Разработка технологий герметизации скважинного оборудования при комплексном термобарическом и севодородном воздействии

 

                                                                                              На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

Шевяхов Андрей Александрович

Разработка  технологий  герметизации

 скважинного оборудования

при комплексном  термобарическом  и 

сероводородном  воздействии

 

 

Специальность 25.00.17 - Разработка и эксплуатация нефтяных и   газовых

                                               месторождений

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание  ученой степени

кандидата технических  наук

 

 

 

Москва, 2004

 

 

Работа выполнена в  Обществе с ограниченной ответственность  «Астраханьгазпром».

 

Научный руководитель:                                  доктор технических наук

                                                                           Саушин  А.З.

 

Официальные оппоненты:

              - доктор технических наук  Перепеличенко В.Ф.

                        - кандидат технических наук   Тупысев М.К.

 

                                             

 

    Ведущее предприятие:  ЗАО «Астраханьнефтепром»

 

 

 

Защита состоится «_____»_________________2005 г. в «13³⁰» час. на заседании диссертационного совета Д 511.001.01 при Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, п. Развилка, ООО «ВНИИГАЗ».

 

 

С диссертацией можно  ознакомиться  в библиотеке  ООО «ВНИИГАЗ».

 

 

 

 

Автореферат разослан   «_____» _______________ 2004 г.

 

 

 

 

 

 

Ученый секретарь 

диссертационного совета, д.г-м.н.                                                           Н.Н.Соловьев 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  РАБОТЫ

 

Актуальность темы. Эксплуатация  скважины в высокоагрессивных условиях  увеличивает  количество случаев негерметичности элементов подземного и устьевого оборудования, что приводит  к миграции пластового флюида по затрубному пространству,  его концентрации  в приустьевой части. Как следствие, это приводит к повышенному коррозионному воздействию на эксплуатационную и техническую колонны, насосно-компрессорные трубы, уплотнительные элементы устьевого оборудования и  возможному перетоку газа с агрессивными компонентами из затрубного  в межколонное  пространство.  Вышеперечисленные осложнения  могут стать причиной   досрочного  выхода скважин  в капитальный ремонт, а иногда и ликвидации.

 В связи с этим,  для продления межремонтного  периода эксплуатации скважины  весьма актуальной задачей является  разработка технологических решений по восстановлению герметичности эластомерных уплотнений устьевого оборудования и  герметизации затрубного пространства в условиях комплексного воздействия давления,  температуры и  агрессивных газов.

 

Цель  работы.  Повышение эффективности и продление межремонтного периода эксплуатации  скважин в условиях совместного воздействия высоких концентраций кислых газов, температуры и давления за счет восстановления герметичности затрубного пространства и уплотнительных элементов устьевого оборудования.

 

Задачи исследований

1. Провести анализ накопленного  в нефтегазопромысловой практике  опыта  в выбранном направлении и выявить  перспективные составы и технологические решения. 

 

2. Разработать методику  оценки  герметизирующей способности  составов для условий  комплексного воздействия агрессивных компонентов пластового флюида, давления и температуры.

 

3. Разработать герметизирующие  составы с высокими проникающими  и адгезионными свойствами,  устойчивые  к агрессивному  воздействию пластового флюида, высокой температуры и технологии их применения.

 

4. Провести опытно-промышленную  отработку предложенных технологических решений.

 

5. На основе результатов  опытно-промышленных работ разработать  регламентирующие  документы и внедрить в практику предложенные технологические решения.

 

 

Научная новизна.

Разработана методика оценки герметизирующей способности эластомерных составов и оптимизации их рецептур в условиях воздействия агрессивных компонентов пластового флюида, таких как сероводород (до 25%) и углекислый газ (до 20%). Определены и научно обоснованы критерии оценки герметизирующей способности эластомерных композиций.  К наиболее значимым из них относятся:  коэффициент набухания, предельное напряжение сдвига. Экспериментально установлено и подтверждено промысловыми испытаниями преимущество  использования в качестве основы герметизирующих составов  смеси натрий-бутадиенового и натурального каучуков в соотношении 1:2,5.

Разработаны и защищены патентами Российской Федерации:

- рецептура эластомерной  композиции  для восстановления  герметичности уплотнительных элементов устьевого оборудования скважин  (Патент РФ № 2183725 «Герметизирующая композиция для ремонтных и изоляционных работ в скважине»);

- технология блокировки  источников негерметичности   затрубного  пространства, основанная на применении состава на эластомерной основе, способного полимеризоваться при температурах 80-100 ⁰С (патент РФ №2183726 «Способ герметизации затрубного пространства скважин»).

 

Основные  защищаемые положения.

1. Методика и  критерии оценки  герметизирующей способности эластомерных композиций при  совместном воздействии агрессивных компонентов пластового флюида, давления и температуры.

2. Обоснование закономерностей  влияния  кислых газов пластового флюида Астраханского ГКМ и флюидов, содержащихся в затрубном пространстве скважин,   на физико-механические параметры  герметизирующих композиций на эластомерной основе.

3. Разработка рецептур герметизирующих составов  на основе эластомерных композиций для блокировки источника  негерметичности затрубного пространства и восстановления герметичности  уплотнений устьевого оборудования.

 

Практическая  значимость  и  реализация  работы

1. Использование в  качестве герметизирующего состава  разработанной эластомерной композиции   позволяет  восстановить герметичность   уплотнений устьевого оборудования и предотвратить проникновение пластового флюида с  высоким содержанием  кислых газов в межколонное пространство.

2.  Применение разработанной  технологии герметизации затрубного  пространства позволяет предотвратить скопление пластового газа  с высоким содержанием агрессивных компонентов в приустьевой зоне, снижая тем самым величину затрубного давления и скорость коррозионных процессов в затрубном  пространстве.

3.  Разработанные   составы и технологии их применения  прошли промысловые испытания на эксплуатационных скважинах  Астраханском газоконденсатном месторождении и рекомендованы для применения.

4. Создана компьютерная  программа  "АГКМ - Фонд скважин", позволяющая  накапливать  и анализировать информацию о техническом состоянии эксплуатационных скважин и оценивать эффективность проведенных ремонтно – изоляционных работ (Свидетельство № 2000610856 "Справочно-информационный комплекс АГКМ - фонд скважин"). 

5.  На основе результатов  промышленных испытаний разработанных  составов и технологий разработаны   регламентирующие документы:

- СТП 05780913.14.4-2004" Порядок работ на скважинах с негерметичным затрубным пространством"  позволяющий по совокупности факторов и экспериментальных наблюдений  оценить техническое состояние  скважин с негерметичным затрубным пространством и  в зависимости от этого определить  объём и порядок проведения ремонтно-восстановительных и ремонтно – изоляционных  работ;

- технологическая инструкция "Восстановление герметичности  уплотнений  трубных и колонных  головок скважин АГКМ эластомерным составом" (АНИГ-158.00.00.00), определяющая правила работы с фондом скважин с негерметичными уплотнениями колонных и трубных головок и способы их герметизации.

Практическая значимость основных результатов диссертационной работы подтверждена   актом внедрения  и расчетами экономической эффективности.

 

Апробация работы.

Материалы, составляющие основное содержание диссертации, докладывались и обсуждались:

- на  III Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России, Москва, сентябрь 1999г;

- на Международной  конференции "Проблемы добычи  и переработки нефти и газа в перспективе международного сотрудничества ученых Каспийского региона", Астрахань, 2000г;

- на  X Международном конгрессе "Новые высокие технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи" GITOGIC'2000. Москва, 2000г.

- на Международной   научно-практической конференции  "Газовой отрасли – новые технологии и новая техника",  г.Ставрополь, сентябрь 2002г.

- на отраслевых конференциях  и совещаниях по проблемам межколонных давлений и продлению межремонтного периода работы скважин.

 

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе; 6 статей, 3 тезиса  докладов, 2 патента на изобретения, 1 свидетельство на программу  ЭВМ.

 

Объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав,  основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников,  включающего 103 наименования, 2 приложений. Изложена  на 170 страницах  машинописного текста, содержит 30 рисунков, 30 таблиц.

 

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении  обоснована актуальность диссертационной работы и дана ее общая характеристика, сформулированы цели и основные задачи исследований, раскрыты научная новизна и практическая ценность работы.

Первая  глава посвящена анализу   технического состояния подземного оборудования и уплотнительных элементов устьевого оборудования на эксплуатационных скважинах Астраханского ГКМ и современных составов и технологий герметизации подземного и устьевого оборудования, оценке их эффективности и возможности применения в условиях  комплексного термобарического воздействия и аномально высокой концентрации кислых газов – сероводорода и углекислого газа.

Определены основные причины, приводящие к досрочному капитальному ремонту скважин Астраханского ГКМ:

- межколонное давление между эксплуатационной и технической колоннами;

- негерметичность подземного  оборудования, насосно-компрессорных  труб  и, как следствие,  негерметичность затрубного пространства;

- переток  пластового  газа из затрубного пространства  через негерметичные эластомерные уплотнения колонной головки в межколонное пространство  между эксплуатационной и технической колоннами.

Анализ показал, что источником негерметичности затрубного пространства  является как  нарушение одного из элементов подземного оборудования, так и их совокупность. Причем, более 30 % от общего количества скважин с негерметичным затрубным пространством имеют источники негерметичности,  сосредоточенные в интервале расположения  подземного оборудования.

Продолжительность фирменных эластомерных уплотнений до их отказа  на эксплуатационных скважинах составляет  8,5-9 лет. Основной причиной снижения работоспособности уплотнительных элементов устьевого оборудования является комплексное воздействие давления, H₂S и температуры, при котором происходит потеря эластичности и как следствие значительная остаточная деформация, растрескивание эластомерного уплотнения.

В процессе  анализа уделялось  внимание опыту получения и использования гелеобразных, твердеющих и тампонирующих составов для  борьбы с поглощениями в процессе бурения, селективной водоизоляции,  при ремонтно-изоляционных работах по ликвидации межколонных  проявлений,  а также рецептурам эластомерных композиций, используемых в качестве герметизирующих составов в различных отраслях промышленности.

За основу были выбраны  исследования  Решетникова Н.П., Бережного А.И., Серебро Ж.Н., Бондарец Н.М, Курочкина Б.М.  Горбуновой И.В., Булатова А.И, Фахретдинова Р.Н., Гарифуллина Ш.С., Ягафарова А.К., Клещенко И.И., Овчинникова В.И., Фойгта И., Шварца А.Г., Динзбурга Б.Н., Кендиса М.Ш., Ф.А. Махлиса, Д.Л. Федюкина,  В.Ф. Евстратовой, Ф.И. Яшунского, Бэри А.Дж., Бек Х.Н., Зуева Ю.С., Дегтевой Т.Г, Левинина С.В., Д.Бартона, У.Уилиса, Аллиера Г., Сьетуна И.М., Блох Г.А., Бокшицкого М.Н, Гойхмана Б.Д., Кошелева Ф.Ф., Корнева А.Е. и других.    

Существующие технологии  базируются на использовании водорастворимых полимеров,    вязкоупругих и гелеобразующих составов, синтетических смол с последующей полимеризацией под действием температуры или реакции с отверждающим реагентом, гидрофобных эмульсий  (надпакерные жидкости), эластомерных составов, способов термического воздействия на химические вещества с последующим их отверждением.

В процессе изучения опыта применения вышеперечисленных типов изолирующих составов  установлено: