Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Исследование и разработка технологии стабилизации глинистых пород при строительстве скважин

Диссертация: Исследование и разработка технологии стабилизации глинистых пород при строительстве скважин
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Под воздействием воды или фильтрата бурового раствора глинистые породы в приствольной части скважины разрушаются. Разрушение глин может происходить и в процессе эксплуатации скважин, когда нагнетаемая вода через дефекты заколонной крепи постоянно контактирует с породами разреза, а гидратированные глинистые породы создают неравномерную наружную нагрузку на обсадную колонну и нарушают целостность… Читать ещё >

Содержание

Глава 1. Изучение состояния крепи нагнетательных скважин АО «Татнефть». Влияние на состояние крепи скважин мероприятий по интенсификации разработки месторождений. Анализ факторов, обеспечивающих устойчивость ствола скважин

1.1. Промысловые данные о состоянии крепи скважин при их строительстве и эксплуатации

1.2. Факторы, обуславливающие нарушение целостности колонн в скважинах

1.3. Существующие представления и технологические мероприятия по обеспечению устойчивости ствола скважин

1.4. Свойства воды. Особенности поведения химических реагентов в воде

1.5. Свойства глины и ее поверхности. Гидратация глины

1.6. Анализ состояния проблемы. Постановка задач исследований

Выводы к главе

Глава 2. Теоретические предпосылки обеспечения устойчивости вскрытых бурением глинистых отложений. Обоснование методов исследования и характеристика используемых материалов

2.1. Теоретические предпосылки обеспечения устойчивости вскрытых бурением глинистых отложений

2.2. Методы исследования состава и свойства исходных материалов

2.3. Характеристика используемых материалов

2.4. Методика обработки результатов экспериментов 84

Выводы по главе

Глава 3. Изучение пород кыновского горизонта. Разработка методов управления активностью глинистых пород

3.1. Исследования состава и свойств глинистых пород кы- 88 новского горизонта

3.2. Исследование увеличения объема глинистых пород в 101 водных и углеводородных средах

3.3. Выбор вида соединений для подавления набухания 113 глинистых пород при строительстве скважин

Выводы по главе

Глава 4. Опытно-промышленное использование рекомендаций работы. Оценка эффективности разработанных мероприятий

4.1. Полное исключение закачивания технической воды в 118 нагнетательные скважины

4.2. Использование буровых растворов для управления 119 набухающей способностью глинистых отложений

4.3. Подавление набухающей способности глины путем 121 установки ванн

4.4. Ограничение проникновения фильтрата бурового или 123 цементного раствора в проницаемый пласт

4.5. Оценка эффективности разработанных мероприятий 124

Выводы по главе 4 126 Основные

выводы и рекомендации 127

Литература 129

Приложения

Исследование и разработка технологии стабилизации глинистых пород при строительстве скважин (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Опыт бурения и эксплуатации скважин на нефть и газ показывает, что одной из причин разрушения стенок ствола в процессе бурения, а также нарушения целостности крепи в процессе эксплуатации скважин является гидратационная активность вскрытых бурением глинистых отложений. Высокая гидратационная активность глин обусловливает ряд осложнений при строительстве скважин: сужение ствола, осыпи, обвалообразо-вание и, как следствие, затяжка и прихват бурильного инструмента, ухудшение свойств бурового раствора, удорожание строительства, а при эксплуатации — разрушение крепи скважин с вытекающими отсюда последствиями.

Под воздействием воды или фильтрата бурового раствора глинистые породы в приствольной части скважины разрушаются. Разрушение глин может происходить и в процессе эксплуатации скважин, когда нагнетаемая вода через дефекты заколонной крепи постоянно контактирует с породами разреза, а гидратированные глинистые породы создают неравномерную наружную нагрузку на обсадную колонну и нарушают целостность ее крепи. Работы по восстановлению крепи скважин, как показывает практика, не эффективны и экономически нецелесообразны. В начале 1980 годов в АО «Татнефть» при разработке залежей в пласте До кыновских отложений с повышенным значением давления на устье скважины были выявлены нарушения целостности эксплуатационных колонн нагнетательных скважин в виде смещения или смятия труб. Нарушения происходили в интервале залегания глинистых отложений и были связаны с закачиванием пресной воды при разработке залежей на северо-западных площадях Ромашкинско-го месторождения.

В настоящее время поведением глины в разрезе скважины управляют путем применения в составе буровых растворов специальных добавок. Однако, несмотря на применение различных технологий, химических реагентов, проблема разрушения глинистых пород в скважине не решена. Не обобщен механизм происходящих процессов, не определен оптимальный класс реагентов для стабилизации глин и условия их применения.

Для стабилизации глины широкое распространение получили: углеводородные жидкости, полиакриламид, соли щелочных и щелочноземельных металлов. Однако применение первых — затруднено по экологическим соображениям, а при применении последних появляются затруднения в проведении в скважине геофизических исследований, другие же приводят к удорожанию работ по проводке скважин. Поэтому необходимо, используя знание механизма гидратации и набухания глины, изыскать оптимальные и экономически оправданные мероприятия, а также необходимые для этого химические реагенты.

Цель работы. Повышение устойчивости глинистых отложений при строительстве скважины.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• анализ промысловых данных по строительству и эксплуатации скважин при наличии в их разрезе гидратационно активных глинистых отложений;

• теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия составляющих в системе «глина — вода — химический реагент» ;

• исследование свойств глины и глинистых пород геолого-геофизическими, физико-химическими и физико-механическими методами анализа;

• исследование процессов гидратации глин в водных растворах различных химических соединений;

• промысловая апробация результатов исследований;

• оценка экономической эффективности разработанных мероприятий.

Указанные задачи решались:

• обобщением теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных ученых в системе «глина — вода — химический реагент» ;

• экспериментальными исследованиями набухания глинистых пород в различных средах;

• путем промысловых испытаний и анализа их результата.

Научная новизна работы.

1. На основании обобщения ранее выполненных исследований, а также проведенных теоретических и экспериментальных исследований уточнен механизм гидратации и набухания глины в воде. Уточнение механизма основано на учете последовательности действия электростатических, химических и дисперсионных сил. Действие дисперсионных сил, действующих между частицами глины, ослабляется при ее гидратации по донорно-акцепторному механизму. Это усиливает действие электростатических сил и приводит к набуханию глин.

2. Исходя, из возможного изменения свойств воды в системе «глина — вода» показано, что предотвратить или значительно снизить ее набухание становится возможным при реиндуцировании действия дисперсионных сил между глинистыми частицами. Разработаны требования к свойствам химических реагентов для подавления гидратационного разрушения глинистых пород приуроченных к месторождениям Татарстана.

Основные защищаемые положения.

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по гидратации и набуханию глинистых пород.

2. Метод подбора реагентов для стабилизации глинистых отложений, включающий в себя их выбор по термодинамическим параметрам их гидратации.

3. Состав бурового раствора, обеспечивающего устойчивость ствола скважины при бурении в глинистых отложениях.

4. Технологическая жидкость, подавляющая разрушение глинистых пород в скважине.

Практическая ценность работы.

1. Определены требования к свойствам и составу реагентов для управления процессом набухания глины в стволе скважины.

2. Разработаны и внедрены в практику строительства скважин: технологическая жидкость подавляющие набухание глины путем установки ванн, а также буровой раствор, обработанный четвертичным амином.

Реализация работы в промышленности.

1. С использованием результатов исследований разработана рецептура бурового раствора, содержащего четвертичный амин для стабилизации глинистых отложений в стволе скважины.

2. С использованием бурового раствора, содержащего четвертичный амин, пробурены скважины в Елабужском УРБ АО «Татнефть». При этом время осложнений, по экспериментальным скважинам, сокращено в сравнении с базовыми в два раза.

3. Разработаны и используются при строительстве скважин РД 390 147 585−136−96 и РД 39−147 585−158−97.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на заседаниях Ученого Совета института «ТатНИПИнефть» (1991,1992,1993 1998 гг.), на техсоветах АО «Татнефть» (1991,1992гг.), на семинарах в гг. Краснодаре, Киеве, Невинномыске, Москве и Уфе.

Автор благодарит научного руководителя д. т. н., профессора, члена-корреспондента АН Татарстана Юсупова И. Г., научного консультанта к.т.н., докторанта УГНТУ Шарафутдинова З. З., заведующего кафедрой бурения нефтегазовых скважин УГНТУ, д. т. н., профессора, академика.

РАЕН и АН РБ Мавлютова М. Р., а также к. т. н. Рылова H.H. и сотрудников отдела бурения института «ТатНИПИнефть» за помощь, оказанную при обсуждении результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Анализ состояния качества крепи скважин, а также условий их строительства и эксплуатации показывает, что осложнения, возникающие при вскрытии отложений кыновского горизонта и нарушение целостности крепи при эксплуатации скважин происходит вследствие гидратацион-ного разупрочнения глинистых пород.

2. Изучены свойства глин кыновского горизонта на Ромашкинском месторождении по стандартным методам и установлено, что они относятся к малоактивным видам глин и содержат в своем составе пластичные и набухающие минералы, способные при продолжительном контакте с водой вызвать нарушение целостности крепи скважин.

3. Обобщением известных, а также наших теоретических и экспериментальных исследований обоснован донорно-акцепторный механизм гидратации и его влияние на набухание глины. Действие дисперсионных сил между частицами глины ослабляется при ее гидратации по донорно — акцепторному механизму. Это усиливает действие электростатических сил, что приводит к набуханию и диспергированию глин.

4. Показано, что управление набуханием глинистых пород в разрезе скважины возможно реиндуцированием действия дисперсионных сил между частицами глины.

5. Соединениями, обладающими данным механизмом действия на глины, в разрезе скважины, являются: четвертичные соли аминов, хлористый калий, поливиниловый спирт, оксиэтилцеллюлоза, полиакриламид, сочетания органических кислот с лигносульфонатами, углеводородные жидкости или их аналоги — кремнийорганические соединения.

6. Предложен метод выбора реагентов для управления процессом набухания глинистых пород в разрезе скважин, по термодинамическим параметрам их растворения в воде. Показано, что реагенты, обладающие отношением энтальпии растворения к энтропии этого же процесса менее величины 0, ЗТ03, подавляют процесс набухания глины.

7. Успешно использованы в условиях Ромашкинского месторождения буровые растворы, содержащие в своем составе аналог углеводородных жидкостей — кремнийорганические соединения, а также буровой раствор, содержащий четвертичный амин. От использования бурового раствора, содержащего четвертичный амин на скважинах Сарайлинского месторождения АО «Татнефть» получен экономический эффект в сумме 430 тысяч рублей в ценах 1998 г.

8. Разработан и внедрен в АО «Татнефть» РД 39−147 585−158−97 «Временная инструкция по первичному вскрытию и укреплению глинистых отложений при строительстве скважин на месторождениях АО «Татнефть», от использования которого получено 15,3 тысячи рублей экономии, в ценах 1998 г., на каждом объекте применения.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.И. Деформация обсадных колонн под действием неравномерного давления. М., Недра, 1992.
  2. Я.Ю. Диэлектрические свойства бинарных растворов. М., Наука, 1977, с. 400.
  3. A.B. Механика разрушения горных пород при сверхглубоком бурении. Новосибирск, Наука, 1966.
  4. В.П. Образование каверн при бурении скважин. М., Недра, 1970.
  5. А.И., Аветисов А. О. Справочник инженера по бурению. В 2-х томах. М., Недра, 1985, с. 414.
  6. Э.А., Никишин В. А. Упрочнение неустойчивых горных пород при бурении скважин. М., Недра, 1979, с.
  7. Ю.В. Обвалообразование при проводке скважин и предлагаемые методы их предотвращения. Канд.дисс., М., 1958.
  8. Ф.Ф. Электронная теория катализа на полупроводниках. М. Физматиз., 1960.
  9. B.C. Анализ причин смятия колонн при бурении скважин на территории Припятской впадины. РНТС, сер. Бурение, № 6. 1972 г., с. 16.
  10. B.C. Управление горным давлением при бурении скважины. Недра, 1992 г.
  11. Горная энциклопедия. Т. 2, М., Советская энциклопедия, 1986.
  12. В.Д. Аналитический метод оценки набухания глинистых пород. Гостоптехиздат, 1962, с. 232.
  13. JI.A. Исследование и разработка способов повышения герметичности контактных зон цементного камня заколонного пространства скважины. Автореферат дисс. на соиск. учен.степ. канд.техн.наук, УНИ, Уфа, 1977.
  14. В.Д. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. М., Недра, 1984, с. 229.
  15. Т. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул, ИЛ, 1949.
  16. P.E. Минералогия глин. М., ИЛ, 1959.
  17. Н.И. Высоко дисперсные минералы и методы их изучения. -М., Изд. АН СССР, 1963.
  18. В.Б. и др. Диэлектрическая проницаемость внутренних пленок воды в набухшем Na монтмориллоните. //В сб. Поверхностные силы. Доклады Y конференции по поверхностным силам//. М., Наука, 1974.
  19. В.Б., Чураев Н. В., Овчаренко Ф. Д. и др. Вода в дисперсных системах. М., Химия, 1989. с. 228.
  20. Т.Я., Иванников В. И., Липкес М. И. Буровые растворы с малым содержанием твердой фазы. М., Недра, 1995, с. 160
  21. Т.Е., Вислобицкий В. А., Грицук Л. Т. Деформация обсадной колонны в зоне текущего пласта. //Труды УКРНИИНП//, вып. 13, Киев, 1973.
  22. Л.Б. Современные способы предупреждения повреждения обсадных колонн. Обзорная информация М., ВНИИОЭНГ, 1978, с. 38.
  23. Л.Б. Методы повышения долговечности обсадных колонн. М., Недра, 1984, с. 201.
  24. И.С. Исследование и совершенствование способов повышения качества крепления скважин на поздней стадии разработки нефтяных месторождений. Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук .УФА, 1978.
  25. H.H. Основы физико-химической механики. В 2-х томах. Киев., Высшая школа, 1975.
  26. Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. М., Недра, 1973.
  27. Е.Г. Особенности строения и физико-химические свойства глинистых минералов. Киев, Наукова Думка, 1968.
  28. H.H. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов. Киев, Наукова Думка, 1968.
  29. JI.И. Изучение природы связанной воды. Коллоидный журнал, т XXXIII, № 3, 1971, с.396−401.
  30. А.Б., Леонов В. А., Мецик М. С. О структурах пленочной воды на поверхностях кристаллов слюды. //В Сб.: Поверхностные силы. Доклады Y конференции по поверхностным силам//. М., Наука, 1974, с.69−71.
  31. В.Ф. Поверхностные явления в полупроводниках и диэлектриках. М., Наука, 1970.
  32. В.Ф., Крылов О. В. Электронные явления в адсорбции и катализе на полупроводниках и диэлектриках. М., Наука, 1979, с. 236.
  33. Н.И., Ишмухаметова A.M., Мавлютов М. Р. Применение безглинистых полимерсолевых буровых растворов. Пермь, 1982, с 61.
  34. В.Д., Крылов О. В., Тарасевич Ю. И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов. Киев, Наукова Думка, 1988.
  35. Е.А., и др. Смятие обсадных колонн в интервалах залегания пластичных глин. РНТС, сер. Бурение, № 14, 1988, с. 19.
  36. Э.Д. Физика минералов. М., Мир, 1972.
  37. И.Х., Аскеров М. Ю., Маскалев В. К. и др. Смятие обсадных колонн при проводке скважин в соленосных отложениях. Изв. высших учебных заведений. Нефть и газ, № 8, 1980, с. 23.
  38. A.A. Нарушения обсадных колонн при освоении и эксплуатации скважины и способы их предотвращения. М., Недра, 1974 с. 146−150.
  39. A.M. Предварительная оценка механических свойств горных пород на основании их литолого-стратиграфической характеристики. // Тр. ТатНИПИнефть, вып. 11, Недра, Л., 1968, с.60−65.
  40. Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. Перевод с англ., М., Мир, 1986, с 487.
  41. К.Ф. Буровые растворы. М., Недра, 1973, с. 202.
  42. Ю.С. Журн.структ. хим., 11,415, 1970 г.
  43. В.А., Сахаров В. А. Ренгеноструктурный анализ смешанослойных минералов. М., Наука, 1976.
  44. С.А. и др. Влияние качества строительства скважины на возникновение осложнений при эксплуатации и ремонте. // Обз. инф., сер. Техника и технология добычи нефти и обустройство нефтяных месторождений. ВНИНОЭНГ, 1991.
  45. Н.Р. Критерии устойчивости стенки скважины. Нефтяное хозяйство, № 7,1988.
  46. Н.В., Журнал физ.хим., 29, 1372, 1955.
  47. Л.Е., Романов В. Н. Смятие обсадных колонн под действием горного давления в высокопластичных горных породах. // РНТС, сер. Бурение, 1974, с. 25.
  48. Сеид-Рза М.К., Исмаилов Ш. И., Орман Л. М. Устойчивость стенок скважины. М., Недра, 1981, с. 197.
  49. Стрелец и др. Опыт крепления скважины в интервалах залегания калий-номагниевых солей. // РНТС., сер.Бурение., № 1, 1975, с. 17.
  50. В.Т. и др. Исследование формирования и разрушения цементного кольца в нефтяных скважинах акустическим цементомером. // В Сб.: Труды ТатНИПИнефть, вып. ХУ, Бугульма, 1971.
  51. О .Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М., Изд-во АН СССР, 1957, с. 242.
  52. Тарасевич Ю. И. Строение и химия поверхности слоистых силикатов. Киев, Наукова Думка, 1988, с. 248.
  53. Н.И., Юсупов И. Г. К вопросу стабилизации размеров каверн. // Тр. ТатНИПИнефть, вып. 11, Л., 1968.
  54. А.И., Парфенов А. И. Использование термометрии переходных процессов при выявлении нарушений обсадных колонн и цементного кольца. Нефтяное хозяйство, № 1, 1987, с. 15−18.
  55. Физико-химическая механика дисперсионных минералов // под общ.ред. Круглицкого H.H.// Киев, Наукова Думка, 1976, с. 235.
  56. A.A. Породы-коллекторы нефти и газа и их изучения. 77. Эрден-Груз. Явления переноса водных растворов. М., Мир, 1976, с. 403.
  57. A.A. Влияние деформации кровли пласта на пескопроявле-ние скважин. Э.И., сер. Техника и технология добычи нефти и устройство нефтяных месторождений. М., № 6,1991.
  58. Р.Г. Возможности расчета критической концентрации струк-турообразования в глинистых растворах на основе представлений о расклинивающем давлении. // В Сб.: Технология бурения нефтяных и газовых скважин//. Уфа, 1979., с. 124.
  59. РД 39−147 585−20−88. Технология цементирования скважин с использованием модифицированного сломелью тампонажного раствора с целью повышения качества крепления. Бугульма, ТатНИПИнефть, 1988.
  60. РД 39−147 585−6.008−86. Технология крепления нагнетательных скважин для разработки слабопроницаемых терригенных коллекторов. Бугульма, ТатНИПИнефть, 1986.
  61. Инструкция для оценки состояния крепи нефтяных скважин методом ЭПК. Краснодар, ВНИИКрнефть, 1992.
  62. Руководство по ренгеновскому исследованию минералов (под редакцией В. А. Франк-Каменского). Л., Недра, 1975.
  63. Атомно-адсорбционное определение кремния, титана, алюминия, железа, кальция, магния и марганца в силикатных горных породах. Инструкция НСАМ, № 172-ХС. М., ВИМО, 1980.
  64. Определение натрия и калия в силикатных породах в пламени светильного газа. Инструкция НСАМ, № 44-М. М., ВИМО, 1966.
  65. ГОСТ 21 216.2−81. Сырье глинистое. Методы определения тонко дисперсных фракций.
  66. ГОСТ 21 216.1−82. Сырье глинистое. Методы определения пластичности.90 .Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород. В. Д. Ломтадзе. Л., Недра, 1972.
  67. ГОСТ 9169–75. Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация. Взамен ГОСТ 9169–59. Введ. 01.07. М., Из-во стандартов, 1979.
  68. Ренгеновские методы изучения и структура глинистых минералов. Под ред. Г. Брауна. М., Мир, 1965.
  69. Ренгенография основных типов породообразующих минералов (слоистые и каркасные силикаты). Под ред. В.А. Франк-Каменского, Л., Недра, 1983.
  70. Bjerum N. Dan.Mat.Fys.Medd, 27, № 1,1951
  71. Bragg W.H. Proc. Roy. Soc., 34,103, 1922
  72. Barhes W.H. Proc. Roy. Soc. A, 125, 670, 1929
  73. Bernal J.D., Fovobr R.H., J.Chem. Rhys, l, 515,1933.
  74. Dennicon D.M. Phys. Rev., 17, 20, 1921
  75. Anty R.P., Cole R.H., J chem. Phys, 20, 1309, 1952
  76. Baroid drilling Fhlids. Water Mnd & Completion Fluids. Seminar Baroid drilling Fluids, Nc. Carer levelopment center, 1991.
  77. Nester J.N. Janhis D.K., Limon R. Resistanses to Failire of oil well casing subjeet to man Uniform Iransvesse Loading Drill and Prod. Prait. LTQG. 1955. 102. O'Brien T.B. Why some casing faulures happen. World Oil, Vol 198, № 7,1984,
  78. O’Brien T.B. Why some casing failures happen. World Oil, vol 199, № 1, 1984, c. 113, 114,116,118.
  79. Lennard Jones J., Pople J.A. Proc Roy .Soc. A. 202, 166, 1950
  80. Milliken R.S., Phys. Rev., 43, 279, 1933
  81. Pauling L., Am. Chem., Soe., 57, 2680, 1935 107.0wstonP.G. Adv. Phys., 7, 171, 1958 108.Megarv H.D. Nature, 134, 900, 1934.
  82. Wollan E.O., Davidson W.L., Skull C.G., Phys. Rev, 75,1348,1949.
  83. O.Peterson S., Levy H.A. ActaCryst, 10,70,1957.
  84. I .Pople J.A., Proc.Roy. Soc., A, 205, 163,1951. 112. Forslind E, Acta Polytechnica, 115, 9, 1952. 113. Stakelberg M.V. Naturmiss, 36, 327, 359, 1949.
  85. Stackelberg M.V., Mibber H.R.Z. Elektrochem, 58, 25, 1954. 115. Stackelberg M.V. Jahns.Z. Electrochem., 52, 255,1948. 1 lo. Orenthicher M., Vogilhut P.O. J.Chem. Phus, 45,4719, 1963.
  86. Perram J.W. Molecular Physics, 20, 1077, 1971.
  87. Narten A.H., J. chem. Phys., 56, 5681, 1972. 119. Symons M.C.R., Nature, 239, 257,1972.
  88. Weres O., Rice S.A., J.chem.Soc., 94, 8983, 1972.
  89. Eueren A.Z. Elektochem, 52, 255, (1948).
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!