Оглавление
Введение. 3
1. Буровые растворы для вскрытия хемогенных пород. 5
Заключение. 11
Список использованных источников. 12
Введение
Бурение сверхглубоких скважин в сложных горно-геологических условиях, представленных наличием терригенно-хемогенных отложений большой толщины. При бурении поисковых скважин на подсолевые отложения сопровождается рядом технологических осложнений.
В этих районах бурение сверхглубоких поисковых скважин осуществляется в широком диапазоне термобарических условий, что предполагает наличие ряда специфических осложнений.
Это обусловлено, прежде всего, стадиями катагенеза глинистых пород, различной физико-химической природой хемогенных отложений, а в горных районах ведения буровых работ - большими углами падения пластов.
Характерной особенностью данных геологических разрезов является перемежение пород, с нарушением их целостности, а также разнонапорность пластовых (поровых) давлений, обусловленных проявлением соляно-купольной тектоники или строением надвиговых структур.
При бурении сверхглубоких поисковых скважин на подсолевые отложения в этих условиях предполагают наличие ряда специфических осложнений, затраты времени на борьбу с которыми, при проводке скважин, не смотря на накопленный опыт, велики.
Для решения задач снижения затрат на осложнения в процессе бурения терригенно-хемогенных отложений большой толщины, большая роль должна быть отведена научному обоснованию выбора состава и параметров буровых растворов, а также гидравлическими параметрам промывки скважин.
Процесс промывки скважины в этих условиях должен не только обеспечивать устойчивость стенок скважины, но и предотвращать сужение ствола скважины, вследствие вторичной кристаллизации соли на её стенках.
Большой вклад в разработку составов буровых растворов и технологий борьбы с осложнениями и авариями при вскрытии терригенно-хемогенных отложений большой толщины морских месторождений внесли отечественные и зарубежные исследователи Кистер Э. Г., Городнов В. Д., Булатов А.И., Ангелопуло О. К., Жуховицкий С. Ю., Паус К. Ф., Пеньков А. И., Новиков B.C., Рождерс В.Ф., Грей Дж. Р., Дарли Г.С.Г. и др.
В работах этих исследователей обоснован выбор буровых растворов для проводки сверхглубоких скважин, способы регулирования их свойств и физико-химическое воздействие на терригенно-хемогенные отложения, предложены технологии ликвидации осложнений и аварий в терригенно-хемогенных отложениях, а также выполнены работы по анализу эффективности их применения.
При углублении сверхглубоких скважин с повышением давления и температуры происходит изменение минералогического состава глинистых пород, а физико-химические процессы в скважине также становятся более специфичными.
Данные процессы протекают и в среде бурового раствора, поэтому при бурении терригенно-хемогенных отложений большой толщины особенно важна аналитическая проработка механизма взаимодействия буровых растворов с породами хемогенного комплекса, изучение их физико-химической природы с целью дальнейшего предотвращения осложнений, связанных с осыпями и обвалами глинистых пород, а также с вторичной кристаллизацией соли на стенках скважины.
Буровые растворы для вскрытия хемогенных пород
Хемогенные породы являются химическими соединениями, которые образуются в результате выпадения из водных растворов.
Интервалы хемогенных пород при минерализации 2 - 6 % разбуривают с применением глинистых растворов, обработанных КССБ (до 1 %) в сочетании с пеногасителями (соапстоки, смад и др.), в отдельных случаях используют глинистые растворы, обработанные КМЦ (0 3 - 0 5 %) с добавками кальцинированной соды.
Устойчивость хемогенных пород обеспечивается созданием необходимого перепада давления Ар и применением солестойкого бурового раствора с такой жидкой фазой, в которой не растворяются разбуриваемые соли.
В хемогенных породах пустоты различаются по особенностям структуры.
При бурении хемогенных пород (га-лит, сильвинит, бишофит и др.) происходит их растворение в водной фазе глинистых растворов с образованием на стенках скважины мощных каверн, способных вызвать осложнения при бурении и особенно при креплении скважин. Nad, КС1, MgCl2) затрудняет регулирование его свойств из-за коагуляции глинистой фазы раствора.
Прочность же хемогенных пород с повышением температуры уменьшается, а пластические свойства усиливаются.
При вскрытии хемогенных пород, склонных к интенсивному пластическому течению, необходимо поддерживать нужное противодавление на пласт, увеличивая по мере роста глубины скважины плотность бурового раствора. Темп роста плотности определяется опытным путем, исходя из свойств солевых пород и температурного режима скважины. Критерием оценки устойчивости хемогенных пород следует считать ее температуру. Температура, при которой породы теряют свою прочность, а устойчивость стенок скважины сохраняется за счет уравновешивания геостатического давления гидростатическим, называется критической.
Проводка скважин в хемогенных породах ведется на месторождениях Волгоградского и Саратовского Поволжья, Казахстана, Пермского Приуралья, Прикарпатья, Украины, Белоруссии, Кубани, Ставрополья, Грузии, Узбекистана, Таджикистана, Туркмении и Якутии.
Вода легко растворяет многие хемогенные породы и насыщается солями. Поэтому ее коррозионное воздействие на бурильные трубы и оборудование может быть весьма серьезным фактором. Она, как правило, неблагоприятно влияет на коллекторские свойства продуктивных горизонтов.
Вследствие этого диаграммы ПС против хемогенных пород чаще всего имеют вид маловыразительных волнистых кривых.
Ужесточение требований к буровому раствору с ростом глубины залегания хемогенной породы объясняется увеличением ее растворимости и снижением прочности с повышением давления и температуры.
Предупреждающими мероприятиями для предотвращения нарушений устойчивости хемогенных пород являются выбор типа и плотности бурового раствора.
При выборе типа бурового раствора для разбуривания хемогенных пород, как и в случае с глинистыми породами, основной принцип заключается в совместимости пород и растворов, однако главными критериями здесь являются растворимость хемогенных пород и глубина залегания.
При разбуривании мощных толщ глинистых пород или чередующихся глинистых и хемогенных пород хороший эффект достигается, если используют ингибированные промывочные жидкости. В качестве ингибирующих реагентов, резко замедляющих пептизацию и набухание глинистых частиц разбуриваемых пород в дисперсионной среде промывочной жидкости, применяют в основном водорастворимые соли и гидроокись кальция, которые оказывают коагулирующее воздействие на глины. Поскольку при коагуляции возрастают водоотдача, условная вязкость и статическое напряжение сдвига, наряду с ингибирующим реагентом в промывочную жидкость необходимо вводить понизитель водоотдачи и вязкости. При такой комбинированной обработке существенное увеличение содержания твердой фазы не вызывает столь интенсивного роста вязкости, как это наблюдается в неингибированных промывочных растворах. Это имеет важное значение, особенно в тех случаях, когда для бурения требуется промывочная жидкость с большой плотностью.
Особую сложность представляет выбор типа раствора для разбуривания глинистых и хемогенных пород. В соответствии с проведенными во ВНИИКРнефти исследованиями признано целесообразным разделить все глинистые породы на пять групп в зависимости от плотности (табл. 7.2.) Группы отличаются значениями пористости и минерализацией поровой воды. В графах 8, 10, 12, 14 приведены растворы для бурения в глинистых породах с убывающей степенью уплотнения, для которых указанное отношение меньше единицы.
Под регионально развитой глинистой покрышкой верхней перми и хемогенными породами нижней перми находятся скопления нефти и газа нижнепермско-верхнекаменноугольного возраста. Нижнепермские отложения вскрыты на глубинах более 4 5 км, сложены в нижней части терригенными (картамышская свита) и в верхней - карбонатно-галогенными (никитовская, славянская, краматорская свиты) порода-ми. Терригенный комплекс отличается постоянством литологического состава. Его слагают пестроцветные песчаники и глины с прослоями доломитов и изнестняков.
Устойчивость ствола скважины также часто нарушается в интервалах залегания хемогенных пород. Это прежде всего касается соленосных отложений, которые практически при любых температурах довольно легко растворяются пресноводной фазой буровых растворов, что приводит к сильному увеличению объема стволов скважин за счет образования каверн.
Другим способом предотвращения возможности образования жидкостной прослойки между камнем и хемогенными породами является использование обращенных тампонажных эмульсионных растворов. Для приготовления эмульсии целесообразно также использовать воду, насыщенную теми водорастворимыми солями, которые содержатся в данной породе.
Песчаные и мергелистые резервуары неправильной формы могут находиться в толще глинистых или плотных хемогенных пород. Они ограничены в этом случае со всех сторон глинами или галогенными (гипсо-ангидритовыми) осадками. Отдельные, окруженные глинами, песчаные линзы представляющие собой небольшие самостоятельные резервуары, очень часто обособляются в песчано-глинистых толщах, выделяясь в толще глинистых пачек, отделяющих песчаные пласты один от другого.
Нижнеангидритовый горизонт приурочен к отложениям ни-китовской свиты нижней перми и представлен чередующимися терригенными и хемогенными породами. В составе хемогенных отложений преобладают ангидриты и доломиты, реже встречаются доломитизированные известняки, мергели, каменная соль, породы смешанного состава: ангидрито-доломиты, доломито-ан-гидриты. В разрезе к коллекторам относятся кавернозно-трещиновато-пористые доломиты и доломитизированные известняки, емкостью в которых служат поры и каверны, а трещины выполняют роль путей фильтрации.
Значительной ползучестью отличаются глины, глинистые сланцы, аргиллиты, некоторые разновидности известняков и хемогенных пород.
Песчаные и мергельные резервуары неправильной формы могут являться обособленными телами в толще глинистых или весьма плотных хемогенных пород и быть ограниченными в этом случае со всех сторон слабопроницаемыми породами. В толще глин очень часто встречаются окруженные глинами песчаные линзы, представляющие собой небольшие самостоятельные резервуары. Такими же литологически ограниченными резервуарами в массивах плотных карбонатных, метаморфических, а иногда и в изверженных породах могут служить спорадически распространенные кавернозные и трещиноватые участки и зоны выщелачивания самой разнообразной формы.
Трещинные коллекторы в чистом виде встречаются редко, но охватывают самые различные плотные породы: карбонатные и другие хемогенные породы, плотные песчаники, хрупкие сланцы, метаморфизованные и изверженные породы.
Коррозия наружной и внутренней поверхностей обсадных колонн происходит прежде всего под воздействием пластовых вод и газов и отчасти - некоторых хемогенных пород. В пластовых водах нефтяных и газовых месторождений почти всегда содержатся углекислота, сероводород и другие агрессивные вещества; водородный показатель пластовых вод часто рН1, Причиной коррозии может быть также действие бактерий. Довольно интенсивная коррозия возможна под действием кислорода.
Коррозия наружной и внутренней поверхностей обсадных колонн происходит прежде всего под воздействием пластовых вод и газов и отчасти - некоторых хемогенных пород. Причиной коррозии может быть также действие бактерий. Довольно интенсивная коррозия возможна под действием кислорода.
В процессе бурения скважин, первичного и вторичного вскрытия, а также глушения продуктивных пластов, сложенных гидратирующимися минералами и хемогенными породами, предпочтительно использовать для приготовления обратных эмульсий высококонцентрированные водные растворы минеральных солей. При контакте таких эмульсий с гидратированными неустойчивыми к нагрузкам минералами происходят осмотические перетоки пластовой воды из состава минералов в эмульсию.
ИЭР относятся к гидрофобным эмульсиям II рода и предназначены для высококачественного вскрытия и освоения продуктивных пластов, для проходки набухающих, осыпающихся и хемогенных пород. Эти эмульсии устойчивы ко всем видам солевой агрессии, увеличивают скорости бурения и проходку на долото, оказывают смазочное действие, предотвращают затяжки и прихваты бурильного инструмента, увеличивают срок службы бурового оборудования, обеспечивают лучшее цементирование обсадных колонн и надежное разобщение пластов, значительно дешевле РНО. К недостаткам их относятся низкая термостойкость (100 С).
Хемогенные отложения часто также перекрывают специальной обсадной колонной, если при дальнейшем углублении скважины возможен сильный размыв их с образованием крупных каверн либо если хемогенные породы могут крайне неблагоприятно влиять на свойства промывочной жидкости.
При выборе типа бурового раствора для разбуривания хемогенных пород, как и в случае с глинистыми породами, основной принцип заключается в совместимости пород и растворов, однако главными критериями здесь являются растворимость хемогенных пород и глубина залегания.
Свести к минимуму опасность образования жидкостной прослойки между камнем и стенками скважины и предотвратить возникновение местных напряжений при твердении можно, если тампонажный раствор готовить из солестойкого цемента на рассоле, содержащем избыточное количество водорастворимых солей, которые входят в состав хемогенных пород, вскрытых данной скважиной.
Тампонажный раствор на углеводородной основе содержит необходимое количество воды для гидратации вяжущего вещества, имеет низкие фильтрационные потери (0 - 8 см3 за 30 мин) дизельного топлива, седиментационно устойчив, образует гидрофобный в объеме цементный камень, надежно изолирующий глинистые и хемогенные породы.
Кристаллические породы в большинстве случаев массивные, плотные, реже - пористые. Пористость хемогенных пород чаще всего вторичная, обусловленная наличием трещин или каналов выщелачивания.
Особую задачу приходится решать при выборе типа раствора для разбуривания хемогенных и глинистых пород. При бурении в хемогенных породах, особенно в случаях их чередования с терригенными и гипссангидритовыми, необходимо учитывать снижение прочности хемогенных пород с ростом давления и температуры и увеличения их растворимости. Поэтому в этом случае рекомендуется выбирать раствор в зависимости от минералогического состава таких пород.
Пластичность зависит от минерального состава горных пород и уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и других жестких минералов. Высокими пластическими свойствами обладают влажные глины и некоторые хемогенные породы.
Пластичность уменьшается с увеличением содержания кварца, полевого шпата и других жестких минералов. Высокими пластическими свойствами обладают влажные глины и некоторые хемогенные породы.
Ужесточение требований к буровому раствору с ростом глубины залегания хемогенной породы объясняется увеличением ее растворимости и снижением прочности с повышением давления и температуры.
Растворы на нефтяной основе являются, как правило, нефильтрующимися жидкостями: даже при высоком перепаде давлений дисперсионная среда из них либо совершенно не отфильтровывается в проницаемую породу, либо объем фильтрата не превышает 1 - 3 см3 за 30 мин. Частицы выбуренных пород, в том числе глинистых, не распускаются в таких растворах, а частицы хемогенных пород не влияют на качество растворов.
Особую задачу приходится решать при выборе типа раствора для разбуривания хемогенных и глинистых пород. При бурении в хемогенных породах, особенно в случаях их чередования с терригенными и гипссангидритовыми, необходимо учитывать снижение прочности хемогенных пород с ростом давления и температуры и увеличения их растворимости. Поэтому в этом случае рекомендуется выбирать раствор в зависимости от минералогического состава таких пород.
Наиболее широко используются в бурении жидкости на водной основе. Жидкости на углеводородной основе применяют значительно реже, хотя они дают очень хорошие результаты при вскрытии нефтяных пластов, при разбуривании неустойчивых глинистых и хемогенных пород. Объем применения аэрированных жидкостей в последние годы несколько увеличился, хотя в целом он остается еще недостаточно большим.
В зависимости от интенсивности метаморфических процессов наблюдается постепенный переход от слабо измененных пород, сохраняющих состав и структуру исходных разностей, до преобразованных пород, первичная природа которых утрачена. В группе метаморфических пород известны эквиваленты перидотитов, габбро (базальтов), диоритов и гранитов (риолитов), а также всех осадочных пород, за исключением аналогов легкорастворимых хемогенных пород - эвапоритов. Эквиваленты магматических пород щелочного ряда метаморфических пород почти неизвестны. Вместе с тем, метаморфических пород присутствуют разновидности, не эквивалентов среди осадочных и магматических пород, образовавшиеся при широком участии процессов метасоматоза.
Знание водородного показателя весьма важно. Известно, например, что при рН 7 существенно интенсифицируется коррозия стальных труб, а при рН 10 - труб из дюраля; промывочные растворы, обработанные некоторыми химическими реагентами, стабильны лишь в определенном, достаточно узком диапазоне рН и что за пределами этого диапазона расход реагентов резко возрастает; термостабильность некоторых высокомолекулярных реагентов существенно возрастает, если поддерживается оптимальное значение рН среды; с изменением рН промывочной жидкости иногда связано возникновение осложнений; по изменению рН среды можно судить о прохождении хемогенных пород.
Осадочные коллекторские породы могут быть подразделены на хемогенные и обломочные. Осадочные горные породы возникают при выветривании, разрушении, эрозии, переработке и отложении материала более древних пород. Хемогенные породы являются результатом осаждения веществ из водного раствора при росте и отмирании организмов или испарении морской воды в замкнутых бассейнах, где выпадает соль и другие эвапориты.
Применяется для приготовления облегченных цементных растворов. При концентрации мела в смеси 50 - 100 % от массы цемента и водосодержании (отношении массы воды к массе смеси цемента с мелом) 0.70 плотность раствора составляет 1.63 – 1.60 г / см. Для обеспечения плотного контакта цементо-мелового камня с хемогенными породами цементо-меловые растворы приготавливают на солевой воде. Так, при концентрации мела 100 % (от массы цемента), водосодержании 0.84 и плотности рассола 1.2 г / см3 приготавливают тампонаж-ный раствор с плотностью 1.75 г / смз.
ЭБ - легкая масляная часть, отделившаяся от СБ и переместившаяся за пределы материнского для нее пласта. В осадочных породах, как правило, ЭБ встречаются в чистом виде лишь в кавернах и крупных пустотах. Почти чистыми ЭБ могут быть только в некоторых терригенных и хемогенных породах, где сингенетичного РОВ очень мало. В остальных случаях ЭБ находятся в смеси с СБ.
Заключение
Таким образом, понятно, что вскрытие хемогенных пород связано с большим количеством сложностей и требует тчательного анализа. Это обусловлено, прежде всего, стадиями катагенеза глинистых пород, различной физико-химической природой хемогенных отложений, а в горных районах ведения буровых работ - большими углами падения пластов.
При бурении сверхглубоких поисковых скважин на подсолевые отложения в этих условиях предполагают наличие ряда специфических осложнений, затраты времени на борьбу с которыми, при проводке скважин, не смотря на накопленный опыт, велики.
Для решения задач снижения затрат на осложнения в процессе бурения терригенно-хемогенных отложений большой толщины, большая роль должна быть отведена научному обоснованию выбора состава и параметров буровых растворов, а также гидравлическими параметрам промывки скважин.