2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/PMI.2021.1.7 pmi-13583 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13583 Нефтегазовое дело Oil and gas Development of viscoelastic systems and technologies for isolating water-bearing horizons with abnormal formation pressures during oil and gas wells drilling Разработка вязкоупругих систем и технологии изоляции водоносных горизонтов с аномальными пластовыми давлениями при бурении нефтегазовых скважин Dvoynikov Mikhail V. Двойников М. В. Dvoynikov Mikhail V. dvoinik72@gmail.com 0000-0002-3798-9938 Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint Petersburg Mining University (Saint Petersburg, Russia) Kuchin Vyacheslav N. Кучин В. Н. Kuchin Vyacheslav N. cuchin.vya4eslaw2013@yandex.ru 0000-0003-3719-3873 Санкт-Петербургский горный университет (Россия) Saint Petersburg Mining University (Russia) Mintzaev Magomed Sh. Минцаев М. Ш. Mintzaev Magomed Sh. rector@gstou.ru 0000-0002-8388-4862 Грозненский государственный нефтяной технический университет им. академика М.Д.Миллионщикова (Россия) Grozny State Oil Technical University named after academician M.D. Millionshchikov (Russia) 26 04 2021 2021 247 57 65 02 07 2020 16 02 2021 26 04 2021 © 2021 М. В. Двойников, В. Н. Кучин, М. Ш. Минцаев © 2021 Mikhail V. Dvoynikov, Vyacheslav N. Kuchin, Magomed Sh. Mintzaev 2021 М. В. Двойников, В. Н. Кучин, М. Ш. Минцаев Mikhail V. Dvoynikov, Vyacheslav N. Kuchin, Magomed Sh. Mintzaev Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13583

В статье приведен краткий обзор осложнений, возникающих при строительстве нефтегазовых скважин в условиях аномально высоких и аномально низких пластовых давлений. Исследованы технологические свойства растворов, используемых для ликвидации аварийных ситуаций при бурении скважин в интервалах катастрофических поглощений и проявлений пластового флюида. Разработана технология, позволяющая изолировать водопроявление в интервалах избыточного пластового давления, основанная на применении специального устройства, обеспечивающего управление гидродинамического давления в кольцевом пространстве скважины. Проведен эксперимент по определению времени закачивания вязкоупругой системы в зависимости от ее реологии, свойств горной породы и технологических параметров процесса изоляции. Представлена математическая модель, основанная на применении специального устройства, позволяющая определить глубину проникновения вязкоупругой системы для блокирования водоносных горизонтов с целью предотвращения межпластовых перетоков и прорывов вод в добывающие скважины.

Article provides a brief overview of the complications arising during the construction of oil and gas wells in conditions of abnormally high and abnormally low formation pressures. Technological properties of the solutions used to eliminate emergency situations when drilling wells in the intervals of catastrophic absorption and influx of formation fluid have been investigated. A technology for isolating water influx in intervals of excess formation pressure has been developed. The technology is based on the use of a special device that provides control of the hydrodynamic pressure in the annular space of the well. An experiment was carried out to determine the injection time of a viscoelastic system depending on its rheology, rock properties and technological parameters of the isolation process. A mathematical model based on the use of a special device is presented. The model allows determining the penetration depth of a viscoelastic system to block water-bearing horizons to prevent interformation crossflows and water breakthrough into production wells.

 Ключевые слова бурение изоляция обводненность вязкоупругие системы блокирование устройство-регулятор давления гидромеханический пакер крепление скважин моделирование Keywords drilling isolation water cut viscoelastic systems blocking pressure-regulating device hydromechanical packer wells lining modeling Баженовская свита – главный источник ресурсов нетрадиционной нефти в России / А.Э.Конторович, Л.М.Бур- штейн, В.А.Казаненков и др. // Георесурсы, геоэнергетика, геополитика. 2014. № 2(10). С. 1-8. Kontorovich A.E., Burshtein L.M., Kazanenkov V.A. et al. The Bazhenov Suite is the Main Reserve of Unconventional Oil in Russia. Actual Problems of Oil and Gas. 2014. Vol. 2(10), p. 1-8 (In Russian). Богоявленский В.И. Чрезвычайные ситуации при освоении ресурсов нефти и газа в Арктике и Мировом океане // Арктика: экология, экономика. 2014. № 4(16). С. 48-59. Bogoyavlenskii V.I. Emergency situations in the development of oil and gas resources in the Arctic and the World Ocean. Arktika: ekologiya, ekonomika. 2014. N 4(16), p. 48-59 (in Russian). Горно-геологические условия бурения рапопроявляющих зон с аномально высоким пластовым давлением в природ- ных резервуарах кембрия на Ковыктинском газоконденсатном месторождении / А.Г.Вахромеев, С.А.Сверкунов, А.И.Ильин и др. // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых. 2016. № 2(55). С. 74-78. DOI: 10.21285/0301-108X-2016-55-2-74-87 Vakhromeev A.G., Sverkunov S.A., Ilin A.I. et al. Mining and Geological Conditions of Drilling Brine Productive Zones with Abnormally High Reservoir Pressure in Natural Cambrian Reservoirs of the Kovykta Gas Condensate Field. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, razvedka i razrabotka mestorozhdenii poleznykh iskopaemykh. 2016. Vol. 2(55), p. 74-78. DOI: 10.21285/0301-108X-2016-55-2-74-87 (In Russian). Двойников М.В. Исследования технико-технологических параметров бурения наклонных скважин // Записки Гор- ного института. 2017. Т. 223. С. 86-92. DOI: 10.18454/PMI.2017.1.86 Dvoinikov M.V. Research of technical and technological parameters of inclined well drilling. Journal of Mining Institute. 2017. Vol. 223, p. 86-92. DOI: 10.18454/pmi.2017.1.86 Двойников М.В. Проектирование траектории скважин для эффективного бурения роторными управляемыми систе- мами // Записки Горного института. 2018. Т. 231. С. 254-262. DOI: 10.25515/PMI.2018.3.254 Dvoinikov M. V. Designing of well trajectory for efficient drilling by rotary controlled systems. Journal of Mining Institute. 2018. Vol. 231, p. 254-262. DOI: 10.25515/pmi.2018.3.254 Изучение трудноизвлекаемых и нетрадиционных объектов согласно принципу «фабрика коллектора в пласте» / А.Д.Алексеев, В.В.Жуков, К.В.Стрижнев, С.А.Черевко // Записки Горного института. 2017. Т. 228. С. 695-704. DOI: 10.25515/PMI.2017.6.695 Alekseev A.D., Zhukov V.V., Strizhnev K.V., Cherevko S.A. Research of hard-to-recovery and unconventional oil-bearing formations according to the principle «in-situ reservoir fabric». Journal of Mining Institute. 2017. Vol. 228, p. 695-704. DOI: 10.25515/pmi.2017.6.695 Николаев Н.И. Тампонажные составы пониженной плотности для цементирования скважин в условиях аномально низких пластовых давлений / Н.И.Николаев, Е.Л.Леушева // Записки Горного института. 2019. Т. 236. С. 194-200. DOI: 10.31897/PMI.2019.2.194 Nikolaev N.I., Leusheva E.L. Low-Density Cement Compositions for Well Cementing Under Abnormally Low Reservoir Pressure Conditions. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 236, p. 194. DOI: 10.31897/pmi.2019.2.194 Нуцкова М.В. Профилактика и ликвидация осложнений, возникающих при заканчивании скважин / М.В.Нуцкова, В.Н.Кучин, В.С.Ковальчук // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геоло- гия. Нефтегазовое и горное дело. 2020. Т. 20. № 1. С. 14-26. DOI: 10.15593/2224-9923/2020.1.2 Nutskova M.V., Kuchin V.N., Kovalchuk V.S. Prevention and elimination of issues well completion. Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering. 2020. Vol. 20. N 1, p. 14-26. DOI: 10.15593/2224-9923/2020.1.2 (In Russian). Патент № 194454. Скважинный гидромеханический пакер / В.Н.Кучин, М.В.Двойников, А.А.Куншин, Г.В.Буслаев. Опубл. 11.12.2019. Бюл. № 35. Kuchin V.N., Dvoinikov M.V., Kunshin A.A., Buslaev G.V. Patent No. 194454. Well hydromechanical packer. Published 11.12.2019. Bul. No. 35. Пути прогноза горно-геологических условий бурения на Ковыктинском газоконденсатном месторождении. / А.И.Ильин, А.Г.Вахромеев, С.А.Сверкулов и др. // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле Российской акаде- мии естественных наук. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых. 2016. № 4(57). С. 48-61. DOI: 10.21285/0130-108X-2016-57-4-48-61 Ilyin A., Vakhromeev A.G, Sverkunov S.A. The Ways to Predict Mining and Geological Conditions of Drilling on the Kovykta Gas-Condensate Field. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, razvedka i razrabotka mestorozhdenii poleznykh iskopaemykh. 2016. Vol. 4 (57), p. 48-61. DOI: 10.21285/0130-108X-2016-57-4-48-61 (In Russian). Савинов Р.А. Комплексное решение вопросов по предотвращению осложнений при бурении скважин в сложных горно-геологических условиях / Р.А.Савинов, М.Г.Губайдуллин, И.В.Янгиров // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2014. № 3. С. 32-35. Savinov R., Gubaidullin M., Yanghirov I. Integrated Solution of Questions on the Prevention of Drilling Troubles in Complicated Mining and Geological Conditions. Environmental Protection in Oil and Gas Complex. 2014. Vol. 3, p. 32-35. Фенин Г.И. Аномальные пластовые давления в зонах углеводородонакопления нефтегазоносных бассейнов // Нефте- газовая геология. Теория и практика. 2010. Т. 5. № 4. С. 1-20. Fenin G.I. Аnomalous Reservoir Pressure in the Zones of Hydrocarbon Accumulation Oil and Gas Bearing Basins. Petroleum geology. Theoretical and applied studies. 2010. Vol. 5. N 4, p. 1-20 (In Russian). Чабаев Л.У. Некоторые аспекты ликвидации открытых газовых фонтанов с целью восстановления фонтанирующих скважин / Л.У.Чабаев, И.А.Кустышев // Нефтепромысловое дело. 2009. № 7. С. 46-47. Chabaev L.U., Kustyshev I.A. Some Aspects of Open Gas Spouts Liquidation to Restore Spouting Wells. Oilfield Engineering. 2009. Vol. 7, p. 46-47 (In Russian). Яковлев А.А. Обоснование применения и исследование составов газожидкостных смесей для промывки скважин в условиях аномально низких пластовых давлений / А.А.Яковлев, М.В.Турицына // Вестник Пермского национального иссле- довательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2012. Т. 11. № 4. С. 42-48. Iakovlev A.A., Turitsina M.V. Foundation the Application and Investigation of Liquid-Gas Mixtures Compositions for Flushing-Out Borehole Cavities in Conditions of Anomalous Low Formation Pressure. Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering. 2012. Vol. 11. N 4, p. 42-48. A novel approach for evaluation of projects using an interval–valued fuzzy additive ratio assessment (ARAS) method: a case study of oil and gas well drilling projects / J.H.Dahooie, E.K.Zavadskas, M.Abolhasani, A.Vanaki, Z.Turskis // Symmetry. 2018. Vol. 10(2). Iss. 45. DOI: 10.3390/sym10020045 Dahooie J.H., Zavadskas E.K., Abolhasani M., Vanaki A., Turskis Z. A novel approach for evaluation of projects using an interval–valued fuzzy additive ratio assessment (ARAS) method: a case study of oil and gas well drilling projects. Symmetry. 2018. Vol. 10(2). Iss. 45. DOI.org/10.3390/sym10020045 Augmented Reality System and Maintenance of Oil Pumps / N.Koteleva, G.Buslaev, V.Valnev, A.Kunshin / International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2020. Vol. 33. Iss. 8. P. 1620-1628. DOI: 10.5829/ijie.2020.33.08b.20 Koteleva N., Buslaev G., Valnev V., Kunshin A. Augmented Reality System and Maintenance of Oil Pumps. International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2020. Vol. 33. Iss. 8, p. 1620-1628. DOI: 10.5829/ije.2020.33.08b.20 Drillpipe stress distribution and cumulative fatigue analysis in complex well drilling: New approach in fatigue optimization / A.Sikal, J.G.Boulet, S.Menand, H.Sellami // In SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Society of Petroleum Engineers, 21-24 September 2008, Denver, Colorado, USA. OpenPetro, 2008. DOI: 10.2118/116029-MS Sikal A., Boulet J.G., Menand S., Sellami H. Drillpipe stress distribution and cumulative fatigue analysis in complex well drilling: New approach in fatigue optimization. In SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Society of Petroleum Engineers, 21-24 September 2008, Denver, Colorado, USA. OpenPetro, 2008. DOI: 10.2118/116029-MS Dvoynikov M.V. Analysis of incident causes while directional and horizontal wells drilling / M.V.Dvoynikov, P.A.Blinov // International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11(20). P. 10039-10042. Dvoynikov M.V., Blinov P.A. Analysis of incident causes while directional and horizontal wells drilling. International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11(20), p. 10039-10042. Effect of fault stress regime on the mechanical stability of horizontal boreholes / S.S.T.Moradi, M.F.Ghasemi, N.I.Nikolaev, Y.V. Lykov // Conference Proceedings, GeoBaikal, 22-26 August 2016, Irkutsk, Russia. EarthDoc, 2016. Vol. 2016. P. 1-5. DOI: 10.3997/2214-4609.201601704 Moradi S.S.T., Ghasemi M.F., Nikolaev N.I., Lykov Y.V. Effect of fault stress regime on the mechanical stability of horizontal boreholes. Conference Proceedings, GeoBaikal, 22-26 August 2016, Irkutsk, Russia. EarthDoc, 2016. Vol. 2016, p. 1-5. DOI: 10.3997/2214-4609.201601704 Gizatullin R.R. Development of detergent for drilling muds while directional drilling // R.R.Gizatullin, M.E.Budovskaya, M.V.Dvoynikov / Advances in raw material industries for sustainable development goals: Proceedings of the XII Russian-German raw materials conference, 27-29 November 2019, St. Petersburg, Russia. CRC Press, 2020. P. 309-313. DOI: 10.1201/9781003164395 Gizatullin R.R., Budovskaya M.E., Dvoynikov M.V. Development of detergent for drilling muds while directional drilling. Advances in raw material industries for sustainable development goals: Proceedings of the XII Russian-German raw materials conference, 27-29 November 2019, Saint-Petersburg, Russia. CRC Press, 2020, p. 309-313. DOI: 10.1201/9781003164395 Heisig G. Lateral drillstring vibrations in extended-reach wells / G.Heisig, M.Neubert // In IADC/SPE drilling conference. Society of Petroleum Engineers, 23-25 February 2000, New Orleans, Louisiana, US. OpenPetro, 2000. DOI: 10.2118/59235-MS Heisig G., Neubert M. Lateral drillstring vibrations in extended-reach wells. In IADC/SPE drilling conference. Society of Petroleum Engineers, 23-25 February 2000, New Orleans, Louisiana, US. OpenPetro, 2000. DOI: 10.2118/59235-MS In-Depth Water Diversion Using Sodium Silicate on Snorre-Factors Controlling In-Depth Placement / A.Stavland, H.C. Jonsbråten, O.Vikane et al. // SPE European Formation Damage Conference, 7-10 June 2011, Noordwijk, The Netherlands. OnePetro, 2011. 12 p. SPE-143836-MS. DOI: 10.2118/143836-MS Stavland A., Jonsbråten H.C., Vikane O. et al. In-Depth Water Diversion Using Sodium Silicate on Snorre-Factors Controlling In-Depth Placement. SPE European Formation Damage Conference, 7-10 June 2011, Noordwijk, The Netherlands. OnePetro, 2011, p. 12. SPE-143836-MS. DOI: 10.2118/143836-MS Livescu S. A critical review of the coiled tubing friction-reducing technologies in extended-reach wells. Part 1: Lubricants. / S.Livescu, S.Craig // Journal of Petroleum Science and Engineering, 2017. Vol. 157. P. 747-759. DOI: 10.1016/j.petrol.2017.07.072 Livescu S., Craig S. A critical review of the coiled tubing friction-reducing technologies in extended-reach wells. Part 1: Lubricants. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2017. Vol. 157, p. 747-759. DOI: 10.1016/j.petrol.2017.07.072 Livescu S. Fluid-hammer effects on coiled-tubing friction in extended-reach wells / S.Livescu, S.Craig, B.Aitken // SPE Journal. 2017. Vol. 22(01). P. 365-373. DOI: 10.2118/179100-PA Livescu S., Craig S., Aitken B. Fluid-hammer effects on coiled-tubing friction in extended-reach wells. SPE Journal. 2017. Vol. 22(01), p. 365-373. DOI: 10.2118/179100-PA Nutskova M.V. Improving the quality of well completion in deposits with abnormally low formation pressure / M.V.Nutskova, K.S.Kupavyh // International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11. Iss. 11. P. 7298-7300. Nutskova M.V., Kupavyh K.S. Improving the quality of well completion in deposits with abnormally low formation pressure. International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11. Iss. 11, p. 7298-7300. Nutskova M.V. Improving the quality of well completion in order to limit water inflows / M.V.Nutskova, M.V.Dvoynikov, V.N.Kuchin // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017. Vol. 12. Iss. 22. P. 5985-5989. Nutskova M.V., Dvoynikov M.V., Kuchin V.N. Improving the quality of well completion in order to limit water inflows. Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017. Vol. 12. Iss. 22, p. 5985-5989. Reader T.W. The Deepwater Horizon explosion: non-technical skills, safety culture, and system complexity / T.W.Reader, P.O’Connor // Journal of Risk Research. 2014. Vol. 17. Iss. 3. P. 405-424. DOI: 10.1080/13669877.2013.815652 Reader T.W., O’Connor P. The Deepwater Horizon explosion: non-technical skills, safety culture, and system complexity. Journal of Risk Research. 2014. Vol. 17. Iss. 3, p. 405-424. DOI: 10.1080/13669877.2013.815652 Research and development of the lightweight corrosion-resistant cement blend for well cementing in complex geological conditions / S.Kamenskih, N.Ulyasheva, G.Buslaev, A.Voronik, N.Rnuditskiy // Society of Petroleum Engineers – SPE Russian Pe- troleum Technology Conference, 15-17 October 2018, Moscow, Russia. OpenPetro, 2018. DOI: 10.2118/191509-18RPTC-MS Kamenskih S., Ulyasheva N., Buslaev G., Voronik A., Rnuditskiy N. Research and development of the lightweight corrosion-resistant cement blend for well cementing in complex geological conditions. Society of Petroleum Engineers – SPE Russian Petroleum Technology Conference, 15-17 October 2018, Moscow, Russia. OpenPetro, 2018. DOI: 10.2118/191509-18RPTC-MS Research of oil-based drilling fluids to improve the quality of wells completion / M.V.Nutskova, K.S.Kupavykh, D.A.Si- dorov, V.A.Lundaev // IOP Conference Series:Materials Science and Engineering, Quality Management and Reliability of Technical Systems, 20-21 June 2019, St. Petersburg, Russia. IOP. 2019. Vol. 666. P. 1-8. DOI:10.1088/1757-899X/666/1/012065/1/012065 Nutskova M.V., Kupavykh K.S., Sidorov D.A., Lundaev V.A. Research of oil-based drilling fluids to improve the quality of wells completion. IOP Conference Series:Materials Science and Engineering, Quality Management and Reliability of Technical Systems, 20-21 June 2019, St. Petersburg, Russian Federation. IOP. 2019. Vol. 666, p. 1-8. DOI: 10.1088/1757-899X/666/1/012065/1/012065 SHS of Ti3SiC2-Based Materials in the Ti–Si–C System: Impact of Silicon Excess / J.Lis, L.Chlubny, K.Witulska, A.Misztal, O.Czajkowska // International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2019. Vol. 28. Iss. 4. P. 262-265. DOI: 10.3103/S1061386219040083 Lis J., Chlubny L., Witulska K., Misztal A., Czajkowska O. SHS of Ti3SiC2-Based Materials in the Ti-Si-C System: Impact of Silicon Excess. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 2019. Vol. 28. Iss. 4, p. 262-265. DOI: 10.3103/S1061386219040083 Wang H. Technologies in deep and ultra-deep well drilling: present status, challenges and future trend in the 13th Five-Year Plan period (2016-2020) / H.Wang, Y.Ge, L. Shi // Natural Gas Industry B. 2017. Vol. 4. Iss. 5. P. 319-326. DOI: 10.1016/j.ngib.2017.09.001 Wang H., Ge Y., Shi L. Technologies in deep and ultra-deep well drilling: present status, challenges and future trend in the 13th Five-Year Plan period (2016-2020). Natural Gas Industry B. 2017. Vol. 4. Iss. 5, p. 319-326. DOI: 10.1016/j.ngib.2017.09.001 Zimin R.Y. Improving the Efficiency of Oil and Gas Field Development through the Use of Alternative Energy Sources in the Arctic/ R.Y.Zimin, V.N.Kuchin / 2020 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2020, 6-9 Otober 2020, Vladivostok, Russia. IEEE, 2020. P. 1-5. DOI: 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271103 Zimin R.Y., Kuchin V.N. Improving the Efficiency of Oil and Gas Field Development through the Use of Alternative Energy Sources in the Arctic. 2020 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies, FarEastCon 2020, 6-9 Oct. 2020, Vladivostok, Russia. IEEE, 2020. P. 1-5. DOI: 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271103