Способ вскрытия пластов с аномально высокими пластовыми давлениями и предупреждения смятия обсадной колонны скважины в процессе ее эксплуатации
METHOD OF DRILLING FORMATIONS WITH ABNORMALLY HIGH FORMATION PRESSURE AND PREVENTING COLLAPSED WELL CASING STRING DURING OPERATION THEREOF

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к технологии бурения, строительства и эксплуатации скважин на газоконденсатных месторождениях при наличии пластов с аномально высокими пластовыми давлениями (АВПД).
Проблема вскрытия пластов с АВПД и предупреждение смятия обсадной колонны скважины в процессе ее дальнейшей эксплуатации на нефтегазоконденсатных месторождениях является осложняющим фактором нефтегазодобычи. Она актуальна для многих нефтегазодобывающих регионов страны, но особенно для месторождений юга Сибирской платформы, где в разрезе ряда газоконденсатных месторождений присутствуют высоконапорные водоносные пласты с АВПД, насыщенные высокоминерализованными водами или рассолами, содержащими ценные компоненты в промышленных концентрациях. В большинстве случаев эти пласты располагаются значительно выше по разрезу основных продуктивных углеводородных горизонтов. Поэтому в процессе бурения и строительства эксплуатационных скважин возникает необходимость в технологических решениях безаварийного вскрытия и предупреждения возможного смятия ствола при дальнейшей эксплуатации скважин.
Известен способ вскрытия продуктивных горизонтов в условиях АВПД при строительстве нефтегазовых скважин (см. патент RU №2039203, Е21В 21/08, опубл. 09.07.1995). Сущность способа заключается в том, что бурение по активному интервалу ведут после предварительного определения характера осложнения при технологических операциях с начальными технологическими параметрами, затем осуществляют изменение технологических параметров, определяют вероятность возникновения осложнений, а дальнейшее углубление ведут с параметрами, отвечающими условию минимальной вероятности возникновения аварийных ситуаций.
Недостатком способа является невозможность предупреждения смятия обсадной колонны скважины в процессе ее эксплуатации.
Известен метод по предупреждению смятия обсадных колонн скважины, основанный на проведении прочностного расчета всех элементов скважины. (Саркисов Г.М. Некоторые вопросы расчета обсадных колонн. - Баку: Азнефтеиздат, 1955. 98 с.). По результатам расчетов делается выбор соответствующей номенклатуры обсадных труб в каждом конкретном случае.
Недостаток данного метода заключается в том, что он не в полной мере решает проблему предупреждения смятия обсадной колонны скважины в процессе ее эксплуатации, в частности при бурении и эксплуатации глубоких скважин в сложных горно-геологических условиях при наличии пластов с АВПД. (Бозырев Ю.С. «Методы предотвращения смятия обсадных колонн глубоких скважин в сложных горно-геологических условиях» - Москва 2006 г//диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук).
Известен также способ предупреждения смятия обсадных колонн скважин в зоне пластической деформации солей (см. а.с. СССР N 1224400, Е21В 47/00, 1986), предусматривающий селективную установку дополнительных колонн-хвостовиков в зонах с характерной особенностью проявления пластической деформации пород.
Недостатком способа является значительное утяжеление конструкции скважины, а также в сложности его осуществления, так как предполагает постоянный контроль состояния пластового флюида в скважине и составление прогноза.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по вскрытию пластов с АВПД является способ вскрытия высоконапорных пластов, насыщенных крепкими рассолами (см. патент RU №2365735, Е21В 21/08, опубл. 20.09.2008). Способ включает бурение и крепление ствола скважины до кровли высоконапорного пласта, вскрытие бурением высоконапорных пластов с использованием мер противофонтанного выброса. Перед спуском колонны, крепящей ствол скважины до кровли продуктивного горизонта, в интервале поглощающего пласта, расположенного непосредственно под региональной водоупорной толщей, методом гидравлического разрыва формируют зону поглощения. После этого осуществляют крепление ствола скважины промежуточной обсадной колонной, обеспечивая связь сформированной зоны поглощения через устьевую обвязку с резервным емкостным парком и наземным насосным оборудованием за счет недоподъема цементного раствора на 80-100 м до башмака предыдущей обсадной колонны. Вслед за этим производят вскрытие бурением целевого высоконапорного пласта. В случае интенсивного рассолопроявления осуществляют отвод природного рассола закачкой наземным насосным оборудованием или за счет собственной энергии продуктивного высоконапорного пласта по межтрубному пространству в предварительно сформированную зону поглощения.
Способ обеспечивает нормальное вскрытие продуктивного высоконапорного водоносного пласта с АВПД, но не исключает смятие обсадной колонны скважины в процессе ее эксплуатации.
Задачей изобретения является создание безаварийного способа вскрытия пластов с АВПД, обеспечивающего снижение аномально высокого пластового давления в радиусе контура влияния на стволы газовых скважин, как в процессе бурения скважин, так и при дальнейшей их эксплуатации, предупреждение смятия обсадной колонны скважины в процессе ее эксплуатации и повышение эффективности разработки месторождения за счет комплексного освоения пластового флюида.
Поставленная задача решается тем, что в способе вскрытия пластов с АВПД и предупреждения смятия обсадной колонны скважины в процессе ее эксплуатации осуществляют предварительное бурение и строительство дополнительной поглотительной скважины, бурение обсаживание и крепление ствола эксплуатационной скважины проводят до кровли высоконапорного водоносного пласта с АВПД с термостатированием колоны скважины путем создания в сформированном замкнутом герметичном затрубном пространстве между первой и второй техническими колоннами вакуума за счет процесса инжекции, осуществляемого посредством струйного насоса, расположенного в устьевой обвязке, в качестве рабочего агента для которого используют продукцию скважины, проводят вскрытие и регулируемый отвод пластовых промышленных вод из высоконапорного пласта в поглотительную скважину за счет энергии пласта до снижения АВПД, затем завершают бурение и строительство скважины на продуктивные по углеводородам горизонты с включением в состав обсадной эксплуатационной колонны двух участков, напротив высоконапорного водонасыщенного пласта и продуктивного горизонта на газ, выполненных перфорированной обсадной трубой с отверстиями, заглушенными срезаемыми пробками, осуществляют одновременно-раздельную эксплуатацию высоконапорного и газоконденсатного горизонтов путем оснащения скважины внутри-скважинным оборудованием, предусматривающим подъем пластовых промышленных вод на дневную поверхность внутрискважинным газлифтом и их отводом в поглотительную скважину через установку по извлечению ценных компонентов.
Преимуществами предлагаемого способа являются: решение проблем вскрытия пластов с АВПД и предупреждение смятия обсадной колонны, регулируемый отвод рассолов из пласта с АВПД, использование ресурсов газового пласта для подъема рассола на дневную поверхность, получение дополнительного дохода за счет извлечения ценных компонентов из пластовых промышленных вод.
Постоянный регулируемы отбор пластовой воды из высоконапорного водоносного пласта с АВПД позволяет снизить АВПД до значений близких к гидростатическому и исключает смятие обсадных колонн скважины как в процессе бурения, так и в процессе дальнейшей ее эксплуатации.
Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером осуществления заявляемого способа.
Пример
Осуществление предлагаемого способа рассматривается на примере его реализации для скважин Ковыктинского газоконденсатного месторождения, где основная газоносная залежь расположена в парфеновском горизонте (3050-3200 м). В северо-восточной части месторождения на глубине 2050-2100 м над газовой залежи находится водоносный горизонт с высокоминерализованными водами минерализацией до 600 г/дм3 с АВПД, коэффициент аномальности 2,3-2,65. На этом участке планируется бурение и строительство эксплуатационных скважин. На объекте проведены детальные гидродинамические и гидрохимические исследования в процессе разведочного бурения.
Для утилизации пластовых высокоминерализованных и отработанных промышленных вод предварительно осуществляют бурение и строительство дополнительной поглотительной скважины на глубину 1790 м в отложениях бильчирского горизонта с высокой приемистостью пород пласта.
После строительства и обустройства поглотительной скважины приступают к бурению эксплуатационной скважины. Бурение, обсаживание и крепление ствола эксплуатационной скважины проводят до кровли высоконапорного водоносного пласта с АВПД. При выполнении цементирования направление и кондуктор цементируют от их башмаков до устья, а промежуточную колонну - от башмака до высоты на 50 м выше башмака кондуктора. За счет этого осуществляют термостатирование колонны скважины путем создания в промежутке между кондуктором и промежуточной колонной  замкнутого герметичного пространства, в котором создается вакуум за счет процесса инжекции, осуществляемого посредством струйного насоса, расположенного в устьевой обвязке, в качестве рабочего агента для которого используют продукцию скважины. Создание в сформированном замкнутом герметичном пространстве вакуума обеспечивает термостатирование скважины, что в дальнейшем при ее эксплуатации позволяет предупредить выпадение солей из насыщенных рассолов.
На нецементируемую верхнею часть обсадной колонны кондуктора устанавливается нижний крестовик колонной головки. Затем на нижний крестовик через катушку устанавливают спаренный превентор, нижний из которых с глухими плашками. Фланец превентора, служащий для выхода бурового раствора, через крестовик с запорной арматурой и измерительными приборами соединяют с поглотительной скважиной. После этого приступают к бурению и вскрытию пласта с АВПД.
Регулируемый отбор высокоминерализованных вод из открытого ствола рапопроявляющего пласта с последующем захоронением в поглощающий горизонт, осуществляют до снижения давления в пласте с АВПД близкому к гидростатическому давлению с учетом плотности пластового флюида.
Расчет продолжительности активного водопроявления рапопроявляющего пласта в процессе бурения скважин проведен, используя формулу:
, где
пдм
Р - пластовое давление в точке М на радиусе контура питания, Па;
заб
Р - давление на забое скважины, Па;
μ - динамическая вязкость пластовой жидкости, Па*с;
3
q - дебит скважины, м/с;
2
k - проницаемость пласта, м;
h - мощность пласта, м;
ск
r- радиус скважины, м;
t - время, прошедшее с начала разработки, с;
2
χ - коэффициент пьезопроводимости пласта, м/с.
Расчеты показывают, что продолжительность активного водопроявления составляет примерно 1-3 месяца.
Следует отметить что, результаты расчетов хорошо согласуются с промысловыми данными, полученными в ходе разведочного бурения. Так при вскрытии высокодебитных объектов в процессе бурения продуктивный интервал (зона) рапопроевления работал на перелив в течение нескольких месяцев. Например, - скв Ковыктинская 18 - 1 месяц, скв. Омолойская 13 - 2-3 месяца.
В период снижения давления в пласте с АВПД отбор высокоминерализованных пластовых вод осуществляют в регулируемом режиме самоизлива, а их закачка в поглотительный горизонт в процессе бурения эксплуатационной скважины осуществляют за счет избытка давления на устье скважины.
По окончания этапа вскрытия рапопроювляющего пласта продолжают бурение и строительство скважины на продуктивный по углеводородам горизонт с включением в состав обсадной эксплуатационной колонны двух участков (напротив высоконапорного водонасыщенного пласта и продуктивного горизонта на газ), выполненных перфорированной обсадной трубой с отверстиями, заглушенными срезаемыми пробками. Это в значительной мере облегчит в последующем освоение продуктивных пластов.
При окончательном завершении этапа бурения и строительства скважины проводят обустройство устья, прискважинного оборудования и спускают НКТ, включающее в своем составе специальное внутрискважинное оборудование, позволяющее проводить одновременно-раздельную эксплуатацию двух эксплуатационных объектов.
Осуществляют одновременно-раздельную эксплуатацию высоконапорного рапаносного и газоконденсатного горизонтов. При этом для подъема пластовых промышленных вод на дневную поверхность используется внутрискважинный газлифт.
Основываясь на оценке прогнозных эксплуатационных запасов рассолов водоносного горизонта и прогнозных показателей объемов добычи газа одной скважиной рассчитаны технологические показатели одновременно-раздельной эксплуатации продуктивных горизонтов.
Расчетный расход газа на добычу высокоминерализованных пластовых вод методом внутрискважинного газлифта в зависимости от понижения столба жидкости в стволе НКТ приведен в таблице.
3
3
3
3
Как видно из таблицы, расход газа для подъема 100-150 м высокоминерализованных пластовых вод при условии понижения уровня столба жидкости в стволе НКТ на 300 м составляет всего 0,32-2,06 тыс.м, а при снижении уровня на 1000 м - 11,9-17,8 тыс.м. Прогнозный дебит газа на 1 скважину составляет более 500 м в сутки.
Следует отметить, что расходуемый для газлифта газ не выпадает из общих объемов добычи. На этапе подготовки высокоминерализованных пластовых промышленных вод для извлечения ценных компонентов газ выделяют из газожидкостной смеси и с помощью струйного газового насоса направляют в трубопровод транспортировки газа или может быть использован для собственных технологических нужд.
3
Высокоминерализованные пластовые промышленные воды перед утилизацией направляют на установку по извлечению ценных компонентов, где происходит их переработка с получением ценной химической и редкометальной продукции (брома, оксида магния, соединений редких металлов и др.), что обеспечивает диверсификацию продукции скважины и получение дополнительного дохода. Так, при переработке 100 м/сут высокоминерализованных пластовых промышленных вод Ковыктинского месторождения по известным технологиям извлекают ценные компоненты в виде их соединений в количестве, т/год: карбонат лития - 80-85; бромид кальция - 310-320; оксид магния - 1300-1350. Отработанные пластовые воды направляют для закачки в поглотительную скважину.
Таким образом, реализация предлагаемого способа обеспечит:
- снижение аномально высокого пластового давления в радиусе контура влияния на стволы газовых скважин, как в процессе бурения скважин, так и при дальнейшей их эксплуатации;
- безаварийное вскрытие пластов с АВПД;
- предупреждение смятия обсадной колонны скважины в процессе ее эксплуатации
- повышение эффективности разработки месторождения за счет комплексного освоения пластового флюида и получения дополнительного дохода от производства и реализации ценной химической и редкометальной продукции.