Работа посвящена созданию новых композиций технологических составов для крепления наклонно направленных скважин в условиях высоких температур. Разработанные составы обеспечивают высокие прочностные характеристики цементного камня. Показано, что с увеличением плотности упаковки компонентов тампонажного состава растут прочностные характеристики, и снижаются пористость и проницаемость цементного камня, при этом повышение температуры и давления ведет к существенному росту прочности на сжатие и изгиб, что связано с присутствием в них кварца. Установлено, что введение специальных структурообразующих добавок в состав разработанных тампонажных растворов позволяет формировать седиментационно устойчивые цементные системы, способные обеспечивать повышение прочностных характеристик цементного камня и, в целом, качества крепи наклонно направленных скважин. Исследование реологических свойств разработанных тампонажных составов показало, что системы имеют достаточно высокий предел текучести при повышенных температурах и давлениях. Разработанные составы буферных жидкостей на водной основе способствуют увеличению степени очистки как поверхностей обсадных колонн, так и горных пород от остатков бурового раствора и глинистой корки, что улучшает качество цементирования нефтяных и газовых скважин. Раскрыт механизм повышения моющей способности буферных жидкостей и прочностных характеристик цементного камня в зависимости от состава и свойств входящих в них компонентов.
Рассмотрены варианты облегченных тампонажных составов с добавками различных веществ, таких как глинистые компоненты, зольные системы, кремнеземистые добавки, кероген, гильсонит, микросферы, а также процесс аэрирования тампонажного раствора. Представлены рекомендации по применению составов в различных условиях. Снижение плотности раствора достигается не только за счет низкой плотности используемых материалов, но и в результате увеличения водоцементного отношения. В таких условиях не удается обеспечить формирование в скважине прочного и непроницаемого цементного камня, создающего высокое качество межпластовой изоляции. Даны характеристики физико-механических свойств существующих облегчающих добавок, позволяющие определять наиболее рациональные условия использования тампонажных растворов для повышения качества цементирования скважин.
Рассмотрены проблемы крепления скважин при бурении на нефть и газ. Установлено, что основной причиной возникновения заколонных перетоков пластовых флюидов является некачественная изоляция затрубного пространства обсадных колонн, вызванная неполным удалением глинистой корки с поверхности ствола скважины, что приводит к отсутствию адгезии цементного камня с горной породой. Показано, что использование в составе буферной жидкости полимерной добавки GM-II способствует увеличению контактной прочности цемента с породой в несколько раз. При этом перемешивание буферной жидкости с цементным раствором не ухудшает такие важные показатели, как растекаемость и консистенция. Представлены результаты исследований по разработке составов полимерных буферных жидкостей, повышающих качество крепления обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах. По результатам инфракрасного спектрального и рентгеноструктурного анализа определено влияние фазового состава и минеральной структуры системы «цементный камень – глинистая корка – порода» на повышение герметичности затрубного пространства скважины. Электронно-микроскопические исследования показали, что при использовании полимерных буферных жидкостей между гидратированными минералами цемента и глинистой коркой образуются спутанно-волокнистые сетчатые структуры, которые соединяют цементные зерна и глинистые минералы. С помощью рентгеновского энергодисперсионного микроанализа были проведены исследования состава этих структур. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что данные структуры в основном состоят из гидросиликата кальция (более 77 % по массе), что согласуется с исследованиями инфракрасного и рентгеноструктурного анализа. Опытно-производственные исследования, проведенные на китайском месторождении нефти Шэнли, подтвердили эффективность применения разработанных буферных жидкостей.
Приведены характеристики горных пород по степени их буримости. Рассмотрены вопросы влияния дифференциального давления на буримость горных пород, изменения прочности горных пород в зависимости от глубины их залегания и условий разрушения. Проанализированы вопросы взаимосвязи технологических процессов по разрушению горных пород на забое скважины и разрушающих напряжений. Дана оценка взаимосвязи между разрушающими напряжениями и деформациями горных пород с учетом их структурного изменения и скорости нагружения при разрушении. Оценена возможность и целесообразность полученных закономерностей между напряжениями, деформациями и дифференциальным давлением при решении практических задач по эффективному разрушению горных пород при бурении. Рассмотрены вопросы теоретического обоснования разрушения горных пород при работе породоразрушающего инструмента в забойных условиях. Показано, что эффект разрушения горной породы при бурении зависит не только от значения разрушающей нагрузки, но и от скорости ее приложения.
Представлены способы ослабления пород для повышения эффективности бурения твердых горных пород, а также сделана попытка разработки состава промывочной жидкости. Цель работы – создание композиций промывочных жидкостей, повышающих эффективность разрушения твердых горных пород. Авторами статьи проведены экспериментальные исследования составов промывочных жидкостей и их основных структурно-реологических и фильтрационных характеристик. Также на созданном стенде оценено влияние различных растворов, в том числе и разработанного, на процесс разрушения твердой породы. Результаты исследований показывают, что состав и характеристики разработанной промывочной жидкости положительно влияют на процесс разрушения твердых горных пород. Применение безглинистых буровых растворов с добавками композиций анионактивных ПАВ позволяет увеличить производительность буровых работ за счет повышения механической скорости бурения и проходки на долото.
Рассмотрены перспективы разведки и освоения месторождений газовых гидратов в мире, а также проблемы бурения скважин на газогидраты на северо-западе Китая. Установлено, что основными причинами возникновения осложнений на месторождении Мули являются вторичное гидратообразование на стенке скважины и на буровом снаряде, а также льдообразование в цементном камне при бурении и креплении скважин в многолетнемерзлых породах. Показано, что в зонах многолетнемерзлых пород, при вскрытии пластов, содержащих газовые гидраты, происходит изменение температуры и давления, что неизбежно ведет к диссоциации гидратов. При этом повышение давления в кольцевом пространстве, вызванное выделением газа, может привести к вторичному образованию газогидратов, прихвату бурильных труб, прекращению циркуляции промывочной жидкости, что является причиной серьезных аварий в стволе скважины. Представлены результаты исследований по разработке составов промывочных жидкостей, снижающих аварийность бурения в многолетнемерзлых горных породах. Проведены сравнительные эксперименты по оценке эффективности термодинамических и кинетических ингибиторов, препятствующих повторному гидратообразованию. Установлено, что кинетические ингибиторы имеют очевидное преимущество: даже при небольших добавках обладают хорошим ингибирующим эффектом. В лабораторных условиях проведены исследования по оценке фазового равновесия газовых гидратов при взаимодействии с водными растворами, содержащими кинетический ингибитор PVP. Разработан состав малоглинистого бурового раствора на водной основе, позволяющего поддерживать температурный режим в скважине на уровне –2 °С, и показана его эффективность для месторождений газовых гидратов на территории КНР. Эффективность крепления неустойчивых горных пород при бурении в условиях отрицательных значений температуры в скважине во многом зависит от их физико-механических свойств, состава и технологических показателей тампонажных материалов. Предложены составы быстротвердеющих тампонажных смесей на основе высокоалюминатных вяжущих материалов. Установлено, что исследуемые составы способны существенно улучшить результаты тампонажных работ.
Представлены результаты исследований, связанных с разработкой эффективных составов технологических жидкостей для ремонта нефтяных и газовых скважин.
В статье представлены результаты исследований, связанных с разработкой математической модели цементирования скважин в высокопроницаемых горных породах при бурении и ремонте нефтяных и газовых скважин.
Представлены результаты исследований, связанных с разработкой эффективных составов технологических жидкостей для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин.
Приведены результаты исследований свойств нового отечественного водонабухающего полимера «Петросорб». Дано описание конструкции тампонажного снаряда для ликвидации катастрофических поглощений промывочной жидкости при бурении нефтяных и газовых скважин.
Изучение энергетического баланса при разрушении горных пород - одно из направлений научной школы механики деформируемого твердого тела, развиваемого на протяжении нескольких десятилетий на кафедре строительной механики Санкт-Петербургского (Ленинградского) горного института. Становление школы связано с трудами Л.С.Бурштейна, Н.С.Булычева, Н.Н.Кайдалова, А.Н.Ставрогина и др. Практические результаты деятельности этой школы известны на многих объектах подземного строительства, в горно-добывающей промышленности, в разведочном бурении. В рамках данной статьи кратко изложены современные представления о механизме трансформации потенциальной энергии упругого сжатия в динамические виды энергии при хрупком разрушении, приведен баланс энергии этого процесса, а также примеры его использования при решении ряда контактных задач разведочного бурения, наименее освещенные в технической литературе ...
Одним из наиболее распространенных видов геологических осложнений, возникающих при бурении скважин по многолетнемерзлым горным породам, является нарушение целостности ствола вследствие изменения естественного напряженного состояния окружающего массива. Закрепление стенок скважины с помощью обсадных труб требует перехода на меньший диаметр бурения, а использование тампонажных материалов для цементации трещиноватых пород мало эффективно, поскольку трещины, как правило, заполнены льдом, препятствующим проникновению в них тампонажного материала ...
Изложены основные результаты научных исследований и разработок кафедры технологии и техники бурения скважин, выполненных или завершенных в 2000 г. В области глубокого бурения во льдах Антарктиды главный результат состоит в разработке проекта экологически безопасного вскрытия подледникового озера Восток - уникального природного образования, комплексное изучение которого вызывает исключительный интерес мировой научной общественности. На леднике Академии наук (арх. Северная Земля) в рамках международной экологической программы PEGAIS пробурена с полным отбором керна скважина глубиной 505 м, в ней выполнены геофизические измерения. Создан новый способ беструбного крепления и изоляции осложненных интервалов скважин с помощью легкоплавких связующих материалов и теплового тампонирующего пенетратора. Разработаны основы теории и технологии ликвидационного тампонирования гидрогеологических скважин с экономически и экологически эффективным применением в составе тампонажных смесей дешевых минеральных отходов горного производства. Результативно продолжены исследования и опытно-конструкторские разработки по комбинированному тепловому и гидродинамическому воздействию на низкодебитные продуктивные горизонты для повышения дебита эксплуатационных скважин на нефть и газ. Уточнены закономерности гидро- и пенотранспорта керна, в последнем случае по одинарной бурильной колонне разработаны новые программы для ЭВМ, позволившие расширить область и повысить достоверность расчетов по регулированию и нормализации циркуляционных и теплообменных процессов при бурении и освоении скважин.
Одним из наиболее распространенных видов геологических осложнений, возникающих при бурении скважин на твердые полезные ископаемые, является нарушение целостности ствола вследствие изменения естественного напряженного состояния окружающего массива горных пород.
Широкое внедрение комплексов ССК в практику ведения буровых работ позволило значительно сократить непроизводственные затраты времени на спуско-подъемные операции ...
Основной технологической особенностью оперативного тампонирования скважин сухими быстросхватывающимися смесями (ВСС) является доставка в заданный интервал определенного количества тампонажного материала, его затворение водОй и переработка специальными тампонажными устройствами непосредственно в зоне геологического осложения ...
Применение так называемых «сухих» быстросхватывающихся смесей (БСС) на основе минеральных вяжущих веществ в качестве тампонирующего материала для изоляции зон геологических осложнений (поглощений очистного агента, водопритоков и приуроченных к ним интервалов неустойчивых горных пород) потребовало создания ряда специальных устройств для доставки и переработки БСС непосредственно в интервале скважины, подлежащем тампонированию ...
При геологоразведочном бурении на ликвидацию всевозможных осложнений затрачивается до 25 % календарного времени работы буровых установок, а производительность бурения в ряде случаев снижается вдвое ...
Как известно, погрузка породы при проведении вертикальных стволов шахт, занимая 60—80% времени проходческого цикла, является наиболее трудоемким и трудно поддающимся механизации процессом. Поэтому особо важное значение имеет выбор наиболее рационального способа погрузки породы. Основным критерием для этого обычно служит суммарная производительность машин на погрузке, т. е. учитывается только сокращение времени на погрузку и достигаемое за счет этого увеличение скорости проходки. При этом совершенно упускается себестоимость погрузки породы, которая оказывает существенное влияние на себестоимость сооружения ствола.
