Бурение нефтяных скважин

Нефть и газ составляют основу топливно-энергетических ресурсов нашей страны. Но поскольку открытые месторождения нефти и газа истощаются, то для их пополнения требуется дополнительной проведение геологоразведочных работ на нефть и газ в различных районах страны, прежде всего в Западной Сибири и районах Крайнего Севера.

В целом по стране проводятся большие работы по бурении глубоких скважин на нефть и газ. При этом ежегодно расходуется 300 тыс.т глинопорошков, 75 тыс.т лигносульфонатов, 900 тыс.т утяжелителей и 1500 тыс.т спациальчих цементов. Для регулирования свойств буровых и тампонажных растворов тратится большое число химических реагентов.

Так, например, при строительстве скважины по традиционной технологии (буровая установка Уралмаш-3Д-76) площадь под буровую составила 23 тыс.м2 при снятии плодородного слоя толщиной 25 см. Размер участка - 3 га. Для обеспечения технологических нужд предусмотрено устройство блоков емкости води, приема и слива глинистого раствора, сооружение земляных амбаров для шлама объемом 2000 м3, для глинистого раствора - 300 м3, для сбора и очистки воды - 1000 м3, под выкиды превентора - 300 м3.

Общее количество материалов составило 755 т, в том числе глинопорошки 230, барит 212, ССБ 79,2, сильвинит 38,4, Т-50 117,6, нефть 23,2, графит 15,1, гипан 15,2, крахмал 11,5, НЧК 3,8, КМЦ 0,76, медный купорос 0,66 и др. Засыпка амбаров для захоронения отработанных буровых растворов, шлама и выкидов превентора составила около 3600 м3.

С точки зрения экологичности, рассмотренные материалы для бурения представляют угрозу для окружающей среды (нефть, гипан, медный купорос и др.), поэтому необходимы дополнительные затраты для осуществления природоохранных мероприятий по .обезвреживанию и утилизации отходов бурения.

В России аффективные химические реагенты выпускаются в недостаточном количестве, что предопределяет необходимость импортных поставок (смотри табл.).

Залежи качественных бентонитовых глин имеются в Армении, Грузии, на Украине и других района за пределами России кроме того значительные расстояния затрудняют перевозку. В ряде районов страны приходится использовать местные комовые глины, которые требуют повышенного расхода химических реагентов. Обеспеченность буровых предприятий высококачественными глинопорошками и реагентами составляет около 50%, а некоторыми видами тампонажных цементов от 17,5 до 76,4%.

Качество цементирования определяет срок эксплуатации и эффективность охраны недр от загрязнения. Между тем, за исключением тампонажного портландцемента остальные виды специальных вяжущих выпускаются в недостаточном количестве.

Проведенный во ВНИИКРнефти анализ состояния 420 нагнетательных и добывающих аварийных скважин в "Сургутнефтегаз", "Нижневартовскнефтегаз" и "Юганскнефтегаз" показал, что за первый год эксплуатации от 60 до 80% скважин интенсивно обводняются за счет потери крепи, а за четыре года эксплуатации 68% нагнетательных скважин вышли из строя (140 скважин были ликвидированы). По данным Главтюменнефтегаза и Татнефти требуют ремонта минимум 12 - 15% общего фонда скважин.

При бурении глубоких скважин на нефть имеют место самые высокие экологические нагрузки на окружавшую среду и повсеместное загрязнение недр в связи с некачественной изоляцией пластов. Значительный вред окружающей среде наносят и все еще некачественные материалы и токсичные химические реагенты. Кроме того, из-за несовершенства и длительных сроков транспортировки и хранения такие материалы как цемент и химические реагенты теряют свои первоначальные свойства, что приводит к перерасходу материалов и затрате средств.

Одним из важнейших резервов повышения качества промывки и крепления скважин, снижения экологических нагрузок на окружающую среду является использование оптимального количества качественных материалов, которые для разведочных и эксплуатационных скважин соответственно составляют 25 и 30^ от общих расходов на строительство скважин. Большое значение имеет обоснованный нормированный расход материала на этапах проектирования, планирования и оперативного управления процессом строительства скважин. В связи с этим во ВНИИКРНефти разработаны алгоритмы и программы по оптимизации расхода материалов на промывку и методика по определению объемов отработанных буровых растворов при проводке скважин. Учет потерь вяжущего и реагентов для цементирования скважин позволяет добиться их существенной экономии и повысить эффективность и качество работ по разобщению пластов.

Выбор рецептур растворов для бурения отдельных интервалов глубоких скважин в сложных горно-геологических условиях представляет наибольшую трудность, поэтому весьма эффективно применение универсальных буровых растворов, позволяющих при минимальных корректировках обеспечивать проводку различных интервалов бурения. Сведение до минимума расхода материалов для приготовления твердой фазы буровых растворов позволяет упростить задачу их утилизации.

В буровых организациях страны все шире используются буровые растворы с малым содержанием твердой фазы (полимерглинистые, полимерные растворы, растворы с конденсированной твердой фазой и др.). Это позволяет снизить расход глин, увеличить механическую скорость бурения, улучшить технико-экономические показатели буровых работ.

Заслуживает внимания метод применения экологически безопасных буровых растворов на основе торфа и сапропелей, разработанный в Томском политехническом университете.

Для приготовления бурового раствора из торфа используются соду, КССБ, КМЦ и другие недефицитные и экологически безвредные вещества. Буровой раствор отличался стабильностью свойств, легко очищался от шлама.

Стоимость 1 м бурения скважины с использованием для промывки торфяного раствора около 2 раз ниже по сравнению с глинистым. Если учесть, что для обезвреживания и утилизации токсичных отходов бурения требуются дополнительные затраты, то экономическая эффективность применения торфяных растворов будет значительно выше. Торфяные буровые растворы пригодны для проводки скважин в глинистых и карбонатных породах, отложениях соли, а также при вскрытии продуктивных пластов. Во многих случаях торфа могут заменить глины и мел, при этом получают растворы с малым содержанием твердой фазы и незначительным расходом щелочных и полимерных реагентов и ПАВ. Следует указать, что поскольку концентрация твердой фазы торфяных растворов невелика (2-8%), то соответственно расход реагентов в два-три раза меньше, чем для обработки глинистых и меловых буровых растворов. На основе торфов получены эффективные и дешевые реагенты и модификаторы для глинистых растворов.

Отличительной особенностью торфяных буровых растворов является их хорошая совместимость с глинистыми, карбонатными и минерализованными растворами, а также со всеми полимерными добавками. Плотность раствора можно регулировать, подбирая соответствующий генетический тип сапропеля: органические сапропеля и торфосапропели позволяют получать буровые растворы плотностью 1,01-1,03 г/см3, кремнеземистые и смешанные сапропели 1,04-1,06 г/см3, карбонатные - 1,07-1,12 г/см3. В случае необходимости они могут дополнительно утяжеляться мелом и баритом.

Торф является дешевым и широко распространенным органогенным сырьем и может быть использован как в естественном виде, так и в виде кусковой продукции многочисленных торфопредприятий. Особенно перспективно использование торфа вместо глин в труднодоступных районах Сибири и Крайнего Севера, поскольку стсимость глинопорошков составляет 35-40 $/т, а транспортные расходы на их доставку в Тюменскую область достигают 100 $/т.

Разработаны составы буровых растворов на основе торфа для проводки скважин в многолетнемерзлых породах, глинистых отложениях и вскрытия продуктивных пластов. Высокими технологическими и реологическими свойствами обладают полимер торфяные растворы при незначительном расходе высокомолекулярных соединений и ПАВ, пригодные для бурения скважин в условиях воздействия высоких температур и давлений, а также полиминеральной агрессии. Торфяные буровые растворы экологически безвредны, легко очищаются от шлама, после использования они могут применяться для рекультивации нарушенных земель как в виде растворов так и образовавшихся неиспользованных остатков торфа на скважинах.

На основе торфа и сапропелей получены тампонажные облегченные материалы для крепления скважин, имеющие высокую коррозионную устойчивость по отношению к пластовым водам. Кроме того, при их применении достигается экономия цемента.

Согласно расчетам ВНИИКРнефти, снижение расхода материалов всего на 1% при бурении скважин позволит без дополнительных затрат на их производство только в Миннефтепроме увеличить объем проходки на 200-300 тыс.м. Применение торфа и сапропелей в бурении даст возможность значительно снизить расходы на приобретение глинопорошков и химических реагентов. Но основной экономический эффект может быть получен за счет уменьшения экологических нагрузок на окружающую среду и снижения затрат на проведение природоохранных мероприятий.

Использование дешевого и широко распространенного органогенного сырья, обладающего высокой адсорбционной и ионообменной способностью, возможно и для очистки буровых сточных вод. Известно широкое использование торфа и сапропеля для увеличения плодородия малопродуктивных почв. Все это свидетельствует о необходимости широкомасштабного внедрения торфа и сапропеля для обезвреживания отходов бурения и рекультивации нарушенных земель.