Гидродинамические и технологические факторы, влияющие на обвалообразование и качество строительства скважин

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире для увеличения добычи нефти и газа, большое внимание уделяется повышению эффективности технико-экономических показателей бурения скважин. В этих условиях изучения и влияния гидродинамических и технологических факторов на потери устойчивости стенки скважины и обеспечения качества строительства скважины является одной из актуальных задач.
В мире особое внимание уделяется разработке новых технологий в бурении нефтяных и газовых скважин, где в процессе бурения скважин встречаются всевозможные геологические осложнения, причиной которых, являются обвалы и осыпания пород. Для борьбы с обвалообразованием особенно глубоких скважин, ведутся разработки новых полимерных буровых растворов, технологии прохождения глинистых отложений, подверженных обвалу и осыпи ствола скважины. При разработке технологии бурения скважин в обвалоопасных зонах, необходимо обосновать ряд соответствующих решений, в том числе по следующим направлениям: разработка полимерных ингибированных буровых растворов; определение оптимального режима бурения; исследование влияния количества и скорость спуско-подъемных операций и гидродинамических давлений на устойчивость стенки скважин. Актуальность тематики диссертации определяется необходимостью выполнения научных исследований в указанном выше направлении.
После обретения независимости нашей страны, особое внимание уделяется развитию топливо-энергетического комплекса и нефтегазовой отрасли. В этом направлении на основе принятых программных мероприятий достигнуты определенные успехи, в частности, увеличение углеводородного сырья, внедрение новой техники и технологии в бурении и повышение эффективности буровых работ. Однако, еще не достаточно уделено внимание на гидродинамические и технологические факторы, влияющие на качество строительства скважины. В стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан1 определены задачи: проведение политики, направленной на модернизацию производства, повышение технологической диверсификации отрасли путем перевода его на качественно новый уровень. Исходя из этих задач, в частности, изучение влияния гидродинамических и технологических факторов на обвалообразования и обеспечение качества строительства при бурении скважин, предотвращение обвала глинистых отложений, применение новых эффективных реагентов для обработки бурового раствора, доведение скважины до проектной глубины без осложнений имеет большое значение в исследовании и проектировании скважин при проведении буровых работ.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан №ПП-1442 от 15 декабря 2010 г. «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах», Указах №УП-4707 от 4 марта 2015 г. «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства в 2015-2019 гг.» и №УП-4947 от 7 февраля 2017 г. «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в этой сфере.
Целью исследования является установление причин обвалообразования при бурении скважин, и разработка мер по качественному завершению строительства скважин в осложненных обвалообразованием зонах.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
определена зависимость изменения прочности породы от количества и скорости спуско-подъемных операций;
получены новые данные о влиянии «пусковых» давлений бурового насоса, возникающих при восстановлении циркуляции жидкости на напряженное состояние глинистой породы;
установлено теоретически, что зубья шарошечного долота, при определенных удельных нагрузках, вызывают предельное напряжение в горной породе, выходящей за пределы контура скважины, которое является причиной снижения ее прочности и обрушения;
установлено теоретически, что шарошечные долота вызывают деформацию в массиве горной породы, вследствие чего возникают макро- и микротрещины, куда проникает фильтрат бурового раствора;
разработана методика прогнозирования зон обвалообразований по материалам геофизических исследований и исследования частиц выбуренной глинистой породы (шлама) путем сопоставления фактической плотности и с плотностью нормально уплотненной горной породы (теоретической плотностью породы).
Заключение
Основными научными и практическими результатами, полученными при выполнении диссертационной работы, являются:
1. При ведении буровых работ обвалообразование препятствует качественной проводки скважин и получения полноценной геологогеофизической информации. На основании проведенных исследований разработан руководящий документ, который при бурении скважин позволяет предотвратить потери устойчивости стенки скважины.
2. Па основе теоретическими и экспериментальными исследованиями, установлено, основными причинами обвалообразования являются колебание давления в процессе спуско-подъемных операций и промывки скважины.
3. Установлена зависимость устойчивости породы от количества циклов и амплитуды колебаний давления, возникающего в процессе спуска и подъема бурильной колонны, промывке скважины. Найдено оптимальное количество и скорость спуска бурильной колонны при котором наступает критический предел прочности горной породы.
4. Установлена закономерность возникновения и радиус распространения напряжений вокруг ствола скважины при работе трехшарошечных долот и получена формула определения радиуса распространения напряжения в глинистых пород.
5. Применения долот PDC режуще-истирающегося типа в глинистых отложениях уменьшит напряжение в породе и предупредит возникновения трещин, куда проникает фильтрат раствора и ослабляет прочность горной породы.
6. Разработана автоматизированная система для оптимизации скорости спуско-подъемных операций в целях снижения гидродинамических ударов на стенки скважины. Автоматизированная система позволит оптимизировать и контролировать скорость спуска бурильной колонны, тем самым обеспечить устойчивость стенки скважин.
7. Химические реагенты, которыми обрабатывается буровые растворы, способствуют в отдельных случаях, подавлению набухания и диспергации глинистых пород, но не является основным средствам предупреждения потери устойчивости стенки скважины.
8. Использование результатов настоящей диссертации позволит избежать обвалообразование при бурении и аварии связанные с ними, пробурить каждую скважину до проектной глубины. Экономический эффект от внедрения рекомендации настоящей диссертации составляет 130 млн.сум по одной скважине.