Вскрытие газоносного пласта бурением с управляемым притоком газа

Актуальность темы

Газовая промышленность занимает все более лидирующие позиции как в топливно-энергетическом комплексе, так и в экономике страны. Удельный вес газа в производстве энергоресурсов достиг в 2000 году 50,2%. Россия не только полностью обеспечивает свои внутренние потребности в этом высококачественном энергоносителе, но и в значительной степени покрывает спрос на газ сопредельных стран Восточной, Центральной и Западной Европы, принося стране значительные валютные поступления [1]. Спрос на российский газ сохранится и в дальнейшем. Поддержание и рост уровня добычи газа обеспечиваются увеличением объема строительства и капитального ремонта скважин, а также развитием техники и технологии бурения скважин в рамках дальнейшего совершенствования сложившихся технологий.

Вместе с тем, в последние годы в условиях общей нестабильности российской экономики значительно сократились объемы капитальных вложений в газовую промышленность, особенно ярко это проявилось в сокращении объемов эксплуатационного и разведочного бурения. За период с 1991 по 2001 гг. в целом объем проходки горных пород в ОАО «Газпром» уменьшился в 2,5 раза, при этом в эксплуатационном бурении — в 3 раза.

Важнейшим элементом повышения рентабельности производства буровых работ является сокращение затрат при строительстве и эксплуатации скважин. Ввиду этого на первый план выдвигается проблема качества каждой скважины, которое и определяет себестоимость добываемого газа. В связи с возросшими требованиями к качеству строительства скважин одним из важнейших направлений развития техники и технологии бурения является углубление скважин в условиях гибкого регулирования давления в системе «скважина-пласт». Мировой опыт использования принципов данной технологии свидетельствует о высоком технологическом эффекте:

— обнаружение продуктивных отложений во вскрываемом разрезе непосредственно в процессе углубления скважины;

— выбор величины дифференциального давления непосредственно в процессе углубления скважины в зависимости от конкретных геолого-технологических условий;

— повышение скоростей бурения и сокращение сроков проводки скважины;

— максимальное сохранение естественной проницаемости прискважин-ной зоны продуктивного пласта, сокращение сроков его освоения и получение дополнительной добычи нефти и газа;

— удовлетворение требованиям экологии и экономия энергии, материалов на приготовление и обработку промывочной жидкости.

В то же время в отечественной практике строительства нефтегазовых скважин зачастую не реализуются значительные технологические резервы бурения с регулируемым забойным давлением. Одним из таких резервов является углубление скважины с управляемым притоком флюида в результате создания и поддержания заданной величины дифференциального давления. Углубление скважины с управляемым притоком актуально в разведочном бурении, т.к. повышается эффективность геолого-поисковых работ за счет выявления и оценки продуктивных отложений непосредственно в процессе бурения. В эксплуатационном бурении — повышается эффективность за счет сохранения коллектор-ских свойств продуктивного пласта и сокращения сроков освоения и получения дополнительной добычи нефти и газа.

Цель работы. Разработка комплекса технологических решений по повышению безопасности и качества вскрытия газоносного плата с управляемым притоком.

Основные задачи исследований:

— раннее обнаружение и количественная оценка газа, поступившего в скважину при механическом бурении, до его выхода на устье;

— обоснование допустимого газонасыщения промывочной жидкости при бурении с притоком;

— разработка метода регулирования давления в скважине путем изменения устьевого давления и обеспечивающего управляемый приток газа;

— обоснование технологически необходимой плотности промывочной жидкости, обеспечивающей устойчивость стенок скважины при управляемом притоке газа;

— разработка метода поддержания требуемой осевой нагрузки на долото при бурении с переменным устьевым давлением.

Научная новизна:

1. Даны теоретическое и методическое обоснования определения газонасыщения промывочной жидкости при бурении по установленным функциональным зависимостям и данным устьевой информации, позволяющим проводить раннее обнаружение и количественную оценку газа, поступившего в скважину по мере ее углубления, до выхода газа на устье.

2. Установлена зависимость для определения допустимого газонасыщения промывочной жидкости при бурении, обеспечивающего условия устойчивости стенок скважины и предупреждения «выброса» .

3. Разработан алгоритм изменения давления на устье скважины при бурении с притоком газа, обеспечивающий допустимую депрессию в кровле газоносного пласта и минимальную репрессию в его подошве.

4. Установлена функциональная зависимость для определения минимально допустимой плотности промывочной жидкости, позволяющей проводить регулирование забойного давления изменением устьевого давления, и обеспечивающей управляемый приток газа из пласта.

Научная новизна подтверждена патентами РФ № 2 148 698 от 14.07.98 г., № 2 196 869 от 20.01.03 г. по кл. Е 21 В 21/08.

Практическая ценность. Повышение эффективности геолого-поисковых работ в разведочном бурении за счет обнаружения продуктивных пластов и определения параметра, характеризующего их продуктивность непосредственно в процессе углубления скважины.

Повышение качества вскрытия продуктивных пластов за счет максимального сохранения проницаемости коллекторов путем создания допустимой депрессии в кровле пласта и снижения репрессии на подошву пласта, что способствует сокращению сроков освоения и получению дополнительной добычи нефти и газа при эксплуатации.

Повышение безопасности бурения за счет оперативного реагирования на изменение забойного давления и его регулирования, а также определение газонасыщения промывочной жидкости до момента выхода газожидкостной смеси на устье скважины при механическом бурении. Это позволяет своевременно оценить возникшую ситуацию и провести наиболее эффективные технологические мероприятия.

Реализация работы. Результаты проведенных исследований внедрены в ДООО «Бургаз» Ф «Тюменбургаз» при бурении: скважина № Р-110 Заполярная — пробурен интервал 3340−3370 м с градиентом пластового давления 1,27 МПа/ЮОм на промывочной жидкости плотностью 1260 кг/м3 — выявлено отсутствие промышленного притока флюидаскважина № П-12 Южно-Парусовая — пробурен интервал 2690−3453 м с градиентом пластового давления 1,23 МПа/ЮОм на промывочной жидкости 1120 кг/м3 — впервые получен промышленный дебит газа из валанжинских отложений, что подтвердило открытие новой газоконденсатной залежи Парусовой группы месторожденийувеличение проходки на долото на 20%- уменьшено количество спускаемых колонн в интервале 2700−3453 м за счет совместного вскрытия зон с несовместимыми условиями бурения при углублении скважины по традиционной технологии. В результате внедрения технологии был получен экономический эффект 2,2 млн руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на второй Всероссийской конференции МУС и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, 1997), на 53 Межвузовской студенческой научной конференции РГУ нефти и газа им. академика И. М. Губкина (г. Москва, 1999), на Всероссийской конференции МУС «Горному делу России 300 лет» (г. Москва, 2000), на 6-й Международной научно-практической конференции Украинской нефтегазовой академии «Нефть и газ Украины-2000» (г. Ивано-Франковск, 2000), на XXXI научно-технической конференции СевКавГТУ за 2000 г. (г. Ставрополь, 2001).

Автором защищаются следующие основные положения:

1. Метод количественной оценки притока газа, поступающего из пласта на забой при механическом бурении, до его выхода на устье скважины.

2. Определение допустимого газонасыщения промывочной жидкости и минимально допустимой ее плотности с учетом допустимого давления устьевого оборудования и горно-геологических условий.

3. Метод регулирования депрессии на забое путем изменения устьевого давления при углублении скважины с управляемым притоком газа.

4. Метод поддержания требуемой величины осевой нагрузки на долото в условиях бурения скважины с переменным устьевым давлением.

Фактический материал и личный вклад. При подготовке диссертации изучены и учтены ранее опубликованные работы по данной проблеме и использованы результаты собственных исследований. При непосредственном участии автора разработаны «Способ вскрытия продуктивного газоносного пласта бурением» (пат. РФ № 2 148 698 от 14.07.98 г. по кл. Е 21 В 21/08, пат. РФ № 2 196 869 от 20.01.2003 г. по кл. Е 21 В 21/08) и «Временная инструкция по технологии углубления скважин, обеспечивающей гибкое регулирование давления в системе «скважина-пласт». Для обеспечения практического внедрения выполненных разработок автор участвовал в переработке инструктивно-методических документов, в разработке рекомендаций и программ работ по бурению скважин на равновесии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них два патента. Результаты исследований приведены в шести научно-исследовательских отчетах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы, включающего 68 наименований. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы, 19 рисунков, 2 приложения.

Основные результаты исследований заключаются в следующем:

1. Установлено, что в рамках имеющегося комплекса буровых работ в условиях гибкого регулирования дифференциального давления совершенствование технологии бурения скважины осуществляется за счет обеспечения управляемого притока газа.

2. Установлена функциональная зависимость количества поступающего газа в скважину по мере ее углубления от забойного и устьевого давлений, механической скорости проходки, скорости восходящего потока и прироста расхода промывочной жидкости на выходе скважины, времени бурения газоносного пласта и коэффициента растворимости газа в жидкости. Прирост расхода жидкости на выходе скважины и снижение давления на стояке являются ключевыми признаками в определении параметра продуктивности пласта.

3. Установлена функциональная зависимость для определения величины допустимого газонасыщения промывочной жидкости для конкретных горно-технологических условий бурения газоносного пласта, которая удовлетворяет условиям сохранения устойчивости стенок скважины и предупреждения «выброса» промывочной жидкости.

4. Разработан метод регулирования давления в скважине при бурении путем изменения устьевого давления для обеспечения управляемого притока газа, исходя из возможностей установленного технологического оборудования.

5. Определена минимально допустимая плотность промывочной жидкости по величине допустимого давления устьевого оборудования и метод обеспечения требуемой величины осевой нагрузки на долото в условиях бурения скважины с избыточным давлением на устье.

6. Усовершенствована технология бурения в условиях регулирование давления в скважине, обеспечивающая управляемый приток газа. За счет применения специального оборудования (вращающегося превентора, дросселя), промывочной жидкости минимально допустимой плотности и метода регулирования устьевым давлением, а также поддержания необходимой осевой нагрузки на долото повышается эффективность углубления скважин, обеспечивая:

— обнаружение продуктивных пластов (и типа флюида) во вскрываемом разрезе непосредственно в процессе бурения;

— допустимое газонасыщение промывочной жидкости;

— сохранение устойчивости стенок скважины;

— максимальное сохранение естественной проницаемости пласта;

— повышение механической скорости бурения и сокращение затрат на проводку скважины.

7. Разработаны в соавторстве «Временная инструкция по технологии углубления скважин, обеспечивающая гибкое регулирование давления в системе «скважина-пласт», рекомендации и программы работ для обеспечения технологического эффекта в конкретных геолого-технических условиях проведения опытно-промышленных испытаний и внедрения разработанной технологии.

8. Проведено внедрение разработанных технологических решений по повышению эффективности углубления скважин путем регулирования дифференциального давления в системе «скважина-пласт» при бурении скважин 110 Заполярного НГКМ и № 12 Южно-Парусовая Ф «Тюменбур-газ». Экономический эффект по скважине № 12 Южно-Парусовая от внедрения составил 2,2 млн руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе представлены результаты исследований, целью которых являлась разработка комплекса технологических решений по повышению безопасности и качества вскрытия газоносного пласта с притоком, направленных на усовершенствование технологии углубления скважины с гибким регулированием дифференциального давления в системе «скважина-пласт» .

Главное внимание в работе уделено определению текущего газонасыщения промывочной жидкости в процессе механического бурения до момента выхода газожидкостной смеси на устье, обоснованию допустимого газонасыщения промывочной жидкости, усовершенствованию метода регулирования дифференциального давления путем изменения давления на устье и обеспечению требуемой осевой нагрузки на долото при бурении с герметизированным устьем.

Выполненные исследования подтвердили выводы предыдущих разработок, важнейшим из которых является положение о целесообразности осуществлять вскрытие пласта на равновесии давлений в системе «скважина-пласт» .