Развитие техники и технологии локального крепления для повышения продуктивности скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат технических наук Хамитьянов, Нигаматьян Хамитович

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хамитьянов, Нигаматьян Хамитович

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ СОХРАНЕНИЯ КОЛЛЕКТОРСКИХ СВОЙСТВ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

1.1. Краткая геолого-физическая характеристика нефтяных месторождений Республики Татарстан

1.2. Анализ причин и факторов, ухудшающих фильтрационно-емкостную характеристику призабойной зоны продуктивного пласта на стадии строительства скважин.

1.3. Выводы, определяющие цели и задачи исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ КРЕПЛЕНИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ БЕЗ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН.

2.1. Выбор и обоснование параметров пакера.

2.2. Теоретические исследования процесса профилирования шестилучевых труб для производства пакеров.

2.2.1. Математическая модель процесса профилирования шестилучевых труб.

2.2.2. Определение геометрии очага деформации.

2.2.3.Численная реализация математической модели процесса профилирования шестилучевых труб.

2.3. Теоретические исследования процесса выправления шестилучевых профильных труб в скважине под действием внутреннего давления.

2.3.1. Математическая модель процесса выправления шестилучевых труб.

2.3.2. Численная реализация математической модели.

2.3.3. Определение размеров шестилучевой трубы в процессе ее выправления.

2.4. Анализ процесса раздачи циллиндрических концов шестилучевых пакеров

2.4.1. Определение влияния угла конусности пуансона и коэффициента трения на усилие раздачи.

2.4.2. Исследование влияния степени и вида раздачи на усилие деформирования.

2.5. Экспериментальные исследования герметизирующего материала для шестилучевых пакеров профильных перекрывателей

2.5.1. Анализ существующих уплотнительных средств и определение базовых аналогов для создания герметика применительно к скважинным условиям

2.5.2. Экспериментальные исследования герметиков на гидропрорыв и адгезию с металлом.

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ

ЛОКАЛЬНОГО КРЕПЛЕНИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТОВ.

3.1. Разработка технологии изготовления шестилучевых пакеров на волочильно-профилирующем стане ВПС

3.2. Совершенствование конструкции профильных перекрывателей

3.2.1. Выбор трубных заготовок для изготовления двухканальных профильных труб

3.2.2. Разработка конструкций элементов профильных перекрывателей и исследование их работоспособности.

3.3. Разработка технологии подготовки ствола скважин и расширителей, проведение стендовых испытаний.

3.3.1. Раздвижной шарошечный расширитель

3.3.2. Одношарошечный расширитель

3.3.3. Бицентричные расширители

3.4. Разработка и стендовые испытания развальцевателей.

3.4.1. Алгоритм расчета роликовых развальцевателей.

3.4.2. Гидромеханические пуансоны для раздачи профильных труб.

3.5. Разработка технологий для сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта и изоляции зон водопритока

3.5.1. Технология крепления продуктивных пластов профильными хвостовиками без цементирования

3.5.2. Технология защиты возвратных продуктивных пластов от блокирования проницаемых каналов буровым раствором и тампонажной смесью

3.5.3. Технология изоляции зон водопритока в горизонтальной скважине

3.6. Разработка технологии и пакера для отсечения обводненных пластов в обсаженной скважине

3.6.1. Анализ состояния отечественной и зарубежной практики применения пакеров в области строительства и эксплуатации скважин

3.6.2. Технология отсечения обводненных пластов, разработка и стендовые испытания внутриколонного пакера с гидродинамической стабилизацией

4. ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИКИ, НАПРАВЛЕННЫХ НА ПОВЫШЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ СКВАЖИН

4.1. Анализ результатов применения технологий и техники, направленных на повышение продуктивности скважин

4.2. Экономическая эффективность, полученная от применения технологий для повышения продуктивности скважин.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Технология бурения и освоения скважин», 25.00.15 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие техники и технологии локального крепления для повышения продуктивности скважин»

Значительное снижение дебитов скважин, пробуренных в нефтенасы-щенные коллекторы девонских отложений, а также высокая обводненность продукции (80-90%) связаны с переходом крупных нефтяных месторождений Республики Татарстан в позднюю стадию разработки. В связи с этим в структуре остаточных извлекаемых запасов возросла доля трудно из влекае-мых запасов нефти, которая составляет около 80%, в том числе в малопроницаемых карбонатных коллекторах среднего и нижнего карбона, в водонефтя-ных зонах и на участках малой толщины - 40%. При этом бурящиеся скважины в отложения девона и карбона, с применением традиционных технологий бурения и крепления, находятся на пределе рентабельности из-за низкой их продуктивности.

Одним из факторов, снижающих дебиты скважин и коэффициент нефтеотдачи в целом, является блокирование проницаемых каналов продуктивных пластов буровым и цементным растворами в процессе их строительства.

При бурении скважин на девонские отложения нефтенасыщенные пласты среднего и нижнего карбона вскрывают с промывкой водой, затем в процессе изоляции поглощающих пластов частично, а в некоторых случаях и необратимо, они кольматируются глинистым раствором и инертными наполнителями. При цементировании эксплуатационных колонн имеет место дальнейшее ухудшение коллекторских свойств вскрытых продуктивных пластов в приствольных зонах скважин.

Кроме того, в связи со значительным увеличением объемов бурения горизонтальных скважин возникла проблема быстрого их обводнения, а надежных способов изоляции зон во до притока в таких скважинах не разработано.

Поэтому повышение эффективности разработки многопластовых нефтяных месторождений за счет строительства скважин с сохранением коллекторских свойств вскрываемых продуктивных объектов, а также снижения обводненности продукции является важной и актуальной задачей нефтяной промышленности.

Повышение продуктивности вновь строящихся скважин и снижение обводненности добываемой продукции на основе новых технических и технологических решений, обеспечивающих сохранение коллекторских свойств продуктивных пластов и изоляцию интервалов водопритока.

Основные задачи работы

1. Обоснование основных направлений исследования и разработки способов сохранения коллекторских свойств в приствольной зоне продуктивных пластов, а также методов изоляции интервалов водопритока в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.

2. Методическое и технологическое обеспечение способов защиты продуктивных пластов от блокирования их проницаемых каналов буровым и цементным растворами в процессе бурения и крепления скважин.

3. Исследование процессов профилирования и экспандирования многолучевых труб с цилиндрическими соединительными концами, исходя из условия минимизации потерь ресурса пластичности материала, и разработка технологии и оборудования для их производства методом холодного волочения.

4. Исследование различных типов герметиков для многолучевых пакеров с учетом обеспечения устойчивости их к гидравлическим и механическим нагрузкам, возникающим в скважине.

5. Разработка технологии и технических средств для крепления продуктивных пластов профильными летучками без цементирования.

6. Разработка техники и технологии для изоляции зон водопритока в необсаженных горизонтальных скважинах профильными летучками с сохранением их полезного сечения и отсечения интервалов водопритока в эксплуатационных колоннах.

Методы решения поставленных задач

Поставленные задачи решались путем теоретических исследований, в том числе с помощью новой методики определения энергосиловых параметров процессов профилирования и редуцирования многолучевых труб с использованием разработанной математической модели очага деформации при их экспандировании, экспериментальными стендовыми испытаниями опытных образцов и освоением промышленного производства нового оборудования, а также широким апробированием новых технологий и техники в процессе строительства и эксплуатации скважин.

1. Разработан и научно обоснован метод последовательной локальной изоляции продуктивных пластов по мере их вскрытия профильными летучками, без цементирования, предотвращающий блокирование проницаемых каналов буровым и цементным растворами.

2. Разработана математическая модель раздачи шестилучевых паке-ров профильных перекрывателей для определения границ внутреннего давления экспандирования их в зависимости от радиусов кривизны профиля, марки стали и толщины стенки, определены зависимости усилия раздачи от угла конусности, коэффициента трения, от степени и вида раздачи.

3. На базе теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета энергосиловых параметров процессов профилирования и экспандирования шестилучевых труб, исходя из условий минимизации потерь ресурса пластичности материала и обеспечения герметичности пространства между стенками скважины, в зависимости от ее диаметра, и профильной летучкой при изоляции продуктивных пластов без цементирования.

4. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлены оптимальные геометрические параметры роликовых развальцевате-лей, позволяющих расширять профильные и цилиндрические участки пере-крывателей в сочетании с шестилучевыми пакерами с обеспечением их герметичности и устойчивости к гидродинамическим и механическим нагрузкам, возникающим в процессе бурения и эксплуатации скважин.

5. Разработаны трехкомпонентный герметизирующий состав и технология покрытия им шестилучевого пакера.

Практическая ценность и внедрение результатов работы

Разработаны технологии для изоляции продуктивных пластов без цементирования и зон водопритоков в горизонтальных скважинах, а также технология отсечения интервала водопритока в эксплуатационных колоннах. Разработан комплекс оборудования: трехроликовые развальцеватели, трех-шарошечный гидравлико-механический и одношарошечный расширители, обеспечивающие эффективное разрушение горных пород и формирование стенок скважины, новые конструкции профильных перекрывателей для горизонтальных скважин, создан принципиально новый пакер с гидродинамической стабилизацией для отсечения интервала водопритока в эксплуатационных колоннах. Серийное производство оборудования освоено ЗАО «Пере-крыватель» (г. Азнакаево), ОАО «Волгабурмаш» (г. Самара), СП «Удол» (г. Ижевск).

Разработанные технологии и оборудование внедрены в производство при строительстве более 20-ти скважин в ОАО «Татнефть» и в других нефтяных компаниях Республики Татарстан. Получены положительные результаты: продуктивность скважин повысилась в 1,5-2 раза. Так, горизонтальная скважина №11251 «Г» обводнилась на 100%. После проведения изоляционных работ по данной технологии скважина стала работать с дебитом 18-20 тонн нефти в сутки.

Технология крепления продуктивных пластов профильными перекры-вателями - хвостовиками без цементирования - и технология изоляции возвратных продуктивных пластов включены в «Бизнес-план по внедрению новых технологий, направленных на повышение продуктивности скважин ОАО «Татнефть» на 2002-2006 годы», а также в РД 39-0147585-232-01 по закан-чиванию скважин строительством и в индивидуальные проекты на строительство скважин.

Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции «Применение новых технологий бурения горизонтальных стволов на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами нефти» (Ижевск, 1998), 3-м Международном семинаре «Горизонтальные скважины» (Москва, 2000) и на научно-технической конференции, посвященной 70-летию Башкирской нефти, «Роль региональной отраслевой науки в развитии нефтедобывающей отрасли» (Уфа, 2002 ).

Проведены презентации техники и технологии изоляции продуктивных пластов без цементирования в нефтяной компании «Вьетсовпетро» (Вьетнам, апрель 2000 г.) и для ряда других зарубежных нефтяных компаний, в том числе Китая, Ирана (г.Азнакаево, ЗАО«Перекрыватель», 1999-2001 г.).

Проведено обучение группы технологов ООО «Татнефть-Бурение» и ЗАО «Перекрыватель» на специальных курсах по теории и практике применения оборудования для локального крепления скважин (г.Альметьевск, сентябрь 2000 г.).

По данным технологиям неоднократно читались лекции на курсах повышения квалификации технологов буровых предприятий ОАО «Татнефть» (г.Альметьевск, 1995-2001 г.), на семинаре молодых специалистов аппарата управления ОАО «Татнефть» (г.Альметьевск, ноябрь 2001 г.) и на курсах повышения квалификации супервайзеров ОАО «Татнефть» (г.Альметьевск, апрель 2002 г.).

Основное содержание работы отражено в 10 научных статьях и 16 патентах Российской Федерации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников информации и приложений. Работа содержит 155 страниц машинописного текста, включающих 35 рисунков, 21 таблицу и 9 приложений.