Разработка методов диагностирования и классификации осложнений с целью повышения эффективности проводки скважин

На ХХУ1 съезде КПСС и последующих Пленумах ЦК КПСС отмечалось большое значение роли нефтяной промышленности в решении народнохозяйственных задач. В XI пятилетке намечено довести добычу нефти с газовым конденсатом до 620−645 млн. тонн и газа до 600 640 млрд.куб.метров. Директивами съезда предусмотрен дальнейший рост добычи нефти и газа.

Одним из основных направлений достижения указанных высот является бурение глубоких и сверхглубоких скважин. Успешность строительства таких скважин определяется как безосложненностью проводки, так и оперативностью ликвидации аварий и осложнений, встречающихся в процессе бурения. Важным звеном в достижении высоких технико-экономических показателей является прогноз и предупреждение осложнений и аварий.

Указанные проблемы исследовались и исследуются как отечественными, так и зарубежными учеными и жшли отражение в многочисленных практических решениях по совершенствованию бурового процесса •.

Актуальность проблемы. Несмотря на достигнутый прогресс экономические затраты на строительство скважин остаются на достаточно высоком уровне. В особенности это относится к бурению скважин в геологически осложненных условиях.

Осложнения, связанше с наличием в разрезе скважин аномальных давлений, неустойчивостью горных пород, с проходкой толщ глинистых отложений, составляющих, в частности, большие мощности на площадях Азербайджана, и другие создают определенные трудности по их ликвидации и безосложненной проводке скважин.

Используемые на практике традиционные методы в качестве одного из средств предупреждения осложнений подразумевают быструю проходку и изоляцию осложненных участков. Указанное вызывает необходимость оптимального подбора технико-технологических параметров режима бурения и точного прогноза границ их изменения.

Последнее может достигаться посредством диагностики глубин изменения однородных по буримости горных пород на основе показателей, характеризующих реальные условия их залегания.

Недостаточный прогноз степени возможных осложнений, неточный выбор эффективных средств борьбы с ними приводит к неоправданно высоким материальным затратам. Несвоевременное же принятие оперативных мер по устранению осложнений зачастую усугубляет состояние скважины, что нередко приводит к ее потере.

Многообразие факторов, определяющих тот или иной вид осложнения, обуславливает трудности по выбору способов прогнозирования и профилактики осложнений. Особенно это относится к условиям проводки скважин при тличии в разрезе пластов с аномально высокими давлениями.

Несмотря на разнообразие методов прогнозирования, проблема своевременного обнаружения зон аномальностей остается до настоящего времени не решенной, о чем свидетельствуют многочисленные примеры промысловой практики.

Бурение в условиях аномальности предполагает точное знание ограничений, накладываемых на режимно-технологические параметры проводки, одним из определяющих среди которых является величина дифференциального давления.

Поэтому актуальное значение приобретают задачи определения путей, обеспечивающих эффективную проходку интервалов осложнений, совершенствования методов прогноза, классификаций осложнений и выбора оперативных и эффективных методов их ликвидации.

— 6.

Цель работы, разработка методов, обеспечивающих эффективность проводки скважин в геологически осложненных условиях.

Основные задачи работы, В связи с поставленной целью в диссертации решаются следующие задачи.

1. Разработка метода диагностирования границ изменения технико-технологических параметров проходки осложненных интервалов на основе исследования природных факторов.

2. Разраоотка метода выбора оптимального режима проходки интервалов одинаковой буримости пород.

3. Разработка методов классификации осложнений в условиях различной информационной характеристики объектов исследований.

4. Разработка метода прогнозирования аномальных давлений в процессе проводки скважин.

5. Исследование способов принятий решений при борьбе с осложнениями.

Методы решения поставленных вопросов. Проведенные в работе исследования базируются на разнообразных методах исследований.

В задачах выделения границ изменения буримости пород, классификаций осложнений, выбора режима оперативной проходки, применены вероятно-статистические методы многомерной группировки и теории расплывчатых множеств.

Планирование стратегий при решении вопросов борьбы с осложнениями реализованы методами:

— диагностирования с применением бесконечных стратегических игр;

— статистических решений, когда объект характеризуется недостаточной априорной информацией.

При решении задачи прогнозирования зон аномально высоких пластовых давлений применен метод теории катастроф.

— 7.

В исследовании математической модели устойчивости стенок скважины использован аппарат теории чувствительности.

Поставленные задачи решались анализом и обработкой геолого-промысловой информации с применением средств вычислительной техники и ЭВМ.

Научная новизна, диссертационной работы заключается в развитии исследований, направленных на оптимизацию процесса проводки скважин в геологически осложненных условиях и состоит в следующем:

Приведен метод разбиения разреза скважин на однородные по буримооти породы на основе исследования показателей, характеризующих состояние породы в реальных условиях залегания, а именно, физико-механических свойств пород.

Разработан метод определения глубин и характера изменения параметров проводки скважин путем сравнительной оценки буримости неоднородных интервалов.

Показана возможность определения условий оперативной проходки интервалов осложнений, основанная на исследовании параметров режима проходки однородных по буримости интервалов.

Предложен метод классификаций осложнений как в условиях наличия ограниченной информации, так и в сложных ситуациях, характерных разнообразием факторов, обуславливающих осложнение.

Предложен метод прогнозирования аномально высоких пластовых давлений в процессе бурения по данным изменения показателей бурения с глубиной, направленный на повышение эффективности проводки скважин в аномальных условиях.

Получена расчетная модель устойчивости, позволяющая оценить предельно допустимое состояние параметров горных пород, слагающих стенки скважины.

Проведены исследования по выбору оптимальных стратегий для эффективной проводки скважин в зонах аномально высоких давлений.

Практическая ценность и реализация. Разработанные в диссертационной работе на основе применения вероятно-статистических методов способы разбиении разреза скважин на однородные по буримос-ти породы и оценки их буримости, обеспечат точный выбор типа и характеристик породоразрушагащего инструмента, компоновок бурильного инструмента и границ изменения режимно-технологических параметров бурения. Предложенные способы классификаций осложнений позволяют оперативно оценить их опасность и реализацией ранее подготовленных мероприятий минимизировать ущерб от проявления осложнений. Разработанный метод прогнозирования даст возможность упредить проявление осложнений и методами технологических воздействий исключить их.

Разработанный метод дал возможность прогнозирования аномально высоких пластовых давлений при бурении скважин на пл. Булла-море. В результате своевременных мероприятий предупреждены осложнения, экономический эффект составил более 140 тыс. руб. (140 970).

Разработано «методическое руководство по применению кибернетических методов для инженерно-статистического анализа и классификации некоторых показателей процесса строительства нефтяных и газовых скважин», утвержденное ВЛО «Каспморнефтегазпром» в 1983 г.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на Республиканской научно-технической конференции «Применение вероятно-статистических методов в бурении и нефтедобыче» (г.Баку, 1976 г.), на семинаре кафедры бурения Уфимского нефтяного института (г.Уфа, 1982 г.), на 1У Всесоюзной конференции «Применение вероятностно-статистических методов в бурении и нефтедобыче» (г.Баку, 1984 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 9 опубликованных работах.

I. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ОПЕРАТИВНОЙ ПРОХОДКИ ИНТЕРВАЛОВ ОСЛОЖНЕНИЙ.

Наиболее распространенные виды осложнений, встречающихся при проводке скважин на площадях Азербайджана, — газо-водо-неф-тепроявления, поглощения, обвалы и осыпания стенок скважин, неустойчивое поведение пластичных глин, затяжки, посадки и прихват инструмента и другие.

Успешность борьбы с ними определяется эффективностью способов и методов предупреждающих их проявление.

Одним из действенных мер предупреждения указанных осложнений является оперативная проходка интервалов осложнений и эффективная изоляция их. Практика бурения показывает, что фактор времени нахождения ствола в необсаженном состоянии играет первостепенное значение в проявлении различных видов осложнений.

Так, например, при проводке скважины № 91 пл. Кюрсангя с проектной глубиной 5200 м, после спуска второй технической колонны диаметром 219 мм на глубину 4087 м, бурение под 245 мм «наставку» продолжалось до глубины 4651 м. Проходка указанного интервала сопровождалась частичными притоками пластовой воды, а после утяжеления — уходами бурового раствора, затяжками и посадками бурильного инструмента.

Неправильный подбор и несвоевременность изменения режимно-технологических параметров бурения привели к тому, что разбурива-ние интервала затянулось. Это привело к усилению проявлений осложнения в виде течения пород в ствол скважины. Борьба с осложнением приняла серьезный характер, что в конечном итоге привело к потере скважины.

Осложнения стволов, связанные с малыми скоростями и медленными темпами бурения особенно характерны площадям, разрезы которых содержат толщи несцементированных пород /I/.

На площадях Апшеронского полуострова и Заглы-Зейва наиболее характерным обстоятельством, приводящим к поглощениям и затрудняющим выбор эффективных способов для их ликвидации является несвоевременный спуск запроектированных кондукторов, предназначенных для перекрытия поглощающих горизонтов и интервалов осложнения. На Бакинском архипелаге одной из основных причин недоводки промежуточных колонн до проектных глубин является неудовлетворительное состояние стволов скважин /2/.

Фактор времени длительности нахождения ствола в необсажен-ном состоянии играет также первостепенное значение для предотвращения осложнений, связанных о гидроразрывом пласта, затяжками, посадками и прихватом инструмента. Так, например, согласно механизму гидроразрыва пласта /3,4/ увеличение проницаемости до некоторой критической величины, приводящей к катастрофическому поглощению, обуславливается усталостным воздействием гидродинамического давления и его колебания на состояние стенок и приствольной зоны скважины.

Предотвращение осложнений, связанных с длительностью нахождения ствола в необсаженном состоянии, предусматривает оперативное разбуривание интервала осложнения путем подбора оптимальных параметров бурения. Последнее предполагает выбор эффективного режима разбуривания, типа и характеристик породоразрушающего инструмента, компоновок низа бурильной колонны и других параметров, обеспечивающих при ограничениях, накладываемых характером осложнений, достаточно высокий скоростной режим бурения.

Подбор оптимальных характеристик бурового процесса опирается, в свою очередь, на точное проектирование глубин изменения па.

— II раметров, определяющих разбуривание интервала осложнений.

Существующие методы выделения границ изменения параметров опираются на данные, получаемые геофизическими методами исследований, на основе которых осуществляется литологическое расчленение разреза и определение границ пластов. Однако в связи с наличием множества факторов, определяющих появление различных аномалий, интерпретация результатов исследований дает не достаточно качественный результат. И, наконец, представляет большие трудности оценка разбуриваемости горных пород и границ изменения их бу-римостей, что является главнейшим фактором при проектировании процесса разоуривания интервалов осложнений.

Поставленная в данном разделе задача принятия решения, способствующего условию безосложненной проходки опасных интервалов, опирается на выделение в разрезе границ изменения однородности пород по данным, характеризующим условия залегания, и определения для выделенных однородных пачек оптимальных скоростных режимов бурения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РШОМЕНДАЩИ.

1. На основе исследования природных факторов разработан способ определения границ неоднородности пород путем выделения однородных по буримости пачек пород и сравнительной оценки бури-мости выделенных пачек. Способ дает возможность установить глубину и характер изменения параметров бурения, что обеспечивает оперативную проходку и изоляцию осложненных интервалов. Это предупредит осложнения, обусловленные длительностью нахождения ствола в необсаженном состоянии.

2. Предложены методы классификации осложнений по степени опасности в условиях ограниченной информации и в сложных ситуациях, позволяющие рекомендовать мероприятия, направленные на уменьшение опасности осложнения.

3. Исследовано состояние устойчивости стенок скважин в условиях аномальности, на основе чего предложены модели, позволяющие установить предельно допустимые значения характеристик горных пород, определяющих целостность стенок ствола скважин.

4. На основе анализа и обработки информации, поступающей в процессе бурения скважины, разработан метод раннего диагностирования зон аномально высоких давлений, позволяющий своевременно принимать меры по предупреждению проявлений аномальности.

5. На основании исследования условий аномальности разработаны принятия эффективных мер по предупреждению и борьбе с осложнениями, встречающимися при бурении интервалов аномально высоких давлений.

6. Результаты диссертационной работы вошли в методическое руководство по применению кибернетических методов для инженерно-статистического анализа и классификации некоторых показателей процесса строительства нефтяных и газовых скважин, утвержденное ВПО «Каспморнефтегазпром» в 1983 г.

Полученные результаты по прогнозированию зон аномально высоких давлений внедрены в ВПО «Каспморнефтегазпром». Экономический эффект от внедрения составил более 140 тыс. руб.