Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Совершенствование технологии проводки глубоких скважин с использованием волновых процессов
ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование технологии проводки глубоких скважин с использованием волновых процессов"

005014922

На правах рукописи

Рукавицын Ярослав Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОВОДКИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность: 25.00.15 Технология бурения и освоения скважин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МАР 2072

Москва-2012

005014922

Работа выполнена в лаборатории нелинейных волновых процессов нефтегазового комплекса Научного центра нелинейной волновой механики и технологии РАН

доктор технических наук Украинский Леонид Ефимович доктор технических наук, профессор Фролов Андрей Андреевич, «Нефтегазовая буровая компания», генеральный директор кандидат технических наук Мнацаканов Александр Васильевич, Ассоциация «Буровая Техника», генеральный директор

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образо-

вательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Защита состоится "21" марта 2012 г. в 1400 на заседании диссертационного совета ДМ 002.263.01 при Научном центре нелинейной волновой механики и технологии РАН (НЦ НВМТ РАН) по адресу: 119334, г. Москва, ул. Бардина, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЦ НВМТ РАН по адресу: 119334, г. Москва, ул. Бардина, д. 4.

Автореферат разослан "20" февраля 2012 г.

Научный руководитель: — Официальные оппоненты: —

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Аверьянов А.П.

Введение

Актуальность работы

Техническое совершенствование и дальнейшее повышение эффективности буровых работ требуют в настоящее время выявления новых направлений применения наиболее эффективных технологий строительства нефтяных и газовых скважин. Вместе с тем, учитывая высокую стоимость бурения глубоких скважин, особенно в осложненных геолого-технических условиях, повышение эффективности возможно путем оппмизащш процесса механического углубления ствола скважины и оптимизации вскрытия продуктивных пластов-коллекторов с использованием забойной информации, что является особенно необходимым для повышения эффективности механического бурения скважин и сохранения коллекторских свойств вскрываемых продуктивных горизонтов.

Необходимость оптимизации процесса бурения глубоких скважин требует создания не только технологии управления процессом бурения с использованием забойной технологической и гидродинамической информации, но и разработки оперативного комплекса технологических и гидродинамических измерений, направленных на сохранение коллекторских свойств вскрываемых в процессе механического углубления ствола скважины продуктивных пластов-коллекторов (ПП).

Одним из новых направлений, получившим в последнее время интенсивное развитие, является использование в практике буровых работ волновых процессов, возникающих на забое буровой скважины при взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой. Использование при этом забойной информации и беспроводного канала связи забоя буровой скважины с дневной поверхностью позволяет значительно снизить стоимостные затраты на строительство глубоких скважин и повысить эффективность бурения за счет использования только наземной системы измерения информационных забойных параметров и передачи забойной информации в реальном масштабе времени. Подобный оперативный контроль параметров разбуриваемых горных пород и таких технологических параметров бурения, как частота вращения вала забойного двигателя, износ вооружения и опор долота, степень буримости горных пород и др. позволяют значительно повысить рейсовую скорость бурения и сократить время бурения скважин при минимальных затратах.

Однако, использование волновых процессов при прогнозировании продуктивных объектов и оперативной оптимизации вскрытия продуктивных пластов-коллекторов, с целью сохранения их коллекторских свойств встречается с рядом трудностей, основными из которых являются отсутствие научно-методического подхода при решении задачи управления волновыми процессами и отсутствие аппаратно-технического обеспечения первичного вскрытия продуктивных пластов, обеспечивающего оптимальный комплекс буровых работ.

3

Цель работы

Повышение эффективности строительства глубоких нефтегазовых скважин за счет создания технологии управления волновыми процессами, возникающими при взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой.

Основные задачи исследований

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие основные задачи:

1. Анализ современного состояния использования волновых процессов при строительстве нефтяных и газовых скважин.

2. Разработка научно-методических основ технологии управления волновыми процессами при строительстве нефтяных и газовых скважин.

3. Оценка информативности волнового метода прогнозирования нефтегазоносное™ и коллекторских свойств продуктивных объектов.

4. Обоснование и разработка многоканального аппаратно-программного комплекса волновых измерений и оптимизированной технологии вскрытия продуктивных пластов с использованием беспроводного канала связи забой — дневная поверхность.

5. Опробование и промышленное внедрение в производство разработанной технологии в различных геолого-технических условиях проводки нефтяных и газовых скважин.

Методы решения поставленных задач

Для решения поставленных задач учитывался опыт строительства глубоких нефтяных и газовых скважин в различных геолого-технических условиях. Были проведены теоретические системные исследования по анализу и синтезу случайных волновых процессов, возникающих при бурении скважин. При обработке данных скважинных экспериментальных исследований волновых процессов на пилотных объектах ОАО «Газпром» и ОАО «ЛУКойл» были привлечены апробированные методы математической статистики. При синтезе разработанной информационно-управляющей системы и выработке оптимизационных решений использованы методы управления сложными адаптивными системами.

Научная новизна работы

1. Разработаны концептуальные основы создания технологии управления волновыми процессами, возникающими в процессе взаимодействия долота с разбуриваемой горной породой, с целью повышения эффективности проводки глубоких скважин.

2. Обоснована и разработана информационная модель волнового взаимодействия системы долото — продуктивный пласт скважины, на основе которой сформулированы требования к спектрально-корреляционной обработке случайных волновых полей, возникающих в процессе углубления ствола скважины.

3. Установлены функциональные зависимости изменения энергетических характеристик 3-х компонентных наблюдений волновых полей от технологических параметров бурения и продуктивности вскрываемых пластов-коллекторов.

4. Разработаны критерии и алгоритмы использования энергетических характеристик регистрируемых в процессе бурения волновых полей для оптимизации механического углубления ствола скважины и оптимизации первичного вскрытия продуктивных пластов-коллекторов.

5. Разработаны и сформулированы требования к построению компъютизированной многоканальной системы обработки волновых полей в процессе бурения, основанные на принципах статистического моделирования и спектрально-корреляционном анализе.

Основные защищаемые положения

1. Функциональные зависимости продуктивности и характера насыщения пластов-коллекторов от энергетических характеристик волновых процессов, возникающих в процессе углубления ствола скважины.

2. Информационная модель механического углубления ствола скважины на основе использования волновых процессов, возникающих при взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой.

3. Частотные и переходные характеристики взаимодействия элементов системы долото — горная порода — буровая скважина.

4. Волновые частотно-зависимые критерии прогнозирования момента вскрытия продуктивных пластов-коллекторов и оптимизации их первичного вскрытия.

5. Обоснование и методология управления волновыми процессами, позволяющая обеспечить эффективность и качество вскрытия продуктивных пластов за счет минимизации энергетических характеристик регистрируемых на дневной поверхности волновых полей.

Практическая ценность работы

1. На основе созданных автором научно-методических основ использования волновых процессов при бурении глубоких скважин автором разработана технология управления волновыми процессами при оптимизированном вскрытии продуктивных пластов-коллекторов с целью сохранения их коллекторских свойств.

2. Разработанные физические основы технологии управления волновыми процессами позволили создать многоканальный программно-аппаратный комплекс для оперативного контроля и управления процессом механического углубления ствола скважин и управления качественным вскрытием продуктивных пластов.

3. Разработаны алгоритмическое и программное обеспечение для контроля и управления процессом первичного вскрытия продуктивных пластов-коллекторов на основе регистрации на дневной поверхности волновых полей, входящих в компьютизированный комплекс сопровождения проводки глубоких нефтяных и газовых скважин,

4. Разработаны технические требования и техническое задание на выпуск серийной аппаратуры контроля и управления процессом бурения и выпущена первая опытно-промышленная партия аппаратуры «АРМ-Технолог».

5. Под руководством и непосредственном участии автора разработаны и внедрены следующие руководящие, методические и регламентирующие документы:

• технический и рабочий проекты на строительство нефтяных и газовых скважин (разделы «Вскрытие продуктивных горизонтов», «Испытание и освоение скважин»), утвержденные ОАО «Газпром»;

• методическое руководство «Компьютизированная технология геолого-технологических исследований скважин АРМ-Технолог», утвержденное ОАО «Газпром»;

• инструкция по применению автоматизированного комплекса «АРМ-Технолог» при производстве буровых работ («Руководство оператора»).

Результаты проведенных автором диссертационных исследований опробованы и внедрены при проводке глубоких скважин на площадях «Астраханьгазпром», «Севергазпром», «Уренгойгазпром», «Оренбурггазпром» и «ЛУКойл-Астраханьморнефть».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены:

• на международном научном симпозиуме «Новые технологии для нефтегазовой промышленности» (Уфа, 2002 г.);

• на VI Конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, 2005 г.);

• на Всероссийской научно-практической конференции «Новая техника и технологии для исследований скважин» (Уфа, 2011 г.);

• на семинарах и совещаниях ЗАО «Геоспектр» и НЦ НВМТ РАН (Москва, 2005—2011 гг.).

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 11 работ, в т.ч. 4 печатных работы, включенные в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий», утвержденных ВАК Министерства образования и науки РФ, и два патента на изобретения, одно из которых (№ 2283426) в 2008 г. награждено Дипломом Федеральной службы интеллектуальной собственности в номинации «100 лучших изобретений России».

Объем к структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, приложений и списка литературы, включающего 121 наименований.

Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, включая 41 рисунок и 12 таблиц.

Диссертационная работа выполнена в лаборатории нелинейных волновых процессов нефтегазового комплекса НЦ НВМТ РАН под научным руководством доктора технических наук Украинского Л.Е., которому автор выражает глубокую признательность и благодарность.

В ходе выполнения данной работы автор пользовался консультациями д. г. п., профессора В.Н. Рукавицына, к. т. н. М.Г. Лугуманова, к. т. н. С.А. Бокарева, к. т. н. P.A. Шакирова, которым выражает искреннюю благодарность за ценные советы и замечания по диссертационной работе. Автор благодарит сотрудников НЦ НВМТ РАН, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, ЗАО «Геоспектр», НПФ «Геофизика» и др., оказавших содействие при проведении и обработке данных экспериментальных исследований и внедрении разработанной технологии при проводке нефтяных и газовых скважин.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи исследований, обоснованы используемые методы исследований, показаны научная новизна и практическая значимость результатов проведенных исследований.

В первой главе приведены результаты анализа современного состояния проблемы использования волновых процессов при строительстве нефтяных и газовых скважин с целью повышения эффективности буровых работ и повышения качества вскрытия продуктивных пластов (ПП).

Проблеме повышения технико-экономических показателей буровых работ и качественного заканчивания нефтяных и газовых скважин посвящены работы ряда отечественных и зарубежных ученых: А.П. Аверьянов, Р.В. Аветов, Ф.А. Агзамов, O.K. Ангелопуло, В.А. Амиян, П.В. Балицкий, В.Ю. Близнюков, С.А Бокарев, А.И. Булатов, Ю.В. Вадецкий, B.C. Войтенко, Л.П. Вахрушев, Р.Ф. Танеев, В.Д. Городнов, А.Т. Кошелев, В.Н. Кошелев,

B.И. Крылов, Н.И. Крысин, Ю.С. Кузнецов, В.А. Куксов, Б.М. Курочкин, М.Р. Мавлютов, А.Х. Мирзаджаизаде, A.B. Мнацакаиов, В.А. Мнацаканов, Г.Т. Овнатанов, В.П. Овчинников, A.C. Оганов, Г.С. Оганов, А.И. Пеньков, В.Н. Поляков, А.Г. Потапов, В.Н. Рукавицын,

C.А. Рябоконь, Н.М. Шерстнев, В.Н. Щуров, A.M. Ясашин, T.Ahrens, A.Anderson, L. Astrella, L. Behrmann. S. Bihap, A. Bond, C. Ward, L. Kats, I. Lutz, B. Patton, M. Raehaid, H. Shmidt, R. Swigt и др.

На основе проведенного анализа установлено, что сложность и неуправляемость забойных буровых процессов, снижающих эффективность механического углубления ствола глубоких скважин, в первую очередь, обусловлены нестационарностью волновых процессов, возникающим в системе долото — разбуриваемая горная порода — буровая скважина, а отсутствие стабилизации во времени энергетических характеристик волновых полей зачастую приводит к предаварийным и аварийным ситуациям.

Несмотря на значительное количество исследований, направленных в основном на анализ, возникающих в процессе бурения волновых процессов, проблема создания технологии управления возникающими волновыми процессами по-прежнему является актуальной и требующей своего решения.

Выделяя исследования в рассматриваемом направлении за рубежом, главным образом, в США, Франции, Италии и Великобритании следует отметить, что усилия ведущих зарубежных фирм на данный момент завершены созданием только технологии контроля процесса

бурения нефтяных и газовых скважин с использованием продольных волн (фирмы «SNPA», «Mobil Oil», «Schlumberger «Ltd», «Sperry Sun», «Sperry Research», «Geotechniques», «Sande-fer Oil and Gas» и др.).

Исследования за рубежом по созданию технологий управления волновыми процессами, возникающими в процессе бурения, на данный момент находятся в начальной стадии.

Результатами проведенного анализа также выявлено, что проблема использования волновых процессов с целью качественного вскрытия продуктивных пластов-коллекторов, в. т.ч. проблеме управляемого равновесного бурения или бурения на минимальной репрессии исследователями уделено недостаточное внимание, что снижает эффективность строительства глубоких скважин в осложненных геолого-технических условиях (значительные глубины скважин, термобарические условия, наличие сложно-построенных коллекторов, наличие зон с АВПД и АНПД, строительство скважин на шельфе и на море и др.).

На основании проведенного анализа автором обоснована и разработана информационная модель механического углубления ствола скважин на основе использования возникающих в процессе бурения волновых процессов, применение которой позволяет осуществить не только контроль, но и управление процессом механического углубления ствола скважин, в т. ч. реализовать качественное первичное вскрытие продуктивных пластов-коллекторов (рис. 1).

Наличие в функциональной схеме рис. 1 сейсмического, акустического и гидродинамического информационного сопровождения и наличие обратных связей позволяет по новому подойти к проблеме оптимизации механического углубления ствола скважин и оптимизации первичного вскрытия ПП за счет разработки надежных средств системы приема и обработки забойных волновых процессов, регистрируемых на дневной поверхности, а реализация представленной информационной модели позволит повысить эффективность проводки глубоких скважин.

На основе проведенного анализа современного состояния использования волновых полей для повышения эффективности строительства глубоких скважин дано обоснование постановки задач исследований, приведенных в данной работе.

Рис. 1. Информационная модель использования волновых процессов при проводке глубоких скважин

Во второй главе приведены научно-методические основы использования эффекта взаимодействия элементов системы долото — горная порода — буровая скважина при решении технологических задач проводки глубоких нефтяных и газовых скважин, представленных в разделе I, в т.ч. предназначенных для разработки требований к созданию технологии управления волновыми процессами при первичном вскрытии продуктивных пластов.

С целью разработки требований к созданию технологии использования волновых процессов в работе рассмотрено решение следующих задач математического и физического моделирования:

— исследование эффекта частотного взаимодействия элементов системы долото — горная порода — бурильная колонна с целью изучения формирования энергетических спектров продольных и поперечных волн на забое буровой скважин;

— анализ условий распространения продольных и поперечных упругих волн по бурильной колонне с целью изучения использования волновых процессов для идентификации продуктивных пластов-коллекторов, оценки характера их насыщения и разработки требований к приемно-измерительной аппаратуре;

— исследование спектрально-корреляционных характеристик возникающих при взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой волновых полей с целью разработки «волновых» критериев оптимизации механического бурения и сохранения коллекторских свойств вскрываемых продуктивных пластов;

— анализ сейсмоакустических и гидродинамических информационных параметров в соответствующих частотных диапазонах, указанных на рис. 1, с целью разработки требований к метрологическим характеристикам наземной приемно-регистрирующей многоканальной аппаратуры.

Для решения поставленных задач математического моделирования были использованы известные методик» расчета частотных характеристик исследуемой системы инпедансным методом и методом лучевых приближений. Наряду со статическими моделями взаимодействия элементов рассматриваемой системы изучены частотные особенности формирования волновых полей на забое буровой скважины на основе результатов математического моделирования динамического взаимодействия долота с разбуриваемой горной породой, обладающей различными упруго-деформационными и волновыми свойствами.

Используемые алгоритмы расчета синтетических волновых полей позволяют изучить особенности распространения как продольных так и поперечных волн с учетом передаточных характеристик отдельных секций бурильной колонны и замковых соединений в диапазоне частот 0,1—1,0 кГц. При анализе формирования волновых полей на земной поверхности в сейсмическом диапазоне частот 1,0—100 Гц учтены передаточные характеристики горных пород, находящихся под забоем буровой скважины.

Проведенный анализ условий формирования волновых полей на дневной поверхности показал, что распределение их энергии происходит в зависимости от частотного спектра возбуждения волнового поля на забое буровой скважины, что создает основу разработки частотно-зависимых энергетических критериев оптимизации механического углубления ствола скважин и оптимизации первичного вскрытия продуктивных пластов, позволяющих повысить эффективность и качество их первичного вскрытия.

Для проверки результатов математического моделирования автором были осуществлены многочисленные стендовые и экспериментальные скважинные исследования особенностей формирования волновых полей как на забое буровой скважины, так и на дневной поверхности. На основе результатов натурного моделирования и скважинных исследований в работе приведены корреляционные связи между энергетическими частотно-зависимыми параметрами волновых полей, регистрируемых на забое, и технологическими показателями процесса бурения, такими, как осевая нагрузка на долото, крутящий момент, частота вращения долота, энергоемкость бурения, степень износа вооружения и опор долота и др., причем коэффициенты корреляции составляют в соответствующих частотных диапазонах не менее 0,9, что дает возможность идентифицировать и управлять забойными процессами бурения без применения традиционных дорогостоящих и низконадежных забойных телеметрических систем, измеряя только на дневной поверхности спектрально-корреляционные характеристики регистрируемых волновых полей.

В работе подробно изложена методология и результаты спектрально-корреляционной обработки наземных волновых полей, сравнивая результаты измерений при помощи забойных телеметрических систем и станций геолого-технологического контроля, причем результатами сравнения экспериментальных данных подтверждены результаты математического моделирования о том, что информация о спектрально-корреляционных характеристиках продольных волн, передаваемых по гидроакустическому каналу связи забоя скважины с устьем, несет в себе сведения о моменте вскрытия продуктивных пластов, характере их насыщения и коллекторских свойствах вскрываемых продуктивных пластов-коллекторов. По результатам спектрально-корреляционной обработки регистрируемых на дневной поверхности волновых полей разработаны также алгоритмы определения технологических показателей бурения, таких как частота вращения долота, крутящий момент, степень износа опор и вооружения долота, дифференциальное давление в системе скважина-пласт, скорость углубления ствола скважины на забое и др. Приведенные результаты экспериментальных исследований позволили обосновать и разработать требования к построению и принципы функционирования технологической схемы управления вскрытием ПП на основе наземных измерений забойных волновых полей, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Технологическая схема оптимального вскрытия продуктивных пластов-коллекторов с использованием наземных волновых измерений в процессе бурения скважин

В третьей главе приведены научные основы создания компьютизированной спектрально-корреляционной аппаратуры для управления волновыми процессами, возникающими в процессе бурения скважин, и методика оперативной оптимизации вскрытия продуктивных пластов с использованием энергетических характеристик взаимодействия системы долото — продуктивный пласт — буровая скважина.

Обоснованные и разработанные автором научно-методические основы управления волновыми процессами, возникающими в процессе бурения, позволили сформулировать следующие основные требования к подсистеме «Оптимизированная технология первичного вскрытия продуктивных пластов», подробно изложенные в техническом задании на разработку подсистемы ОИУС ОАО «Газпром» «Вскрытие и испытание пластов» в составе ком-пьютизированного комплекса «АРМ—Технолог», утвержденном ОАО «Газпром»:

— подсистема должна обеспечивать одновременную регистрацию спектральных и корреляционных параметров волновых полей и их производных в реальном масштабе времени;

— наземная часть подсистемы должна осуществлять прием и регистрацию волновых полей одновременно в верхней части бурильной колонны, на входе в циркуляционную систему буровой скважины и на земной поверхности при многоканальной системе измерения не менее 24 каналов и должна обеспечивать автоматический режим определения момента входа в продуктивный пласт, позволяющий программным путем осуществлять поиск оптимальных режимов вскрытия ПП;

— аппаратура должна быть разработана для функционирования в составе серийных станций геолого-технологического контроля и в составе компьютизирован-ного комплекса АРМ-Технолог, созданного согласно разработанному техническому заданию;

— комплекс наземных измерений информационных параметров должен соответствовать следующим динамическим диапазонам:

— при измерении динамических параметров — 40 дб;

— при измерении кинематических параметров — 20 дб; и включать измерение следующих информационных параметров:

— положение энергетических спектров на оси частот;

— преобладающие частоты и максимумы энергетических спектров;

— частотно-зависимые коэффициенты затухания и интервальное время распространения волновых полей, определяемое по положению максимумов взаимно-корреляционных функций между регистрируемыми волновыми полями.

При решении задач оперативного управления качественным вскрытием продуктивных пластов на основе проведенных экспериментальных исследований и статистической обработки результатов измерений волновых полей, возникающих в процессе взаимодействия долота с разбуриваемой горной породой, одной из основных задач является выбор критериев управления технологическим процессом вскрытия продуктивных пластов.

Автором обоснован и предложен кинематический критерий оптимизации, обеспечивающий наибольшую достоверность и минимальную погрешность управления забойным волновыми процессами:

До(Я) = (ймк(//,) - 0)мах(//( + Л//), (1)

где Аю(Н) — частотный сдвиг положения максимумов энергетических спектров продольных волн, регистрируемых на входе в циркуляционную систему ШмахОТ + АН) — текущие значения положения максимумов энергетических спектров продольных волн на глубинах Н и //, + АН соответственно

Па-ІІ'сІО)

——. (2)

рІМш

Я, — текущее значение глубины буровой скважины;

АН— интервал углубления ствола скважины.

Критерием достижения прогнозной продуктивности и гидродинамического совершенства призабойной зоны пласта (ПЗП) автором обоснована и предложена величина временного сдвига максимума значений функций взаимной корреляции Л(т) (ФВК) между продольными волнами, регистрируемыми на входе циркуляционной системы и в верхней части бурильной колонны, характеризующая сохранение в процессе вскрытия ПП его коллекторских свойств:

ДТ _ тт.х(НIУ- Тт»х № + АЯ ) (3)

ДЯ '

где Ттах — положение на оси времени центра тяжести ФВК;

На основании перечисленных требований, предложенных и разработанных автором алгоритмов спектрально-корреляционной обработки волновых полей, результатов НИР и ОКР, проведенных под руководством и непосредственном участии автора в отделе информационных технологий ЗАО «Геоспектр» разработаны опытно-промышленные образцы спектрально-корреляционной аппаратуры, успешно примененные в составе компьютизированных станций АРМ-Технолог и СГТК при решении технологических задач проводки глубоких скважин, включая оперативную оптимизацию первичного вскрытия ПЛ.

Отличительной особенностью разработанной технологии управления волновыми процессами при вскрытии ПП по сравнению с известными технологиями вскрытия является использование только наземного комплекса измерений кинематических и динамических характеристик забойных волновых процессов, когда наряду с заданной оптимальной величиной расхода бурового раствора, обеспечивающего минимальное дифференциональное давление в системе скважина — продуктивный пласт, достигается выбор оптимальных величин кинематических и динамических характеристик возникающих на забое скважины интенсивных волновых процессов, влияющих на качество вскрытия ПП. При этом управление волновыми процессами в реальном времени осуществляется на основе выбора оптимального сочетания осевой нагрузки на долото, частотного сдвига и интервального времени распространения волновых полей, регистрируемых на входе в циркуляционную систему и в верхней части бурильной колонны в оптимальных частотных диапазонах.

Подобный оптимальный выбор величин продольных колебаний бурильной колонны и величин динамической составляющей дифференциального давления в системе скважина — продуктивный пласт позволяет не только по новому подойти к решению проблемы качественного вскрытия ПП с сохранением их первоначальных коллекторских свойств, но и обеспечить максимум рейсовой скорости бурения за счет прогнозируемого снижения износа опор и вооружения долота и контроля степени износа в режиме «Оп-Упе». Алгоритмическая взаимосвязь в программном обеспечении разработанной технологии управления волновыми процессами, возникающими на забое буровой скважины, приведена на рис. 3.

Рис. 3. Алгоритмическая взаимосвязь в технологии управления волновыми процессами при механическом углублении ствола скважин и вскрытии продуктивных пластов

На основе опытно-промышленного опробования разработанной технологии и многочисленных скважинных экспериментальных исследований, проведенных совместно с к.т.н. Бокаревым С.А. и к.т.н. Шакировым P.A., критерием качественного вскрытия ПП предложен и обоснован наиболее значимый информационный параметр оптимизированной технологии первичного вскрытия: коэффициент корреляции продольных волн, регистрируемых в верхней части бурильной колонны и на входе циркуляционной системы. Выбор данного информационного параметра подтверждают также данные математического моделирования взаимодействия системы долото — продуктивный пласт — буровая скважина.

В этом случае коэффициент корреляции определяется как

где /?рд „ (т[;т2)—взаимнокорреляционная функция сигналов динамической составляющей дифференциального давления в системе скважина — продуктивный пласт РдИф и продольных волн в верхней части бурильной колонны Рк;

Ярд , Лр — автокорреляционные функции сигналов давления на входе циркуля-

диф *

ционной системы и продольных волн в верхней части бурильной колонны соответственно.

Согласно разработанным методическому и алгоритмическому обеспечению технологии управления волновыми процессами под руководством автора в отделе информационных технологий ЗАО «Геоспектр» разработано соответствующее программное обеспечение.

На основе результатов опытно-промышленного опробования аппаратного комплекса и технологии автором разработаны и утверждены в ОАО «Газпром» соответствующие инструктивные документы, включая «Руководство оператора» и рабочий проект подсистемы «Вскрытие и испытание пластов» в составе компьютизированных станций геолого-технологического контроля процесса бурения скважин.

(5)

В четвертой главе приведены результаты промышленного опробования и внедрения разработанной технологии и аппаратуры в различных геолого-технических условиях строительства нефтяных и газовых скважин.

Основное внимание уделено решению задачи оперативного качественного вскрытия продуктивных пластов на основе применения разработанной спектрально-корреляционной технологии управленій забойными волновыми процессами, возникающими при динамическом взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой, в реальном масштабе времени.

При опробовании и внедрении разработанной технологии использовались серийно выпускаемые станции геолого-технологического контроля СГТК и опытно-методические образцы компьютизированного комплекса «АРМ-Технолог», переданные для внедрения в ряд производственных организаций ОАО «Газпром». Первые результаты опробования разработанной технологии были получены при строительстве глубокой разведочной скважины № 2 Еленовской площади ООО «Астраханьгазпром», при строительстве разведочных скважин №№ 5, 6 Нагумановской площади, скважин №№ 20, 24 Песчаной площади ООО «Орснбург-газпром» и скважины № 1 Безымянной площади ООО «ЛУКойл-Астраханьморнефть».

В отличие от существующей стандартной технологии проводки глубоких скважин, включая этапы вскрытия прогнозных продуктивных горизонтов, разработанная технология включает решение следующих основных задач:

• оперативный прогноз кровли продуктивного объекта под забоем буровой скважины по ЗД-технологии до его вскрытия в режиме «Оп-Ьіпе»;

• оперативный прогноз коллекторских свойств, характера насыщения и продуктивности ПП;

• обеспечение качественного вскрытия ПП за счет одновременного оптимального регулирования забойных волновых процессов и оптимальных показателей циркуляционной системы буровой скважины;

• оперативный выбор оптимальных частотных диапазонов регулирования энергетическими показателями забойных волновых процессов, обеспечивающих реализацию критерия минимизации энергии волновых полей, возникающих в процессе динамического взаимодействия долота с разбуриваемой горной породой;

• обеспечение оперативного контроля и управления процессом механического углубления ствола скважин за счет измерения забойных технологических показателей бурения, таких как динамическое дифференциальное давление на ПП, осевая динамическая нагрузка на долото, степень износа опор и вооружения долота, частота вращения долота и др., определяемых по результатам спектрально-корреляционной обработки регистрируемых на дневной поверхности волновых полей, передаваемых по комбинированному беспроводному каналу связи забоя буровой скважины с дневной поверхностью.

Сравнительные характеристики эффективности стандартной технологии проводки глубоких скважин и разработанной технологии с использованием регулирования забойных волновых процессов приведены в представленной таблице.

Таблица

Сравнительная эффективность стандартной и разработанной технологии

№№ п/п Основные характеристики технологии проводки скважин Стандартная технология проводки скважин Оптимизированная технология проводки скважин

1 Прогноз продуктивного объекта (ПП) Литолого-стратиграфическая привязка к геологическому разрезу Прогноз объемного отображения объекта УВС под забоем скважины в реальном времени

2 Определение фильтрационио-емкостных характеристик ПП Прогноз коллекторских свойств ПП после окончания бурения Прогноз фильтрационных свойств, характера насыщения и продуктивности ПП в реальном времени

3 Критерии оптимизации Максимум рейсовой скорости бурения Минимум энергетических показателей волновых забойных процессов

4 Управление процессом бурения, в т. ч. и первичным вскрытием ПП По наземным технологическим параметрам По забойным волновым параметрам

5 Оптимизация качественного вскрытия ПП Неуправляемая репрессия наПП Управляемая репрессия на ПП или управляемое бурение на равновесии по забойным информационным параметрам

6 Контроль технологических параметров бурения Наземный контроль Контроль забойных технологических параметров

7 Определение состояния долота на забое Отсутствует Степень износа опор и вооружения долота по забойным параметрам

8 Регулирование волновыми процессами на забое буровой скважины Отсутствует Оперативный выбор оптимального частотного диапазона регулирования

9 Прогноз гидродинамического совершенства вскрытия ПП и оптимальных режимов вторичного вскрытия Отсутствует Определение гидродинамического совершенства вскрытия ПП и рекомендации по оптимизации вторичного вскрытия ПП

10 Прогноз осложнений и предаварий-ных ситуаций По наземным информационным параметрам По забойным информационным параметрам

Результаты статистической обработки данных оперативного вскрытия ПП и данных испытания скважин позволили установить наличие устойчивых корреляционных связей между технологическими параметрами вскрытия ПП и энергетическими характеристиками регистрируемых волновых полей, такими как положение энергетического спектра на оси частот, отношение энергетических спектров, интервальное время распространения волн и др., сведенные в номограммы и корреляционные диаграммы. При этом коэффициенты корреляции информационных параметров волновых полей, получаемые при вскрытии продуктивных горизонтов (как газонасыщенных, так и нефтенасыщенных), с данными оценки параметров ПП по комплексу ГИС и данными испытания ПП составляют не менее 0,9 при объеме выборок по группам исследованных пластов и скважин на уровне доверительной вероятности не менее 0,95.

Результатами многочисленных скважшшых измерений подтверждены разработанные автором физические предпосылки использования наиболее информативных частотных диапазонов и параметров забойных волновых процессов при вскрытии продуктивных пластов.

На основании результатов промышленного применения разработанной технологии можно заключить:

• Результаты промышленного опробования методики оперативной оптимизации процесса вскрытия продуктивных пластов подтвердили правильность физических предпосылок о возможности управления волновыми забойными процессами, возникающими при взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой, и позволили разработать и утвердить в ОАО «Газпром» технический и рабочий проект подсистемы «Вскрытие и испытание пластов», разработанные при непосредственном участии автора.

• По результатам выполнения ОКР и промышленного опробования опытных образцов разработанной аппаратуры для спектрально-корреляционного приема волновых полей разработана техническая документация на аппаратуру и «Руководство оператора», утвержденные ОАО «Газпром» в составе компьютизированного комплекса «АРМ-Технолог».

• По результатам испытания газонасыщенных пластов Нагумановской площади получены дебиты 35000—46000 м3/сут. В аналогичном геологическом разрезе исследуемой площади без применения новой технологии притока не получено.

• По результатам опробования разработанной технологии при проводке разведочной скважины № 2 Еленовской площади в интервале 3920—3930 м выделена и испытана газоконденсатная залежь с дебитом по газу 265000 м3/сут.

• Приведенные результаты промышленного применения разработанной технологии в совокупности с оптимизированным закашиванием скважин при эксплуатационном бурении свидетельствуют о кратном увеличении удельного коэффициента продуктивности скважин, что полностью подтверждает достоверность основных теоретических положений диссертации и данных моделирования.

Основные выводы и рекомендации

1. Предложена и разработана технология управления вскрытием продуктивных пластов-коллекторов и оценки их коллекторских свойств на основе волновой модели взаимодействия элементов системы долото — горная порода — буровая скважина.

2. Предложена и разработана информационная модель вскрытия продуктивных пластов, позволяющая не только прогнозировать момент вскрытия продуктивного пласта и определять его коллекторские свойства, но и управлять энергетическими и частотными характеристиками взаимодействия системы долото — разбуриваемая горная порода с целью сохранения коллекторских свойств вскрываемых продуктивных горизонтов.

3. Научно обоснован и разработан компьютизированный комплекс спектрально-корреляционных гидроакустических измерений в процессе бурения, позволяющий решать основные задачи проводки нефтяных и газовых скважин:

— прогнозирование нефтегазоносных объектов, находящихся ниже забоя буровой скважины в реальном времени;

— оптимизация механического углубления ствола скважин с использованием забойной гидроакустической информации;

— оптимизация первичного вскрытия продуктивных пластов-коллекторов на основе использования волновых процессов, возникающих в процессе взаимодействия элементов системы долото — продуктивный пласт — буровая скважина.

4. По данным измерений волновых полей в процессе бурения обоснован и разработан спектрально-корреляционный метод оценки нефтегазоносности пластов-коллекторов, находящихся ниже забоя буровой скважины, и прогнозирования их коллекторских свойств, позволяющий по новому подойти к решению проблемы качественного вскрытия продуктивных объектов.

5. Предложены и разработаны критерии и алгоритмы использования кинематических и динамических параметров забойных волновых процессов для оптимизации механического углубления ствола скважин и оптимизации качественного вскрытия продуктивных горизонтов.

6. Разработана оптимизированная технология первичного вскрытия и оценки характера насыщения продуктивных пластов-коллекторов на основе спектрально-корреляционной модели взаимодействия системы долото — продуктивный пласт — буровая скважина, позволяющая в реальном времени управлять волновым воздействием в призабойной зоне пласта.

7. Результаты диссертационных исследований реализованы а методических и руководящих документах ОАО «Газпром» и ОАО «ЛУКойл», а также использованы при создании ап-

паратно-программных комплексов «АРМ-Технолог», переданных для внедрения на предпри' ятия ОАО «Газпром».

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих печатных работах:

1. Рукавицын Я.В. Новые технологии многоволновых сейсмоакустических наблюдений в процессе бурения при изучении ФЕС сложнопостроенных коллекторов (Я.В. Рукавицын, В.Г. Савко). Научный симпозиум «Новые технологии для нефтегазовой промышленности». Тезисы докладов, Уфа, 2002 г., с. 5—6

2. Рукавицын Я.В. Новые направления геолого-геофизического моделирования при системной оптимизации разработки нефтегазовых месторождений (Я.В. Рукавицын, В.Г. Савко). Научный симпозиум «Новые технологии для нефтегазовой промышленности». Тезисы докладов, Уфа, 2002 г., с. 66—68.

3. Рукавицын Я.В. Автоматизированная система мониторинга и управления доразведкой и разработкой нефтегазовых месторождений. «VI Конгресс нефтегазопромышленников России». Тезисы докладов. Секция «А», Уфа, 2005 г., с. 14—16.

4. Рукавицын Я.В. Новые энергосберегающие технологии для нефтегазовой отрасли на основе геоинформационных моделей. «VI Конгресс нефтегазопромышленников России». Тезисы докладов. Секция «А», Уфа, 2005 г., с. 59—61.

5. Рукавицын Я.В., Рукавицын В.Н., Деркач A.C. Способ поисков и разведки нефтегазовых месторождений. Патент РФ RU 2265235 С1 Бюлл. № 33, 27.11.2005 г.

6. Рукавицын Я.В., Рукавицын В.Н., Цхадая Н.Д., Нестеренко С.М. Способ разработки нефтегазовых месторождений. Патент РФ RU 2283426 С.2 Бюлл. № 25, 10.09.2006 г.

7. Рукавицын Я.В. Современные тенденции построения систем сбора и обработки информации применительно к ГТИ (М.Г. Лугуманов, А.Б. Гусев, А.Р. Багаутдинов, Я.В. Рукавицын). Научно-практическая конференция «Новая техника и технологии для исследований скважин». Тезисы докладов, Уфа, 2011, с. 21—24.

8. Рукавицын Я.В. Методика спектрально-корреляционной обработки и интерпретации волновых полей при вскрытии продуктивных пластов (Я.В. Рукавицын, P.A. Шакнров, С.А. Бокарев). НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, М„ 2011, № 7, с. 26—35.

9. Рукавицын Я.В. Принципы построения оптимизированной технологии проектирования вскрытия продуктивных пластов и освоения скважин. (Я.В. Рукавицын, P.A. Шакиров, С.А. Бокарев). НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, М., 2011, № 8, с. 19—26.

10. Рукавицын Я.В. Оптимизированная технология вскрытия продуктивных пластов с использованием волновых процессов (Я.В. Рукавицын, P.A. Шакиров, С.А. Бокарев). НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, М., 2011, №9, с. 16—20.

11. Рукавицын Я.В. Принципы построения аппаратуры и разработки технических средств для реализации управляемого вскрытия продуктивных пластов (Я.В. Рукавицын, P.A. Шакиров, С.А. Бокарев , А.Г. Журавлев). НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море», ВНИИОЭНГ, М., 2011, № 10, с. 4—9.

Подписано в печать. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5 Тираж 100 Экз. Заказ № 865 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-кт, д.28 Тел. 8-495-782-88-39

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Рукавицын, Ярослав Владимирович, Москва

61 12-5/1755

НАУЧНЫЙ ЦЕНТР НЕЛИНЕЙНОЙ ВОЛНОВОЙ МЕХАНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ РАН (НЦ НВМТ РАН)

Рукавицын Ярослав Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОВОДКИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность: 25.00.15 Технология бурения и освоения скважин

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2012

Содержание работы

Стр.

Введение........................................................................................................................................4

Актуальность работы....................................................................................................................4

Цель работы...................................................................................................................................5

Основные задачи исследований..................................................................................................5

Научная новизна............................................................................................................................6

Основные защищаемые положения............................................................................................6

Практическая ценность и результаты внедрения......................................................................7

Апробация работы........................................................................................................................8

ГЛАВА I. Анализ современного состояния проблемы повышения эффективности строительства глубоких скважин в осложненных гео лого-технических условиях...............9

1.1. Состояние проблемы эффективности и качества проводки нефтяных и газовых скважин в осложненных геолого-технических условиях.....................................................9

1.2. Состояние проблемы использования волновых процессов при строительстве и проводке нефтяных и газовых скважин...............................................................................11

1.3. Основы построения информационной модели строительства и проводки нефтяных и газовых скважин с использованием волновых процессов......................................13

1.4. Постановка задач исследований....................................................................................21

ГЛАВА II. Научно-методические основы разработки технологии управления проводкой нефтяных и газовых скважин с использованием волновых процессов..........................22

2.1. Классификация волновых полей, возникающих на забое в процессе механического бурения скважины........................................... .............................................................22

2.2. Математическое моделирование возбуждения и формирования на дневной поверхности волновых полей в процессе бурения скважин..................................................23

2.2.1. Математическое моделирование системы долото —горная порода — буровая скважина импедансным методом..............................................................................26

2.2.2. Математическое моделирование системы динамического взаимодействия долота с разбуриваемой горной породой........................................................................33

2.3. Экспериментальные исследования волновых полей, возникающих при бурении скважин...................................................................................................................................37

2.3.1. Разработка технологической схемы экспериментальных исследований...........37

2.3.2. Экспериментальные исследования частотных особенностей динамического дифференциального давления в системе скважина—пласт..........................................46

2.4. Разработка методики спектрально-корреляционной обработки и интерпретации волновых полей при решении технологических задач проводки скважин......................52

2.4.1. Автоматизированная система обработки и интерпретации волновых полей.... 60

2.4.2. Технологическая схема оптимального углубления ствола скважины...............69

Выводы......................................................^........................................................................ ...72

ГЛАВА III. Разработка аппаратуры и технологии управления волновыми процессами при проводке нефтяных и газовых скважин............................................................................73

3.1. Разработка аппаратно-программного комплекса для спектрально-корреляционного анализа волновых процессов..................................................................73

3.2. Состав технических средств аппаратуры и требования к разработке комплекса.....73

3.2.1. Модуль «свип»-сигнала.............................................................................................76

3.2.2. Технологический модуль..........................................................................................77

3.3. Программное обеспечение комплекса..........................................................................77

3.4. Методическое обеспечение комплекса.........................................................................81

3.5. Опробование аппаратно-программного комплекса для спектрально-корреляционного анализа волновых процессов..................................................................84

3.6. Разработка технологии оперативного контроля бурения нефтегазовых скважин

с использованием забойных волновых процессов..............................................................91

3.6.1. Технология оперативного прогнозирования продуктивных объектов под забоем буровой скважины................................................................................................91

3.6.2. Технология оперативного прогнозирования забойных технологических параметров механического углубления ствола скважин...................................................92

3.6.3. Технология оперативного прогнозирования продуктивных пластов-коллекторов........................................................................................................................95

3.7. Разработка технологии оперативного управления бурением нефтегазовых скважин с использованием забойных волновых процессов...............................................97

3.7.1. Технология оперативного управления механическим углублением ствола скважин...............................................................................................................................97

3.7.2. Оптимизированная технология вскрытия продуктивных пластов с использованием забойных волновых процессов......................................................................104

Выводы..................................................................................................................................110

ГЛАВА IV. Опытно-промышленное опробование и внедрение технологии управления волновыми процессами при проводке глубоких скважин....................................................112

4.1. Результаты прогнозирования объектов углеводородного сырья, находящихся ниже забоя буровой скважины............................................................................................114

4.2. Результаты прогнозирования момента входа в продуктивный пласт и характера

его насыщения......................................................................................................................118

4.3. Результаты промышленного опробования технологии оперативного управления механическим углублением ствола скважины по забойным информационным параметрам волновых процессов............................................................................................124

4.4. Результаты промышленного опробования и внедрения технологии оперативного управления первичным вскрытием продуктивных пластов по забойным информационным параметрам волновых процессов...................................................................126

4.5. Перспективы развития технологии управления забойными волновыми процессами и рекомендации по ее дальнейшему применению................................................... 131

Выводы.......................................................................................................................................132

Заключение................................................................................................................................133

Литература.................................................................................................................................134

Приложения...............................................................................................................................141

Введение

Актуальность работы

Техническое совершенствование и дальнейшее повышение эффективности буровых работ требуют в настоящее время выявления новых направлений применения наиболее эффективных технологий строительства нефтяных и газовых скважин. Вместе с тем, учитывая высокую стоимость бурения глубоких скважин, особенно, в осложненных геолого-технических условиях, повышение эффективности возможно путем оптимизации процесса механического углубления ствола скважины и оптимизации вскрытия продуктивных пластов-коллекторов с использованием забойной информации, что является особенно необходимым для повышения эффективности механического бурения скважин и сохранения коллекторских свойств вскрываемых продуктивных горизонтов.

Необходимость оптимизации процесса бурения глубоких скважин требуют создания не только технологии управления процессом бурения с использованием забойной технологической и гидродинамической информации, но и разработки оперативного комплекса технологических и гидродинамических измерений, направленных на сохранение коллекторских свойств вскрываемых в процессе механического углубления ствола скважины продуктивных пластов-коллекторов (ПП).

Одним из новых направлений, получившим в последнее время интенсивное развитие, является использование в практике буровых работ волновых процессов, возникающих на забое буровой скважины при взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой. Использование при этом забойной информации и беспроводного канала связи забоя буровой скважины с дневной поверхностью позволяет значительно снизить стоимостные затраты на строительство глубоких скважин и повысить эффективность бурения за счет использования только наземной системы измерения информационных забойных параметров и передачи забойной информации в реальном масштабе времени. Подобный оперативный контроль параметров разбуриваемых горных пород и таких технологических параметров бурения, как частота вращения забойного двигателя, износ вооружения и опор долота, степень буримости горных пород и др. позволяют значительно повысить рейсовую скорость бурения и сократить время бурения скважин при минимальных затратах.

Однако, использование волновых процессов при прогнозировании продуктивных объектов и оперативной оптимизации вскрытия продуктивных пластов-коллекторов, с целью сохранения их коллекторских свойств встречается с рядом трудностей, основными из которых являются отсутствие научно-методического подхода при решении задачи управления волновыми процессами и отсутствие аппаратн.о-технического обеспечения первичного вскрытия продуктивных пластов, обеспечивающего оптимальный комплекс буровых работ.

4

Цель работы.

Повышение эффективности строительства глубоких нефтегазовых скважин счет создания технологии управления волновыми процессами, возникающими при взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой.

Основные задачи исследований.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие основные задачи:

1. Анализ современного состояния использования волновых процессов при строительстве нефтяных и газовых скважин.

2. Разработка научно-методических основ технологии управления волновыми процессами при строительстве нефтяных и газовых скважин.

3. Оценка информативности волнового метода прогнозирования нефтегазоносности и коллекторских свойств продуктивных объектов.

4. Обоснование и разработка многоканального аппаратно-программного комплекса волновых измерений и оптимизированной технологии вскрытия продуктивных пластов с использованием беспроводного канала связи забой — дневная поверхность.

5. Опробование и промышленное внедрение в производство разработанной технологии в различных геолого-технических условиях проводки нефтяных и газовых скважин.

Методы решения поставленных задач.

Для решения поставленных задач учитывался опыт строительства глубоких нефтяных и газовых скважин, в различных геолого-технических условиях. Были проведены теоретические системные исследования по анализу и синтезу случайных волновых процессов, возникающих при бурении скважин. При обработке данных скважинных экспериментальных исследований волновых процессов на пилотных объектах ОАО «Газпром» и ОАО «ЛУКойл» были привлечены апробированные методы математической статистики. При синтезе разработанной информационно-управляющей системы и выработке оптимизационных решений использованы методы управления сложными адаптивными системами.

Научная новизна работы.

1. Разработаны концептуальные основы создания технологии управления волновыми процессами, возникающими в процессе взаимодействия долота с разбуриваемой горной породой, с целью повышения эффективности проводки глубоких скважин.

2. Обоснована и разработана информационная модель волнового взаимодействия системы долото — продуктивный пласт скважины, на основе которой сформулированы требования к спектрально-корреляционной обработке случайных волновых полей, возникающих в процессе углубления ствола скважины.

3. Установлены функциональные зависимости изменения энергетических характеристик 3-х компонентных наблюдений волновых полей от технологических параметров бурения и продуктивности вскрываемых пластов-коллекторов.

4. Разработаны критерии и алгоритмы использования энергетических характеристик регистрируемых в процессе бурения волновых полей для оптимизации механического углубления ствола скважины и оптимизации первичного вскрытия продуктивных пластов-коллекторов.

5. Разработаны и сформулированы требования к построению компъютизированной многоканальной системы обработки волновых полей в процессе бурения, основанные на принципах статистического моделирования и спектрально-корреляционном анализе.

Основные защищаемые положения.

1. Функциональные зависимости продуктивности и характера насыщения пластов-коллекторов от энергетических характеристик нестационарных волновых процессов, возникающих в процессе углубления ствола скважины.

2. Информационная модель ствола скважины на основе использования волновых процессов, возникающих при взаимодействии долота с разбуриваемой горной породой.

3. Частотные и переходные характеристики взаимодействия элементов системы долото — горная порода — буровая скважина.

4. Волновые частотно-зависимые критерии прогнозирования момента вскрытия продуктивных пластов-коллекторов и оптимизации их первичного вскрытия.

5. Обоснование и методология управления волновыми процессами позволяющая обеспечить эффективность и качество вскрытия продуктивных пластов за счет минимизации энергетических характеристик регистрируемых на дневной поверхности волновых полей.

Практическая ценность работы

1. На основе созданных автором научно-методических основ использования волновых процессов при бурении глубоких скважин автором разработана технология управления волновыми процессами при оптимизированном вскрытии продуктивных пластов-коллекторов с целью сохранения их коллекторских свойств.

2. Разработанные физические основы технологии управления волновыми процессами позволили создать многоканальный программно-аппаратурный комплекс для оперативного контроля и управления процессом механического углубления ствола скважин и управления качественным вскрытием продуктивных пластов.

3. Разработаны алгоритмическое и программное обеспечение для контроля и управления процессом первичного вскрытия продуктивных пластов-коллекторов на основе регистрации на дневной поверхности волновых полей, входящих в компьютизированный комплекс проводки глубоких нефтяных и газовых скважин.

4. Разработаны технические требования и техническое задание на выпуск серийной аппаратуры контроля и управления процессом бурения и выпущена первая опытно-промышленная партия аппаратуры «АРМ-Технолог».

5. Под руководством и непосредственном участии автора разработаны и внедрены следующие руководящие методические и регламентирующие документы:

• технический и рабочий проекты на строительство нефтяных и газовых скважин (разделы «Вскрытие продуктивных горизонтов», «Испытание и освоение скважин»), утвержденные ОАО «Газпром»;

• методическое руководство «Компьютизированная технология геолого-технологических исследований скважин АРМ-Технолог», утвержденное ОАО «Газпром»;

• инструкция по применению автоматизированного комплекса «АРМ-Технолог» при производстве буровых работ («Руководство оператора»).

Результаты проведенных автором диссертационных исследований опробованы и внедрены при проводке глубоких скважин на площадях «Астраханьгазпром», «Севергазпром», «Уренгойгазпром», «Оренбургазпром» и «ЛУКойл-Астраханьморнефть».

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены:

• на международном научном симпозиуме «Новые технологии для нефтегазовой промышленности» (Уфа, 2002 г.);

• на VI Конгрессе нефтегазопромышленников России (Уфа, 2005 г.);

• на Всероссийской научно-практической конференции «Новая техника и технологии для исследований скважин» (Уфа, 2011 г.);

• на семинарах и совещаниях ЗАО «Геоспектр» и НЦ НВМТ РАН (Москва, 2005—2011 гг.).

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 11 работ, в т.ч. 4 печатных работы, включенные в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий», утвержденных ВАК Министерства образования и науки РФ, и два патента на изобретения (№ 2283426), одно из которых в 2008 г. награждено Дипломом Федеральной службы интеллектуальной собственности в номинации «100 лучших изобретений России».

Диссертационная работа выполнена в лаборатории нелинейных волновых процессов в нефтегазо�