.png&w=384&q=75)
Введение
Одним из основных видов осложнений при проводке скважин является поглощение буровых и цементных растворов. Ежегодные затраты времени на борьбу с поглощениями весьма значительны.
Поглощения промывочной жидкости обычно наблюдаются при бурении ствола скважин в кавернозных, трещиноватых и пористых породах, а также в сильно дренированных продуктивных пластах. Поглощение происходит при движении бурового раствора в пласт, при этом объем циркулирующего раствора в процессе промывки уменьшается, что становится заметным по снижению уровня в приемных емкостях циркуляционной системы.
При поглощении промывочной жидкости: нарушается циркуляция бурового раствора; ухудшается промывка скважины; увеличивается расход времени, материалов и реагентов на приготовление новых объемов раствора; нередки выбросы и фонтаны [4].
Поглощение происходит, когда гидростатическое давление столба бурового раствора больше пластового. Поглощение промывочной жидкости – это одно из самых распространенных геологических осложнений при бурении. Удельный вес непроизводительных затрат времени и средств на предупреждение и борьбу с поглощениями занимает достаточно значительное время [5].
1. Анализ применяемых технологий
1.1. История развития
Рассмотрим основные этапы и технологии борьбы с поглощениями при креплении обсадных колонн в таблице 1.
Таблица 1
Основные этапы и технологии борьбы с поглощениями при креплении обсадных колонн
Этапы | Характеристика подхода | Основные методы и технологии | Примеры и компании |
Середина XX века | Поглощения устранялись эмпирическими методами без анализа причин. | Повышение вязкости буровых растворов; закачка глинистых суспензий и цементных мостов; использование крупнодисперсных смесей (известняк, мрамор, асбест). | Применение стандартных цементных смесей по ГОСТ 1581-59; опытные работы «Азнефть», «Татнефть». |
1960–1980-е годы | Формирование научной базы механики пород и фильтрации растворов; переход от эмпирики к моделированию. | Лабораторные исследования проницаемости; прогноз зон поглощений по ГИС и керну; разработка моделей фильтрации. | ВНИИБТ (г. Уфа), ТюмГНГУ; исследования Гольдштейна И. Е., Красавина В. А. |
1975–1990-е годы | Активное развитие технологий локального крепления скважин и изоляции зон поглощения. | Разработка расширяемых стальных профильных труб; установка профильных перекрывателей (ПП); технология бурения одного диаметра; ОЛКС – локальное крепление скважины профильными перекрывателями. | 1975 г. – исследования «ТатНИПИнефть» (ПАО «Татнефть»); 1977 г. – установка трёх ПП в Лениногорском управлении буровых работ; 1990 г. – запатентовано в 13 странах. |
1990–2000-е годы | Акцент на создании технологий монодиаметра и щелевых экспонируемых труб. | Разработка щелевых труб, установка в расширенном участке скважины с применением клина (дорна); системы монодиаметра. | 1994 г. – Shell (Райсвик, Голландия); 2001 г. – применение на скважине № 818 «Белый Тигр» (Вьетнам); 2002 г. – испытания в Южном Техасе. |
Конец XX – начало XXI века | Использование компьютерного моделирования, систем контроля и нанотехнологий. | Моделирование потерь раствора; мониторинг параметров бурения; применение нанодобавок, адаптивных цементов и реагирующих смесей. | «Schlumberger» – Cementing Advisor; «Halliburton» – BaraBlend; «Роснефть» – «Цифровая скважина»; «Татнефть» – ОЛКС в серийном применении. |
XXI век (настоящее время) | Комплексный анализ с использованием цифровых технологий, ИИ и квантовых коммуникаций. | Цифровой мониторинг цементирования; машинное обучение для прогнозирования поглощений; интеграция лабораторных и полевых данных; квантовые сети для защиты информации. | «Газпром нефть» – проект «Цифровое бурение»; «ЛУКОЙЛ» – предиктивный анализ потерь; «Росатом» – квантовые коммуникации; «Shell» – интеллектуальные системы бурения. |
Из представленной таблицы видно, что развитие технологий борьбы с поглощениями прошло путь от простых эмпирических методов до комплексных цифровых систем прогнозирования и локального крепления.
1.2. Стадия развития на сегодняшний день. Наиболее применяемые
Несмотря на то, что проблема поглощений изучается давно и существует множество современных методов борьбы с поглощениями, однако большая часть из них технологически несовершенна [3]. Рассмотрим современные технологии по данной проблеме в таблице 2.
Таблица 2
Современные технологии борьбы с поглощениями бурового раствора при креплении обсадных колонн
Метод | Технология | Принцип действия | Примеры применения |
Химические методы | Использование наполнителей | Введение в буровой раствор волокнистых и зернистых материалов (целлюлоза, керамзит, графит, обрезки нитей и др.) для закупорки трещин и пор в зонах поглощения. | Применяется при бурении скважин в Западной Сибири и Татарстане; разработано и описано в работах TPU и ТатНИПИнефть. |
Закачка гельцементов и быстросхватывающихся смесей | Введение структурированных цементных систем (гельцементов), полимерных или силикатных составов для герметизации трещиноватых зон. | Используется компаниями «Татнефть» и «Роснефть» при цементировании в сложных условиях. | |
Тампонирование эластичными конструкциями | Применение эластичных сетчатых каркасов, расширяющихся под действием давления и заполняющих трещины в стенках скважины. | Внедрено сервисными компаниями «Akros-Llc» и «Halliburton» для сложных геологических зон. | |
Механические методы | Использование профильных перекрывателей (ПП) | Специально профилированные обсадные трубы спускаются в скважину в сжатом состоянии, а затем расширяются гидравлическим давлением, плотно прилегая к стенкам скважины. | Разработано институтом «ТатНИПИнефть» (1975–1990 гг.); применено в Лениногорском управлении буровых работ и запатентовано в 13 странах. |
Бурение на обсадной колонне | Используется обсадная колонна как бурильная труба. При вращении трубы выбуренный шлам вдавливается в поры и трещины, снижая потери циркуляции. | Применяется в скважинах Восточной Сибири, Поволжья и на морских платформах; внедрено компаниями «ЛУКОЙЛ» и «Газпром бурение». | |
Гидродинамические методы | Гидромониторная обработка ствола | Направленные струи тампонажных растворов под высоким давлением уплотняют стенки ствола и перекрывают каналы фильтрации. | Используется при цементировании высокопроницаемых коллекторов в Тюменской и Самарской областях. |
Снижение плотности бурового раствора (аэрация, разбавление) | Уменьшение гидростатического давления за счёт насыщения раствора воздухом или снижением плотности добавками (например, микросфер). | Метод применяется в бурении горизонтальных скважин и на шельфовых проектах (Shell, BP, «Газпром нефть»). |
Как видно из представленной таблицы, на современном этапе борьба с поглощениями базируется на комплексном сочетании химических, механических и гидродинамических технологий.
1.3. Достоинства и недостатки
В настоящее время для освоения глубоководных запасов нефтегазовых шельфовых месторождений необходимо внедрение новейших технологий бурения, заканчивания и эксплуатации скважин, позволяющих сократить затраты и время на строительство скважин, среди которых – бурение на обсадных трубах, технология расширяемых обсадных колонн и монодиаметра [2].
Рассмотрим достоинства и недостатки современных технологий борьбы с поглощением бурового раствора при креплении обсадных колонн в таблице 3.
Таблица 3
Достоинства и недостатки современных технологий борьбы с поглощением бурового раствора при креплении обсадных колонн
Технология | Достоинства | Недостатки |
Локальное крепление скважины профильными перекрывателями (ОЛКС) |
|
|
Использование специальных наполнителей в буровых растворах |
|
|
Тампонирование и закачка гельцементов / быстросхватывающихся смесей |
|
|
Бурение на обсадной колонне |
|
|
Гидромониторная обработка ствола |
|
|
Прогнозирование и контроль гидростатического давления |
|
|
Данные таблицы наглядно демонстрируют, что современные технологии борьбы с поглощениями бурового раствора при креплении обсадных колонн направлены на комплексное сочетание инженерных, химических и цифровых решений. Однако, остаётся проблема отсутствия универсальных методов, применимых ко всем геолого-техническим условиям.
2. Пути совершенствования
Анализ промыслового материала, а также работ, посвященных качеству строительства скважин, показывает, что до настоящего времени, несмотря на совершенствование техники и технологии строительства, еще велик процент скважин с некачественным креплением. Большинство скважин бурятся и заканчиваются традиционным способом.
Различные геолого-технические условия в каждом нефтегазоносном районе обязывают изыскивать приемлемые способы предупреждения поглощений. Для того чтобы использовать эффективные способы борьбы и разработать мероприятия по предупреждению поглощений промывочной жидкости при проводке скважин, необходимо провести ряд испытаний сразу же после вскрытия зоны поглощения [1, с. 479-482].
На наш взгляд, совершенствование борьбы с поглощением при креплении обсадных колонн должно носить комплексное сочетание технологических, химических и инженерных решений. Однако, в связи с огромным разнообразием, как средств для ликвидации поглощений, так и условий, в которых наблюдаются поглощения, при выборе средства, бурильщики должны применять индивидуальный подход и руководствоваться конкретными обстоятельствами.
Заключение. Выводы
Для повышения эффективности добычи углеводородов и конкурентоспособности российских нефтегазовых товаров, одновременно сокращая углеродный след, необходима глубокая технологическая модернизация скважинного строительства. Машинное обучение может стать ключевым инструментом, позволяя предсказывать и предотвращать потенциальные проблемы, например поглощение бурового раствора, что особенно актуально при бурении нефтяных и газовых скважин. Умные микроконтейнеры представляют собой перспективный инструмент для противодействия поглощениям при бурении скважин. Внедрение этой технологии позволит существенно оптимизировать процесс ликвидации поглощений, сократив время проведения операций и, соответственно, снизив общие затраты на бурение. Разработка проекта «УМК БУР», направленного на реализацию этой технологии, находится в активной фазе. Для ее успешной реализации проводятся фундаментальные научные исследования. Благодаря проведенным исследованиям и плодотворному сотрудничеству в научно-производственной сфере, в скором времени ожидается создание передовых технологий, основанных на интеллектуальных микроконтейнерах, для масштабных нефтегазовых процессов (бурение, добыча и переработка нефти и газа, нефтехимия). Эти технологии обещают существенные технологические и экономические выгоды.
.png&w=640&q=75)
