Удосконалення технології глушіння свердловин у процесі їх освоєння і капітального ремонту

Размещено на http://www.allbest.ru

ВАТ “УКРАЇНСЬКИЙ НАФТОГАЗОВИЙ ІНСТИТУТ”

Спеціальність 05.15.06 - Розробка нафтових і газових родовищ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Удосконалення технології

глушіння свердловин у процесі

їх освоєння і капітального ремонту

Виноградов Георгій Валентинович

Київ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Полтавському відділенні Українського державного геологорозвідувального інституту.

Науковий керівник: доктор технічних наук, завідувач відділом видобутку нафти, газу і конденсату ВАТ “Український нафтогазовий інститут” СВІТЛИЦЬКИЙ Віктор Михайлович.

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, НАГОРНИЙ Володимир Петрович, професор, завідувач відділом інтенсифікації обмінних процесів інституту геофізики ім. С. І. Субботіна. НАН України.

Кандидат технічних наук ІВАНКІВ Ольга Олександрівна, доцент кафедри обладнання нафтових і газових промислів Полтавського державного технічного університету ім. Ю. Кондратюка.

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут природних газів “УкрНДІГаз”, м. Харків.

Захист відбудеться 18.12.2001р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.837.01 у ВАТ “Український нафтогазовий інститут” за адресою: 03142, Україна, м. Київ, пр. Палладіна, 44.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці ВАТ “Український нафтогазовий інститут”.

Автореферат розісланий 16.11.2001.р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук С. І. Ягодовський

Актуальність роботи. Подальший приріст запасів і збільшення обсягів видобутку вуглеводнів в Україні насамперед пов'язаний із освоєнням нових площ та родовищ. В найбільш перспективному нафтогазоносному регіоні країні - Дніпровсько-Донецькій западині понад 70% прогнозних ресурсів вуглеводнів, за даними геологічних служб, сконцентровано на глибинах 5000-7000 м. Саме до цього діапазону глибин приурочені основні зони аномально високих тисків (АВПТ), які суттєво ускладнюють технологічний процес освоєння родовищ.

Відкриття усіх потужних родовищ у колишньому СРСР і в Україні (зокрема, Битьківського, Качанівського, Мачухського, Рудківського, Сорочинського, Угерського, Шебелінського та багатьох інших) супроводжувалось виникненням ГНВП, які часто ускладнювалися відкритим фонтануванням або міжпластовими перетоками. За неповними статистичними даними, на протязі 1965 -- 1986 років ГНВП з ускладненнями, відкриті фонтани і міжпластові перетоки виникали в середньому на 10% свердловин, що знаходилися в бурінні та освоєнні. Однією з причин виникнення фонтанів і міжпластових перетоків були неадекватні технологічні рішення під час вибору методу ліквідації ГНВП або неправильні дії під час проведення робіт з ліквідації ускладнення, спричинені неточністю і недостатністю вихідної інформації про пласт-колектор, геометричні і просторові параметри свердловини, інтенсивність проявлення та об'єм припливу. Ефективність і безпека заходів із метою ліквідації ГНВП залежить, у першу чергу, від точності розрахунків операцій управління гідродинамічною ситуацією у свердловині і вибору раціонального способу ліквідації ускладнення у конкретних геолого-технологічних умовах. Незважаючи на значні досягнення в цьому напрямку, цілий ряд питань, пов'язаних з удосконаленням технології ліквідації ГНВП і глушіння свердловин з АВПТ, вимагає уточнення методик розрахунків управління гідродинамічною ситуацією у свердловині під час ліквідації ГНВП в ускладнених умовах і у випадку невизначеності вихідної геолого-технологічної інформації, удосконалення підходів до вибору раціонального методу ліквідації ускладнення.

Крім того, однією із проблем освоєння продуктивних горизонтів з АВПТ, які залягають на великих глибинах, є попередження руйнування колектора і втрати ним проникності внаслідок різких коливань вибійного тиску під час проведення технологічних операцій. Яскравим прикладом цього є досвід освоєння і дослідження свердловин Мачухського родовища. Одним із перспективних напрямків вирішення означеної проблеми є застосування струминних апаратів для освоєння і дослідження продуктивних горизонтів в ускладнених гірничо-геологічних умовах. Незважаючи на значні досягнення, широке використання існуючих технічних засобів на базі струминних апаратів в умовах глибоко залягаючих горизонтів неможливе через технологічні обмеження. В першу чергу, - це проблема плавного глушіння свердловини після її освоєння та дослідження.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з програмами науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт Державного Комітету України з питань геології і використання надр (Держкомгеології України) 1990-2001 р.р. за темами №№ 1/95-16; 1/97-7; 1/97-13; 08-21/4; 53_В/2ПВ науково-дослідного інституту технології буріння (Полтавського відділення УкрДГРІ).

Мета дослідження - підвищення оперативності, надійності і безпеки проведення технологічних операцій з ліквідації ГНВП за рахунок удосконалення методологічної бази для складання планів робіт, а також удосконалення технологічних прийомів глушіння свердловин після їх освоєння і дослідження з допомогою струминних апаратів та технічних засобів для реалізації.

Основні задачі дослідження.

Удосконалення методик розрахунків технологічних процесів управління гідродинамічною ситуацією у свердловині під час ліквідації ГНВП в ускладнених умовах та невизначеності вихідної інформації.

Розробка моделі вибору раціонального методу ліквідації ГНВП в умовах невизначеності вихідної інформації.

Створення технічних засобів і удосконалення технологічних прийомів глушіння глибокозалягаючих пластів з АВПТ після їх освоєння і дослідження за допомогою струминних апаратів.

Теоретичні дослідження якості заміщення пластового флюїду рідиною глушіння у залежності від її реологічних властивостей.

Наукова новизна одержаних результатів

Удосконалено методики розрахунків діаграм тиску перед штуцером для різних варіантів реалізації методу плавного глушіння.

Вперше розроблено алгоритми розв'язків, які, у порівнянні з раніше відомими, більш точно описують стан у пачці флюїду і дозволяють мінімізувати ризик виникнення відкритого фонтану в умовах, коли вихідна інформація неточно відома.

Запропоновано принципово новий методологічний підхід до вибору раціонального способу ліквідації ГНВП і глушіння свердловин із використанням теорії нечітких множин. Розроблено алгоритми його реалізації, які на відміну від раніше відомих детермінованих моделей, забезпечують раціональну стратегію проведення робіт із ліквідації ускладнення в умовах невизначеності вихідної інформації.

Проведено теоретичні дослідження впливу виду реологічної моделі рідини глушіння на повноту заміщення пластового флюїду під час плавного глушіння свердловини.

Одержано розв'язки для оцінки мінімально необхідного об'єму рідини глушіння без вмісту твердої фази для заміщення нею пластового флюїду у круглих однорозмірних трубах в залежності від реологічних параметрів обидвох флюїдів і режимів їх течії.

Практична цінність роботи

Розроблено пакет прикладних програм MUFLER для розрахунку основних технологічних процесів ліквідації ГНВП методом плавного глушіння в умовах неточно відомої вихідної інформації. Після тестових випробовувань пакет програм передано для практичного використання у ДГП “Полтава-нафтогазгеологія” і ДГП “Чернігівнафтогазгеологія” Держкомгеології України.

Удосконалені технічні засоби, компоновки обладнання та технологію проведення робіт, що забезпечують реалізацію методу плавного глушіння свердловини після їхнього освоєння струминними апаратами. Рекомендації по використанню технології передано до впровадження виробничим підприємствам ДГП “Полтаванафтогазгеологія” та ДГП “Чернігівнафтогазгеологія”.

Основні науково-методичні положення третього і четвертого розділів використано при підготовці керівних нормативних документів Геолкому України “Попередження і рання діагностика газонафтоводопроявлень у процесі спорудження нафтових і газових свердловин” і “Технологія управління свердловиною під час ліквідації газонафтоводопроявлень у різних гірничо-геологічних умовах”; а також обов'язкових курсів лекцій підготовки інженерно-технічних працівників бурових підприємств ДК “Укргазвидобування” НАК “Нафта і газ України” з протифонтанної безпеки.

Особистий внесок здобувача. Особисто автором сформульовано мету і завдання досліджень з питань удосконалення технології та технічних засобів глушіння свердловин після їх освоєння струминними апаратами. У роботах опублікованих у співавторстві, розроблено робочі модулі програм для розрахунків процесів ліквідації ГНВП, виконано апробацію моделі прийняття рішень на промисловому матеріалі і розроблено технологію глушіння пласта з АВПТ після його освоєння за допомогою модульного струминного апарата.

Апробація результатів досліджень. Основні результати досліджень доповідалися і обговорювалися: XVII конференції молодих учених і спеціалістів УкрДГРІ (м. Полтава, 1991 р.), на засіданнях секції буріння науково-технічної ради Держкомгеології України (м. Київ, 1995 р., м. Полтава, 1996 р., м. Київ, 1997 р., м. Полтава, 1999, 2000 р.р., м. Київ, 2001 р.); науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу ІФДТУНГ (м. Івано-Франківськ, 1996); 5-й міжнародній науковій конференції УНГА “Нафта і газ України - 98” (м. Полтава, 1998р.), 6-й міжнародній науково-практичній конференції УНГА „Нафта і газ України - 2000” (м. Ів.-Франківськ, 2000 р.), науково-практичній конференції „Буріння і розкриття пластів - 2001 (м. Полтава, 2001 р.).

У повному обсязі робота доповідалася на засіданні вченої ради Державного науково-дослідного інституту технології буріння (м. Полтава, 1999 р.)

Публікації. Основні положення роботи опубліковано у 8 наукових працях (з яких 2 самостійно), 6 тезах доповідей науково-практичних конференцій (у тому числі 1 самостійно).

Обсяг роботи. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Загальний об'єм роботи 124 сторінки і включає 21 рисунок, 13 таблиць, список літератури з 104 найменування та 4 додатки.

Автор щиро вдячний науковому керівнику докт. техн. наук Світлицькому В. М. за постійну увагу і допомогу при роботі над дисертацією, а також, докт. техн. наук Яремійчуку Р. С. і канд. техн. наук Лужаниці О. В. у співавторстві з якими виконано основні наукові дослідження.

Зміст праці

глушіння свердловина глибокозалягаючий пласт

У першому розділі проведено критичний огляд науково-технічних літературних джерел з питань вибору способу ліквідації ГНВП і методик розрахунку основних технологічних процесів глушіння свердловин. Узагальнено запропоновані попередніми вітчизняними та закордонними дослідниками, серед яких, Бабаян Е.В., Бег В.І., Блохін А.О., Гоінс У.К., Гуринович З.А., Дауні Р., Ісаєв В.І., Куксов А.К., Лєонов Є.Г., Лужаниця О.В., Малєванський В.Д., Мислюк М.А., О'Браєн Т.Б., Ропяной Ю.С., Старіков В.Ф., Терентьєв Ю.Г., Чекалюк Е.Б., Шевцов В.Д., Шеберстов Є.В., Шеффілд Р. та багато інших, процедури розрахунків процесу ліквідації ГНВП і глушіння свердловин під час різних технологічних операцій спорудження й експлуатації свердловин.

Основною метою заходів ліквідації ГНВП і глушіння є видалення зі свердловини сторонніх флюїдів і встановлення необхідної репресії на пласт‚ з якого відбувається проявлення.

Незалежно від методу глушіння для проведення розрахунків за будь-яким з описаних необхідно мати інформацію про: пластовий тиск і температуру в горизонті з якого відбувається ГНВП, об'єм припливу пластового флюїду у свердловину, зміну температури у пачці флюїду під час підйому її по стовбуру свердловини, тип і густину пластового флюїду, геометричні розміри і конфігурація свердловини.

Таким чином, на якість результатів розрахунків технологічних процесів управління тиском у свердловині під час глушіння впливає достовірність вихідної геолого-технологічної інформації. Як показав огляд літературних джерел, через недосконалість інструментальних засобів, низьку інформативність методів прогнозування термогеобаричної ситуації у свердловині до і під час буріння, освоєння і капітального ремонту, така інформація не завжди відома точно. Існуючі методики розрахунку діаграм тиску перед штуцером адаптовані лише для випадків, коли вихідні дані точно відомі, тобто неефективні в умовах інформаційної невизначеності.

Оперативність і якість глушіння залежить від правильно вибраної стратегії проведення робіт в конкретних геолого-технологічних умовах, що склалися в свердловині.

Основними факторами для вибору методу ліквідації ГНВП є найбільші очікувані тиски під час ліквідації ускладнення і співвідношення їх до максимально допустимих.

Усі відомі методики побудовано на детермінованих підходах, тобто, вимагають точної інформації про термобаричні умови у розрізі і конфігурацію свердловини, а також стан пластового флюїду у пачці. За умови, що на великих глибинах ця інформація у більшості випадків достовірно невідома, однозначно оцінити ступінь безпеки робіт під час ліквідації ГНВП за поточною ін формацією неможливо.

Більшість дослідників рекомендують для вибору способу глушіння такі критерії, як “величина очікуваного тиску під час проведення робіт” і “досвідченість виконавців робіт...”. У випадку рівнозначності можливості реалізації усіх методів, ГНВП слід ліквідувати “плавним глушінням” способом “очікування і обважнення”. Але такі терміни, як “досвідченість виконавців робіт...”, “наскільки швидко зростає тиск на усті” неможливо оцінити чисельно, що вносить велику ступінь суб'єктивності у процедуру прийняття рішень.

Таким чином, ефективність прийнятих рішень з питання глушіння свердловин суттєво залежить від точності інформації вивченості розрізу, точності і ефективності інформації про гірничо-технологічний стан свердловини на момент виникнення ГНВП, досвіду керівника робіт і таке інше.

За результатами огляду науково-технічних джерел з питань ліквідації ГНВП і глушіння свердловин було сформульовано мету роботи й визначено основні завдання наукових досліджень.

Другий розділ дисертації присвячений удосконаленню методик розрахунку основних технологічних процесів ліквідації ГНВП в умовах неточно відомої геолого-технологічної інформації у свердловині.

Одним з найскладніших випадків виникнення ГНВП є ситуація, коли кінець колони труб знаходиться на великій віддалі від вибою або остання повністю відсутня у свердловині (спуско-підіймальні операції, перфорація, обрив та ін). У таких випадках ліквідувати ускладнення традиційними способами неможливо. Більш того, довготривала циркуляція лише ускладнює ситуацію, не даючи бажаних результатів.

Відомі на сьогоднішній день методики розрахунку способу очікування і стравлювання базуються на припущенні, що поведінка газу описується законом Бойля-Маріотта або вимагають інформації про швидкість сплиття пачки.

Розроблено методику й алгоритм розрахунку процесу глушіння свердловин способом очікування і стравлювання, які дозволяють побудувати діаграму управління тиском в координатах “надлишковий тиск на усті - відібраний об'єм розчину” за умови, що стан у пачці газу описується рівнянням Клапейрона.

Нехай у герметизованій свердловині у початковий момент часу t=0 на вибої свердловини знаходиться пачка газу об'ємом W0, з тиском у ній pп і температурою Tп. Стан газу у пачці описується рівнянням:

; ( 1)

де z(p,T) - коефіцієнт надстисливості, R - універсальна газова стала, m - маса газу, M - молекулярна маса газу.

Через деякий час після того, як пачка газу почне спливати під дією сили Архімеда, тиск на вибої буде зростати. Сплиття пачки буде супроводжуватися ,також, ростом надлишкового тиску на усті. Вибійний тиск досягне значення рвмах після того, як пачка спливе над вибоєм на висоту х, яка визначається за формулою:

; (2)

де pпx - тиск на нижній границі пачки (на висоті х), - густина розчину у свердловині, g - прискорення вільного падіння.

З урахуванням рівняння стану газу (1) розроблено методику оцінки чисельними методами величин надлишкового тиску на усті до і після стравлювання та об'ємів відбору промивальної рідини, які більш точно враховують стан флюїду в пачці під час її сплиття до устя.

У таблиці 1 наведені результати розрахунків процесу ліквідації ГНВП способом очікування і стравлювання за запропонованою методикою та результати розрахунку способу очікування і стравлювання за умови, що поведінка газу описується законом Бойля-Маріотта. З наведених прикладів видно, що результати розрахунків за запропонованою методикою суттєво відрізняються від традиційних за всіма основними параметрами (кількість і об'єм стравлювання, надлишкові тиски на усті). Тому використання традиційних підходів може призвести до ускладнення ситуації, особливо у випадках, коли фактичний об'єм припливу близький до гранично допустимого.

Таблиця 1 -- Результати розрахунку ліквідації ГНВП способом очікування і стравлювання за запропонованою методикою

Номер стравлювання	Надлишковий тиск на усті перед стравлюванням, МПа	Об'єм стравлювання, л	Надлишковий тиск на усті після стравлювання, МПа
УкрНДІГаз	запропоновано	УкрНДІГаз	запропоновано	УкрНДІГаз	запропо-новано	УкрНДІГаз	запропоновано
1	1	10,7	14,2	147	49	7,8	11,2
2	2	10,8	14,2	157	52	7,9	11,2
3	3	10,9	14,2	168	56	7,9	11,3
4	4	10,9	14,2	180	60	8,0	11,4
5	-	11,0	-	193	-	8,1	-

Усі методики розрахунку тиску перед штуцером під час реалізації методу плавного глушіння основані на інформації про:

пластово-баричні умови у флюїдонасиченому горизонті і характер їх зміни вздовж стовбура свердловини ();

рівняння стану пластового флюїду ();

параметри бурового розчину () та ін.

У загальному випадку тиск перед штуцером у довільний момент часу t описується функціональним рівнянням виду:

. (3)

Оскільки одержати абсолютно точну інформацію про величини, які входять до правої частини рівняння (3), як правило, неможливо, величина може бути представлена лише у вигляді характеристик розподілу випадкової величини. Тому, говорити про оцінку конкретного значення величини тиску перед дроселем у момент часу t заздалегідь немає сенсу.

Контроль за процесом ліквідації ГНВП повинен вестися з умови, що фактичні значення тиску перед дроселем у будь який момент часу не перевищуватимуть деяку допустиму величину, при якій відсутній ризик виникнення ускладнення (з позицій розриву стінок свердловини, або руйнування противикидного обладнання). Тобто, гранична величина тиску перед штуцером у будь-який момент часу може бути представлена як оцінка квантилі рівня :

; (4)

де Ф(.) -- закон розподілу випадкової величини, pшт. з параметрами і

імовірність ризику виникнення ускладнення.

З урахуванням того, що відомі закони розподілу вихідних випадкових величин, які входять до правої частини рівняння (4), то статистичні оцінки розподілу величини можуть бути одержані шляхом розігрування (метод Монте-Карло).

За результатами апробації запропонованої методики на промисловому матеріалі показано, що запропонований підхід є більш загальним у порівнянні з традиційними детермінованими моделями розрахунку. Зі зменшенням інформаційної невизначеності вихідних даних допустимий тиск перед дроселем, з точки зору мінімізації ризику виникнення ускладнення, наближатиметься до величини математичного сподівання. У випадку, якщо діаграма зміни тиску перед штуцером (розрахована за запропонованою методикою) буде аналогічною діаграмі, розрахованій для випадку, коли величина точно відома, тоді розв'язок зводиться, по суті, до відомих залежностей.

Розглянуті у другому розділі методологічні підходи реалізовано у пакеті прикладних програм (ППП) для розрахунку основних технологічних процесів ліквідації ГНВП в ускладнених умовах MUFLER. ППП оснащений зручним інтерактивним інтерфейсом, лексика якого базується на професійній термінології професійних користувачів (інженерно-технічних працівників бурових підприємств). Він пройшов тестові випробовування на реальних прикладах і переданий для промислової експлуатації у державні геологічні підприємства "Полтаванафтогазгеологія” і “Чернігівнафтогазгеологія”.

У третьому розділі викладено основні методологічні підходи до вибору раціонального методу глушіння свердловин в умовах обмеженості вихідної інформації.

Формалізація задачі вибору раціонального методу глушіння свердловини зводиться, по суті, до такої послідовності операцій по управлінню тиском у свердловині, яка забезпечує видалення зі свердловини пластового флюїду у мінімально короткі терміни і встановлення у свердловині нормальної гідробаричної ситуації. При цьому, вибрана тактика повинна запобігати ускладненню ситуації (відкритих фонтанів, міжпластових перетоків і т.п.) і має бути реалізована наявними технічними засобами. Для процесів спорудження свердловин, особливо на великих глибинах і у маловивчених геологічних розрізах, характерна невизначеність цієї інформації. У таких випадках існує висока імовірність прийняття неадекватних заходів, що призведе до ускладнення ситуації у свердловині або, у деяких випадках, і до втрати останньої. Використання неоднозначної вихідної інформації в детермінованих моделях привносить велику долю суб'єктивності і може суттєво позначитися на якості прийнятих рішень.

У роботі запропоновано більш узагальнені моделі вибору методу глушіння свердловин, які базуються на використанні теорії нечітких множин.

Суть моделі полягає у виборі такого методу глушіння свердловини (на множині можливих альтернатив), реалізація якого забезпечує мінімум ризику виникнення ускладнення ситуації у свердловині для будь-якої сукупності організаційних, технологічних, гірничо-геологічних, економічних та екологічних обмежень.

Оскільки, у залежності від складності ситуації роботи з глушіння можуть здійснюватися як під керівництвом одного інженерно-технічного працівника, так і спеціально створеного штабу, рішення про спосіб ліквідації ГНВП приймається одноосібно або колегіально.

У випадку, якщо вибір раціонального методу ліквідації ГНВП здійснюється однією особою, нечітка модель, по суті, зводиться до задачі вибору раціональної альтернативи при декількох нечітких відношеннях переваги.

Розглянемо нечітку множину можливих альтернатив , на якій задано декілька відношень переваги за множиною критеріїв з функціями належності , де . Нехай відомі, також, величини відносних переваг критеріїв на інтервалі [0,1], з умовою нормування:

; ( 5)

Вибір рішення буде здійснюватися за такою схемою:

Побудова нечітких відношень переваги між альтернативами за кожним з критеріїв, .

Побудова перерізу R нечітких відношень переваги за правилом:

Або

. ( 6)

Побудова скрутки Rс нечітких відношень переваги, з врахуванням відносної важливості критеріїв:

( 7)

Виділення нечіткої підмножини недомінованих альтернатив на перерізі R і скрутці Rc нечітких відношень переваги:

( 8)

Побудова результуючої підмножини недомінованих альтернатив:

( 9)

Вибір раціональної альтернативи з найбільшою ступінню недомінованості:

( 10)

У випадку, коли рішення приймаються групою експертів, говорити однозначно про відносну важливість критеріїв недоцільно, особливо у випадку відсутності одностайності між експертами. Ступінь важливості критеріїв буде виражатися матрицею нечітких переваг на можливій множині K.

У роботі описано принципи побудови функцій належності альтернативних методів глушіння свердловин множині критеріїв, у залежності від ступеню визначеності вхідної інформації і відношень нечітких переваг і матриць нечітких переваг альтернатив за відповідними обмеженнями. Наведено процедури оцінка відносної важливості (переваги) критеріїв.

Апробація методики проводилася на промисловому матеріалі свердловин де відбулися ГНВП. Вибір раціонального способу глушіння вибирався серед трьох альтернатив:

за такими критеріями

Результати апробації наведено у таблиці 2.

Наведені приклади свідчать про працездатність методики. Запропонований підхід дозволяє в умовах інформаційної невизначеності оперативно вибрати раціональну стратегію проведення робіт і скоротити витрати.

Таблиця 2 Результати апробації запропонованої моделі вибору раціонального рішення

Свердловина	Альтернатива	Всього витрат часу на ліквідацію ГНВП, діб	Витрати
	перша фактично прийнята	раціональна за запропонованою моделлю	за допомогою якої ліквідовано ГНВП		часу на реалізацію останньої альтернативи, діб
469 Сороченці	а1	а2	а2	9	3
100 Суходолівка	а1	а1	а1	2	2
58 Сагайдак	а1	а2	а2	7	2

У четвертому розділі наведено результати удосконалення технічних засобів та технології глушіння свердловин після їх освоєння модульними струминними апаратами.

Одним з перспективних напрямків освоєння свердловин є використання струминних апаратів.

Разом з тим наявність вибійного штуцера у конструкції цих апаратів створює додаткові труднощі під час глушіння після освоєння і дослідження пластів з АВПТ. Необхідність долати додатковий опір в насадці сопла вимагає застосовувати більш потужну (ніж для решти операцій з освоєння і дослідження) насосну техніку. А у деяких випадках, гідравлічна потужність агрегатів може виявитися недостатньою для проведення глушіння свердловини.

Створення знакоперемінних нерегульованих гідравлічних навантаженнь під час освоєння свердловин може призвести до незворотного погіршення ємнісно-фільтраційних характеристик, а у деяких випадках і до руйнування привибійної зони колекторів з АВПТ. Для зниження тиску нагнітання на викиді насосних агрегатів на етапі глушіння з технологічного контура циркуляції повинен бути виведений струминний апарат. Тому, перед глушінням свердловини останній необхідно блокувати. Забезпечення циркуляції досягається включенням до технологічної оснастки колони НКТ спеціального вузла глушіння.

Вузол глушіння являє собою модифікацію циркуляційного клапана. Він складається з корпуса з циркуляційними вікнами. Вікна блоковані підпружиненим поршнем з прохідним отвором посередині. У процесі проведення робіт з метою освоєння (дослідження) свердловини гідравлічний зв'язок в підпакерною зоною здійснюється через прохідний отвір. Перед початком глушіння свердловини вузол приводиться в дію кулею, яка вкидається у свердловину через лубрикатор безпосередньо перед проведенням цієї операції глушіння.

Операції процесу глушіння будуть проводитися у такій послідовності:

1. Після завершення робіт із свердловини виймають обладнання для освоєння, дослідження або інтенсифікації і герметизують її устя.

2. Через лубрикатор вкидають кулю у канал насосно компресорних труб (НКТ). Після посадки кулі у сідло вузла глушіння блокують струминний апарат клапаном для опресування пакера.

3. Нагнітають у колону НКТ на першій швидкості агрегату з мінімальним діаметром циліндрових втулок рідину глушіння при закритій засувці 12 на лінії ІІ.

4. Після досягнення тиску нагнітання величини розкриття циркуляційних вікон у вузлі глушіння (тиск на усті у кільцевому просторі починає зростати) відкривають засувку 12 на лінії ІІ і створюють у свердловині циркуляцію.

5. Заміщення пластового флюїду рідиною глушіння у колоні труб НКТ ведуть підтримуючи надлишковий тиск на усті у лінії ІІ рівний значенню:

; (11)

де --пластовий тиск, Па, --густина нафти, кг/м3, -- густина газу в нормальних умовах ( К, Па), кг/м3, --абсолютна пластова температура, К, hсв.--глибина свердловини, м, --репресія на пласт передбачена нормативними документами.

6. Після заміщення пластового флюїду рідиною глушіння у НКТ глушіння продовжують підтримуючи за допомогою штуцера 8 на лінії постійний тиск нагнітання, величина якого розраховується за формулою:

; ( 12)

де і --відповідно втрати тиску на прокачування рідини глушіння у трубах і кільцевому просторі для вибраної продуктивності агрегатів, Па.

7. Після повного заміщення пластового флюїду рідиною глушіння зупиняють циркуляцію і проводять зрив пакера і паралельно переключають агрегат на зворотну циркуляцію (з лінії І на лінію ІІ).

8. Після зриву пакера шляхом зворотної циркуляції вимивають пачку пластового флюїду з-під пакерної зони методом плавного глушіння, регулюючи розкриття штуцера 8 на лінії І так, щоб тиск нагнітання агрегату дорівнював значенню , розрахованому за формулою (12).

Оперативність і якість глушіння свердловин після їх освоєння, у першу чергу, залежить від повноти заміщення пластового флюїду технологічною рідиною.

Численними практичними і теоретичними дослідженнями встановлено, що якість заміщення однієї рідини іншою суттєво залежить від реологічних параметрів і режиму течії обидвох флюїдів.

У роботі розглянуто можливі варіанти положення потоків двох флюїдів у круглій гладкій трубі радіусом R довжиною hсв. на момент, коли частка (частки), яка рухається з найбільшою швидкістю досягне кінця труби у залежності від їх реологічної моделі та режимів течії рідини глушіння і нафти під час глушіння свердловин методом плавного глушіння.

Одержано рівняння для оцінки мінімально необхідного об'єму рідини глушіння для заміщення нею пластового флюїду у колоні НКТ у залежності від режиму течії і виду реологічних моделей обох флюїдів.

Глушіння свердловини найбільш ефективним буде у випадку, якщо обидва флюїди рухаються у турбулентному режимі. Як видно з графіка, мінімально необхідний об'єм рідини глушіння практично не залежить від співвідношення швидкостей потоку і близький до одиниці. Тобто, при такій комбінації режимів течії відбудеться повне або майже повне заміщення після закачування одного об'єму каналу колони НКТ.

Основні висновки і рекомендації

1. Однією з основних проблем при складанні оперативних планів глушіння свердловин і ліквідації газонафтоводопроявлень‚ особливо в ускладнених умовах‚ є інформаційна невизначеність про термогеобаричні умови у свердловині‚ ємнісно-фільтраційні параметри пласта‚ з якого відбувся приплив‚ тип і параметри стану пластового флюїду‚ просторову і геометричну конфігурацію стовбура свердловини‚ стан обсадної колони і таке інше. Невизначеність вихідних даних пов'язана з недостатньою вивченістю розрізу‚ відсутністю можливості прямої оцінки параметрів ГНВП‚ недосконалістю засобів контролю. Означені вище чинники послужили основою для розробки принципово нових методологічних підходів до складання оперативних планів робіт із ліквідації ГНВП‚ які включають статистичну модель розрахунків контролю тисків перед штуцером під час реалізації методу плавного глушіння і моделі вибору раціонального методу ліквідації ГНВП.

2. Розроблено методику розрахунку контролю за станом у свердловині під час ліквідації ГНВП способом очікування і стравлювання. Вона більш точно описує процеси зміни стану флюїду у пачці і не потребує додаткової інформації про швидкість сплиття газу під дією сили Архімеда‚ яка‚ як правило‚ точно не відома.

3. Запропоновано методику розрахунку діаграми допустимих тисків перед штуцером під час ліквідації ГНВП методом плавного глушіння (незалежно від способу його реалізації) у випадку‚ коли об'єм припливу близький до гранично допустимого‚ а вихідна інформація про стан свердловини і параметри ГНВП статистично невизначені.

Запропонований підхід дозволяє в будь-який момент вимивання пачки пластового флюїду на множині можливих значень тиску перед штуцером оцінити його гранично допустиму величину з позиції мінімізації ризику розриву стінок свердловини або порушення герметичності устьового обладнання. Розрахована за такою методикою діаграма дозволяє більш ефективно здійснювати контроль за процесом ліквідації ГНВП із точки зору фонтанної безпеки.

Показано‚ що статистична модель розрахунку процесу контролю за станом у свердловині під час ліквідації ГНВП методом плавного глушіння є більш загальною і‚ за умови звуження інформаційної невизначеності вихідних даних‚ зводиться‚ по суті‚ до реалізації традиційних методик.

Методику розрахунку реалізовано у вигляді інтерактивного модуля пакета прикладних програм MUFLER для персональних ЕОМ‚ який пройшов тестові випробування і прийнятий для промислової експлуатації ДГП “Полтаванафтогазгеологія” і “Чернігівнафтогазгеологія” Держкомгеології України.

4. Сформульовані методичні та алгоритмічні основи моделі вибору раціонального методу ліквідації ГНВП в умовах невизначеності вихідної інформації‚ яка основана на використанні теорії нечітких множин‚ і включають в себе:

процедуру побудови множини можливих методів ліквідації ГНВП і критеріїв вибору раціональної альтернативи;

методичні принципи оцінки функції належності альтернатив критеріям‚ з врахуванням достовірності і ефективності вихідної інформації;

алгоритми чисельної оцінки важливості критеріїв у випадках одноосібного і колегіального прийняття рішень;

процедури вибору раціональної альтернативи з врахуванням кількості осіб‚ що приймають рішення.

Апробація нечіткої моделі прийняття рішень на промисловому матеріалі підтвердила її працездатність та ефективність. Практичне застосування такої моделі дозволить суттєво скоротити час на ліквідацію ГНВП в ускладнених умовах і підвищити безпеку проведення робіт.

5. Розроблено технічні засоби і технологію глушіння свердловин після освоєння глибокозалягаючих горизонтів з АВПТ з використанням модульного струминного апарату‚ що дозволяє розширити діапазон їх використання у гірничо-геологічних умовах України. Запропонований спосіб дозволяє реалізувати метод плавного глушіння свердловини‚ зменшити тиск нагнітання і блокувати пласт від дії рідини глушіння на більшу частину часу проведення цього процесу.

6. Одержано розв'язки оцінки мінімально необхідного об'єму рідини глушіння для заміщення пластового флюїду в круглих трубах з умови послідовного руху двох незмішуючихся безструктурних флюїдів з урахуванням їх реологічних моделей і режиму течії. Теоретичний аналіз одержаних розв'язків показав‚ що ефективність витиснення одного безструктурного флюїду іншим не залежить від їх в'язкості (міри консистенції)‚ а визначається лише видом реологічної моделі та режимами течії.

Основні положення дисертації опубліковані в працях:

Виноградов Г. В. Удосконалення компоновки свердловинного обладнання для освоєння глибокозалягаючих горизонтів за допомогою струмінних апаратів // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Сер. Геологія, розробка та експлуатація нафтових і газових родовищ: Державний міжвідомчий науково-технічний збірник. - Івано-Франківськ: ІФДТУНГ. - 1995. - Вип. 32. - С. 76-80.

Особливості випробування нестійких тріщинуватих колекторів з АВПТ / Розенгафт А.Г., Лубан Ю. В., Виноградов Г. В. и др. - Мінеральні ресурси України. - 1995. - №2. - С. 22-23.

Лужаниця О. В., Виноградов Г. В. Методика вибору буферної рідини для глушіння свердловин // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Сер. Геологія, розробка та експлуатація нафтових і газових родовищ: Державний міжвідомчий науково-технічний збірник. - Івано-Франківськ: ІФДТУНГ. -1998. - Вип. 35. Том 2. - С. 152-155.

Войтович А. Ф., Виноградов Г. В. Проблеми розвитку глибокого буріння на нафту і газ в Україні // Бурение скважин, гидрогеология и экология. - Днепропетровск: РИК НГА Украины. - 1999. - С. 9-13.

Виноградов Г. В. Пакет прикладних програм розрахунків основних технологічних процесів ліквідації ГНВП методом плавного глушіння в умовах інформаційної невизначеності “MUFFLER”. // Геологія, буріння та експлуатація родовищ нафти і газу. Науково-технічний збірник. - Київ: ВАТ УкрНГІ. - 1999. - с. 93-97.

Світлицький В. М., Виноградов Г. В. Теоретичні дослідження впливу реологічних параметрів рідин глушіння на якість заміщення пластового флюїду. // Геологія, буріння та експлуатація родовищ нафти і газу. Науково-технічний збірник. - Київ: ВАТ УкрНГІ. - 1999. - С. 100-107.

Лужаниця О. В., Виноградов Г. В. Удосконалення методики розрахунків ліквідації ГНВП способом очікування, обважнення // Геологія, буріння та експлуатація родовищ нафти і газу. Науково-технічний збірник. - Київ: ВАТ УкрНГІ. - 1999. - С. 114-118.

Лужаниця О. В., Виноградов Г. В. До оцінки об'єму припливу флюїду у свердловину під час газопрояву з низькопроникного пласта // Технологія будівництва нафтових та газових свердловин та автоматизація виробничих процесів: Збірник наукових праць ДНДІТБ. - Київ: Наукова думка. - 1999. - Вип. 1. - С. 99-102.

Лужаниця О. В., Виноградов Г. В. Вибір раціонального способу ліквідації газонафтопроявів за умов невизначеності вихідної інформації (побудова відношень нечіткої переваги альтернатив і оцінка значущості критеріїв) // Технологія будівництва нафтових та газових свердловин та автоматизація виробничих процесів: Збірник наукових праць ДНДІТБ. - Київ: Наукова думка. - 1999. - Вип. 1. - С. 24-237.

Виноградов Г. В., Лубан Ю. В., Лужаниця О. В., Яремійчук Р. С. Розробка і вдосконалення обладнання і технології освоєння та дослідження свердловин з використанням модульних струмінних апаратів та їх випробування в умовах глибокозалягаючих горизонтів ДДЗ. // Реферати науково-дослідних, тематичних і конструкторських робіт з проблем нафтогазового комплексу України. Вип. ІІІ. Львів: УНГА, 1998. - с. 94-95.

Виноградов Г. В. Проблеми освоєння газових горизонтів в глибоких і надглибоких розвідувальних свердловинах Дніпровсько-Донецької западини. Тези науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу університету. ІІІ частина. Секція газонафтопромислового факультету. - Івано-Франківсько: ІФДТУНГ. - 1996. - с. 16.

Лужаниця О. В., Виноградов Г. В. Ліквідація ГНВП в ускладнених умовах. В кн: Нафта і газ України - 98. Матеріали 5-ої Міжнародної конференції “Нафта і газ України - 98”, Полтава. 15-17 вересня. - Полтава: Українська нафтогазова академія (УНГА). - 1998. - с. 113, 114.

Лужаниця О. В., Виноградов Г. В. Інтерактивний пакет прикладних програм для розрахунків процесів управління свердловиною під час ГНВП. // В кн: Нафта і газ України. Збірник наукових праць: Матеріали 6-ї Міжнародної науково-практичної конференції “Нафта і газ України - 2000”, Івано-Франківськ, 31 жовтня - 3 листопада. - Івано-Франківськ: Українська нафтогазова академія (УНГА). - 2000. - с. 95,96.

Виноградов Г. В., Лубан Ю. В., Розенгафт А. Г. Опыт освоения объектов, сложеных неустойчивыми коллекторами с АВПД. // Проблемы бурения и испытания скважин, геологические и геофизические методы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений: Тезисы докладов XVII конференции молодых ученых и специалистов УкрНИГРИ. - Полтава: ПО УкрНИГРИ. - 1991. - с. 36-37.

Анотація

Виноградов Г. В. Удосконалення технології глушіння свердловин у процесі їх освоєння і капітального ремонту. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15,06 - Розробка нафтових і газових родовищ - ВАТ Український нафтогазовий інститут. Київ 2001.

Дисертація присвячена удосконаленню методичних підходів до розрахунків процесів глушіння свердловин та реалізації метода плавного глушіння свердловин після їх освоєння з допомогою струминних апаратів.

Запропоновано нову методику розрахунку способу очікування і стравлювання, яка більш точно описує зміну стану у пачці газу під час сплиття її до устя. Розроблено пакет прикладних програм для розрахунку процесу ліквідації ГНВП методом плавного глушіння в умовах, коли вихідна геолого-технічна інформація про розріз і стан свердловин відома неточно. Розглянуто методологічний підхід до вибору раціонального методу глушіння свердловин, який базується на використанні елементів теорії нечітких множин. Проведено теоретичні дослідження впливу реологічних параметрів та режиму течії на якість заміщення пластового флюїду рідиною глушіння у колоні насосно-компресорних труб під час плавного глушіння свердловин. Розроблено технологію плавного глушіння і технічні засоби для її реалізації після освоєння свердловини струминними апаратами.

Основні результати роботи пройшли апробацію на промисловому матеріалі й передані для практичного використання у державні геологічні підприємства, а також використовуються при підготовці інженерно-технічних працівників з питань протифонтанної безпеки.

Ключові слова: методика, пластовий флюїд, рідина глушіння, плавне глушіння, невизначеність.

Annotation

Vinogradov G. V. Perfecting of know-how of mud lubrication of wells during their development and big repair. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.15.06 - development oil and gas fields -The Ukrainian Oil and Gas institute. Kiev 2001.

The thesis is devoted to perfecting of the methodological approaches to accounts of processes of mud lubrication of wells and implementation of a method of smoothly varying mud lubrication of wells after their development with the help of ink-jet vehicles.

The new method of application of account of a way of waiting and air drain is proposed, which one features variation of a state in a member of gas in time upheaval last up to a mouth more precisely. The application package for account of the process of liquidation outsqueezing of fluid by a method of smoothly varying mud lubrication in conditions is designed, when the source geologic -technical information on a cut-away and well condition is known inaccurately. The methodological approach to choice of a rational method of mud lubrication of a well is reviewed, which one bases on usage of members of the theory of indistinct sets. The idealized studies of influencing of rheological arguments and mode of current on quality of displacement of tabular fluid by fluid of mud lubrication in flow column are held during smoothly varying mud lubrication of a well. Are designed know-how of smoothly varying mud lubrication and means for its implementation after development of wells by the ink-jet vehicle.

The main outcomes of operation have passed approbation on a trade material and are transmit for practical usage in state geologic firms, and also are used at opening-up of nonproduction staff on problems originating of fountains of safety.

Keywords: the method of application, tabular fluid, fluid of mud lubrication, smoothly varying mud lubrication, equivocation.

Аннотация

Виноградов Г. В. Совершенствование технологии глушения скважин в процессе их освоения и капитального ремонта. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.06 - Разработка нефтяных и газовых месторождений - ОАО “Украинский нефтегазовый институт”. Киев 2001.

Диссертация посвящена совершенствованию методологических подходов к расчетам процессов глушения скважин и реализации метода плавного глушения скважин после их освоения с помощью струйных аппаратов.

Предложена новая методика расчета способа ожидания и стравливания, которая более точно описывает изменение состояния в пачке газа во время всплывания её к устью. Разработан пакет прикладных программ для расчета процесса ликвидации ГНВП методом плавного глушения в условиях, когда исходная геолого-техническая информация о разрезе и состоянии скважины известна неточно. Рассмотрен методологический подход к выбору рационального метода глушения скважины, который базируется на использовании элементов теории нечетких множеств. Проведены теоретические исследования влияния реологических параметров и режима течения на качество замещения пластового флюида жидкостью глушения в колонне насосно-компрессорных труб в процессе плавного глушения скважины. Разработаны технология плавного глушения и технические средства для ее реализации после освоения скважин струйным аппаратом.

Основные результаты работы прошли апробацию на промысловом материале и переданы для практического использования в государственные геологические предприятия, а также используются при подготовке инженерно-технического персонала по вопросам противофонтанной безопасности.

Диссертация состоит из 4-х разделов, основных выводов и предложений.

Во вступлении обоснована актуальность работы и приведены цель и основные задачи исследования, а также приведены основные научно-практические результаты.

В первом разделе проведен критический анализ методов глушения при выполнении различных технологических операций в процессе строительства скважины а также основные способы их реализации.

Проанализированы существующие методики расчетов вымывания пластового флюида из скважины и подходы к оценке безопасности проведения работ при глушении скважин. Отмечено, что основным недостатком существующих методологических подходов к расчетам вышеуказанных технологических операций является требование достоверной информации о геолого-технологическом состоянии скважины и параметров пластового флюида. Результаты обзора послужили основанием для определения цели работы и формулирования основных задач исследования.

Второй раздел посвящен вопросам усовершенствования методик расчета плавного глушения скважин. Поскольку все существующие алгоритмы расчета способа ожидания и стравливания построены либо на предположении, что состояние газа в пачке описывается законом Бойля-Мариотта, либо для выполнения расчетов требуется дополнительная информация о скорости всплытия флюида (которая в конкретных геолого-технологических условиях достоверно неизвестна), предложена методика расчета управления процессом всплытия пачки газа состояние которого описывается более точным уравнением Клапейрона. Разработанная методика не требует, также, информации о скорости всплытия пачки.

Апробация методики на промысловом материале показала, что результаты расчета за счет более точного описания состояния газа, существенно отличаются от данных, полученных при оценки давления при всплытии флюида по известным методикам. При этом показано, что погрешность в расчетах увеличивается при большем объеме пачки флюида,

Разработана также методика и алгоритм расчета процесса вымывания пачки флюида из скважины с поддержанием постоянной репрессии на пласт в условиях неопределенности исходной информации. В основу подхода положены методы статистического моделирования. По результатам розыгрывания возможных значений исходных величин Монте-Карло оценивается максимально допустимое давление перед штуцером (с позиции предупреждения разрыва стенок скважины или разрушения наземной запорной арматуры) в течении всего времени вымывания флюида из скважины. По результатам апробации методики на промысловом материале показано, что предложенный подход является обобщением известных детерминированных моделей расчета.

В третьем разделе рассмотрены вопросы построения модели выбора рационального способа глушения скважин в условиях неопределенности исходной информации. Предложены процедуры принятия решений по технологии глушения скважин в случае единоличного и коллективного принятия решений. Разработанный подход базируется на использовании теории нечетких множеств и позволяет выбрать наиболее адекватную стратегию глушения скважины в конкретных условиях, которая минимизирует риск возникновения открытого фонтана или межпластового перетока.

Четвертый раздел посвящен вопросам усовершенствования техники и технологии глушения скважин после их освоения модульными струйными аппаратами. Проведены теоретические исследования влияния реологических параметров и режима течения пластового флюида и технологической жидкости на качество вытеснения первого из канала колоны насосно-компресорных труб.

Основные теоретические и практические результаты использованы для разработки интерактивного пакета прикладных программ MUFFLER, который позволяет производить расчеты основных технологических процессов плавного глушения скважин в конкретных горно-технологических условиях. После тестовых испытаний на промысловом материале ППП MUFFLER передан в опытно-промысловую эксплуатацию ГТП “Полтаванефтегазгеология” и ГТП “Черниговнефтегазгеология”.

Разработаны элементы технологической оснастки модульно-струйного аппарата УЭОС-3 для реализации метода плавного глушения скважины после их освоения. Основные положения второго и третьего раздела использованы при подготовке курсов по противофонтанной безопасности для инженерно-теххнических работников ДК “Украгаздобыча”, НАК “Нефть и газ Украины”.

Ключевые слова: методика, пластовый флюид, жидкость глушения, плавное глушение, неопределенность.

Размещено на Allbest.ru