Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка и внедрение безглинистых полиакриламидных буровых растворов с конденсированной дисперсной фазой для вскрытия сложнопостроенных продуктивных горизонтов

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Билялов, Наиль Габдрахманович

1.4Л.

1.5.1.

ГЛАВА 2 2.1. 2.2.

2.6. 2.7.

Характеристика горно-геологических и технологических условий бурения и разработки месторождений с трудноизвлекаемыми запасами Характеристика месторождений Республики Татарстан

Характеристика коллекторов с трудноизвлекаемыми запасами

Основные причины )/хултттения коллекторских свойств

Анализ существующих систем буровых растворов

Анализ существующих систем буровых растворов с низким содержанием твердой фазы

Разработка и исследование систем растворов компаундированных с коллекторскими свойствами пластов

Постановка задачи

Объекты и методы исследования

Полиакриламид

Силикат натрия (жидкое стекло)

Сшиватель полимерных звеньев

Установка по определению фильтрационных свойств

Прибор ПШ-2М для определения гидратации и сплошности горных пород Методика определения вязкости Методика измерения размеров частиц методом

2.8.1.

ГЛАВА

ГЛАВА фотокоррелятщонной спектроскопии Методика определения параметров ядерной магнитной релаксатщи в различных компаундах Процедура проведения измерений времен спин-спиновой (Т2) и спин-решеточной релаксации (Tl) на релаксометре ЯМР-08/РС

Методика определения седиментационной устойчивости

Исследование влияния безтинистых полиакриламид,ных буровых растворов с конденсируемой дисперсной фазой на кинетику фильтрации в слабопроницаемых средах и устойчивость имнистьос пород и тоншдисперсной составляющей слабопроницаемых коллекторов Разработка рецептуры компаунда

Исследование кинетики фильтрации различных систем растворов в слабопроницаемых средах Исследование устойчивости глин бобриковского горизонта

Экспериментальные исследования по определению устойчивости кьшовских глин Комплексный физико-химический анализ безгаинистых полиакриламидных буровых растворов Микроседиментационная устойчивость растворов Исследования степени дисперсности методом фотокорреляционной спек1роскопии Анализ состояния молекул воды буровьк компаундов методом ядерной магнитной релаксации Исследование фильтрационных сюйств компаундов

ГЛАВА

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка и внедрение безглинистых полиакриламидных буровых растворов с конденсированной дисперсной фазой для вскрытия сложнопостроенных продуктивных горизонтов"

Прирост запасов углеводородного сырья за счет открытия новых крупных месторождений нефти и газа в Республике Татарстан весьма проблематичен по нескольким причинам, одной из которых является отсутствие ресурсов для поисков и разведки [1]. В- связи с этим нефтяники не только базируются на доказанных запасах крупнейших месторождений, но и стараются развивать опережающую добьиу нефти на средних и мелких месторождениях [2,51,52].

При бурении скважин на месторождениях Татарстана для вскрытия продуктивных пластов и неустойчивых горных пород в значительных объемах применяются глинистые буровые растворы [69, 70]. При этом отмечаются существенные затраты времени и средств вследствие возникновения следующих проблем:

- снижение механической скорости и проходки на долото;

- проблемы с регулированием свойств буровых растворов из-за систематической минерализации пластовыми водами;

- осложнения, связанные с обвалами и осыпями стенок скважин [61];

- затраты времени на освоение продуктивного пласта.

Одним из юзможных направлений решения проблемы является создание раствора без пгшнистой фазы на основе дисперсий химически осажденных (конденсируемых) частиц труднорастюримых гидроксидов (гидрогели) и солей (солегели) с регулируемой дисперсностью и коллоидной активностью [3, 4, 13, 15, 19, 31]. Способ регулирования дисперсности позволяет замедлять кристаллизацию осадка на начальной стадии и получать дисперсную фазу с определенной кривой распределения крупности частиц и соотношением аморфной и кристаллической фаз. Такие растворы относятся к классу органоминеральных химически конденсируемых дисперсных систем, далее для краткости называемых компаундами, т.е. составными, смешанными [5], все компоненты которых химически взаимосвязаны. Многообразие горно-геологических условий, экономическая эффективность обуславливают необходимость создания гибких технологий буровых растворов, получивших общее название гель-технологий. Силикатные буровые растюры облацаЕОг высокой степенью универсальности. Они весьма эффективны как при бурении в потенциально неустойчивых глинистых отложениях, так и при наличии в разрезе скважины с высокоминерализованными пластовыми водами.

В нашей стране начало использования безглинистых и малоглинистых буровых растюров относится к первой половине 70-х годов. Развитию теории и практики таких систем послужили работы О.К.Ангелопуло, Б.А.Андресона, А.И.Ананьева, В.С.Баранова, А.И.Булатова, В.А.Глебова, В.Д. Городнова,

A. Е.Долгих, Г.Я.Дедусенко, К.Ф.Жигача, Н.М. Касьянова, Э.Г.Кистера,

B. И.Крылова, М.И.Липкеса, В.С.Новикова, Л.К.Мухина, К.Р.Пауса, А.И.Пенькова, П.А.Ребиндера, П.К.Сеид-Рза, Шарипова А.У. и зарубежнык исследователей -Р.К.Кларка, М.С.М.Дарли, И.Четера и др.

Содержание коллоидной фазы в таких системах не должно превышать 2-6%, что и определяет специфию/ их основных технологических сюйств. В первую очередь это относится к реологическим свойствам раствора, которые обладают вязкостью близкой к воде при высоких скоростях сдвига и существенным ее повьшгением при снижении скорости сдвига.

Специфика бурения на месторождениях Татарстана, обусловленная проявлениями пластовых вод и необходимостью ингибирования неустойчивых глинистых пород, в данной работе решается путем создания минерализованного безглинистого бурового раствора на основе полиакриламида (ПАА).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Разработка, исследование свойств и промышленное внедрение безглинистых минерализованных растворов, сохраняющих стабильность технологических

СВСЙЗВ и обеспечивающих высокой уровень технико-экономических показателей бурения и заканчивания скважин.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ;

1. Разработка рецептуры солегеля с использованием полиакриламида в качестве регулятора дисперсности, обладающего комплексом оптимальных реологических,' седиментационных и фильтрационных свойств, в условиях повышенной минеральной агрессии.

2. Исследование характера взаимодействия полиакриламидного раствора с неустойчивыми глинистыми породами и коллекторами характерными для месторождений Татарстана.

3. Разработка технологии приготовления и регулирования свойств полиакриламидного солегеля при бурении и заканчивании скважин.

4. Внедрение полиакриламидного солегеля при бурении скважин на месторождениях Татарстана.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Разработан состав безглинистого минерализованного полиакриламидного бурового раствора. Показано, что положительный эффект, достигаемый раздельным использованием растворов полиакриламидов, хлоридов различных металлов, а также силиката натрия, суммируется при применении этого композиционного раствора.

Установлено, что при оптимальном составе компонентов полиакриламидный раствор ингибирует процесс гидратации глин и препятствует загрязнению продуктивного пласта.

Для изучения физико-химической природы действия полиакриламидных растворов применен комплексный корреляционный анализ, включающий исследование параметров ядерной магнитной релаксации, седиментационной устойчивости, динамической вязкости, размеров частиц и коэффициентов диффузии методом фотокорреляционной спектроскопии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

Практическая значимость диссертации определяется тем, что по результатам лабораторных и промышленных испытаний, подтвержденных актом испьп-аний, разработаны новые составы буровых минерализованных полиакриламидных безглинистых растворов, позволяющих улучшить технико-экономические показатели процесса бурения на месторождениях Республики Татарстан.

Результаты лабораторных и промышленных испытаний полиакриламидного раствора при замене глинистого раствора гфи бурении и заканчивагши скважин на месторождениях Татарстана позюлиж увеличить:

- механическую скорость в 1,2-1,5 раза.

- проходку на долото в 1,2 раза

- коммерческую скорость в 1,2 раза а также сократить затраты времени и материалов на приготовление и регулирование свойств раствора в 2 раза.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Разработанный по результатам исследований безптинистый силикатный солегель на основе полиакриламида, силиката натрия, сшивателя и пластовой деюнской воды внедрен в практику бурения месторождений Республики Татарстан.

Всего с применением данного раствора за период 1999 - 2001 г. было пробурено 16 скважин с обхцим экономическим эффектом 1,37 млн. рублей.

Автор выражает благодарность научным сотрудникам РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина и ТатНИПИнефть: проф., д.тн. Ангелопуло O.K., проф., д.ф.-м.н. Сюняеву Р.З., проф., д.тн. Крылову В.И., д.тн. Ибатуллину P.P., д.тн. Юсупову И.Г., Уварову С.Г.; специалистам АО "Татнефть": Студенскому М.Н., Антипову А.П., 9

Вакула АЯ., Сидорову Л.С., Федорову В.А.; спеодалистам ОАО «Татнефтеотдача»: Шакирову А.Н., Исмагилову О.З., Склярову В.Р.; специалистам ЗАО «Иделойл»: Хузину P.P., Тимирову B.C.; специалистам ЗАО «Нефтебуровая технология»: Андирякову В.Ф., Мухтарову И.Ф. за плодотворное обсуждение отдельных результатов лабораторных исследований и промышленных испытаний.

Заключение Диссертация по теме "Технология бурения и освоения скважин", Билялов, Наиль Габдрахманович

Основные результаты и выводы

1. Разработана и внедрена рецептура, защищенная патентом РФ, безгаинистого полиакриламидного раствора с органоминеральной регулируемой конденсированной коллоидно-дисперсной фазой (условно названного компаундом) для бурения и вскрытия сложнопостроенных продуктивных горизонтов карбона и девона, содержащих труцноизвлекаемые запасы нефти.

2. Бурение с применением компаунда в сравнении с используемыми глинистыми растворами приводит к улучшению показателей бурения при сопоставимых условиях. Коммерческая скорость бурения увеличивается на 20 %, механическая от 20 до 50 %, проходка на долото на 20 %.

3. Применение компаунда приводит к снижению затрат на бурение в сравнении с глинистыми растворами. Обпдий экономический эффект при бурении 16 скважин на месторождениях Республики Татарстан составил 1,37 млн. руб.

4. Предложена методика оценки качества компаундов по союгАшости их технологических и физико-химических показателей - содержание связанной воды по данным ЯМ-релаксации, устойчивость тинистых пород к их воздействию, микроседиментационная устойчивость и фактор декольматации.

5. Применение компаундов приюдит к увеличению дебитов скважин при сопоставимых геологических условиях по сравнению с глинистыми растворами. Для скважин тульско-бобриковских горизонтов прирост дебита составляет -10,6 %, для скважин терригенного девона - 48 %, для верей-башкирских отложений от 58 до 155 %. по

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Билялов, Наиль Габдрахманович, Москва

1. Галеев Р.Г. Повышение выработки трудноизвлекаемьЕх запасов углеводородного сырья.-М.: 1997.-с. И

2. Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М. Раствор для заполнения горных выработок//А.С.378377 (СССР).- Б.И.- 1973.-№19.

3. Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М., Самойлов Н.Е., Хахаев Б.Н. Способ приготовления безглинистого минерализованного бурового раствора//А.С.518869 (СССР)/ -Б.И.-1976.- №20.

4. Лехин И.В., Петров Ф.Н. Словарь иностранных слов в русском языке. М.: ЮНВЕС, 1995 - С.342

5. Билялов Н.Г., Сидоров Л.С, Шакиров А.Н., Федоров В.А. Использование компаундированных растворов на нефтяных месторождениях Республики Татарстан// Нефтяное хозяйство.-2001.- №1. -с.78

6. Роджерс В.Ф. Состав и свойства промышленных жидкостей для бурения нефтяных скважин. -М.: Недра, 1967.- с.356-360.

7. Ю.Андресон Б.Д., Шарипов А.У., Минхайров К.Л. Полимерные буровые растворы за рубежом. -М.- ВНИИОЭНГ/ОИ. Сер. Бурение.- Вып.6, 1980.-56 с.

8. П.Андресон Б.А., Боркарев Г.П. Растворы на полимерной основе для бурения скважин.- М.: ВНИИОЭНГ/О.И.Сер. Бурение Вып.6, 1986.-56 с.

9. Зозуля В.П., Студенский М.Н. Разупрочнение стенок скважин в глиносодержащих породах.- Казань.: ФЭН.- 2001.- с.21.

10. Ангелопуло O.K. Гидрогель магния новый тип неглинистого бурового раствора для проводки нефтегазовых скважин в сложных геологических условиях. -Гурьев: 1977, 57 с.

11. И.Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. М.: Недра, 1972, 252 с.

12. Городнов В.Д. Буровые растворы. М.: Недра.- 1985.- 206 с.

13. Крысин Н.И., Ишмухаметов A.M., Мавлютов М.Р. Эффективность применения буровых растворов пониженной плотности.- М.: ВНИИОЭНГ, 1985,60 с.

14. Булатов А.И., Федосов Р.И. Полимерный буровой раствор //A.C. №971861 (СССР). -Б.И.- М.- 1982.-№41

15. Ангелопуло O.K. Минерализованные буровые растворы с конденсируемой твердой фазой. Автореф. Дисс. на соиск. Уч. Ст. докт. Техн.наук. М., МИНХ и ГП им .И.М. Губкина, 1981, 37 с.

16. Пеньков А.И., Шишков В.А., Федосов Р.И. Требования к растворам безглинистым и с содержанием твердой фазы.-М.: Недра, стр. 18-20.

17. Дедусенко Г.Я., Иванников В.И., Липкес М.И. Буровые растворы с малым содержанием твердой фазы. М.: Недра, 1985, с. 28-41.

18. Адель И.Б. Опыт применения малосиликатного глинистого раствора при бурении скважин СГ-1 Аралсор-РИТС. //Бурение.- 1967.- №3.- с. 13-17.

19. Адель И.Б., Контакузен A.B., О применении промывочных растворов, содержащих силикат натрия// Нефтяное хозяйство.- 1957.- Хо1.- с. 21-26.

20. Городнов В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении.- М.: Недра.- 1984, с.135-138.

21. Джеймс Л. Анализ систем промывки скважин//Инженер-нефтяник.- 1974.-№2.- с. 36-42.

22. Карнаухов М.Л., Рязанов И.Ф. Справочник по испытанию скважин.- М: Недра, 1984, с.24.27. новиков B.C. Устойчивость глинистых пород при бурении скважин.- М.: Недра.- 2000.- 270 с.

23. Булатов А. И., Макаренко П.П., Проселков Ю.М. Буровые промывочные и тампонажные растворы.- М.: Недра.- 1999.- 424 с.

24. Коновалов Е.М. Применение коротковолокнистого асбеста//Нефтяник.-1984.- №1.-с. 12-14.

25. Булатов А.И., Пеньков А.И., Проселков.Ю.М. Справочник по промывке скважин.- М.: Недра.- 1984.- с.ЗЗ.

26. Ангелопуло O.K., Подгорнов В.М., Аваков В.Э. Буровые растворы для осложненных условий.- М.:, Недра.- 1988.- с. 27-40.

27. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Физика в мире полимеров.- М.: Наука, Гл.ред.физ.-мат.лит.- 1989.-208 с.

28. Хохлов А.Р., Кучанов СИ. Лекции по физической химии полимеров. М.: Мир.-2 0 0 0.- 192 с.

29. Николаев А.Ф., Охрименко Г.И. Водорастворимые полимеры.- Ленинград.-1979.- с. 61-76.

30. Толстых Л.И., Голубева И.А. Химические реагенты для интенсификации добычи нефти. Часть 1, Полимеры для повышения нефтеотдачи. Учеб. Пос-М.: ГАНГ.- 1993.-48 с.

31. Кашаев Р.С. Структурно-динамический анализ импульсным методом ЯМР (нефтяных дисперсных систем).- Казань: Грандан.- 1999.- с. 134.

32. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии (поверхностные явления и дисперсные системы).- М.: Химия.- 1982.- 400 с.

33. Левченко Д.Н., Бергштейн Н.В., Николаева Н.М. Технология обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях.- М.: Химия.- 1985.- 168 с.

34. Урьев Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов.- М.: Химия.- 1988.- с.256.

35. Лифшиц И.М. Избранные труды. Электронная теория металлов. Физика полимеров и биополимеров. М.: Наука.- 1994.-442 с.

36. Вашман А. А., Пронин И.С. Ядерная магнитная релаксация и ее применение в химической физике. М.: Наука.- 1979.- 236 с.

37. Бриллиантов Н.В., Ревокатов О.П. Молекулярная динамика неупорядоченных сред . -М.: Изд-во Моск. ун-та. -1996.- 160 с.

38. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов.- М.: Наука.- 1957.- 240 с.

39. Зацепина Т.Н. Физические свойства и структура воды.- М.: МГУ.- 1998.- 3-е изд. перераб.- 184 с.

40. Brouning W.C., Chessor B.G. Polymer-Polyelectrolete drilling fluid system"// Petrol Technology.- 1972.- 24 October.- p.p. 1255-1263.

41. Ricard G. Fluids inhibets// Forages.- 1975.- X-XII- p.p.67-95.

42. Barach J.N., Rao P.R. Use of assam tea wast cutch as drilling mud additive// Res. Ind.- 1962.- vol. 7.- №8.- p.p.272-273.

43. Гарьян C.A. Обработка буровых растворов полиакриламидом и кремний органической жидкостью//Нефтяное хозяйство.- 1982.- №2.- с. 11-12.

44. Рыбакова Л.И. Безглинистый полимерсолевой раствор// Нефтяник. №1.- с.14.

45. Шарипов А.У., Кабиров Б.З., Антонов К.В., Раянов К.С., Зарипов М.Х., Вскрытие продуктивных отложений с промывкой их полимерными растворами// Нефтяное хозяйство.- 1982.- №8.- с. 14-16.

46. Приоритетные методы увеличения нефтеотдачи пластов и роль супертехнологий.- Казань: Новое знание.- 1998.- с.56

47. Хисамутдинов Н.И. Ибрагимов Г.З. Разработка нефтяных месторождений T.IV.- М.: ВНИИОЭНГ.- 1994.- с.93

48. Мошев В.В., Иванов В.А. Реологическое поведение концентрированных неньютоновских суспензий.- М.: Наука, 88 с.

49. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. Избранные труды.- М.: Наука.- 1979.- 384 с.

50. Кулиев К.Н. Гель-технология рабочих жидкостей, применяемых в глубоком и сверхглубоком бурении.- Ашгабат Ылым.- 1993.- 212 с.

51. Вода в дисперсных системах. Под ред. Дерягина Б.В., Овчаренко Ф.Д., Чураева Н.В.- М.: Химия.- 1989.- 288 с.

52. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. Под ред. Б.Д.Щукина.- М.: МГУ.- 1988.- 279 с.

53. Мирзаджанзаде А.Х., Хасанов М.М., Бахтизин Р.Н. Этюды о моделировании сложных систем нефтедобычи. -Уфа: Гилем- 1999.- 464 с.

54. Chow T.S. Mesoscopic Physics of Complex materials. -New York: Springer.-2000.- 196 p.

55. Маклаков А.И., Двояшкин Н.К., Тюрин В.А. Ядерный магнитный резонанс: изучение пористых сред и введенных в них жидкостей// Георесурсы.- 2001.-№1(5).-с.28-31

56. Волков В.Я., Непримеров Н.Н. Применение импульсного метода ядерного магнитного резонанса к изучению трансляционных движений молекул жидкостей в пористых средах// Георесурсы.- 2001.- №1(5).- с.8-12.

57. Янченко Е.Б., Низова С.А., Толстых Л.И., Утилизация отработанных буровых растворов химические реагенты и технологии. Часть 2.- М.: РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина.- 2000.- с.72

58. Шаманов С.А. Бурение и заканчивание горизонтальных скважин.- М.: Недра.- 2001.- 190 с.

59. Токунов В.И., Хейфец И.Б. Гидрофобно-эмульсионные буровые растворы. М.: Недра.- 1983.- 167 с.

60. Девятов В.В., Алмаев Р.Х., Пастух П.И., Санкин В.М. Применение водоизолирующих химреагентов на обводненных месторождениях Шаимского района. -М.: ВНИИОЭНГ.- 1995.- 100 с.

61. Хасанов М.М., Исмагилов Т.А., Мангазеев В.П., Растрогин А.Е., Кольчугин И.С., Тян Н.С. Применение сшитых полимерно-гелевых составов для повышения нефтеотдачи пластов. // Материалы Международного технологического симпозиума, Москва, март 2002

62. Борисенко Л.В. Регулирование свойств глинистых растворов. -М.: МИНХ и ГП им.И.М.Губкина.- 1981.- 74 с.

63. Борисенко Л.В. Особенности состава и регулирования свойств различных видов глинистых растворов. М.: ГАНГ.- 1994.- 55 с.

64. Долганская СИ. Исследование механизма взаимодействий в системах полимер-полимер и полимер-порода. -М.: ВНИИОЭНГ.-1994.- 40 с.

65. Сюняев З.И., Сафиева Р.З., Сюняев Р.З. Нефтяные дисперсные системы. -М.: Химия.- 1990.-224 с.

66. ТЗ.Иктисанов В.А. Определение фильтрационных параметров пластов и реологических свойств дисперсных систем при разработке нефтяных месторождений. -М.: ОАО ВНИИОЭНГ.- 2001.- 212 с.

67. Куренков В.Ф. Водорастворимые полимеры акриламида// Соросовский образовательный журнал.- 1997.- № 5- с. 48-53.

68. Жиленко М.П., Папина Ю.Е., Руденко А.П. Влияние сорбции ионов Ni (II) на синерезис и щелочной гидролиз набухших полиакриламидных гидрогелей. //Вести. Моск. ун-та, сер.2, Химия.- 2000.- т.41.- №1.- с. 48-52.

69. Яшкичев В.И. Вода, движение молекул, структура, межфазные процессы и отклик на внешнее воздействие. -М.: Агар.- 1996.- 86 с.

70. Дой М., Эдварде С. Динамическая теория полимеров.- М.: Мир.- 1998.- 440 с.

71. Елисеев Н.Ю. Вязкость дисперсных систем.- М.: Фирма Блок.- 1998.- 80 с.

72. Толстых Л.И., Голубева И.А. Химические реагенты для интенсификации добычи нефти. Часть 2, Полимердисперсные системы для повышения нефтеотдачи. Учеб, Пос- М.: РГУ нефти и газа.- 1999.- 32 с.

73. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Изд.Моск. Ун-та.- 1982.- 348 с.

74. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии.- Ленинград: Химия.- 1984.368 с.

75. Кашаев P.C. Применение импульсного ЯМР в нефтехимии и нефте добыче. -Казань: Грандан.- 1999.- 83 с.