Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и разработка технологии строительства скважин в условиях солевой агрессии

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Зозуля, Наталья Емельяновна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА ПОДСОЛЕВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ С ВЫСОКОЙ СОЛЕВОЙ АГРЕССИЕЙ.

1.1. Характеристика переходной зоны подсолевых отложений.

1.2. Обоснование цели проводимых исследований.

1.3. Промывочные жидкости для бурения хемогенно- терригенных отложений и особенности регулирования их свойств (краткий обзор).

1.3.1. Рецептуры и свойства минерализованных промывочных жидкостей.

1.3.2. Промывочные жидкости с конденсированной твердой фазой.

1.3.3. Оценка взаимодействия высокоминерализованных промывочных жидкостей с породами подсолевых отложений.

Выводы по разделу

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПОРОД ПОДСОЛЕВОЙ ТОЛЩИ НА ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ БУРОВЫХ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ.

2.1. Разработка установки для определения упруго-пластично-вязких свойств буровых промывочных жидкостей.

2.1.1. Взаимосвязь между упруго-пластично-вязкими и физико-химическими свойствами дисперсных систем.

2.1.2. Особенности измерения деформаций структурированных систем при постоянных напряжениях.

2.1.3. Конструкция реометра и методика проведения измерений.

2.2. Исследование механических свойств суспензий конденсированных гидроксидов.

2.2.1. Структурно-механический анализ гидрогелей.

2.2.2. Изучение коагуляционных структур гидрогелей, обработанных химическими реагентами.

2.3. Исследование влияния концентрационных изменений на свойства гидрогелей.

2.3.1. Исследование свойств гидрогель-глинистых растворов.

2.3.1.1. Свойства глинистых дисперсий в концентрированных рассолах.

2.3.1.2. Структурно-механический анализ растворов.

2.3.1.3. Термический анализ твердой фазы гидрогель-глинистых растворов.

2.3.2. Изменение свойств гидрогеля магния при утяжелении.

2.3.3. Влияние подсолевых пород на свойства гидрогеля магния.

Выводы по разделу 2.

3 РАЗРАБОТКА СПОСОБА РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ГИДРОГЕЛЯ МАГНИЯ ПРИ БУРЕНИИ В ПОДСОЛЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ.

3.1. Рекомендации по регулированию свойств гидрогеля магния.

3.2. Получение и исследование ингибирующей добавки.

3.2.1. Металлоорганические комплексы алюминия с углеводородами.

3.2.2. Изучение свойств продуктов взаимодействия хлорида алюминия с нефтепродуктами.

3.2.3. Ингибирующая добавка на основе отходов титанового производства.

3.3. Исследование свойств раствора для бурения в подсолевых отложениях.

3.4. Снижение реологических характеристик загущенных гидрогель-глинистых растворов.

3.5. Проверка результатов лабораторных исследований в промысловых условиях.

3.5.1. Анализ результатов бурения хемогенно-терригенных пород на скважине Г-3 Биикжал с использованием гидрогеля магния.

3.5.2. Разжижение гидрогель-глинистых растворов при бурении в подсолевых отложениях.

3.5.3. Испытания ингибирующей добавки при бурении скважин

П-52 Кор даун и 2П Коктобе.

Выводы по разделу

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и разработка технологии строительства скважин в условиях солевой агрессии"

Строительство глубоких скважин на нефть и газ в Прикаспийской впадине связано с разбуриванием мощных солевых толщ и требует принципиально новых подходов к выбору промывочной жидкости, стойкой к солевой агрессии. Особенную трудность вызывает бурение хемогенно-терригенных отложений, переслаивающихся глинами и переходной зоны подсолевых отложений.

При бурении таких скважин специально созданная промывочная жидкость на основе гидрогеля магния разжижается или, несмотря на высокую минерализацию, загущается за счет попадания в нее пород переходной зоны от нижней толщи кунгурского яруса к подсолевым отложениям. Сравнительно небольшие количества утяжеляющих и других добавок, в частности, попадание в промывочную жидкость цемента при разбуривании цементных стаканов или мостов также приводят к сильному снижению ее вязкости и статического напряжения сдвига. При дальнейшем увеличении концентрации твердой фазы промывочная жидкость восстанавливает свои прочностные характеристики и загущается.

Обогащение гидрогеля магния диспергирующейся породой до «нетекучего» состояния происходит в хемогенно-терригенных и подсолевых отложениях. Однако использование способа разбавления с добавлением реагентов понизителей вязкости не всегда приводит к желаемым результатам: раствор трудно прокачивается буровыми насосами, нарабатываются большие количества высокоминерализованных суспензий. Все это, в конечном счете, замедляет темпы бурения и ведет к осложнениям, на борьбу с которыми затрачивается до 20-К25% календарного времени.

Представляется важным оценить вещественный состав пород переходной зоны, особенно ее тонкодисперсных фракций и на основе комплексного экспериментального исследования процессов взаимодействия структурообразующих компонентов гидрогеля магния с различными минеральными добавками изучить влияние подсолевых пород на их свойства. В связи с тем, что дисперсионная среда гидрогеля магния насыщена растворами солей, полезно рассмотреть поведение глины в среде такой высокой минерализации.

Учитывая, что рецептуры растворов на основе гидрогеля магния отвечают технологическим требованиям бурения только тогда, когда выбуренная порода в них не вызывает резкого изменения структурно-механических характеристик в результате разжижения или загущения раствора, необходимо изучить возможность предотвращения диспергирования этих пород. Разработка способов регулирования структурно-механических и фильтрационных характеристик высокоминерализованных промывочных жидкостей имеет большое практическое значение в общем круге задач, связанных с бурением скважин на подсолевые отложения.

Заключение Диссертация по теме "Технология бурения и освоения скважин", Зозуля, Наталья Емельяновна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Проблемы строительства скважин в условиях солевой агрессии в основном связаны с выбором состава промывочных жидкостей и условно подразделяются на бурение хемогенно- терригенных отложений соляных куполов и зон подсолевых отложений. При бурении хемогенно- терригенных отложений эффективными оказались гидрогель-магниевые буровые растворы, разработанные научной школой профессора O.K. Ангелопуло. Однако для вскрытия подсолевых отложений потребовались дополнительные решения и технологии, обеспечивающие регулирование структуры механических и фильтрационных характеристик высокоминерализованных промывочных жидкостей.

На основании проведенной нами работы в этом направлении сделаны следующие выводы:

1. Основной причиной осложнений при бурении на подсолевые отложения является изменение консистенции промывочной жидкости и, в частности, ее загустевание, которое происходит вследствие диспергирования тонко дисперсной фазы пород переходной зоны.

2. При применении в качестве промывочной жидкости гидрогелей магния с невысоким содержанием конденсированной фазы в результате попадания в них тонкодисперсной фазы выбуренных пород наоборот происходит разжижение, вследствие уменьшения интенсивности структурообразования.

3. Усовершенствованы установка и методика исследования деформационных характеристик неразрушенных структур буровых промывочных жидкостей с помощью которых исследованы деформационные характеристики суспензий конденсированных гидроксидов в зависимости от времени и интенсивности напряжений. В результате структурно-механического анализа гидрогелей магния с различным содержанием конденсированной фазы выявлено:

- с увеличением концентрации конденсированной фазы в геле уменьшаются пластические и растут упругие деформации;

- при достижении концентрации конденсированной фазы 15-20 кг/м3 гидроксида натрия, эквимолекулярно связанного с хлоридом магния, относительная деформация в геле стабилизируется.

4. Доказано, что наибольшее повышение реологических и тиксотропных свойств в глинистых суспензиях происходит при введении солей калия и магния. При попадании в гидрогель-глинистые растворы подсолевых пород следует учитывать, что увеличение содержания в гидрогеле твердых частиц вызывает разжижение системы с последующим ее загустеванием.

5. Разработана, исследована и испытана в промысловых условиях добавка на основе нафтенатов алюминия для обработки гидрогеля магния при бурении подсолевых отложений, которая:

- обладает ингибирующим действием по отношению к выбуриваемой породе;

- эффективно пластифицирует гидрогель-глинистые растворы; способствует сокращению расхода дорогостоящих химических реагентов - понизителей водоотдачи (крахмала, КМЦ и др.).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Зозуля, Наталья Емельяновна, Альметьевск

1. Джумгалиев Т.Н., Поплевин В.Ф., Утегалиев С.У., Мойсик Б.Г., Акчулаков У. А Геология и нефтегазоносность юга Прикаспийской впадины. Тр. КазНИГРИ, вып. 10. Москва, изд-во «Недра», 1974.

2. Отчет Б455426 «Исследование условий вскрытия продуктивных горизонтов подсолевых отложений Западного Казахстана и разработка комплекса мероприятий по повышению качества их вскрытия». Москва, МИНГиГП, 1975.

3. Шептала Н.Е. Руководство по физико-химическому анализу глинистых растворов, глин, утяжелителей и реагентов. Москва, изд-во «Недра», 1974.

4. Ахмадеев Р.Г. Физико-химические исследования глин в связи с их устойчивостью при бурении скважин. Кад.дисертация. Москва, Университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы, 1970.

5. Ахмадеев Р.Г. Особенности бурения скважин в глинистых породах. Итоги науки и техники. Вып. «Разработка нефтяных и газовых месторождений». Москва, АН СССР, 1977, том9.

6. Круглицкий H.H. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов. Киев, изд-во «Наука», 1968.

7. Левченко А.Т., Титаренко Н.Х. Меловые растворы. Киев, УкрНИИНТИ, 1968.

8. Китстер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. Москва, изд-во «Недра», 1972.

9. Ю.Беликов В.А. Разработка рецептуры и исследование свойств алюминатных глинистых растворов для бурения нефтяных и газовых скважин. Канд. Диссертация, МИНХиГП, 1974.

10. П.Белов В.П., Таванец А.И., Журавлев А.К., Гончаровский E.H., Коваленко А.Н., Фоменский В.А. Промышленные испытания бурового гель-раствора при проводке скважин в сложных условиях. РНТС, ВНИИОЭНГ, сер. «Бурение», №2, 1975.

11. Городнов В.Д., Тисленко В.Н., Тимохин И.М., колесников П.И., Челомбиев Б.К. Исследование глин и новые рецептуры глинистых растворов. Москва, изд-во «Недра», 1975.

12. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. Москва, изд-во «Недра», 1977.

13. Паус К.Ф. Буровые промывочные жидкости. Москва, изд-во «Недра», 1967.

14. Ангелопуло O.K., Самойлов Н.Е. Структурообразующие добавки к минерализованным растворам. Ж. «Нефтяник», №5, изд-во «Недра», 1969.

15. Подгорнов В.М. Исследование безглинистых буровых растворов с конденсированной твердой фазой. Канд.дисс. МИНХиГП, 1974.

16. Отчет Б382645 «Анализ применяемых методов вскрытия и опробования продуктивных горизонтов подсолевого палеозоя Прикаспийской впадины с целью разработки рекомендаций по повышению их эффективности». Гурьев, КазНИГРИ, 1974, том 1.

17. Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М., Самойлов Н.Е., Хахаев Б.Н. Способ приготовления безглинистого минерализованного бурового раствора. Авт.свид. №515869 (заявл.17.02.71).

18. Miller Y.L., Barthal H.K. Clay agueous sea water drilling fluids conteening magnesium oxide, патент США № 3878110 (заявл. 24.10.72).

19. Киселева H.H., Пасхина Э.Д. Промывочные растворы с высоким содержанием водорастворимых солей. Пермь. Тр. Перм.Н-И и проектного инст. нЕфтяной промышленности. 1973, вып.9, с.34-40.

20. Киселева Н.И., Петухова Н.В. Буровой раствор для проходки калийно-магниевых солей. Пермь, Сб.научн.тр. Перм.политехи.института, 1976, № 181, с. 35-38.

21. Хахаев Б.Н., Ангелопуло O.K. Опыт применения гидрогеля магния в качестве бурового раствора при проводке сверхглубоких скважин на площади Шубаркудук. РНТС, ВНИИОЭНГ, сер. «Бурение», 1975, вып.7.

22. Ангелопуло O.K. Обработка бурового раствора при вскрытии подсолевых отложений. Ж. «Газовая промышленность», №7. Москва, изд-во «Недра», 1976, с. 16-18.

23. Ангелопуло O.K. Особенности нормирования расхода солей для обработки буровых растворов. РНТС, ВНИИОЭНГ, сер. «Бурение», №5, 1977.

24. Ангелопуло O.K. Методические указания по обработке многосолевых буровых растворов и местные нормы расхода солей. Гурьев, КазНИГРИ, 1976.

25. Конесев Г.В., Мавлютов М.Р., Попов А.Н., Рогачев К.А., Абдуллин В.Х., Зозуля В.П. Опыт применения пересыщенного солями бурового раствора с малым содержанием твердой фазы для борьбы с кавернообразованием. РНТС, ВНИИОЭНГ, сер. «Бурение», 1976, вып.4.

26. Ангелопуло O.K. . Использование гидрогеля магния для проводки нефтегазовых скважин в сложных геологических условиях. Ж. «Газовая промышленность», №4, 1977, с.45.

27. Ангелопуло O.K., Самойлов Н.Е. промывочные растворы, применяемые при бурении глубоких скважин в Западном Казахстане. Москва, ОНТИ-ВИЭМС, 1968.

28. Каргин В.А., Брестнева З.Я. «Успехи химии», № 8,7, 1939.

29. Руфимский П.В. Колл.ж., 1959, 21, 351.

30. Лебедева Н.С. Автореферат канд.дисс. Москва, ВНИИВОДГЕО, 1954.

31. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Ленинград, изд-во «Химия», 1974.

32. Black А.Р. Christman R.F.J. Amer. Water Works Assoc., 1961, 53, 737.

33. Коновалов E.A. Исследование реологических и фильтрационных свойств промывочных жидкостей на базе солегеля магния. Канд. дис-я, МИНХиГП, 1974.

34. Помарнацкий М.А. О геотермических исследованиях в Биикжальской сверхглубокой скважине. Ленинград, тр.ВНИГРИ, 1971, вып.301.

35. Материалы советско-американского симпозиума по буровым растворам. Москва, ВНИИБТ, 1976, октябрь.

36. Круглицкий H.H., Агабальянц ЭТ. Методы физико-химического анализа промывочных жидкостей. Харьков, Техника, 1972, 160 стр.

37. Мищенко К.П., Полторацкий Г.М. Термодинамика и строение водных и неводных растворов электролитов. Ленинград, изд-во «Химия», 1976.

38. Дерягин Б.В., Кротова H.A. Адгезия, Москва, АН СССР, 1949. 40.3имон А.Д. Адгезия пыли и порошков. Москва, изд-во «Химия», 1976.

39. Ребиндер П.А. Взаимосвязь поверхностных и объемных свойств растворов поверхностно-активных веществ. Сб. «Успехи коллоидной химии». Москва, изд-во «Наука», 1976.

40. Feher, Kold, Naturw., 1939, vol 27, p.616.

41. Аникеев К. А. Прогноз сверхвысоких пластовых давлений и совершенствование глубокого бурения. Ленинград, изд-во «Недра», 1971.

42. Андреева Е.П., Маликова Ж.Г. процессы кристаллизационного структурообразования гидрооксихлоридов кальция. Сб. «Физико-химическая механика дисперсных структур». Москва, изд-во «Наука», 1966.

43. Бажал И.Г., Куриленко О.Д. Переконденсация в дисперсных системах. Киев, изд-во «Наука», 1975, стр.14.

44. Фукс Г.И. О силах контактных взаимодействий твердых тел в жидкой среде. Сб. «Исследования по физико-химии контактных взаимодействий». Уфа, Башиздат, 1971.

45. Ребиндер П.А. Сб. «Физико-химическая механика дисперсных структур». Москва, изд-во «Наука», 1966.

46. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. Москва, изд-во «Знание», 1958.

47. Вейлер С.Я., Ребиндер П.А. Москва, ДАН СССР, 1948,19, 5.

48. Мирзаджанзаде А.Х. Руководство по применению теории эксперимента при исследовании свойств горных пород и процесса их разрушения. Москва, изд-во «Недра», 1973.

49. ГОСТ 11004-74. Комитет стандартов Совета Министров СССР, Москва, Государственный стандарт СССР, 1974.52.0вчаренко Ф.Д. Ионный обмен и поверхностные явления на дисперсных минералах. Сб. «Успехи коллоидной химии». Москва, изд-во «Наука», 1976.

50. Аринушкин Е.В. Руководство по химическому анализу почв. Москва, МГУ, 1962.

51. Самойлов Н.Е. Разработка новых рецептур безглинистых термосолестойких буровых растворов для проводки скважин на подсолевые отложения. Канд.дисс. МИНХиГП, 1972.

52. Соловьева Е.С., Смирнов Б.И., Сегалова Е.Е. О кинетике развития кристаллизованных структур твердения на примере гидратационногоиндивидуального вяжущего вещества магнезиального цемента. «Успехи коллоидной химии». Москва, изд-во «Наука», 1976.

53. Самойлов Н.Е. Рациональный метод получения термостойких структурированных растворов с низкой водоотдачей для бурения в калийно-магниевых солях. Ж. «Нефть и газ», 1971, № 8.

54. Ангелопуло O.K. Основы выбора буровых растворов для бурения в сложных геологических условиях. Тезисы докладов на семинаре «Технология проводки скважин и вскрытие продуктивных горизонтов в подсолевых отложениях». Гурьев, НТГО, 1978, май.

55. Леонов Е.Г., Войтенко B.C. О физико-химическом воздействии бурового раствора на напрялсенно-деформированное состояние горных пород в стенках скважин. Изв. вузов «Геология и разведка», 1977, № 3.

56. Роджерс В.Ф. Состав и свойства промывочных жидкостей. Москва, изд-во «Недра», 1967.

57. Берг Л.Г. Термография. Кривые нагревания и охлаждения. Москва, АН СССР, 1944.

58. Mackenzie R.V., Seifax-Differential Thermal Analysis Data Jndex. Cleaver -Hume Press Ltd., 1962,London.

59. MehrotraR.C., Nature., 1953,vol 172, p.74.

60. Берг Л.Г., Бурмистрова Н.П. Неорганическая химия. Москва, изд-во «Наука», 1960.

61. Eyring H., Chem J., Phys., 1936, 4, 283.

62. Рамачандран B.C. Применение дифференциального термического анализа в химии цементов. Москва, Стройиздат, 1977.

63. Behl W.K. and Gaur H.C., Proc. Nat. Jnst, Sei., Jndia, 1961, 27, 33.

64. Паус К.Ф., Ахмадеев Р.Г., Акатьев А.П. Аквокомплексы как понизители водоотдачи. Ж. «Нефть и газ», 1970, № 8.

65. Паус К.Ф., Челомбиев В.К., Ахмадеев Р.Г., Савенков Ю.И., Чайкин Ю.С. Термосолестойкая высокоэмульсионная промывочная жидкость. Ж. «Нефть и газ». Москва, 1974, № 12.71 .Kuboyama A, J.Chem. Soc. Japan, 1962, vol 83, p.375.

66. Алпатова H.M. Комплексы металлорганических, гидратных и галоидных соединений алюминия. Москва, изд-во «Наука», 1970.

67. Жигач А.Ф. Алюмоорганические соединения. Москва, изд-во «Иностранная литература», 1962.

68. Mackenzie R.V., Editor, 1957. The Differential Fhermal .Investigation of Clays, Mineralogical Society, London.

69. Густавсон Г.Г., Ж РФХО, 1878, №10, c.296-300.

70. Густавсон Г.Г., Ж РФХО, 1878, №10, c.390, 391.

71. Fraiberg S, Arkiv. Chemi., 1966, vol 2, p.523.

72. Lehmkuhl H., Angew Chem, 1963, vol 75, p. 1090.

73. Zamora M. «Slide-rule correlation aids 'd' exponent use.» Reprinted from the Desember 18, 1972 edition of Oil gas journal.

74. SO.Ljubengarjer, Cilliam J.Su., 1941, vol 63, p.477.

75. Пасынкевич C.K. Ж. «Успехи химии», 1972, т.Х1, № 7, с. 1209.

76. Мамедли М.Г., Алиев A.C. Изучение превращений некоторых углеводородов в присутствии хлористого алюминия. Ж. «Нефть и газ», 1962, № 5.

77. Нательштейн А.И. Ж. «Успехи химии», 1955, t.XXIV, с.397.

78. Справочник по растворимости. Москва-Ленинград, АН СССР, 1962, с.400.

79. Болотин А.Б. Синтетические жирные кислоты и продукты на их основе. Москва, ЦНИИИТЭНефтехим, 1970, с.51.

80. Бухгалтер Л.Б. Исследование взаимодействия органических кислот и фенолов с хлористым алюминием в среде ароматических углеводородов. Диссертация, к.х.н., МИНХиГП, 1976.

81. Wiswall, Smith, J.Chem. Phys., 1941, vol 9, p.352.

82. Dine J, Acta, Chem Skand., 1966, vol 19, 833.

83. Харлампович Г.Д., Чуркин Ю.В. Фенолы. Москва, изд-во «Химия», 1974, с.24.

84. Мухин Л.К. Буровые растворы на углеводородной основе для бурения в осложненных условиях и вскрытия продуктивных пластов. Дисс. д.т.н., МИНХиГП, 1971

85. Kraus Ch, A., Vingel R.S, Am. Chem. Soc, 1934, 56, 511.

86. Мирзаджанзаде A.X., Сидоров H.A., Ширинзаде С.А. Анализ и проектирование показателей бурения. Москва, изд-во «Недра», 1976.

87. Пичугин В.Ф. Исследование трения и изнашивания металлических пар в высокоминерализованных буровых растворах. Дисс. к.т.н. МИНХиГП, 1974.

88. Крагельский И.В. Трение и износ. Москва, изд-во «Машиностроение», 1968.

89. Симонов В.В., Ахмадеев Р.Г., Ангелопуло O.K., Зозуля В.П. Безглинистый буровой раствор и способ его получения. МИНГХиГП Авд.свид. СССР по заявке № 2491320/23-03 (071543) от 01.07.77. .t.* S i V * • • • » -V «