CC BY
15
ОТДЕЛ БУРЕНИЯ И ОПРОБОВАНИЯ СКВАЖИН
Г.А. Семёнычев, И.С. Польшаков
В 1971 г. по приказу Министерства геологии СССР в составе института был создан отдел бурения и опробования скважин.
В течение 38 лет работы отдел возглавляли:
- 1971-1981 гг. И.С. Польшаков,
- 1981-1982 гг. В.С. Курицын,
- 1983-1988 гг. П.Н. Апостольский,
- 1989-1990 гг. П.С. Шмелёв,
- 1991-1993 гг. М.М. Быстров,
- 1994-2009 гг. Г.А. Семёнычев.
Основными задачами созданного отдела были: разработка технологии бурения, крепления, опробования скважин и интенсификации притоков нефти и газа; оказание методической и консультативной помощи буровым предприятиям Нижневолжского и других ТГУ. В соответствии с заданием заместителя министра геологии СССР и руководства Главного управления по бурению, выполнялся большой объем работ по оказанию научной помощи ТГУ Коми
Семёнычев Герман Аркадьевич
АССР, Томскому ТГУ, Новосибирскому ТГУ в области сокращения затрат времени и средств на ликвидацию поглощений бурового раствора.
Использование разработок отдела по предупреждению осложнений в бурении обеспечило в Томском ТГУ снижение в 2 раза затрат времени на ликвидацию поглощений бурового раствора уже через год после начала их использования (из доклада главного технолога Томского ТГУ на Всероссийском совещании).
Так, за девять лет (с 1971-1979 гг.) экономический эффект от внедрения разработок, выполненных отделом только по теме предупреждения осложнений, составил 27 миллионов рублей.
Отдел проводил НИОКР в содружестве с научно-исследовательскими институтами Министерства геологии СССР: Полтавское отделение УкрНИГРИ, Каз-НИГРИ, ВНИГНИ Миннефтепрома; ВНИИБГ, ВНИИКРнефть, УкрНИИПНД, ВолгоградНИПИнефть, СевкавНИПИ-нефть, КБ НГП объединения "Саратовнеф-тегаз", учебными заведениями: МИНХ и ГП, СГУ; институтами Академии наук СССР, Азербайджанской ССР.
В связи с открытием четырех наиболее крупных месторождений Прикаспийского нефтегазоносного комплекса - Астраханского, Карачаганакского, Тенгизско-го и Жанажольского, - отдел разрабатывал технологии и технические средства для Прикаспийского региона.
Уникальные по сложности горно-геологические условия бурения глубоких скважин в Прикаспийском регионе: аномально высокие пластовые давления и температуры, наличие зон активного проявления горного давления, высокое содер-
жание в пластовых флюидах агрессивных компонентов (сероводорода до 24 %, углекислого газа до 16 %) - потребовали разработки принципиально новых технологий для безаварийного и безопасного бурения и испытания скважин в этом районе.
В НВНИИГГ велись целенаправленные исследования по решению наиболее важных проблем глубокого бурения, таких как:
- повышение механической скорости бурения и проходка долота за счет использования волновых процессов потока бурового раствора и колебаний бурильной колонны;
- повышение качества крепления и цементирование скважин;
- прогнозирование рапосодержа-щих зон, совершенствование технологии вскрытия и изоляции этих зон;
- предупреждение и ликвидация межколонных проявлений давления;
- обеспечение экологической безопасности недр.
Приведем только краткую информацию о некоторых оригинальных разработках отдела.
Эффективные компоновки низа бурильной колонны с применением созданных технических средств (гидравлические амортизаторы и центраторы, волновой отражатель) позволили повысить техническую скорость бурения в 1,3 раза при повышении механической скорости бурения в 1,3 раза и увеличении проходки на долото в 1,4 раза. Для оперативного контроля зенитного угла создан инклинометр, позволяющий контролировать зенитный угол после окончания каждого долбления.
С целью устранения желобных выработок и расширения ствола скважин перед спуском обсадных колонн разработаны гидравлические расширители для стволов скважин диаметром от 112 до 394 мм. Во всех скважинах, где применялись эти рас-
ширители, обеспечен безаварийный спуск обсадных колонн до проектных глубин.
Только по данным промысловой геофизики (без лабораторных исследований керна) создан метод определения параметров устойчивости пород приствольной зоны скважин.
Разработан способ крепления скважин, повышающий надежность крепления в условиях точения горных пород. Это обеспечивается за счет закачки вязкоупругой жидкости в определенный интервал межтрубного и затрубного пространства.
Известные технологии цементирования скважин очень часто не обеспечивают герметичность заколонного пространства в течение всего периода существования скважины даже с использованием заколон-ных механических пакеров. Поэтому была разработана новая технология цементирования скважин, обеспечивающая твердение цементного камня без контракционного всасывания пластового флюида. Суть ее состоит в использовании вязкоупругого разделителя специального состава. Использование технологии цементирования позволит решить одну из самых сложных проблем бурения глубоких скважин - предупреждение межколонных газонефтево-допроявлений.
Созданы разработки по повышению долговечности крепи скважин в условиях аномального воздействия агрессивных сред и горного давления.
Для предотвращения прихватов бурильной колонны обоснован и предложен критерий оценки противоприхватных свойств буровых растворов. Разработаны конструкция устройства и методика, которые позволяют по величине относительного коэффициента трения, в системе металл-корка бурового раствора, оценивать его прихватообразующую способность.
Величина коэффициента прихвато-опасности бурового раствора, определяемая данным способом, позволяет сравнить
различные буровые растворы по прихва-тоопасности, выявить эффективность про-тивоприхватных добавок в буровом растворе.
Подготовлены к промышленному выпуску полифункциональные акриловые реагенты, резко снижающие разупроч-няющее действие буровых растворов на глинисто-аргиллитовые породы. Разработан раствор для вторичного вскрытия и испытания продуктивных пластов на основе хлорида цинка в смеси с хлоридом кальция.
Проведены работы по использованию технологии электрохимической активации буровых растворов, которые позволят на 30 % снизить расход реагентов и упростить рецептурный состав применяемых систем.
Совместно с Южно-Уральским филиалом ВНИГРИ создана эффективная технология вскрытия и изоляции рапопрояв-ляющих горизонтов.
Для интенсификации притоков пластового флюида в скважинах разработаны методы воздействия на призабойную зону пласта:
- обработка пласта волновым генератором давления,
- освоение скважин с помощью вихревого насоса,
- освоение коллекторов ухудшенной проницаемости методом мгновенных глубоких депрессий.
Практика показала, что на месторождениях, содержащих агрессивные компоненты, ликвидация скважин осложняется наличием межколонных проявлений давления. Согласно инструкции ликвидация скважин с межколонным давлением, за-колонными перетоками и грифонами допускается только после их устранения.
Таким образом, наиболее оптимальным методом ликвидации скважин, особенно в условиях воздействия агрессивных пластовых компонентов, является такой
метод, который позволяет совместить процесс ликвидации скважин с процессом ликвидации межколонных проявлений давления.
Экологическую надежность изоляции продуктивных горизонтов можно обеспечить следующим образом: в разрезе скважины выделяют интервал высокопластичных пород, в границах этого интервала достигают сообщения трубного пространства с массивом горных пород и за счет энергии этого массива формируют естественный изоляционный мост.
Завершены работы по созданию методов защиты окружающей среды от загрязнений отходами атомной, химической, микробиологической и других отраслей промышленности. В результате этого разработан надежный способ захоронения токсичных веществ в геотехнологических скважинах.
Новые технологии и технические средства для бурения и испытания скважин созданы на патентоспособном уровне.
За период деятельности отдела создано 58 изобретений, на которые получены авторские свидетельства СССР и патенты России.
За каждой научной разработкой, технологией, техническим средством стоят конкретные сотрудники отдела, которых необходимо отметить.
Теоретические исследования и практическое внедрение разработок по предупреждению осложнений в глубоком бурении, особенно по предупреждению поглощений бурового раствора, провели на высоком научном уровне первый руководитель отдела И.С. Польшаков и доцент СГУ А.Н. Кукин.
П.Н. Апостольским были разработаны комбинированный турбинно-роторный способ бурения скважин, моментомер на машинные ключи, экспресс-метод определения буримости горных пород по шламу и гидравлический расширитель.
П.С. Шмелёвым были проведены глубокие и всесторонние исследования коррозии трубных сталей в условиях агрессивного воздействия сероводорода при высоких давлениях и температурах, инги-биторной защиты трубных сталей отечественного и импортного производства, которые легли в основу монографии "Бурение глубоких скважин в условиях аномального воздействия коррозионно-активных сред".
М.М. Быстровым разработаны и внедрены в практику бурения безглинистый гидрогельмагниевый раствор для бурения в солях и неустойчивых породах, специальный раствор для вскрытия продуктивных пластов, полимербентонитовый раствор с низким содержанием твердой фазы, безглинистая промывочная жидкость, вязко-упругий состав для ликвидации интенсивных поглощений, гипсокон-денсированный буровой раствор для бурения в неустойчивых глинисто-аргиллитовых породах и солях, полимерглинистый буровой раствор на основе полифункциональных акриловых полимеров, раствор для вторичного вскрытия и испытания продуктивных пластов.
Г.А. Семёнычевым разработаны технологии бурения на основе использования энергии массива горных пород. При создании модели напряженно-деформированного состояния горных пород в околосква-жинном пространстве, отражающей реальную деформацию массива горных пород во взаимодействии с буровым раствором, использованы основные положения теории устойчивости в механике горных пород.
В.В. Мулловским разработаны гидравлический амортизатор, волновой отражатель, гидравлический турбинный отклони-тель, прибор для измерения наклона скважины. Совместно с Г.А.Семёнычевым и И.А. Лигостаевым разработаны гидромеханический амортизатор и гидравлический якорь.
Б.П. Губанов совместно с М.М Быстровым и Ю.А. Еремеевым разработал способ ликвидации скважин и способ захоронения токсичных веществ.
Г.И. Журавлёв создал технологию цементирования обсадных колонн, обеспечивающую предупреждение межколонных и заколонных газонефтеводопроявлений.
К.У. Мязитов провел работы по использованию технологии электрохимической активации буровых растворов и предотвращению биологического заражения буровых растворов.
К.А. Рахимовым разработаны технология крепления скважин с использованием суперпластификаторов и полимерный состав для ликвидации поглощений бурового раствора.
В.А. Герасимов разработал большую часть проектов на захоронение промысло-во-сточных вод с организацией сети наблюдательных скважин и программы мониторинг на Соколовогорском, Гусель-ском, Лимано-Грачёвском месторождениях и базе ЦПТНГ "Смородинка".
В.Е. Городецким были разработаны такие методы воздействия на приза-бойную зону пласта, как обработка его волновым генератором давления, освоение скважин с помощью вихревого насоса, а также освоение коллекторов с ухудшенной проницаемостью методом мгновенных глубоких депрессий.
Внесли большой вклад в работу отдела В.С. Курицын, В.П. Гончаров, В.В. Голубев, С.И. Яночкин, В.М. Морозов, Л.В. Губанова, А.С. Мантров, Б.И. Алчи-нов, И.А. Морозова, М.А. Рябская, Г.Б. Витебская, Н.Ф. Тормозина. К сожалению, трудно перечислить всех сотрудников, которые за 38 лет работы отдела отдали свои знания и силы теоретическим исследованиям и практическому внедрению научных разработок и технических средств, но их труд заслуживает уважения и благодарности.
Разработки НВНИИГГ были использованы при бурении параметрических и поисковых скважин: скв.Д-1 Карачаганак-ская (6250 м), скв.Д-2 Карачаганак-ская (6240 м), скв. Прикаспийская сверхглубокая (6031 м), скв.5 Ерусланов-ская (6003 м), скв.2 Южно-Алтатинская (5749 м), скв.1 Черная Падина (5910 м), скв. 1 Володарская (5974 м).
В 1992 г. по заданию Министерства природных ресурсов отделом была разработана программа "Прогресс в глубоком разведочном бурении России в 19932000 годах.". Эта программа была задумана и разработана как научно-техническая программа государственного масштаба с большим объемом финансирования НИОКР, строительством производственных объектов для обеспечения глубокого бурения качественными глинопорошками, эффективными химреагентами, долотами,
бурильными, обсадными и насоснокомп-рессорными трубами, современным оборудованием.
Планировалось задействовать в программе двадцать две научно-исследовательские организации России, в том числе два института, основных кураторов программы: ЗапСиббурНИПИ и НВНИИГГ. Наш институт должен был принять участие в 19 пунктах программы, но финансирование было значительно ниже запланированного (фактически финансировалось 12 пунктов программы), а затем и вовсе прекращено. В связи с сокращением объемов финансирования договоров по глубокому бурению скважин в 2009 г. отдел был преобразован в лабораторию технологии бурения.
Надеемся, что в будущем большой научный потенциал буровиков института будет востребован в полной мере.
* * *
