КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО БУРЕНИЮ Вариант №4 (Технико-экономические показатели строительства скважины,Химические реагенты и управление свойствами буров.)

Вариант 4
1.Технико-экономические показатели строительства скважины [1,5].
2.Химические реагенты и управление свойствами буровых растворов [3,5,8].
3.Назначение и особенности кустового строительства скважины [1,5,11].
4.Одно и двухступенчатое цементирование скважины [2,5,6].с

...

...

Контрольная работа выполняется с целью изучения вопросов, связанных с техникой и технологией строительства скважин. Выполняемый студентом вариант должен соответствовать последней цифре зачетной книжки. Контрольная работа включает в себя четыре вопроса. Объем контрольной работы должен составлять 12-20 страниц. В скобках указан номер рекомендуемой технической литературы (рукописного текста). Выбор вариантов по последней цифре зачетной книжки

В качестве разжижителей-диспергаторов используют веще­ства двух классов — неорганические (комплексные фосфаты) и органические реагенты. К последним относятся: 1) гуматные — углещелочной реагент УЩР; 2) производные лигнина — активированные гидролизные лигнины (нитролигнин); 3) лигносульфонаты и их производные — лигносульфонат кальция, феррохромлигносульфонат (ФХЛС), хромлигносульфонат; к этому типу реагентов относится конденсированная сульфитспиртовая барда (КССБ); 4) природные и синтетические танины — квебрахо, лесохимические полифенолы (ПФЛХ), синтаны.
Общим в характере взаимодействия реагентов с минерала­ми глин является то, что все разжижители обладают способ­ностью к хемосорбции на глинистых частицах, а образующиеся при этом поверхностные соединения отличаются достаточной прочностью и гидрофильностью. Действительно, характерный признак этих реагентов — наличие в составе их молекул ионогенных групп (карбоксилов, энольных гидроксилов, сульфоновых и др.) и структурных единиц, склонных к координацион­ным связям (спиртового гидроксила. карбонильных, тиоэфирных, аминовых групп).
Под влиянием сил взаимодействия между разноименно за­ряженными глинистыми частицами и ПАВ образуется гелеобразная структура.
В результате взаимодействия молекул реаген­та с ионами и атомами глинистых минералов неиспользован­ные свободные валентности полностью или частично насыщают­ся, что приводит к ослаблению связи между частицами и, как следствие, к разжижению системы и уменьшению прочности геля. Эти реагенты не уменьшают пластическую вязкость дис­персии, зависящую в основном от вязкости дисперсионной сре­ды и частичной концентрации твердой фазы.
Полярографическое исследование донорно-акцепторных свойств реагентов (гуматов, лигносульфонатов, полифенольных) показало, что все они представляют собой поверхностно-актив­ные вещества, способные образовывать достаточно прочные комплексные соединения с катионами кальция, алюминия и железа. Таким образом, для возникновения разжижающего эффекта молекула (или ион) реагента должны сочетаться не менее чем двумя связями с реакционноспособными атомами глинистой частицы. При этом найден ряд активности (по комплексообразованию с алюминием) реагентов-разжижителей и понизителей предельного напряжения сдвига: ССБ < окзил < УЩР < нитролигнин < ПФЛХ. Действие реагента также зависит от его гидрофильности, т. е. топографии, толщины и прочности слоя связанной воды, удерживаемой его полярными группами.
Органические реагенты-структурообразователи обеспечива­ют наряду с глиной повышение структурно-механических свойств буровых- растворов, однако чаще всего они применяют­ся для регулирования водоотдачи. К ним относятся, например, КМЦ и биополимеры.
При изучении механизма действия реагентов типа КМЦ установлено их слабое взаимодействие с кристалликами глины. Чаще всего эти реагенты удерживаются на поверхности кристалликов за счет не образующих циклов ионных и относительно слабых водородных и ван-дер-ваальсовых сил связи. Кроме того, такие реагенты в водной среде на­бухают и значительно увеличиваются в объеме за счет иммоби­лизованной воды. При этом даже весьма малые добавки приво­дят к изменению свойств раствора вследствие возникновения в последнем достаточно жестких и крупных образований. В ре­зультате этого в буровом растворе возникает сложная полимер-минеральная структура, обусловливающая специфическое из­менение ее структурно-механических свойств.
Биополимеры (зарубежный ХС-полимер и отечественный криптан) способны без твердой фазы образовывать структуры, которые по свойствам соответствуют технологии бурения. Их растворы при весьма малой концентрации имеют повышенную вязкость при низких градиентах скоростей сдвига и вязкость, близкую к вязкости воды, при высоких градиентах скорости сдвига.
Рассмотренные методы исследования процессов структурообразования позволяют выявить особенности действия реаген­тов на глинистые суспензии, например, учесть влияние минера­логического состава и обменного комплекса глин.
Стабилизирующая способность КМЦ почти не зависит от состава обменных катионов и определяется главным образом типом глины, особенностями ее кристаллической структуры и размерами частиц. Ограниченное число адсорбированных длинноцепочечных молекул КМЦ значительно меньше, чем сравни­тельно малых по размерам молекул гуматов и лигносульфонатов, и практически не меняется при модифицировании поверх­ности глинистых частиц вследствие ионного обмена. Неадсорбированная КМЦ способствует развитию полимерминеральных коагуляционно-тиксотропных структур и, следовательно, высо­кой структурообразующей активности реагента. На свойства таких сопряженных структур, по-видимому, оказывает влияние дисперсность глинистых частиц и их взаимодействие, определяемое минералогическим составом глин. Избыток реагента приво­дит к разрушению структуры в суспензии.
Безглинистые буровые растворы на основе биополимеров получают превращением в гидрогели их водных растворов до­бавкой кросс-агента, например трехвалентного хрома. В ре­зультате вязкость растворов повышается, и они превращаются в высокотиксотропные гели.
Для регулирования фильтрационных процессов в систем» скважина — пласт наряду с добавлением в буровые растворь глин используют органические реагенты-понизители фильтрации К ним относятся: гуматные реагенты; лигносульфонаты — КССБ-1, КССБ-2, КССБ-4 ; полисахариды — крахмал модифи цированный МК-1, декстран; зфиры целлюлозы — КМЦ, окси этйлцеллюлоза (ОЭЦ); акриловые полимеры — гидролизован ные полиакрилонитрил (гипан, К-4), полиакриламид (РС-2) сополимеры метакриламида и метакриловой кислоты (метас) метилметакрилата и метакриловой кислоты (М-14).
Понизители водоотдачи в первую очередь должны обеспечивать создание тонкой, прочной, малопроницаемой фильтрационной корки на стенках скважины. Эффективность действия полимерного реагента как понизителя водоотдачи обусловливается размером, конфигурацией и гидрофильностью макромолекулы. Чем больше реагент связывает воду, повышает вязкость дисперсионной среды и удерживается в поровых каналах фильтрационной корки, тем выше его эффективность.
КМЦ-500 связывает почти в 3 раза больше воды, чем разжижитель ССБ. Взаимодействие этого полимера с глиной мало влияет на водоотдачу бурового раствора.
Высокомолекулярные реагенты-полиэлектролиты наиболее эффективны, если обеспечивается комплементарность их функциональных групп и активных центров кристаллической решет­ки глин. Производные полисахаридов адсорбируются на глини­стых частичках за счет водородных и ван-дер-ваальсовых свя­зей. Водородные связи даже при невысоких температурах легко разрушаются, что ухудшает эффективность действия реагентов этого типа. Полиакрилаты взаимодействуют с глинистыми ми­нералами за счет хелатных связей. Образуется прочная термо­стойкая органоминеральная структурированная система, связывающая большое количество связанной воды и закупоривающая каналы в фильтрационной корке.
Эффективность реагентов — разжижителей и понизителей фильтрации в значительной мере зависит от минерализации глинистой дисперсии и температуры ее нагрева.
Взаимодействие реагента с ионами поливалентных металлов вызывает уменьшение степени диссоциации функциональных групп и ухудшение растворимости вещества; разрушение связи между атомами и молекулами в главной цепи полимера; сни­жение активности реагента и даже его десорбцию, высаливание. Солестойкость вещества в зависимости от строения макромолекулы, состава и расположения функциональных групп изменя­ется в широких пределах. Так, сравнительно высокой устойчиво­стью к хлоркальциевой агрессии отличаются реагенты, содер­жащие сульфогруппы; лигносульфонаты, сунил, СНГР, сульфо-эфиры целлюлозы. Добавки, в состав макромолекул которых входят карбоксилы (гуматы), теряют активность в присутствии ионов кальция. Можно полагать, что условия устойчивости полимеров к полиминеральной агрессии следующие: полифунк­циональность; наличие в полимере, как минимум, двух типов функциональных групп, обеспечивающих его устойчивость к насыщенным растворам NaCl и солям поливалентных метал­лов; содержание функциональных групп каждого типа в поли­мере должно быть таким, чтобы они в отдельности обеспечива­ли хорошую растворимость полимера.
Повышение температуры способствует десорбции и термо­деструкции активных добавок, возрастающей каталитической активности глин и агрессивному влиянию минерализованной среды, что обусловливает развитие коагуляционных процессов. Одной из наиболее устойчивых к термическому воздействию является углерод-углеродная связь, на прочность которой вли­яют степень разветвленности полимеров и наличие заместите­лей в макромолекуле. При переходе от линейного строения к ленточному, а затем к паркетному и сетчатому термостойкость полимера повышается.
Анализ механизма термостойкости и солестойкости реаген­тов показывает, что термосолестойкий реагент должен удовлет­ворять разнообразным, зачастую противоположным требова­ниям. Так, накопление полярных групп, необходимое для обес­печения солестойкости, ухудшает термостойкость реагента.
Таким образом, рассмотрение и уточнение общего механиз­ма действия реагентов-разжижителей позволяет сделать вывод о том, что высокий разжижающий эффект может быть достиг­нут только, когда реагент по строению и свойствам обеспечит одновременное выполнение следующих условий.
1. Форма взаимодействия и тип связи молекул реагента! с реакционноспособными атомами кристаллической решетки гли­нистого минерала обеспечивают возможность возникновения прочных циклических внутрикомплексных соединений (хелатов).
1. Имеется соответствие конфигурации и размера молекулы, реагента, обусловливающих расположение в ней функциональ­ных групп и структурных единиц, дислокации активных центров частицы глинистого минерала (предпочтительно саригюхского бентонита).
2. Наличие функциональных групп, обеспечивающих высо­кую гидрофильность молекул реагентов.
Отсутствует высаливание и термодеструкция реагентов при их использовании Уточнение механизма разжижающего действия реагентов позволяет с большей определенностью учитывать происходящие в дисперсиях изменения структурно-механических свойств под воздействием различных факторов и обосновывать оптимальный тип обработки бурового раствора применительно к конкретным условиям бурения.
Классификации реагентов по термо- и солеустойчивости достаточно известны. Однако, учитывая многокомпонентность буровых растворов, многофункциональность реагентов и возможность синергизма их действия, для каждой конкретно рецептуры устанавливается область применения. В общем случае следует принять, что все разжижители по устойчивости к повышенной температуре располагаются в следующий убывающий ряд: гуматы, производные лигнина, природные таниновые продукты и синтаны, фосфаты; по убывающей устойчивости минерализации — лигносульфонаты, синтаны, фосфаты, таниновые продукты, гуматы.
3. Назначение и особенности кустового строительства скважины
Кустовое бурение – это сооружение скважин, в основном наклонно направленных, устья которых группируются на близком расстоянии друг от друга с общей ограниченной площадки, а забои вскрывают продуктивный горизонт в заданных точках в соответствии с сеткой разработки
В настоящее время большинство эксплуатационных скважин бурится кустовым способом. Это объясняется тем, что кустовое разбуривание месторождений позволяет значительно сократить размеры площадей, занимаемых бурящимися, а затем эксплуатационными скважинами, дорогами, линиями электропередач, трубопроводами.
Кустом скважин называется такое их расположение, когда устья находятся вблизи друг друга на одной технологической площадке, а забои скважин - в узлах сетки разработки залежи.
Условия, вызывающие необходимость применения кустового бурения, подразделяются на технические - разбуривание кустовым бурением месторождений, залегающих под застроенными участками;
технологические — во избежание нарушения сетки разработки при естественном искривлении скважины объединяют в кусты;
геологические — разбуривание, например, многопластовой залежи;
орфографические — вскрытие кустовым бурением нефтяных и газовых месторождений, залегающих под водоемами, под участками земли с сильно пересеченным рельефом местности, при проводке скважин на продуктивные горизонты с отдельных морских буровых оснований или эстакад;
климатические — разбуривание нефтяных и газовых месторождений, например в зимний период, когда наблюдается большой снеговой покров, или весной во время распутицы и значительных паводков.
Расположение скважин в кусте зависит от условий местности и предполагаемых средств связи куста с базой. Кусты, не связанные постоянными дорогами с базой, считаются локальными. В ряде случаев кусты могут быть базовыми, когда они расположены на транспортных магистралях. На локальных кустах скважины, как правило, располагают в форме веера во все стороны, что позволяет иметь на кусте максимальное количество скважин.
Буровое и вспомогательное оборудование монтируется таким образом, чтобы при передвижении БУ от одной скважины к другой буровые насосы, приёмные амбары и часть оборудования для очистки, химобработки и приготовления промывочной жидкости оставались стационарными до момента окончания строительства всех (или части) скважин на данном кусте.
Число скважин в кусте может колебаться от 2 до 20-30 и более. Причём, чем больше скважин в кусте, тем больше отклонения забоев от устьев, увеличивается длина стволов, увеличивается длина стволов, что приводит к росту затрат на проводку скважин. Кроме того, возникает опасность встречи стволов. Поэтому возникает необходимость расчёта необходимого числа скважин в кусте.
В практике кустового бурения основным критерием определения числа скважин в кусте является суммарный дебит скважин и газовый фактор нефти. Эти показатели определяют пожароопасность скважины при открытом фонтанировании и зависят от технического уровня средств пожаротушения.
Зная примерное число скважин в кусте, переходят к построению плана куста. Планом куста называется схематичное изображение горизонтальных проекций стволов всех скважин, бурящихся с данной кустовой площадки. План куста включает схему расположения устьев скважин, очерёдность их бурения, направление движения станка, проектные азимуты и смещения забоев скважин. Задача завершается построением схемы куста.
В проекте, кроме обычных данных, должна быть отражена последовательность бурения скважин.
Скважины проводят по программам, составленным с учетом горизонтальных проекций и профилей ранее пробуренных скважин. Запрещается бурение новой скважины, если отсутствуют данные о геометрических параметрах ствола предыдущей скважины.
При строительстве скважин куста по результатам отклонения ранее пробуренных скважин от проектного положения необходима соответствующая корректировка проектов на бурение последующих скважин.
При бурении скважин одного куста следует применять отклонители с одинаковой интенсивностью искривления ствола скважины.
Первый замер углов искривления после зарезки осуществляют через 25 м, а в дальнейшем через каждые 50 м. После проведении инклинометрических замеров горизонтальную проекцию ствола наносят на план куста в масштабе 1 : 2000, находящийся на буровой. После получения официальных данных инклинометрии план уточняют. Уточненную горизонтальную проекцию ствола в технологическом отделе наносят на план куста в масштабе 1 : 1000 или 1 : 2000. При сближении стволов необходимо делать промежуточные замеры кривизны: при бурении с отклонителем — через 25 м, на прямолинейном участке - через 200—300 м.
Зона вокруг ствола скважины менее 1,5 м считается опасной с точки зрения встречи стволов. Если в процессе бурении выявляется, что возможно соприкосновение опасных зон двух скважин, бурение продолжают с соблюдением мер, исключающих повреждение обсадной колонну или корректируют геометрические параметры ствола скважины.
Если на плане горизонтальные проекции стволов пересекаются, необходимо определить вертикальные глубины, соответствующие точке пересечения, и указать их на плане.
При необходимости бурении скважин, не предусмотренных планом куста, проводку их следует осуществлять по специальным планам, согласованным с вышестоящей организацией.
В ходе кустового освоения нефтяных месторождений буровая установка размещается на ограниченной территории на площади. Поэтому практика наклонного бурения показала, что наиболее рациональны два метода компоновки оборудования.
По первому методу оборудование разделяют на две части — подвижную и неподвижную (стационарную). В этом случае не все буровое оборудование перемещается с точки на точку. Во втором случае по мере проводки скважин все буровое оборудование перемещают с точки на точку, включая циркуляционную систему, буровые насосы и т. д.
Форма и размеры кустовой площадки определяются количеством скважин и расстоянием между ними, так как этим определяется общая протяженность рабочей площадки; противопожарными нормами и правилами, которыми устанавливается расстояние между отдельными объектами на кустовой площадке.
К недостаткам кустового бурения относят следующие критерии.
В связи с увеличением числа скважин в кусте возрастают отклонения забоев от вертикали и увеличивается длина стволов, что приводит к росту затрат на проводку скважин.
Кроме того, каждую пробуренную скважину по техническим причинам консервируют до завершении бурения всех или части скважин куста. Из-за этого снижаются темпы разработки месторождений и с увеличением числа скважин в кусте потери резко возрастают. Для обеспечения наибольшей экономической эффективности кустового бурения следует выявить рациональное количество скважин в кусте.
4.Одно и двухступенчатое цементирование скважины
Цементированием называется процесс заполнения заданного интервала скважины суспензией вяжущих материалов, способной в покое загустевать и превращаться в прочный, практически непроницаемый камень.
Существует несколько способов цементирования. Условно их можно разделить на две группы: способы первичного цементирования и способы вторичного (ремонтного) цементирования.