцы однородной и неоднородной структуры. Характеристики однородных песчаников приведены в таблице 1.

Таблица I - Характеристики однородны;; ИП

Характеристики ИП

№ п/п Обозначение породы плотность р, г/ем3 коэффициент пористости е влажность ¡V содержание цемента, масс. %

1 Песчаник-1 2,72 ± 0,35 0,47 ±0,10 0,19 ± 0,05 4,9 ± 0,4

2 Песчаних-2 2,60 ± 0,31 0,48 ±0,11 0,21 ± 0,04 9,8 ± 0,4

3 Песчаник-З 2,54 ± 0,31 0,47 ±0,10 0,23 ± 0,05 15,4 ± 0,6

Установлено, что с увеличением концентрации цемента прочность песчаника возрастает линейно, а с ростом влажности - снижается.

Увеличение влажности песчаника имитировало процессы водопроявления в породах-коллекторах. На следующем этапе исследовано влияние степени неоднородности песчаника на его прочностные параметры. Характеристики неоднородных ИП приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики неоднородных ИП

№ п/п Обозначение породы Характеристики ИП

плотность р. г/ом' коэффициент пористости е влажность IV содержание цемента, масс. %

1 Песчаник-1 2,72+0,45 0,47 ± 0.20 0,19 ± 0,09 4,9 ± 0,4

2 Песчаник-2 2,60±0,43 0,48 ± 0,2! 0,21 ± 0,08 9,8 ± 0,6

3 Песчаник-3 2,54±0,41 0,47 ± 0,21 0,23 ± 0,04 15,4 ± 0,6

Для сравнения прочности однородных и неоднородных структур представлен рисунок 5, на котором приведены зависимости прочности песчаников.

о,, МП а

¡5 - )

J____I_____!_

5 10 15

Концентрация щшента, масс. %

Рисунок 5 - Зависимости прочности песчаников от доли связки лля однородны; (1) и неоднородных (2) структур

Из графиков видно, что однородные структуры имеют квоты преимущества перед неоднородными в 2,0-2,5 раза. Этот результат имеет важное значение в плане доказательства справедливости модельных представлений о песчаниках как пространственных дисперсных структурах, в которых физическая целостность обеспечивается связующим - его видом, долей, химической устойчивостью в условиях фильтрационных взаимодействий и других параметров.

Для определения количественной меры неоднородности песчаников представлен рисунок 6, где показаны распределения прочности однородных и неоднородных ИП.

Ап

/V

' ¿<Тл

0,35

0,1

4,5 V <пгМГ/1,

Рисунок 6 - Распределения прочности однородных (1) и неоднородных (2) ИГ1

Однородные по структуре песчаники имеют прочностные характеристики с малым рассеянием относительно средних значений.

Мера степени неоднородности песчаников - дисперсия, определяемая по результатам статистической обработки породы по некоторому параметру — прочности, плотности, влажности, проницаемости и др.

Определение значения дисперсии однородных и неоднородных песчаников даёт:

- для однородного песчаника ар =0,25;

- для неоднородного песчаника ор = 0,43.

Определение дисперсии характеристик песчаников естественного происхождения производилось с использованием базы данных ООО «НК «Роснефть» - НТЦ>/ - 1240 результатов исследования образцов керна из ряда скважин месторождений Краснодарского края. Статистическая обработка данных по кернам скважин позволила установить, что природные породы относятся преимущественно к высокодисперсным системам и могут быть разделены на группы:

- слабосцементированные высокодисперсные (СВ);

- среднесцементироаанные средне- и высокодисперсные (ССВ);

- высокосцементированные средне- и высокодисперсные (ВСВ).

Таким образом, разработана классификация пород по степени неоднородности. Можно отметить, что имеется достаточно хорошо выраженная тенденция к некоторому упорядочению структур с увеличением доли связующего в материале.

Разработан критерий целесообразности применения химического усиления пород с использованием классификации пород по степени неоднородности:

а,. (15)

к-- (8) аД45)

где ар(15) - прочность породы при влажности 0,15; ар(45) - прочность

породы при влажности 0,45.

Установлено, что при к > 2 применение химического усиления не целесообразно, при к <2 применение химического усиления целесообразно.

Указанные положения составляют основу принципов вариативной технологии заканчивания, с помощью которой становится возможным оптимизировать состав методов управления осложнениями и сделать их более гибкими и эффективными.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ II ВЫВОДЫ

1. Разработаны научные и технологические принципы повышения эффективности крепления призабойной зоны пласта за счёт прогнозирования и управления процессами пескопроявления, что позволяет на качественно более высоком уровне решать проблемы эксплуатации месторождений на завершающей стадии.

2. Установлено, что для решения проблемы эффективности крепления призабойной зоны пласта за счёт управления процессами пескопроявления необходимо:

- создание общих представлений и моделей песчаников как пород-коллекторов - описание их структуры, состава и базовых характеристик;

- исследование механизмов инициации разрушения песчаников с последующим изучением стадий развития деформационно-пространственной нестабильности пород-коллекторов вплоть до разрушения;

- разработка принципов и методов прогнозирования и управления механизмами деформационно-пространственной нестабильности песчаников.

3. Разработана статистическая динамическая модель песчаника.

4. Разработаны принципы и аналитические выражения для определения прогнозных параметров наступления опасного состояния пород-коллекторов

в призабойной зоне пласта с использованием статистической динамической модели деформационно-пространственной нестабильности.

5. На основе экспериментальных исследований прочности песчаников установлены критерии целесообразности применения химического усиления пород.

6. Разработана классификация пород по степени неоднородности, при этом мерой степени неоднородности служит дисперсия распределения по некоторому параметру - прочности, плотности, влажности, проницаемости и др.

7. Установлена корреляция между прогнозными параметрами наступления опасного состояния пород-коллекторов и данными наблюдений за выносом песка из скважин.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ: Рецензируемые журналы, входящие в перечень ВАК при Минобрнауки России:

1. Бондаренко В.А., Климовец В.Н., Щетников В.И., Сухляев А.О., Долгов C.B., Шостак A.B. Опыт борьбы с пескопроявлениями при эксплуатации скважин Анастасиевско-Троицкого месторождения Краснодарского края // Научно-технический журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море».-М. : ВНИИОЭНГ, 2013.-№ 6.-С. 17-21.

2. Бондаренко В.А., Савенок О.В. Исследование методов и технологий управления осложнениями, обусловленных пескопроявлениями // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельная статья (специальный выпуск). - М. : Издательство «Горная книга», 2014.-№ 5. - 28 с.

3. Жихор Г1.С., Бондаренко В.А., Долгов C.B., Шостак A.B. Применение некоторых методов факторного анализа для усовершенствования технологии крепления призабойной зоны скважин IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения // Научно-техиический журнал «Наука и техника в газовой промышленности». - М, 2014. - № 1 (57). - С. 86-91.

4. Антониади Д.Г., Савенок О.В., Бондаренко В.А. Анализ известных представлений по проблеме пескопроявления (статья) // Ежемесячный научно-технический и производственный журнал «Газовая промышленность». Спецвыпуск журнала «Газовая промышленность»: Эксплуатация месторож-

дений углеводородов на поздней стадии разработки. - \1. : Издательство ООО «Газоил пресс», 2014. -№ 708/2014. -С. 61-65.

Статьи в других научных журналах и тезисы в материалах, трудах международных и всероссийских конференций

5. Бондаренко В.А., Савенок О.В. Разработка статистической модели деформационно-пространственной нестабильности и разрушения песчанистых пород с целью снижения пескопроявлений // Аналитически!! научно-технический журнал «ГеоИнжиниринг». - Краснодар: Издатель ООО «МАГ'АЛА», 2014. - № i (21) весна 2014. - С. 84-87. Режим доступа : http://issuu.com/inna_magala/docs/geo_l_21_web

6. Бондаренко В.А., Гюлумян Е.К., Савенок О.В. Разработка методов и технологий борьбы с пескопроявлениямн на месторождениях Краснодарского края // Сборник тезисов 68-ой Международной молодёжной научной конференции «Нефть и газ - 2014». 14-16 апреля 2014 г. Секция 2 Разработка нефтяных и газовых месторождений. Бурение скважин. - М. : РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2014. - С. 45.

7. Бондаренко В.А., Савенок О.В. Анализ существующих методов борьбы с пескопроявлениямн и разработка статистической модели деформационно-пространственной нестабильности и разрушения песчанистых пород// Научный журнал Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник), 2014. ~№ ¡.-С. 35-42.

о. Бондаренко В.А., Шарыпова Д.Д.. Савенок О.В. Разработка технологий предупреждения и ограничения пескопроявлений на примере месторождений Краснодарского края // Сборник научных трудов Международного форума-конкурса молодых учёных «Проблемы недропользования». 2.3-25 апреля 2014 г. - Санкт-Петербург: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2014.-С. 180.

9. Бондаренко В.А., Чуйкин Ё.П., Савенок О.В. Проблемы выноса песка на месторождениях Краснодарского края и пути её решения // Материалы Всероссийской с международным участием научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Новые технологии - нефтегазовому региону». 20-23 мая 2014 г. Секция «Разработка и эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений». - Тюмень : ТюмГНГУ, 2014. -Т. 2. - С. 94-96.

10. Бондаренко В.А., Гюлумян Е.К., Савеиок О.В. Анализ современных представлений о принципах моделирования и расчёта пород-коллекторов // Сборник научных трудов I Всероссийской молодёжной научно-технической конференции нефтегазовой отрасли «Молодая нефть». Секция «Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений». 17-19 мая 2014 г. -Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2014. Режим доступа : littp://conf.sfu-kras.ru/sites/oiI2014/PDF/l/l 3.pdf.

11. Бондаренко В.А., Лаврентьев A.B., Савенок О.В. Анализ современных представлений о принципах моделирования и расчёта пород-коллекторов // Научный журнал Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник), 2014.-№2.-С. 34-40.

12. Бондаренко В.А., Лаврентьев A.B., Савенок О.В. Разработка предпосылок моделирования песчанистых коллекторов // Аналитический научно-технический журнал «ГеоИнжиниринг». - Краснодар : Издатель ООО «МАГАЛА», 2014. - № 3 (23) осень 2014. - С. 92-94. Режим доступа : http://issuu.com/inna_magala/docs/geo_3_23_web.

13. Бондаренко В.А., Чуйкин Е.П., Савенок О.В. Экологический мониторинг скважин IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения в условиях интенсивного пескопроявления // Сборник научных трудов IV Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодёжи «Экологические проблемы нефтедобычи». 21—23 октября 2014 г. - Уфа : Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2014.-С. 32-34.

14. Бондаренко В.А., Гюлумян Е.К., Савенок О.В. Анализ методов борьбы с пескопроявлениями на месторождениях Краснодарского края и разработка эффективных технологий // Материалы VII Всероссийской конференции «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых». 28-31 октября 2014 г. — Пермь : Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2014. -С. 215-218.

Учебные пособия:

15. Арутюнов A.A., Бондаренко В.А., Климов В.В., Кошелев А.Т., Савенок О.В., Усов C.B. Оборудование для добычи нефти: методические указания по практическим занятиям по дисциплине «Оборудование для добычи нефти» для студентов-бакалавров всех форм обучения направления подготовки

131000.62 «Нефтегазовое дело». - Краснодар : Издательский Дом - Юг, 2014,- 182 с.

16. Бондаренко В.Л., Савенок О.В., Усов C.B. Механика горных пород и породоразрушающий инструмент при бурении скважин: учебное пособие по дисциплинам «Механика грунтов», «Механика горных пород», «Технология бурения нефтяных и газовых скважин», «Бурение нефтяных и газовых скважин» для студентов всех форм обучения направления 131000.62 «Нефтегазовое дело». - Краснодар : Издательский Дом - Юг, 2014. - 246 с.

Свидетельство о государственной регистрации:

17. Ангониади Д.Г., Бондаренко В.А., Савенок О.В. Предупреждение пескопроявлений в скважинах и борьба с ними. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2014620964. Заявка № 2014620637. Дата поступления 14 мая 2014 г. Дата государственной регистрации в Реестре баз данных 04 июля 2014 г.

Подписано в печать ¡8.02.2015. Печать трафаретная. Формат 60x84 '/,6. Усл. печ. л. 1,35. Тираж 100 экз. Закач № 1296. Отпечатало в ООО «Издательский Дом - ЮГ"» 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корп. «В», оф. В-120, тел. +7(918)41-50-571 set@id-yug.com http://id-yug.com