Разработка технологий реконструкции малодебитных скважин сооружением боковых стволов

Гауф, Владимир Андреевич

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологий реконструкции малодебитных скважин сооружением боковых стволов"

На правах рукописи

ГАУФ ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ РЕКОНСТРУКЦИИ МАЛОДЕБИТНЫХ СКВАЖИН СООРУЖЕНИЕМ БОКОВЫХ СТВОЛОВ

Специальность 25.00.15 —Технология бурения и освоения скважин

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень-2004

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» (ТюмГНГУ)

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор

Зозуля Григорий Павлович Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Спасибов Виктор Максимович - кандидат технических наук Харламов Константин Николаевич

Ведущая организация - Открытое акционерное общество «Сибирский

научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (ОАО «СибНИИНП»)

Защита состоится 19 июля 2004 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.01 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. 50 лет Октября, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72.

Автореферат разослан « 19 » июня 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук профессор

В.П. Овчинников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Бурение боковых стволов (БС) в настоящее время становится одним их основных способов восстановления бездействующих и увеличения производительности малодебитных скважин.

Особенно это актуально для месторождений Западной Сибири, где крупные залежи нефти и газа переходят в позднюю стадию разработки, характеризующуюся значительным обводнением эксплуатационных объектов.. Ввод в эксплуатацию БС, как правило, положительно влияет на показатели эксплуатации скважин, способствует подключению к разработке «застойных» участков месторождений и дополнительной части остаточной нефти.

Например, начиная с 1998 года на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» реализуется программа бурения БС, в том числе с горизонтальным окончанием. Однако стоимость услуг при строительстве БС достаточно высока, а эффективность зачастую бывает ниже проектной.

При этом ряд следующих проблем методического и технологического характера бурения БС требуют дальнейших исследований:

1. Сложность технологического сопровождения привязки точки входа в пласт и оптимизация длины и формы горизонтального участка в зависимости от геолого-технических свойств пласта-коллектора, правильного выбора величины участка и места вскрытия продуктивного пласта.

2. Совершенствование рецептур биополимерных растворов для обеспечения их основных функций в гидравлической программе бурения БГС, при условии обеспечения сохранности коллекторских свойств продуктивных пластов и повышения информативности промыслово-геофизических методов исследования скважин.

3. Повышение показателей бурения боковых стволов, прежде всего на горизонтальных участках в продуктивном пласте._

4. Создание надежного цементного кольца за потайной колонной-хвостовиком в условиях малых кольцевых зазоров и применение изоляционных пакеров в литологически неоднородной части нефтяной залежи, осложненной наличием зон водонефтяного и газонефтяного контакта (ВНК и ГНК).

Указанные проблемы должны решаться с учетом ограничений, предъявляемых к ориентации бокового ствола в месте его «зарезания» и на горизонтальном участке в нефтенасыщенной мощности пласта, что определяет повышенную для таких условий сложность проектирования профиля БС.

Цель работы

Повышение качества строительства БС за счет оптимизации профиля пространственного типа, совершенствования систем их промывки, выбора оптимальной конструкции забоя, обеспечения качества заканчивания и крепления потайных колонн-хвостовиков.

Основные задачи исследований

1. Анализ и обобщение опыта строительства скважин с боковыми стволами в нефтедобывающих регионах с различными геолого-техническими условиями бурения, выявление путей их совершенствования (на примере Федоровского, Быстринского, Западно и Восточно-Сургутского, Восточно-Елового, Род-никовдго и других месторождений, разрабатываемых ОАО «Сургутнефтегаз»).

2. Разработка методических основ проектирования профиля пространственного типа при бурении БС в реконструируемых скважинах, включая программы их расчета на ПЭВМ.

3. Оценка возможности применения биополимерных растворов при бурении БС с горизонтальным участком и совершенствование систем их промывки.

4. Разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций забоев реконструируемых скважин и обеспечения качества их крепления.

5. Технико-экономическая оценка полученных результатов, опытно-промышленное внедрение, разработка нормативной документации.

Научная новизна выполненной работы

1. Разработаны научно-методические основы расчета профиля пространственного типа боковых стволов скважин с учетом оптимальной длины горизонтального участка и координат входа бокового ствола в продуктивный пласт.

2. Обоснована и предложена система промывки БС скважин на основе биополимерных буровых растворов.

Практическая ценность и реализация

На основании теоретических, лабораторных и промысловых исследований автором разработаны и внедрены:

1. Технико-технологические решения, которые реализованы при бурении и заканчивании более 100 БС скважин, в том числе с горизонтальным окончанием ствола, на Федоровском, Западно- и Восточно-Сургутском, Быстринском, Родниковом, Восточно-Еловом месторождениях, где ремонт и восстановление скважин осуществляет Федоровское УПНП и КРС (начиная с 2001 г. УЗБС) ОАО «Сургутнефтегаз».

2. Методические основы расчета профиля, которые позволяют с использованием программных средств оптимизировать и реализовать профиль БС пространственного типа как на стадии проектирования, так и в процессе строительства боковых стволов.

3. Применение биополимерных систем буровых растворов позволило существенно уменьшить аварии и осложнения в процессе бурения и заканчивания БС скважин, обеспечить в них высокую сохранность фильтрационно-емкостных свойств низкопроницаемых коллекторов.

Разработанные технико-технологические решения нашли применение при составлении следующих регламентирующих документов:

- РД 5753490-022-2000. Технологический регламент на бурение из обводненных и бездействующих эксплуатационных скважин боковых стволов с горизонтальным участком. - Сургут, ОАО Сургутнефтегаз, 2000.-87 с;

Временная инструкция по технологии приготовления и химической обработке солевого биополнмерного раствора для бурения боковых пологих и горизонтальных стволов их бездействующих и малодебитных скважин.- Сур-гутНИПИнефть, 2000. -11с;

Апробация работы и результатов исследований

Основные положения диссертационной работы докладывались на: Международной НТК «Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России», (Тюмень: ОАО Газпром, 1999); НТК «Научные проблемы ЗападноСибирского нефтегазового региона», (Тюмень: ТюмГНГУ, 14-17 декабря 1999); Всероссийской НТК «Проблемы совершенствования технологий строительства скважин и подготовки кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса», (Тюмень: ТюмГНГУ, 2000); Всероссийской НТК «Проблемы совершенствования технологий строительства скважин и подготовки кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса», (Тюмень: ОАО Газпром, 17-19 октября 2000); III конгрессе нефтепромышленников России «Проблемы нефти и газа», (Уфа, 23-25 мая 2001); Всероссийской НТК «Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы». Альметьевск: ОАО Татнефть, ноябрь 2001; Международном семинаре «Новые технологии ремонта нефтяных и газовых скважин» (NEW WORROVER TECHNOLOGIES), Европейская комиссия. Акция по программе 5FP (Тюмень: ТО «СургутНИПИнефть», 21-22 ноября 2001).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 61 наименования отечественных и зарубежных авторов, 2 приложений. Изложена на 188 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков и 20 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цели и задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая ценность, даны общая характеристика работы.

В первом разделе приведен анализ зарубежного и отечественного опыта бурения ГС и БГС из малодебитных скважин с целью восстановления их продуктивности.

Интенсивное развитие бурения ГС и БГС в России и за рубежом стало возможным благодаря промышленному внедрению ряда следующих эффективных технологий:

- применение КНБК с управляемыми забойными двигателями;

- применение долот с поликристаллическим алмазным вооружением;

- применение буровых растворов с улучшенными реологическими характеристиками и новых экологически «чистых» систем промывки скважины (например «Flo-Pro» и др.);

- управление траекторией ствола с помощью геологического контроля;

- селективное заканчивание скважин;

- использование современных геофизических средств, в том числе трехмерной сейсморазведки;

- многоствольное бурение скважин с несколькими горизонтальными стволами.

Производительность ГС и БГС значительно выше производительности вертикальных скважин (ВС) прежде всего за счет увеличения площади дренирования: в трещиноватых коллекторах в 4-100 раз, в поровых - 2-8 раз. В среднем отношение продуктивности ГС к продуктивности ВС составляет в США — 3,2, в Канаде - 4,1, а накопленный отбор нефти на одну ГС в 2,5 раза превышает накопленный отбор на одну ВС. Текущий коэффициент нефтеотдачи за по-

следние 5 лет повысился здесь благодаря горизонтальному бурению в среднем на 30%.

Если за рубежом более 90 % ГС и БГС оправдывают расчетные показатели, то в России успешность составляет немногим более 50 %.

В России работы по бурению ГС и БГС осуществляются в различных нефтегазодобывающих регионах (Западная Сибирь, Удмуртия, Башкортостан, Татарстан и др.).

Проведенный сравнительный анализ отечественного и зарубежного опыта показал, что основными задачами при использовании ГС и БГС являются:

1) подключение в разработку низкопродуктивных пластов небольшой толщины;

2) повышение степени охвата процессом заводнения пластов, характеризующиеся высокой расчлененностью по геологическому разрезу;

3) увеличение конечной нефтеотдачи за счет, дополнительного вовлечения запасов нефти «тупиковых» и заводненных зон;

4) разработка сложнопостроенных залежей с близким расположением к эксплуатационным объектам газоносных и водоносных пластов;

5) вовлечение в разработку нерентабельных низкопроницаемых продуктивных горизонтов (например, ачимовские и юрские отложения ряда месторождений Западной Сибири);

6) повышение производительности малодебитных скважин.

В Западной Сибири программа бурения БГС из эксплуатационных колонн нефтяных скважин реализуется на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаза», «ЛУКОЙЛ-Когалымнефтегаз», «СИБнефть-Мегионефтегаз», «СИБнефть-Ноябрьскнефтегаз», «ТНК-Нижневартовскнефтегаз» и др.

Федоровское УПНП и КРС ОАО «Сургутнефтегаз» (со 2-й половины 2000 г. - Управление по забуриванию боковых стволов - УЗБС) осуществляет бурение БГС с целью ликвидации обводненности продукции (более 90 %) и восстановления герметичности эксплуатационных колонн, а также восстановления нерентабельных и скважин с неликвидируемыми авариями. Например, за

период 1998-2001 г.г. на Западно- и Восточно-Сургутском, Федоровском, Са-вуйском, Яунлорском, Родниковом месторождениях пробурено 112 боковых стволов из эксплуатационных колонн добывающих скважин (таблица 1).

Таблица 1 — Основные показатели бурения боковых стволов в

Федоровском УПНП и КРС

№ п/п Год Количество скважин с БС, шт. Глубина вырезания окна, м (мин.-макс.) Длина, м (мин.-макс.) Проходка -на долото, м (мин.-макс.) Продолжительность бурения,ч (мин.-макс.)

БС хвостовика

1 1998 11 2344-2982 823-181 145-241 82-152 480-1224

2 1999 20 2029-2704 87-321 137-400 63-283 312-1164

3 2000 20 1736-2778 102-726 176-790 - 313-1728

4 2001 61 1674-2990 141-1024 233-1096 - 336-2088

Итого: 112 - - - - -

Бурение осуществлялось согласно выбранным участкам размещения горизонтальных эксплуатационных забоев с учетом состояния структуры остаточных запасов нефтяных залежей. Длина горизонтальных стволов составила в среднем 200 м. Зарезание «окна» выполнялась с промывкой солевым раствором соответствующей плотности с регулируемыми реологическими характеристиками, обеспечивающими вынос металлической стружки на поверхность. При бурении бокового стола и горизонтального участка применялись для промывки различные биополимерные растворы.

Способ бурения БГС - ориентированный, при котором использовались телеметрическая система Sperry-Sun (DGWD en) и забойные двигатели-отклонители Д-106, ДО-106 (1°), ДО-106 (1,5°), ДР-106 с РУП (1,75°), ДГ-105 (2°). Применялись долота диаметром 123,8 мм следующих типов: СЗ-ЦАУ R-204, 47/8" (123,8 мм) STR-1. Бурильный инструмент включал спиральные утяжеленные и бурильные трубы диаметром 73 мм.

Крепление скважин осуществлялось спуском 101,6 мм колонны, оснащенной центраторами WheatherfЪrd и хвостовиком с фильтрами. Вызов притока из пласта и освоение скважин осуществлялся при промывке пеной с применением

установки «гибких» труб, с последующим спуском скважинного насосного оборудования.

Эффективность строительства БГС оценивалась по данным их эксплуатации, в результате которой было дополнительно добыто 500 тысяч тонн нефти (данные ТО «СургутНИПИнефть»).

Прогнозная дополнительная добыча нефти из БС (с начальной обводненностью продукции до 97 % и дебитом нефти менее 1 т/сут из подлежащих реконструкции скважин) оценивается в 1395,3 тысяч тонн и в среднем на один БС составляет 13,81 тысяч тонн нефти.

Анализ результатов показывает, что дополнительная добыча от применения БС существенно выше, по сравнению с дополнительной добычей от других методов воздействия на пласт (таблица 2).

Таблица 2 — Результаты сравнительной оценки методов воздействия на

продуктивные низкопроницаемые пласты

Методы воздействия Дополнительная добыча нефти, тыс.т

Бурение дополнительных стволов 19,8

Гидроразрыв пласта 10,5

Изоляция заколонных перетоков 0,33

Изоляция интервала пласта 0,67

Глубокие обработки призабойной зоны 0,78

Физико-химические 0,36

Химические 0,30

Физические 0,36

Вместе с тем детальный анализ и накопленный опыт позволил выявить следующие проблемные вопросы, которые требуют более детального изучения и исследования:

1) отсутствует научная система промыслово-геологического и гидродинамического обоснования заложения БГС как части единой системы разработки залежи;

2) проектирование бурения БГС осуществляется по профилю, не являющимся оптимальным для конкретных условий месторождения и не учитываю-

щим пространственное искривление БС как до входа в продуктивный пласт, так и в самом пласте;

3) не оптимизированы длина и форма горизонтального участка БГС скважин;

4) требует оптимизации гидравлическая программа бурения БГС, в том числе с использованием биополимерных буровых растворов;

5) не разработана эффективная конструкция забоя БГС для конкретных геолого-физических свойств пласта-коллектора;

6) не разработана программа повышения показателей бурения БС, особенно при бурении его горизонтального участка;

7) не решена проблема создания герметичного цементного кольца за потайной колонной-хвостовиком в условиях малых кольцевых зазоров и применения изоляционных пакеров в литологически неоднородной части нефтяной залежи (при частичном попадании ГС в зоны ВНК и ГНК), а также эффективного применения комплексов для регулируемого разобщения продуктивных пластов, вскрываемых БГС.

8) является актуальной проблема развития и совершенствования технологий многоствольного бурения при строительстве БГС.

Во втором разделе приведена корректировка методики расчета пространственного профиля БГС исходя из следующих граничных условий: глубины зарезания БС параметров траектории ствола в точке его зарезания отклонения точки входа БС в продуктивный пласт от эксплуатационного забоя

бездействующей скважины угла входа БС в продуктивный пласт

допустимой интенсивности искривления в интервалах набора кривизны м), максимально возможной длины горизонтального участка, величины «коридора» допуска входа в продуктивный пласт в пределах ГНК и ВНК.

В начале в программу расчета вводятся исходные данные для бурения БС и граничные условия. Затем определяется угол входа в продуктивный пласт а^ (Буслаев В.Ф., Кейн С.А.) по формуле

а=агс51п

■(■ О

т1 $1п а —1, град

(1)

где а - конечный зенитный угол БС, град.; - толщина продуктивного пласта, м; Я - радиус искривления на данном участке, м.

Основным элементом расчета пространственного профиля является определение азимутального угла поправки (Др), необходимого для коррекции начального зенитного угла непосредственно перед началом бурения (относительно круга и коридора допуска), который рассчитывается по формуле:

. Ат, + А<р, +..,+А<р.

Др„ =агс51п—--^-—,

"гвп

(2)

где Др, = -р,, А/рг = р1-<р1,...,Ар1 =<р,- азимутальное искривление на каждом интервале, град.; Апп- отклонение БС от вертикали до точки входа в продуктивный пласт, м.

Поправка на начальный азимутальный угол А<р„ определяется по формуле:

Ь<Р. =<Рл±Ь<Р.>

О)

где Д<рп - поправка азимутального угла на каждом последующем интервале, град.; <рй - начальный азимутальный угол, град.

Начальный зенитный угол аи определяется по формуле:

«I „=агС/£

А' -7?, -созаг Н-Я2-5та2

(4)

где А — отклонение забоя от вертикали с учетом азимутального угла поправки, м

(5)

где Атвп - расстояние от вертикали до точки входа в пласт, м; А<р - суммарное изменение азимутального угла, град.; Л/, — радиусы искривления, соответст-

венно, на 1-ми 2-м участке набора кривизны, м; Н - вертикальная проекция искривленных участков ствола скважины, м; аг - зенитный угол входа БГС в продуктивный пласт, град.

Алгоритм расчета пространственного профиля БГС с учетом предлагаемой корректировки методики приведен в диссертационной работе.

Третий раздел посвящен совершенствованию системы промывки БГС скважин. Показано, что основными проблемами промывки пологих, наклонно направленных и горизонтальных стволов скважин являются:

- низкая степень очистки ствола скважины от влияния таких факторов, как эксцентричное расположение бурильной колонны (негативное влияние вихрей Куэтта-Тэйкора при ее вращении), «дюнообразование» и движение шламовых «дюн» против направления потока бурового раствора, эффект Бойкота (ускорение осаждения шлама в наклонных участках ствола), кривизна ствола при величинах зенитных углов а =35-55°, кольцевое пространство которого наиболее трудно очищается от шлама, реологические свойства и режим течения промывочной жидкости и др.;

- обеспечение устойчивости пород, связанной как с величиной зенитного угла ствола, так и с его ориентацией относительно горизонтальных напряжений в массиве горных пород, определяемых интенсивностью искривления ствола и абсолютными значениями а;

- повышение эффективности доведения до забоя скважины, фактически создаваемой нагрузки на долото, зависящей от сил сопротивления подаче бурильной колонны и КНБК. Последние обусловлены с силами контактного давления, которые зависят: от плотности материала труб и бурового раствора, диаметра труб и ствола, зенитного угла и интенсивности искривления, а также-осевых сил продольного изгиба колонны;

- максимально возможное сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта за счет предотвращения проникновения в него твердой фазы рас-

твора и фильтрата, обеспечение физико-химической совместимости фильтрата с породой и насыщающими пласт флюидами.

В начале при бурении БС и вскрытии продуктивных пластов применялись малоглинистые пресные буровые растворы, обработанные КМЦ, а также малоглинистые полимерсолевые буровые растворы (МПБР), которые не обеспечивали сохранность ФЕС продуктивной части пласта и не позволили исключить осложнения при бурении и креплении БС.

Поэтому, начиная с 1999 года, для условий Федоровского УПНП и КРС было предложено применять для промывки БГС биополимерные растворы фирмы ИКФ. Успешное их применение позволило в дальнейшем более широко использовать данные растворы в ОАО «Сургутнефтегаз», где в настоящее время применяются системы биополимерных растворов: ИКФ (Волгоград) и рецептуры СургутНИПИнефть (разработаны под руководством О.А. Лушпеевой) на основе биополимера КЕМ-Х и ХВ-полимера, в состав которого входят ксан-тановая смола, хлорид натрия и Tylose (КМЦ).

Для оценки эффективности применения биополимерных буровых растворов были проведены экспериментальные исследования по определению степени влияния буровых растворов на коллекторские свойства образцов керна на установке по оценке степени повреждения пласта FDES-650Z фирмы Coretest systems (совместно с Е.А. Усачевым, Т.В. Грошевой). Исследовались образцы кернов продуктивного пласта АС10 Лянторского месторождения, подготовленные для экспериментов в соответствии с действующим стандартом. В качестве биополимерного раствора исследовался раствор фирмы ИКФ и, для сравнения, традиционно применяемый в Западной Сибири при бурении скважин и вскрытии продуктивных пластов полимерглинистый буровой раствор на основе Кет Pas и Poly Кет D.

Исследования показали, что коэффициент восстановления проницаемости полной колонки кернов после воздействия бурового биополимерного раствора в 1,8 раза выше, чем после воздействия полимерглинистого раствора.

Отличительной особенностью влияния биополимерного бурового раствора на керн является достаточно быстрое создание прочного кольматационного экрана с затуханием процесса фильтрации. Толщина образовавшейся корки при этом составляет 1-2 ММ, ЧТО существенно меньше, чем при воздействии поли-мерглинистого раствора. Положительные результаты были получены при промысловых гидродинамических исследованиях состояния околоскважинной зоны пласта БГС в скв. 3022 на Восточно-Сургутском месторождении, которые показали, что здесь был достипгут отрицательный «скин-эффект».

Результаты эксплуатации БГС, пробуренных на данном месторождении с промывкой биополимерными растворами, приведены в таблице 3.

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что промышленное применение биополимерных растворов при бурении БГС позволяет качественно вскрывать продуктивные пласты, обеспечить высокие добывные характеристики эксплуатационных объектов и повысить конечную их нефтеодачу.

В четвертом разделе рассмотрены вопросы выбора конструкции БГС и обеспечения качества их крепления, проведена технико-экономическая оценка эффективности строительства и эксплуатации БС.

При выборе конструкции забоя определяющими являются геолого-технические условия БГС скважины в интервале залегания продуктивного объекта, обуславливающие устойчивость ствола, возможность разобщения напорных горизонтов, проведения технико-технологических воздействий на пласт, обеспечение длительной эксплуатации скважины с оптимальным дебитом.

Например, по состоянию на 06.10.2001 на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» было пробурено 166 боковых стволов из бездействующих и малоде-битных скважин, в том числе вертикальных - 21, наклонно направленных - 60, пологих — 32, с горизонтальным окончанием ствола - 53.

Таблица 3 — Данные об эксплуатации БГС, пробуренных с промывкой биополимерными растворами на Восточно-Сургутском месторождении

№ СКВ. Дата запуска Пласт Длина по пласту, м Режим начальный на дату ввода Режим на 01.06.2001

<2ж, м3/сут Рнефт» т/сут НдиН, м . Руд. м /сут на 1 м % воды Р», м /сут Рнефт, т/сут Ндцн» м , РУЛ-м /сут на 1 м % воды

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

3002 17.05.2001 ЮСг 349,2 87 76 401 0,22 1 87 76 401 0,22 1

3018 13.03.2001 ЮС2 286,4 37 29,4 856 0,10 10 30 24,1 490 0,08 9

155Р 13.03.2001 ЮС2 292,6 18 15,1 920 0,05 5 24 20,1 1070 0,07 5

3026 30.12.2000 ЮС2 317,2 30 13,3 890 0,04 55 53 43,9 988 0,14 6

3022 16.08.2000 ЮС2 269 42 37 1235 0,14 1 36 30,8 1020 0,11 3

по пласту ЮС} среднее 302,88 42,8 34,16 860,4 0,110 14,4 46 38,98 793,8 0,125 4,8

510 01.05.2000 БСю 76,8 67 56 430 0,73 4 58 33,8 790 0,44 34

616 04.06.2000 БСю 100 100 85,6 338 0,86 3 114 58,3 770 0,58 42

425 11.07.2000 БСю 112 103 4,5 570 0,04 95 104 10,1 652 0,09 89

992 07.10.2000 БСю 217,9 27 22,4 990 0,10 6 31 26,2 1240 0,12 4

513 17.09.2000 БСю 78,8 33 17,8 930 0,23 39 44 8,2 1140 0,11 77

335 14.11.2000 БСю 256 120 100,5 526 0,39 5 114 98,5 496 0,38 2

353 25.12.2000 БСю 207 90 7,9 583 0,04 90 80 2,1 730 0,01 97

352 28.02.2001 БСю 259 60 2,6 286 0,01 95 78 67,4 109 0,26 2

478 02.03.2001 БСю 183,8 97 81,3 259 0,44 5 108 85,7 263 0,47 10

495 30.03.2001 БСю 301 65 48,7 940 0,16 15 37 27,7 1250 0,09 15

574 31.05.2001 БСю 100 90 46 295 0,46 42 90 46 295 0,46 42

по пласту БСт среднее 172,03 77,45 43,03 558,82 0,31 36,27 78,00 42,25 703,18 0,27 37,64

всего среднее 212,92 66,63 40,26 653,06 0,25 29,44 68,00 41,23 731,50 0,23 27,38

При их строительстве применены следующие конструкции забоев скважин:

1) закрытая, со сплошным цементированием потайной колонны-хвостовика от забоя до интервала подвески ее в эксплуатационной колонне и вскрытием продуктивной части пласта перфорацией - 75 скважин;

2) открытая (рисунок 1), с фильтрами из перфорированнных обсадных труб диаметром 101,6 мм в интервале продуктивной части пласта и сплошным манжетным цементированием остальной части хвостовика до интервала его подвески в эксплуатационной колонне - 65 скважин;

3) открытая, с фильтрами из перфорированных обсадных труб диаметром 101,6 мм, изоляционных пакеров СМХХ-7 «Baker Oil Tools» и обсадных труб 101,6 мм в обводненных интервалах пласта и сплошным цементированием хвостовика через муфту HCSS до устройства подвески его (LH Hyflon, пакер Ну-flon) в эксплуатационной колонне - 23 скважины;

4) открытая, с установкой башмака потайной колонны-хвостовика в кровле продуктивного пласта и пакерованием ее в башмаке, интервалах водогазона-порных горизонтов и подвески в эксплуатационной колонне — 2 скважины.

Оценка качества строительства боковых стволов закрытой конструкции по показателям добычи нефти (Q, т/сут) после ремонта и обводненности продукции (В, %), установила следующее:

1) из 75 боковых стволов успешными оказались 51 (68 %);

2) не достигнут прирост Q, т/сут по 10 скважинам (13 %);

3) в 14 (19 %) скважинах обводненность продукции пласта превышала 95 %.

В результате анализа были устанавлены следующие причины высокой обводненности БС:

1) неправильное проектное направление бурения БС в зоны выработанных запасов и высокой обводненности;

2) заколонные перетоки по цементному кольцу из-за низкого качества цементирования ввиду малого зазора между хвостовиком и стенками БС.

Длина бокового ствола 802м Длина горизонтального участка 152 м Длина "хвостовика" 878 м.

голова"хвостовика"2014 м

забой 2824 м забой 2894м

Рисунок 1 - Схема компоновки «хвостовика» бокового ствола с открытым забоем (скважина № 8 ПЛ куст № 471 Яун-Лорского месторождения)

Это подтверждают геофизические исследования, проведенные по 4 скважинам, в продукции которых содержание воды составило более 95 %. В них причина обводненности продукции - заколонные перетоки по цементному кольцу из близкорасположенных водоносных горизонтов или ВНК.

Поэтому для повышения качества строительства БС из малодебитных скважин необходимо следующее:

1) разрабатывать проекты на реконструкцию скважин методом строительства БС (в том числе горизонтальных и многозабойных) из малодебитных (бездействующих) скважин;

2) предусмотреть в них обязательный комплекс геолого-промысловых исследований с целью обоснования и выбора оптимального направления для за-буривания БС;

3) при выборе конструкции забоев БС предусматривать технико-технологические решения по селективной их изоляции, расширению диаметра БС до значений величин оптимального кольцевого зазора (15-18 мм), по применению специальных тампонажных материалов.

Основные выводы и рекомендации

1. Анализ отечественного и зарубежного опыта бурения ГС и БГС доказал целесообразность и эффективность их применения для подключения в разработку низкопродуктивных пластов небольшой мощности, для разработки слож-нопостроенных залежей с близким расположением водоносных пластов к эксплуатационным объектам, для вовлечения в разработку нерентабельных при традиционных способах бурения низкопроницаемых продуктивных горизонтов, для повышения производительности малодебитных скважин.

2. Научно обоснованна корректировка методики расчета пространственного профиля ГС и БГС, включающая определение зенитного угла входа в продуктивный пласт, азимутального угла поправки, расчет наклонных участков профиля до точки выхода на горизонтальный участок.

3. Доказана необходимость и оценена целесообразность применения биополимерной системы буровых растворов для промывки скважин при вскрытии боковыми стволами продуктивных пластов. Установлено, что коэффициент восстановления проницаемости кернов после воздействия биополимерного раствора в 1,8 раза выше, чем после воздействия полимерглинистого раствора, глинистая корка в 3,5 раза меньше, а «скин-эффект» - отрицательный.

4. По результатам исследования геолого-физических и прочностных характеристик пород пластов ЮСо, ЮС|, ЮСг, БСм-и месторождений ОАО «Сургутнефтегаз» предложены и реализованы при строительстве БГС 4 типа конструкций их забоя. Для неустойчивых пород пласта-коллектора БСкмг рекомендована конструкция забоя закрытого типа, для устойчивых пород ЮС|,2 — конструкция забоя открытого типа с хвостовиком-фильтром в продуктивной части пласта и манжетным цементированием его в остальной части (либо изоляция его с помощью гидравлических пакеров).

5. Установлены основные причины высокой обводненности продукции из БС на Федоровском и ряде других месторождений ОАО «Сургутнефтега»:

- проектное направление бурения боковых стволов дано в зоны выработанных запасов и высокой обводненности залежи;

- заколонные перетоки по цементному кольцу ввиду малого зазора между колонной-хвостовиком и стенками БС.

6. Для повышения качества строительства БС из бездействующих скважин необходимо:

- разрабатывать специальные проекты на реконструкцию скважин методом строительства БС (в том числе горизонтальных и многозабойных) из бездействующих и малодебитных скважин;

- предусмотреть в них обязательный комплекс геолого-промысловых исследований с целью оптимального выбора скважины для зарезки БС и направления их бурения;

- при выборе конструкции забоя БС предусматривать технико-технологические решения по селективной их изоляции, расширению диаметра БС до оптимальных величин зазора (15-18 мм).

7. Проведенный анализ эксплуатации боковых стволов доказал эффективность их строительства на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз», а прогнозная оценка до 2015 года позволяет поставить задачу доведения их количества до 5837, при этом дополнительная добыча составит более 93,6 млн. тонн нефти.

Основные положения диссертации нашли отражение в следующих работах:

1. Гауф В.А., Калинин В.В., Кочетков П.М., Зозуля Г.П., Шенбергер В.М. Опыт и особенности применения технологии гибких НКТ в Западной Сибири / Междунар. НТК Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России: Сб. тез: -Тюмень: ОАО Газпром, 1999. - С. 69.

2. Гауф В.А., Зозуля Г.П., Шенбергер В.М. Особенности и опыт бурения вторых стволов из эксплуатационных колонн скважин /Моделирование технологических процессов бурения, добычи и транспортирования нефти и газа на основе современных технологий: Мат. второй Всерос. НТК - Тюмень: ТюмГНГУ, 2000.- С.20-21.

3. Гауф В.А., Трошева Т.В., Бурдин К.В. Выбор состава и свойств технологических жидкостей при бурении и ремонте скважин / Моделирование технологических процессов бурения, добычи и транспортирования нефти и газа на основе современных технологий: Мат. второй Всерос. НТК - Тюмень: ТюмГНГУ, 2000 - С. 21-22.

4. Гауф В.А., Полищук Г.П., Зозуля Г.П., Шенбергер В.М. Особенности и опыт бурения вторых боковых стволов из эксплуатационных скважин /Проблемы совершенствования технологий строительства скважин и подготовки кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса: Мат. Всеросс. НТК-Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - С. 100-101.

5. Гауф В.А., Паршукова Л.А., Петров А.Н., Зозуля Е.К., Паршуков А.В. К вопросу повышения качества первичного вскрытия продуктивных пластов на ряде месторождений Западной Сибири /Научные проблемы ЗападноСибирского нефтегазового региона: Тез. докл. НТК - Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. -С. 210-212.

6. Гауф В .А. Особенности и преимущества технологий непрерывная труба при ремонте скважин / Научные проблемы Западно-Сибирского нефтегазового региона: Тез. докл. НТК - Тюмень: ТюмГНГУ, 1999.- С. 209-210.

7. Гауф В.А. Разработка и совершенствование системы промывки дополнительных стволов из эксплуатационных скважин / Изв. вузов. Нефть и газ. 2001.-№4.-С. 34-38.

8. Гауф В.А., Шенбергер В.М., Зозуля Г.П., Павлусенко М.В. Проектирование профиля наклонно направленной пологой и горизонтальной скважины пространственного типа / Тр. Всерос. НТК Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы. - Альметьевск: ОАО Татнефть, 2001. - С. 336-347.

9. Гауф В.А., Гейхман М.Г., Зозуля Г.П., Шенбергер В.М. Разработка и совершенствование систем промывки дополнительных боковых стволов, сооружаемых из эксплуатационных скважин Лр. Всерос. НТК Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы. -Альметьевск: ОАО Татнефть, 2001. - С. 356-368.

10.Гауф В.А., Гапонова М.А., Карнаухов МЛ.. Шенбергер В.М. Результаты зарезки вторых стволов на месторождениях Ноябрьского региона / Проблемы развития топливно-энергетического комплекса Западной Сибири на современном этапе: Мат. Всерос. НТК - Тюмень: ТюмГНГУ, 2001. - С. 35-36.

11.Гауф В.А., Колбин СВ., Шенбергер В.М. О качестве крепления боковых горизонтальных стволов скважин АГам же. — С. 6-7.

12. Гауф В.А, Молоданов Д.В., Козодеев Д.А., Павлусенко М.В., Шенбер-гер В.М. Проектирование профиля наклонно направленной пологой и горизонтальной скважины пространственного типа / Науч. тр. III Конгресс нефтепромышленников России. Проблемы нефти и газа: - Уфа: УГНГУ, 2001. - С. 106-108.

П.Гауф В.А. Опыт и проблемы бурения боковых горизонтальных стволов на месторождениях ОАО Сургутнефтегаз /Новые технологии ремонта нефтяных и газовых скважин: Семинар Европейской комиссии по проблеме ШР. -Тюмень: СургутНИПИнефть, 2001. - С. 10-16.

Соискатель В.А. Гауф

Подписано к печати 2004 г. Бум. писч. №1

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 100 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет» Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет» 625000, Тюмень, ул. Володарского, 38 Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет» 645000, Тюмень, ул. Володарского, 38

«4 - 1 3494

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Гауф, Владимир Андреевич

Введение.

1. ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА, ЭКСПЛУАТАЦИИ И

РЕМОНТА СКВАЖИН НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

ОАО «СУРГУТНЕФТЕГАЗ».

1.1. Краткие сведения о геологическом строении месторождений

ОАО «Сургутнефтегаз».

1.2. Характерные осложнения при строительстве боковых стволов скважин.

1.3. Краткий анализ отечественного и зарубежного опыта бурения горизонтальных и разветвленно-горизонтальных скважин.

1.3.1. Краткий анализ зарубежного опыта бурения ГС и БГС (РГС)

1.3.2. Краткий анализ отечественного опыта бурения и эксплуатации ГС и БГС.

1.3.2.1. Опыт ОАО «Татнефть».

1.3.2.2. Опыт ОАО «Удмуртнефть».

1.3.2.3. Опыт строительства БС ВНИИБТ.

1.3.2.4.0пыт строительство БГС в ОАО «Башнефть».

1.3.2.5. Опыт бурения БГС в ОАО «Лукойл-Когалымнефтегаз».

1.3.2.6. Опыт бурения боковых горизонтальных стволов на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПРОФИЛЕЙ СКВАЖИН ПРОСТРАНСТВЕННОГО ТИПА.

2.1. Обзор существующих методик расчета траекторий наклонных и горизонтальных скважин.

2.2. Методика расчета профилей скважин пространственного типа.

3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПРОМЫВКИ СТВОЛОВ,

СООРУЖАЕМЫХ ИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СКВАЖИН.

3.1. Анализ эффективности применяемых систем промывки БС скважин на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

3.2. Исследование ингибирующих свойств буровых растворов для промывки боковых стволов.

3.3. Исследование, разработка и применение биополимерного бурового раствора фирмы ИКФ для промывки БС скважины.

3.4. Анализ эффективности применения биополимерных буровых растворов.

4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО КАЧЕСТВЕННОМУ КРЕПЛЕНИЮ БОКОВЫХ СТВОЛОВ СКВАЖИН.

4.1. Анализ качества крепления боковых стволов с различной конструкцией забоя.

4.2. Обоснование выбора конструкции забоев боковых стволов скважин.

4.3. Оценка проходимости колонн-хвостовиков в искривленный ствол скважины.

4.4. Анализ эффективности строительства и эксплуатации боковых стволов в реконструируемых скважинах в ОАО «Сургутнефтегаз».

4.4.1. Сравнительный анализ эксплуатации боковых стволов на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» по состоянию на 01.07.2001 г).

4.4.2. Перспективы применения боковых стволов на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз».

4.4.3. Принципиальный подход к выбору скважин для бурения боковых стволов.

4.4.4 Прогнозная оценка эффективности бурения и эксплуатации боковых стволов на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» на период 2002-2015 гг.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологий реконструкции малодебитных скважин сооружением боковых стволов"

Бурение боковых стволов (БС) в настоящее время становится одним их основных способов восстановления бездействующих и увеличения производительности малодебитных скважин.

Особенно это актуально для месторождений Западной Сибири, где крупные залежи нефти и газа переходят в позднюю стадию разработки, характеризующуюся значительным обводнением эксплуатационных объектов. Ввод в эксплуатацию БС, как правило, положительно влияет на показатели эксплуатации скважин, способствует подключению к разработке «застойных» участков месторождений и дополнительной части остаточной нефти.

Например, начиная с 1998 года на месторождениях ОАО «Сургутнефтегаз» реализуется программа бурения БС, в том числе с горизонтальным окончанием. Однако стоимость услуг при строительстве БС достаточно высока, а эффективность зачастую бывает ниже проектной.

При этом ряд следующих проблем методического и технологического характера бурения БС требуют дальнейших исследований:

1. Сложность технологического сопровождения привязки точки входа в пласт и оптимизация длины и формы горизонтального участка в зависимости от геолого-технических свойств пласта-коллектора, правильного выбора величины участка и места вскрытия продуктивного пласта.

2. Совершенствование рецептур биополимерных растворов для обеспечения их основных функций в гидравлической программе бурения БГС, при условии обеспечения сохранности коллекторских свойств продуктивных пластов и повышения информативности промыслово-геофизических методов исследования скважин.

3. Повышение показателей бурения боковых стволов, прежде всего на горизонтальных участках в продуктивном пласте.

4. Создание надежного цементного кольца за потайной колонной-хвостовиком в условиях малых кольцевых зазоров и применение изоляционных пакеров в литологически неоднородной части нефтяной залежи, осложненной наличием зон водонефтяного и газонефтяного контакта (ВНК и ГНК).

Указанные проблемы должны решаться с учетом ограничений, предъявляемых к ориентации бокового ствола в месте его «зарезания» и на горизонтальном участке в нефтенасыщенной мощности пласта, что определяет повышенную для таких условий сложность проектирования профиля БС.

Цель работы

Повышение качества строительства БС за счет оптимизации профиля пространственного типа, совершенствования систем их промывки, выбора оптимальной конструкции забоя, обеспечения качества заканчивания и крепления потайных колонн-хвостовиков.

Основные задачи исследований

1. Анализ и обобщение опыта строительства скважин с боковыми стволами в нефтедобывающих регионах с различными геолого-техническими условиями бурения, выявление путей их совершенствования (на примере Федоровского, Быстринского, Западно и Восточно-Сургутского, Восточно-Елового, Родникового и других месторождений, разрабатываемых ОАО «Сургутнефтегаз»).

2. Разработка методических основ проектирования профиля пространственного типа при бурении БС в реконструируемых скважинах, включая программы их расчета на ПЭВМ.

3. Оценка возможности применения биополимерных растворов при бурении БС с горизонтальным участком и совершенствование систем их промывки.

4. Разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций забоев реконструируемых скважин и обеспечения качества их крепления.

5. Технико-экономическая оценка полученных результатов, опытно-промышленное внедрение, разработка нормативной документации.

Научная новизна выполненной работы

1. Разработаны научно-методические основы расчета профиля пространственного типа боковых стволов скважин с учетом оптимальной длины горизонтального участка и координат входа бокового ствола в продуктивный пласт.

2. Обоснована и предложена система промывки БС скважин на основе биополимерных буровых растворов.

Практическая ценность и реализация

На основании теоретических, лабораторных и промысловых исследований автором разработаны и внедрены:

1. Технико-технологические решения, которые реализованы при бурении и заканчивании более 100 БС скважин, в том числе с горизонтальным окончанием ствола, на Федоровском, Западно- и Восточно-Сургутском, Быстринском, Родниковом, Восточно-Еловом месторождениях, где ремонт и восстановление скважин осуществляет Федоровское УПНП и КРС (начиная с 2001 г. УЗБС) ОАО «Сургутнефтегаз».

2. Методические основы расчета профиля, которые позволяют с использованием программных средств оптимизировать и реализовать профиль БС пространственного типа как на стадии проектирования, так и в процессе строительства боковых стволов.

3. Применение биополимерных систем буровых растворов позволило существенно уменьшить аварии и осложнения в процессе бурения и заканчивания БС скважин, обеспечить в них высокую сохранность фильтрационно-емкостных свойств низкопроницаемых коллекторов.

Разработанные технико-технологические решения нашли применение при составлении следующих регламентирующих документов:

- РД 5753490-022-2000. Технологический регламент на бурение из обводненных и бездействующих эксплуатационных скважин боковых стволов с горизонтальным участком. - Сургут, ОАО Сургутнефтегаз, 2000.-87 е.;

Временная инструкция по технологии приготовления и химической обработке солевого биополимерного раствора для бурения боковых пологих и горизонтальных стволов их бездействующих и малодебитных скважин.- Сур-гутНИПИнефть, 2000. -11 е.;

Апробация работы и результатов исследований

Основные положения диссертационной работы докладывались на: Международной НТК «Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России», (Тюмень: ОАО Газпром, 1999); НТК «Научные проблемы ЗападноСибирского нефтегазового региона», (Тюмень: ТюмГНГУ, 14-17 декабря 1999); Всероссийской НТК «Проблемы совершенствования технологий строительства скважин и подготовки кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса», (Тюмень: ТюмГНГУ, 2000); Всероссийской НТК «Проблемы совершенствования технологий строительства скважин и подготовки кадров для Западно-Сибирского нефтегазодобывающего комплекса», (Тюмень: ОАО Газпром, 17-19 октября 2000); III конгрессе нефтепромышленников России «Проблемы нефти и газа», (Уфа, 23-25 мая 2001); Всероссийской НТК «Большая нефть: реалии, проблемы, перспективы». Альметьевск: ОАО Татнефть, ноябрь 2001; Международном семинаре «Новые технологии ремонта нефтяных и газовых скважин» (NEW WORROVER TECHNOLOGIES), Европейская комиссия. Акция по программе 5FP (Тюмень: ТО «СургутНИПИнефть», 21-22 ноября 2001).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 61 наименования отечественных и зарубежных авторов, 2 приложений. Изложена на 188 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков и 28 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Технология бурения и освоения скважин", Гауф, Владимир Андреевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ отечественного и зарубежного опыта бурения ГС и БГС доказал целесообразность и эффективность их применения для подключения в разработку низкопродуктивных пластов небольшой мощности, для разработки сложнопостроенных залежей с близким расположением водоносных пластов к эксплуатационным объектам, для вовлечения в разработку нерентабельных при традиционных способах бурения низкопроницаемых продуктивных горизонтов, для повышения производительности малодебитных скважин.

2. Научно обоснованна корректировка методики расчета пространственного профиля ГС и БГС, включающая определение зенитного угла входа в продуктивный пласт, азимутального угла поправки, расчет наклонных участков профиля до точки выхода на горизонтальный участок.

3. Доказана необходимость и оценена целесообразность применения биополимерной системы буровых растворов для промывки скважин при вскрытии боковыми стволами продуктивных пластов. Установлено, что коэффициент восстановления проницаемости кернов после воздействия биополимерного раствора в 1,8 раза выше, чем после воздействия полимерглини-стого раствора, глинистая корка в 3,5 раза меньше, а «скин-эффект» - отрицательный.

4. По результатам исследования геолого-физических и прочностных характеристик пород пластов ЮСо, ЮС], ЮСг, БСю-12 месторождений ОАО «Сургутнефтегаз» предложены и реализованы при строительстве БГС 4 типа конструкций их забоя. Для неустойчивых пород пласта-коллектора БСю-12 рекомендована конструкция забоя закрытого типа, для устойчивых пород ЮС12 - конструкция забоя открытого типа с хвостовиком-фильтром в продуктивной части пласта и манжетным цементированием его в остальной части (либо изоляция его с помощью гидравлических пакеров).