Разработка новых методов предупреждения и ликвидации прихватов при бурении глубоких скважин в сложных горно-геологических условиях тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ И МАШИНОВЕДЕНИЯ

Ргв ОД

На правах рукописи ,,, УДК 622.248.38

БИСКАЛИЕВ Юсуп Дюйсенбаевпч

РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТОВ ПРИ БУРЕНИИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

01.02.07 — механика сыпучих тел, грунтов и горных пород

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Государственной холдинговой компании "Мунайгаз" Министерства энергетики и топливных ресурсов Республики Казахстан

Научные руководители:

Ведущая организация -Официальные оппоненты:

академик HAH и ИА PK, доктор техническких наук, профессор Ержанов S.C. кандидат технических наук Альсеитов Б.Д. Казахский национальный технический университет доктор технических наук, профессор Байтелиев Т. доктор технических наук Хаиров Г.Б.

Зашита состоится 4 июля 1994 г. в 14 час. на заседании специализированного совета Д 53.02.02 при Институте механики и машиноведения HAH PK (480091, Алматы, пр. Абая, 31).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке HAH PK (480021, Алматы, ул. Шевченко, 28).

Автореферат разослан 3 июня 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических наук,

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ И МАШИНОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи УДК 622.248.38

БИСКАЛИЕВ Юсуп Дюйсенбаевпч

РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ПРИХВАТОВ ПРИ БУРЕНИИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

01.02.07 — мехапнка сыпучих тел, грунтов п горных пород

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Государственной холдинговой компании "Мунайгаз" Министерства энергетики и топливных ресурсов Республики Казахстан

Научные руководители: академик HAH и ИА ЕК,

доктор техническких наук, профессор Ержанов Н.С. кандидат технических наук Альсеитов Б.Д.

Ведущая организация - Казахский национальный

технический университет

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Байтелиев Т. доктор технических наук Хаиров Г.Б.

Зашита состоится 4 шаля 1994 г. в 14 час. на заседании специализированного совета Д 53.02.02 при Институте механики и машиноведения HAH PK (480091, Алматы, пр. Абая, 31).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке HAH PK (480021, Алматы, ул. Шевченко, 28).

Автореферат разослан 3 июня 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат ©тзико-математических наук,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность_теиу.Ускоренная разведка и освоение залежей нефти, газа и газового конденсата во многом зависит от совершенствования технологии буровых работ, в частности, методов и технических средств предупреждения и ликвидации аварий и осложнений в процессе строительства скважин. Известно, что значительные трудности, с которыми сталкиваются буровики, вызваны авариями и осложнениями, связанными с прихватами инструмента. Прихваты инструмента и их ликвидация приводят к значительным потерям времени и средств, что резко снижает технико-экономические показатели бурения и эффективность разведочных работ и работ по разработке месторождений углеводородного сырья. Имеющийся комплекс технических средств предупреждения и ликвидации прихватов инструмента в нефтяных и газовых скважинах не всегда эффективен в сложных горно-геологических условиях при наличии минерализованных буровых растворов и сероводородной агрессии. Связано это с тем, что еще недостаточно полно, изучена природа процессов и явлений, происходящие при возникновении, развитии и ликвидации прихватов в подобных условиях.

Поэтому изучение механизма возникновения прихватов инструмента в условиях высокоминерализоЕанных буровых растворов и сероводородной агрессии и разработка на этой основе новых методов и технических средств предупреждения и ликвидации прихватов является задачей весьма актуальной.

Цельработы. Повысить эффективность и качество буровых процессов при строительств" гнпптп я сложных горно-

геологических условиях путем совершенствования методдв и способов предупреждения прихватов инструмента, разработки технических средств их предупреждения и ликвидации.

Н§£чная_новизна. В результате комплексного изучения природы процессов, приводящих к прихватам инструмента в сложных горно-геологических условиях, получены следующие результаты. Исследован характер действия солевого состава минерализованных промывочных жидкостей и их концентрации на прихваты инструмента. Определены зависимости усилия отрыва инструмента и силы адгезии от .солевого состава жидкости и концентрации соли. Разработаны эффективные жидкостные ванны для ликвидации прихватов инструмента в соленосных отложених. Разработан новый метод установки комбинированных водонефтяных ванн, основанный на избирателном воздействии отдельных компонентов вын-ш на определенные типы пород (глина-соль). Разработаны реагенты-нейтрализаторы сероводорода для добавок в жидкость. для установок ванн. Выявлены зависимости усилия отрыва инструмента и силы адгезии от разработанных добавок. На основе этих исследований выбраны наиболее эффективные составы жидкостных ванн для ликвидации прихватов с одновременной нейтрализацией сероводорода: жидкостные ванны состава нефть и гипохлорид натрия и состава нефть, бишофит и поверхностно активного вещества (ПАВ). Конструктивно разработан ряд устройств для ликвидации и предупреждения прихватов в сложных горногеологических условиях.

Практическая ценность. Метод установки комбинированных ванн, позволяющий успешно ликвидировать прихваты при бурении скважин в перемежающихся хемогенно-терригенных отложениях.

Разработана рецептура эффективных жидкостных ванн для ликвидации прихватов в соленосных отложениях. Разработанные реагенты-нейтрализаторы сероводорода для добавок в жидкость для установок ванн способствуют ликвидации прихватов инструмента с одновременной нейтрализацией проявлений сероводорода, тем самым обеспечивая безопасные условия ведения ликвидационных работ. Конструкции новых технических средств позволит с наименьшими затратами ликвидировать возникшие прихваты.

0сновш9_полояешях_шнос1^е_на_защту. Методика проведения экспериментов по исследованию сил адгезии и сил отрыва при прихвате инструмента; метод установки комбинорованных во-донефтшшх ванн; новые составы реагентов-нейтрализаторов для добавок в жидкостные ванны для ликвидации прихватов; конструкции новых технических средств предупреждения и ликвидации прихватов.

Реализация_работы. Результаты исследований использованы для предупреждения и ликвидации прихватов в сложных горногеологических условиях строительства скважин в Западном Казахстане. Использование метода установки комбинированной вода-нефтяной ванны позволило освободить прихваченный инструмент в скв. Л II месторождения Аимбет, в скв. № 3 месторождения Аз-нагуль, в скв. № 39 месторождения Каратюбе. Стыковочное устройство для предотвращения прихватов при секционном спуске обсадных колонн было использовано на скв. Л» 3,4 месторождения Северный Култук, Л I месторождения Огайская, №№ 19, 23, 29, 33, 36, 37 месторождения Тенгиз. Универсальная внутренняя труболовка для ликвидации прихватов обсадных колонн большого диаметра на скв. Л 23 и Л 33 месторождения Тенгиз. Реализация •

отдельных разработок диссертационной работы осуществлялась непосредственно на буровых производственных объединений "Эм-банефть", "Мангымакнефть", ИГО "Атыраунефтегазгеология". Годовой экономический эффект составил 980 тыс. руб. в ценах 1990 года.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Всесоюзном совещании "Проблемы бурения глубоких скважин"(Грозный, 1980 г.), Всесоюзном совещании "Проблемы вскрытия продуктивных горизонтов при наличии большого содержания сероводорода" (Астрахань, 1982г.), Всесоюзном семинаре-совещании "Причины аварий при бурении скважин на подсолевые отложения" (Гурьев, 1985 г.), выездной Сессии общего собрания АН Казахской ССР "Проблемы развития производственных сил Западного Казахстана" (Гурьев, 1989 г.), на семинаре-совещании "Проблемы бурения в осложненных условиях Тенгизского месторождения" (Кульсары, 1990 г.), на научном семинаре по механике Института механики и машиноведения HAH PK (Алматы, 1994 г.).

Структнэа_и_объеи_работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 120 наименований и содержит 107 страниц машинописного текста, включая 15 рисунков и 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ео_§ведении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель, научная новизна и 1грактическая значимость проведенных исследований.

- 7 -

содержится анализ состояния аварийности в бурении нефтяных и газовых скважин на производственных организациях Республики Казахстан; обзор современного состояния техники и технологии предупреждения и ликвидации прихватов, отмечается ее недостаточная результативность в сложных горногеологических условиях высокоминерализованных растворов и сероводородной агрессии; ставатся конкретные конструктивные задачи исследования.

В диссертации выполнен анализ данных о работе буровых предприятий Республики Казахстан в 1986-1990 гг., наглядно свидетельствущий о наличии тенденции к росту аварийности¡убытки от аварий значительны и составляют, в ценах 1990 года, в среднем 1,5 млрд. рублей в год. Так, если в 1986 г. количество аварий составило 166, то в 1990 г. - 271. В том числе количество аварий, связанных с прихватами инструмента, оставалось на одном уровне и в среднем по годам составляло 70-75. Доля подобных аварий достаточно велика и составляла в 1986 г. - 43,4%, 1987 г. - 32,3%, 1988 г. - 25,5%, 1989 г. - 34,6%. 1990 г. - 27,7%. Приводится разбивка по аварийности по нефтяной и геологоразведочной отрасли с затратами времени и иред ств на их ликвидацию, а также анализ аварий по объединениям.

В главе содержится подробный анализ работ, посвященных исследованию проблемы образования прихватов, методов их предупреждения и ликвидации. Результаты исследования этих вопросов применительно к нефтяным и газовым скважинам отражены в работах А.Г.Аветисова, Э.А.Акопова, В.П.Алекперова, М.М.Александрова, А.П.Вайцеховского, М.А.Галимова, А.А.Григоряна, М.П.Гулизаде, Ф.Н.Дашдамирова, Г.А.Коптунова, Н.Н.Ковалева,

Е.А.Лебедева, В.Л.Михеева, А.А.Мовсумова, И.П.Пустовойтенко, А..Самотой, М.К.Секд-Рза, И.А.Серенко, В.С.Федорова, Р.Х.Ха-саева, Н.М.Шерстнева, М.Броуза, Х.Оутменса, К.Пенфильда, Р.Роджерса и других авторов. Н.А.Луценко, затем Н.И.Щацов объяснили возникновения прихватов инструмента липкостью фильра-ционных корок. А.А.Линевский связывает их с рядом факторов неудовлетворительной очисткой забоя скважины, недостаточной скоростью движения раствора в кольцевом пространстве, отлокэ-ниэм на пористых стенках скважины толстой и плотной глинистой корки, осыпями и обвалами пород, потерей циркулции бурового раствора. Г.А.Ковтунов основной причиной прихватов считает прилипание инструмента при оставлении его в скважине без дви-нения, затяжки при подъеме инструмента с образованием сальников в местах отложений тостых корок, осыпи и обвалы пород, затяжки в иелобные выработки.

Э.Г.Кистер, исследуя липкость глинистой корки, впервые показал, .что "прилипание труб к коркам не может быть причиной сколько-нибудь серьезных осложнений и то внимание, которое этой величине уделяется, следует считать преувеличенным". Экспериментальные исследования, подтвержденные на практике, позволили А.И.Малышеву установить, что при оставлении инструмента без движения основной причиной его прихвата является действие перепада давленияя (между пластовыми и сквакинным). В последующем многие исследователи подтвердили, .что основной причиной прихватов инструмента является перепад давления в скважине.

Дальнейшее представление о процессах, происходящих при возникновении прихватов под действием перепада давления, поз

волило выделить, наряду с перепадом давления, ряд факторов, способствующих возникновению прихватов этой категории. К ним, в первую очередь, следует отнести время неподвижного контакта, время формирования фильтрационной корки, площаДь контакта, количество и качество прокачиваемого бурового раствора, его водоотдача и концентрация твердой фазы, количественное и качественное содержание в растворе смазочных веществ.

В свете современных представлений, взаимодействие бурильного инструмента с фильтрационной коркой обусловлено, в основном, действием сил, зависящих от перепада давления и сил трения, возникающих при контакте металла с фильтрационной коркой, причем, суммарная сила адгезии и трения составляет 4045% от общей силы прихвата. Отмеченное обстотельство указывает, что во-первых, силу прихвата можно уменьшить путем снижения действующего в зоне контакта перепада давления, во-вторых., сила сопротивления, возникающая на контакте бурильного инструмента с коркой, поддается регулированию (путем изменения свойств промывочной жидкости, использования эф1вктив-ных смазочных и поверхностно активных веществ), в-третьих, при полном отсутствии перепада давления к бурильному инструменту для его освобождения необходимо приложить дополнительную (сверх его веса) силу, эквивалентную силам адгезионного взаимодействия и трения.

Существующие конструкции отечественных технических средств ликвидации прихватов делятся на устройства, устанавливаемые на поверхности (гидравлические домкраты, вибраторы) и в скважине - погружные забойные гидравлические домкраты, ударные устройства, яссы-вибраторы и устройства для создания ело

ешых колебаний. Наибольшее распространение получили гидравлический ударный механизм конструкции ВНШБТ, возбудитель упругих колебаний конструкции Института механики МГУ, яссы конструкции АзНИПИнефть.

Многими авторами и коллективами были достигнуты определенные успехи в решении проблемы прихватов. Однако еще недостаточно изучена природа процессов и явлений, происходящих при возникновении, развитии и ликвидации прихватов в условиях высокоминерализованных буровых растворов и сероводородной агрессии, поэтому не всегда эффективны мероприятия по предупреи-дению прихватов в сложных горно-геологических условиях, недостаточно результативны.имеющиеся технические средства, предупреждения и ликвидации прихватов инструмента в этих условиях.

Во_вто2ой_главе дано описание экспериментальной (лабораторной) установки, позволяющей оценить эффективность установки жидкостных ванн для освобождения прихваченных труб, и методика проведения опытов на ней; приводятся результаты определения зависимостей силы отрыва инструмента и силы адгезии от солевого состава промывочной жидкости и концентрации соли.

В состар установки входит воронка Бюхнера, соединенная посредством вакуумной колбы с вакуумным насосом и вакуумметром. В воронке Бюхнера устанавливается пористая среда в виде фильтровальной бумаги, к которой через образованную глинистую корку присоединяется стальная трубка диаметром 0,02 м и длиной 0,05 м, имитирующая бурильную трубу. Трубка кесткой нитью через ролики соединена с нагрузочной колбой, в которую подаемся вода из сосуда Мариотта.

Методика проведения опыта на установке заключается в из

мерении силы отрыва трубки от глинистой корки, образованной из испытываемого раствора на фильтре воронки Еюхнера вакууми-рованием. Время контакта цилиндрической трубки с глинистой коркой составляло 14 мин. На поверхность контакта действует перепад давления в 40 мм ртутного столба, создаваемый путем отсоса воздуха из колбы Бюхнера. Усилие отрыва создается весом воды, постепенно набираемой в сосуд, связанный с отрываемым предметом через простейшую блочную систему. В воронку Бюхнера наливали 75 мл. свежего раствора и в колбе создавался вакуум. Через I мин. после образования первичной глинистой корют на покрытый этой коркой фильтр укладывали в горизонтальном положении трубку и продолжали фильтрацию в течение 14 мин. После этого производили постепеннное нагружение колбы с водой до полного отрыва трубки. С целью выявления зависимостей сил адгезии и сил отрыва инструмента при прихвате в экспериментах использовали наиболее распространенные три вида минерализованных глинистых растворов: насыщенный по ИаСЪ, магниевый и калийно-магшевый. Для опытов в качестве исходного использовали нормальный глинистый раствор, приготовленный из бентонитовой глины на пресной воде с параметрами: плотность 1,08 г/см3, вязкость по СПВ 5-60 С, водоотдача за 30 мин. 7,5 см3, статическое напряжение сдвига (снс) за 1-10 мин. 41-70 ДПа. В первой серии опытов измерялось усилие, необходимое для освобождения прихвата при перепаде давления через глинистую корку, равную 40 мм рт.столба. Вторая серия опытов проведена без перепада давления, имея ввиду определение величины адгезии.

В таблице I приведены результаты исследования сил адге-

зии и сил отрыва трубки в растворах с содержанием в их составе солей карналлита, бишофита и каменной соли. Из приведенных результатов видно, что небольшой (5%) рост минерализации буровых растворов любым видом рассматриваемых солей приводит к резкому снижению сил адгезии в среднем с 0,75 до 0,28 КТО. Дальнейшее увеличение концентрации магвийсодержащих солей не оказывает существенного влияния на величину сил адгезии. В отличие от них, повышение концентрации галита с 5% до 25% приводит к возрастанию сил адгезии почти до уровня пресных растворов. Уменьшение сил адгезии при обработке раствора бишофи-том объясняется более сильной коануляцией глинистой фазы в присутствии двухвалентных ионов магния и получением тонкой и плотной глинистой корки. Результаты исследований сил отрыва также говорят в пользу применения магнийсодержащих растворов.

Таблица I

Результаты экспериментов по определению усилий, необходимых для освобождения трубки в растворе отработанным иась

556 10* 15% 20% 25%

Ж пп при перепада давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при ■ перепаде давления без перепада дав-злен.

I 0.66 0.32 1.10 0.30 0.74 0.34 1.00 0.38 1.10 0.52

2 1.30 0.25 0.90 0.34 0.84 0.52 0.98 0.46 1.20 0.48

3 1.80 0.28 2.90 0.34 2.00 0.44 0.86 0.36 0.90 0.46

4 4.00 - 0.51 0.34 0.75 0.53 0.76 0.35 0.80 0.72

5 0.60 - 0.84 - 0.72 - 1.00 0.35 1.30 0.68

в растворе отработанным бишофитом

5% 10% 15% 20% 25%

ДО пп при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен.

I 1.00 0.31 0.85 0.23 1.10 0.28 1.10 0.13 0.75 0.23

2 1.00 0.37 0.87 0.17 1.10 0.23 1.10 0.28 1.10 0.17

3 1.10 0.22 0.85 0.25 1.20 0.23 0.80 0.17 0.96 0.30

4 0.88 0.28 0.87 0.35 1.00 0.35 0.90 0.24 1.00 0.17

5 1.00 0.25 1.40 0.23 1.00 0.23 0.90 0.31 1.10 0.23

в растворе отработанном карналлитом

5% 10% 15% 20% 25%

Ж» пп при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен. при перепаде давления без перепада дав-влен.

I 2.30 0.35 2.40 0.25 2.20 0.30 1.30 0.30 1.40 0.22

2 2.40 0.32 2.00 0.31 2.10 0.29 2.20 0.34 1.40 0.35

3 2.10 0.33 2.00 0.36 2.10 0.29 1.90 0.34 1.60 0.32

4 2.30 0.32 2.00 0.25 2.20 0.29 2.10 0.34 1.60 0.29

5 2.30 0.32 2.00 0.32 2.20 0.30 2.10 0.30 1.60 0.41

е 2.20 0.32 2.14 0.29 2.10 0.29 1.90 0.32 1.50 0.31

С цель» изыскания ' эффективных жидкостных смесей для ванн, устанавливаемых для освобождения прихваченного инструмента в минерализованной среде, на вышеописанной установке •

определены силы отрыва трубки при разных концентрациях солей, добавок нефти и щелочных отходов. В таблице приведены результаты этих исследований.

Таблица 2

Изменение величины силы отрыва трубки при разных концентрациях соли, добавок нефти и щелочных отходов

Но- | Усилие, необходимое для освобождения трубки, КГС

мер -

опы- исходный глинистый глинистый глинистый глинистый рас-та ;глинис- раствор с раствор с раствор с твор с добав-тый рас- добавкой добавкой добавкой кой щелочных твор 10% 15% ЫаС1_ НвфТИ ОТХОДОВ

I 2Л5 3.6 3.0 ЗЛО 0.8

2 2.2 3.5 3.1 3.30 0.5

3 2.1 3.5 3.4 3.20 0.9

4 2.25 3.7 3.6 3.40 0.7

5 2.3 3.6 3.2 3.20 0.6

6 2.25 3.7 . 3.3 3.5 0.6

Из данных видно, что наибольшего эффекта при ликвидации прихвата можно достичь применяя щелочные отходы. Щелочные отхода получаются в установках непрерывного выщелачивания масла не нефтеперерабатывающих заводах и включают в свой состав: щелочные соли нафтеновых кислот - 15-20%с минеральные масла 3-7%, остальное вода.

Далее успешно опробирован в промысловых условиях метод установки комбинированных водонефтяных ванн в отложениях, характеризующихся чередованием солевых и терригенных пород. Использование этого метода позволило ликвидировать прихваты ин-

струментя в скв. А II местрождения АимОет, скв. й 3 местрок-дения Азнагул, скв. й 39 месторовдения Каратюбе.

В_55§ть0й_главв содержатся результаты исследования особенностей ликвидации прихватов инструмента в условиях сероводородной агрессии, экспериментальных исследований по подбору эффективных реагентов-нейтрализаторов сероводорода для добавок в жидкостную ванну для освобождения прихваченных труб.

Применяемые обычно для освобождения прихваченных труб жидкостные ванны не препятствуют проникновению сероводорода на устье скважины, что создает опасные с точки зрения безопасности труда условия. В главе показано, что работы по ликвидации прихватов в условиях проявления сероводорода, должны принципиально отличаться от работ в обычных условиях. С целью создания жидкости для установки ванн при освобождении прихваченных труб в условиях проявления сероводорода должны подбираться специальные реагенты-нейтрализаторы для введения в состав применяемых для ванн жидкостей. Подобранные жидкости, наиболее эффективно нейтрализующие сероводород, должны отвечать следующим требованиям: по физико-техническим свойствам был близким к буровым растворам, а по поверхностно-активным свойствам - к нефтяным. Жидкости, отвечающие вышеуказанным требованиям с целью выявления эффективности освобождения прихватов, подвергаются исследованию на экспериментальной установке .

С целью подбора реагентов-нейтрализаторов для добавок в жидкостные ванны были исследованы различные реагенты нейтрализующие сероводород. К таким реагентам относятся вещества, являющиеся сильными окислителями или обладающие щелочными св-

ойствами. Поэтому были исследованы, прежде всего, такие сильные окислители как гипохлорит кальция, а также щелочные отходи нефтяных дистиллятов, отхода производства химических присадок, содержащие в своем составе гидроокись бария, обладающие щелочными свойствами.

В результате экспериментального исследования нейтрализующей способности вышеназванных веществ было установлено, что I мл щелочных отходов нейтрализует 10 мл 100Ж сероводорода; I мл гипохлорита натрия нейтрализует 7,5 мл сероводорода; I мл гипохлорита кальция - 0,5 мл сероводорода; I мл отходов производства химических присадок (ОПХП) и шлама - 0,75 мл сероводорода. Таким образом, наиболее эффективной нейтрализующей способностью обладают щелочные отходы и гипохлорит натрия.

В таблице 3 приведены скоростные характеристики взаимодействия гипохлорита натрия с сероводородом.

Таблица 3

Нейтра^шзупцая способность гипохлорита натрия во времени

Реагент нейтрализатор Начальная концентрация сероводорода Расход реагента Оставшаяся концентрация нвб

через I мин.!ч/з 3 м.!ч/з 5 м

Гипохло- 4,0 0,5 0,4 0,2 . отсут-рит нат- ствует рия

Величина усилия, необходимого для освобождения трубки, при установке ванн с реагентами-нейтрализаторами определялась на установке и по методике, описанной в предшествующей главе. В таблице 4 приведены результаты экспериментов с применением гипохлорита натрия и отходов щелочных дистиллятов.

Таблица 4

Усилие, необходимое для освобождения трубки при установке ванн из гипохлорита натрия и отходов щелочных дистиллятов, КГС

Нормальный глинистый

Ванна из хипохлорита Ванна из отходов щелочных натрия дистиллятов

3.20 2.75 2.30 2.50 2.55

1.00 1.01 1.00 1.02 1.00

1.00 0.75 0.50 0.50 0.60

В практике строительства скважин при освобождении прихваченных бурильных труб чаще всего устанавливаются нефтяные ванны. Однако, нефть сама по себе не обладает свойствами нейтрализации сероводорода. Поэтому были проведены опыты по определению нейтрализующей способности смеси нефти с гипрохло-ритом натрия и ее освобождающей способностью по отношению к прихвату. В таблицах 5 и 6 приведены результаты этих исследований.

Таблица 5

Нейтрализующая способность смеси нефти и гипохлорита натрия

Номер опыта Нефть, мл Гипо-хлорит натрия, мл Начальная концентрация сероводорода Объем пропущенного газа, л Конечная концент рация сероводорода, % об.

I 15 5 4 0.5 1.5

2 10 10 4 0.5 0.25

- 18 -

3 Б 16 4 0.5 0.11

4 5 20 4 0.5 отсутствует

Таблица 6

Усилив, необходимое для освобождения трубки при установке нефтяной и смешанной ванн, КГС

Номер опыта

Без ванны

Нефтяная ванна

Смешанная ванна

1

2

3

4

5

6

3.75

3.75

3.76 3.75 3.75 3.75

2.00 2.10 1.95 2.10 2.10 2.05

1.00 0.50 0.40 0.35 0.40 0.40

Авологичные опыты проведены с -другими реагентами-нейтрализаторами. На основе экспериментальных исследований подобраны наиболее эффективше составы жидкостных ванн, одновременно способствующие освобождению прихваченного инструмента и нейтрализации сероводорода. Так, разработан состав жидкостной ванны, содержащей нефть и гипохлорит в соотношении 25 и 75% от объема. Результаты сопоставления эффективности известного (нефть) и предложенного состава показали преимущества Последнего. Кроме того, разработан состав для установки жидкостной ванны для освобождения прихваченного инструмента в условиях проявления сероводорода, содержащей нефть, Оишофит и

ПАВ. На основе экспериментов было подобрано следующее компонентное содержание нового состава жидкостной ванны, мае. % :

- 19 -

бигаофит- 50-51, нефть- 48-49, ПАВ- 2-3.

Основываясь на экспериментальных лабораторных и промысловых исследованиях разработаны основные требования к зквдкос-тным ваннам, применявши для ликвидации прихватов инструмента в условиях сероводородной агрессии.

1_2з±302±сЛ_глевз приводятся результаты разработки конструкций технических средств для ликвидации и предупреждения прихватов в сложных горно-геологических условиях.

Бурение нефтяных и газовых сквчяин на больше глубшш-5-7 ки сопровождается рядом осложнений, связанных с из устойчивостью горных пород, наличием аномально высоких пластовых давлений, высоких забойных температур, наличием в продуктивных горизонтах сероводорода. Эта сло:зше горно-геологические условия вынуждают применять пяти-пестнколонные конструкции скважин: шахтовое направлешш 840 !,"л х 10 м; кондуктор 630 х 45 м, промежуточные колонны - первая 426 >?.« х 560 »-м, вторая 340 мм х 3500 м, третья -245 х 4000 м и четвертая (потайная) 194 х 3900 - 4500 х 5000 м; эксплуатационная колонна 127 га (168 ??д) х 6000 -7000 м. При спуске технических колонн больного диаметра (426, 340, 325, 245 мм) из-за малого зазора нередко происходит прилипание к стенке скважин, и прихват технических колош. Отечественные заводи (СНГ) серийно не выпускают труболовки большого диаметра. В диссертации изложены результаты разработки, изготовления и успешного использования в промысловых условиях при ликвидации прихватов обсадных колони большого диаметра универсальной безопасной труболовки. Она дала положительные результаты при ее применении на сквЛУ5 23,

33 месторождения Тенгиз.

В главе описана новая конструкция и принцип работы устройства для освобождения прихваченных геофизических приборов и каротажного кабеля. Приведено описание новой конструкции однороликовой гидравлической труборезки для срезания "веерообразной" части прихваченного бурильного инструмента. Также описаны ноше устройства для очистки забоя глубоких сквакин после ликвидации прихватов - для очистки забоя с торцевыми фрезерами и металлошламоуловитель.

На эти и другие технические средства предупреждения и ликвидации прихватов получены авторские свидетельства. Внедрение в производство разработанных средств показало их высокую эффективность и в настоящее Еремя широко применяются при разведке и освоении нефти в сложных горно-геологических условиях Прикаспийской впадины.

/

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Анализ аварийности на буровых предприятиях Республики Казахстан в 1986-1990 гг. указывает на ее высокий уровень в нефтяной и геологоразведочной отраслях, убытки от аварий значительны и составляют в ценах 1990 года в среднем 1,5 млрд. рублей в год; на долю прихватов инструмента приходятся 1/3 от общего количества аварий.

2. Создана экспериментальная установка и разработана методике проведения на ней исследований, позволяющих оценить эффективность различных жидкостных ванн для освобождения прихваченного инструмента:

3. Определены зависимости усилия для освобождения гас-

трумента и силы адгезии от солевого состава промывочной жидкости и концентрации соли, а также изменения основных параметров промывочной жидкости от концентрации каменной соли и бишофита. При бурении в условиях образования прихватов предпочтительны хлормэгниевые и магнийссдержащие буровые растворы.

4. Разработаны жидкостная ванна для ликвидации прихватов инструмента с использованием щелочных отходов и комбинированная водонефтяная ванна с методикой ее установки для ликвидации прихватов при бурении з перэме^аггщхся хекогенно-терригенных отложениях.

5. На основе исследования и подбора реагентов-нейтрализаторов сероводорода для добавок в жидкостную ванну разработаны эффективные составы ваш! для ликвидации прихватов в одновременной нейтрализацией сероводорода - смесь гшгохло-рита натрия с нефтью в соотношении 3:1, утяяеленнная баритом до необходимой для конкретного месторождения плотностп, и смесь нефти, бишофита и ПАВ в массовом соотношении 46-48%, 5051% и 2-3%.

6. Разработаны основные требования к хидкостнын заикам, применяемым для ликвидации прихватов инструмента в условиях сероводородной агрессии.

7. Разработан, изготовлен и внедрен в промысловых условиях ряд высокоэффективных технических средств для ликвидации и предупреждения прихватов в сложных горно-геологических условиях.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРВДЙ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАЙ

1. Бискалиев Ю.Д. Анализ состояшя аврийности в бурении по Казахстану за 1986-1990 гг.// Энергетика и топливные ресурсы Казахстана , J> 2, 1993. С. 34-38.

2. Бискалиев Ю.Д. Проблемы нефтяного комплекса и пути его решения // Энергетика и топливные ресурсы Казахстана, J9 3, 1993. С. 14-16.

3. Бискалиев Ю.Д. Безопасное устройство для освобождения прихваченных геофизических приборов и каротажных кабелей в в скважине // Безопасность труда в промышленности, А 8, 1986. С. 35-36.

4. Бискалиев Ю.Д., Бурыкин В.А. Устройство, позволяющее цементировку в состыкованном положении при секционном спуске обсадных колонн. Межвузовский сб. "Нефтегазовая геология, разработка месторождений и бурение сквакин". Алма-Ата, 1985. С. 12-15.

5. Бискалиев Ю.Д. Труболовка внутренняя, освобождающаяся для извлечения труб большого диаметра // Бюллетень ЦНТИ. Гурьев, 1978. С. 2-3..

6. Бискалиев Ю.Д., Аженов С.С. Безопасная универсальная труболовка для ликвидации прихвачегошх колот большого диаметра // Безопасность труда в промышленности, S 6, 1985. С. 43-44.

. 7. Бискалиев Ю.Д., Хасаев P.M., Конышева Л.В., Обухова Л.Л., Абрамова A.B. Состав для установки ванны при

освобождении прихваченных бурильных труб. A.c. I20I527 СССР. Б.И., 1985.

8. Бискалиев Ю.Д., Хасаев P.M., Конышева Л.В., Обухова Л.Л. Состав для установки ванны при освобождении прихваченных в скважине труб. A.c. I05I2I5 СССР. Б.И., Я 40, 1983.

9. Бискалиев Ю.Д. Исследование вопросов безопасной ликвидации прихватов в скважине при прохождении соленосных толщ // Экспресс-информация. Сер. "Бурение", ВНИИОЗНГ, й 6, 1987. С. 3-5.

10.Бискалиев Ю.Д., Кирьян Ю.И., Карабзлин У.С. Скввжинный штмометаллоуловитель. А.о. 724687 СССР. Б.И., й 12, 1980.

11.Бискалиев Ю.Д. Ловитель металлов (утройство и принцип его работы) // Бюллетень ЩГГИ, Гурьев. 1978. С. 3-4.

12.Бискалиев Ю.Д., Аманкулов A.C. Ликвидация прихватов бурильного инструмента установкой комбинированных водонефтяпых ванн. Межвузовский сб. "Геология, бурение скваяш и разработка нефти и газа", Алма-Ата, 1979. С. 92-93.

13.Бискалиев Ю.Д., Карабалин У.С. Влияние солевого состава минерализованных промывочных хсидкостей на прихват бурильного инструмента // Безопасность труда в промышленности, Я 7, 1987. С. 30-33.

14.Бурнкин В.А., Бискалиев Ю.Д. Однороликовая труборезка для обрезания "головы" прихваченных бурильных труб. Межвузовский сб. "Геология, бурение скважин и разведка нефти И гэза", Алма-Ата, 1983. С. 76-7:

БИСШИЕВ Xteyn Дуйсенбайулы

Курдел1 таулы-теологиялык жагдайларда терец скважиналарды бургылау кеождеп кысауди жою жэне болдырмаудын жана едктерш жасау

Кысылган куралды айыру KYurrepi мен адгезия куштер!н 8ерттеуд1 эксперименталдык журпзу л i с i жасалган. Жуу суйыгынын туздык курамы жэне оныц кушплпчмен байланисты куралдарды айыру куигпл1г1мен байланисты куралдарды айыру KyinreplHiH езгерунчн зандшижтары зерттелген. Хемоген-терригендщ койылчмдарда аралас су-мунай ванналарын орнату вл\с'1 аса^алган. Кук1р-су кышкылы ocepi жагдайларындагы кысуды жою уш1Н суйык ванна косылымдардагы ттмд! реогенат-нейтрозаторларды тавдаудиц экспериментален эерттеулер! ас^ргi3iлген, мунай ендеу енеркэс1бшт калдыктары нег1з!нде ванналардыц жана курамдары жасалган. Курдел! таули-геологиялик .. жагдайлардагы кысуды жоюдин крнр болдырмаудын жана техникалык куралдагы конструктивл жасалган.

BISKALIEV Yuaup Dyulsenbayevlch

The developing of the new keeping and elimination techniques of the tacks by drilling of deep wells In complicated mining-geological conditions

The technique of the performance of the experlmantalinvestigations of the tacked tool force3 of adhesion and detachment is developed. The regularities of the changing of the detachment forces of a tool are investigated depending on the salt composition of rinsing liquid and their concentration. The teclinique of combined water oil bath Installation In che-mogenlc-terrlgenlc deposits is developed. The experlantal Investigations were carried out on the choice of effective rea-gent-neutrallzera for the add in liquid bathes for the tack elimination in term of stlnkdamp agression; new compositions of a bath are developed on a basis of a oil refinlg industry waste. Structurally new technical tools of a keeping and elimination of the tacks in complicated mining-geological conditions are developed.