Технология локального крепления пластов при бурении скважин на месторождениях Восточной Сибири

С.И. Васильев, к.т.н., профессор, Е.Е. Милосердов, старший преподаватель, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (Красноярск); К.А. Чернокалов, аспирант, ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет» (Иркутск)

Некачественное разобщение пластов, пересекаемых в процессе бурения нефтяных и газовых скважин, приводит к перемещению флюидов из пластов с большим давлением в пласты с меньшим давлением. Углеводороды, смешанные с водой, в этом случае могут быть потеряны для добычи.

Традиционная технология изоляции пластов промежуточными и эксплуатационными обсадными колоннами с закачкой цементного раствора в затрубное пространство имеет большие недостатки. На ряде площадей Восточной Сибири со сложными геолого-техническими условиями данная технология исчерпывает свои возможности.

Рассмотренный в статье метод локального крепления без цементирования и без уменьшения диаметра скважины позволяет изменить конструкцию скважины в любой момент ее строительства, не изменяя при этом проектного диаметра эксплуатационной колонны. Метод прошел широкую апробацию при бурении, а также при ремонте вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин (в том числе и боковых стволов из них) в ряде регионов страны и за рубежом. В данное время в восточных регионах страны за счет пробуренных по этому методу скважин сэкономлены многие тысячи тонн обсадных труб и цемента, сокращены сроки строительства скважин в большинстве случаев на 30–40%.

Геологический разрез нефтяных и газовых месторождений представлен в основном осадочными породами, в состав которых входят известняки, доломиты, мергели, алевролиты, песчаники, глинистые и доломитизированные известняки. Причем 70–80% разреза представлено прочными и устойчивыми к воздействию буровых растворов породами. Однако при чередовании пластов с низкими и высокими пластовыми давлениями, с различными градиентами гидроразрыва и неустойчивыми породами требуется изолировать их друг от друга обсадными колоннами. С увеличением глубин скважин увеличивается и количество пластов, которые несовместимы с условиями бурения [1].Рис. 1 Типовые конструкции скважин в зависимости от их глубин: а) до 2000 м; б) до 3500 м; в) до 5000 м. 1 – направление; 2 – кондуктор; 3 – эксплуатационная колонна; 4 – промежуточная колонна

Рис. 1 Типовые конструкции скважин в зависимости от их глубин: а) до 2000 м; б) до 3500 м; в) до 5000 м.
1 – направление; 2 – кондуктор; 3 – эксплуатационная колонна; 4 – промежуточная колонна

На рис. 1 показаны типовые конструкции скважин в зависимости от их глубин. Анализ показал, что расход обсадных труб на 1 м проходки при бурении до глубин 2000, 3500 и 5000 м соответственно составляет 42, 62 и 179 кг, а цемента соответственно – 30, 46 и 115 кг.

Только по Министерству нефтяной промышленности до 1999 г. расходовалось более 1,2 млн т обсадных труб в год, в том числе 524 тыс. т (43%) применялись в качестве промежуточных обсадных колонн. Причем увеличение количества промежуточных колонн приводит к значительному снижению коммерческих скоростей бурения.

С каждым годом растут глубины пробуриваемых эксплуатационных скважин. Для их крепления требуются десятки млн т высококачественных обсадных труб и тампонажного цемента, почти половина из которых (от 26 до 77% в зависимости от глубины и осложненности разреза) расходуются для изоляции зон осложнений в процессе строительства скважин, т.е. на временное крепление стенок для возможности дальнейшего углубления забоя. Поэтому при все более возрастающем дефиците металла и цемента проблема упрощения конструкций скважин с одновременным увеличением качества разобщения пластов становится в ряд наиболее острых и сложных проблем, разрешением которой заняты специалисты многих стран.Рис. 2 Основные способы упрощения конструкций скважин: а) скважина, включающая колонну-«летучку»; б) скважина, включающая колонну#«хвостовик»; в) конструкция скважины с уменьшенным зазором между колоннами. 1 – направление; 2 – кондуктор; 3 – колонна-«летучка»; 4 – эксплуатационная колонна; 5 – промежуточная колонна; 6 – колонна-«хвостовик»

Рис. 2 Основные способы упрощения конструкций скважин: а) скважина, включающая колонну-«летучку»; б) скважина, включающая колонну#«хвостовик»; в) конструкция скважины с уменьшенным зазором между колоннами. 1 – направление; 2 – кондуктор; 3 – колонна-«летучка»; 4 – эксплуатационная колонна; 5 – промежуточная колонна; 6 – колонна-«хвостовик»

К основным направлениям в области упрощения конструкций скважин относятся:

1. Секционный спуск обсадных колонн и крепление стенок скважин колоннами – «летучками» (рис. 2а) и колоннами – «хвостовиками» (рис. 2б). Эти мероприятия сокращают расход металла при строительстве скважин. Однако при разгрузке на забой секций колонн «летучек» и «хвостовиков» создаются условия для продольного изгиба их под собственным весом с последующим повреждением, кроме того, из-за больших трудностей отсоединения бурильных труб от обсадных возникают аварийные ситуации. При этом все обсадные колонны, включая «летучки» и «хвостовики», располагаются в скважине коаксиально (от большего диаметра к меньшему), и при бурении глубоких скважин в осложненных условиях диаметр долота при заканчивании скважин настолько мал, что часто становится основной причиной невозможности добуривания скважины до необходимой глубины.

2. Уменьшение зазоров между колоннами путем увеличения диаметра ствола под башмаком спущенной обсадной колонны раздвижными породоразрушающими устройствами (рис. 2в). Такая технология бурения скважин связана с большим расходом породоразрушающего инструмента при незначительных уменьшениях зазоров между обсадными колоннами.

3. Увеличение интервала бурения из-под башмака предыдущей колонны. Это направление – наиболее перспективное. Однако вскрытие нескольких зон с различными осложнениями путем регулирования параметров бурового раствора и отсутствие надежных методов изоляции пластов, несовместимых по условиям бурения и эксплуатации скважин, часто приводит к аварийным ситуациям и задерживает развитие этого направления.

Таким образом, применяемые в настоящее время способы упрощения конструкций скважин также связаны с общепринятой технологией крепления с коаксиальным (от большего диаметра к меньшему) расположением обсадных колонн, которые хотя и снижают расход металла и цемента, но не исключают значительного уменьшения диаметра скважины после крепления каждой зоны. Кроме того, не исключаются основные недостатки, связанные с такой технологией и применяемыми тампонажными материалами (возникновение каналов в затрубном пространстве из-за неполного вытеснения бурового раствора тампонажным и других причин, проникновение буровых и тампонажных растворов в продуктивные пласты), из-за которых возникают заколонные перетоки, а также закупоривание проницаемых каналов в продуктивных пластах.

Все указанные выше причины вызвали необходимость поиска нового направления развития техники и технологии для локального крепления стенок скважин и ремонта колонн [2].

Информационные источники:
1. Басарыгин Ю.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. М: Изд-во ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. 632с.
2. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. М: Недра, 1988. 279 с.
Ключевые слова: скважина, крепление, месторождение, колонна, цемент, перекрыватель, гидроразрыв.

Журнал "Горная Промышленность"№3 (127) 2016, стр.81