Разработка технических средств и технологий гравийной обсыпки прифильтровой зоны нефтяных скважин
|
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки 11
Определения 11
Нормативные ссылки 13
ВВЕДЕНИЕ 17
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 20
1.2 Актуальность проблемы 20
1.3 Решение проблем выноса песка из продуктивных слоев 22
1.4 Механические методы борьбы с пескопроявлениями 24
2. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 25
2.1. Анализ конструкций фильтров 25
2.1.1 Сетчатый фильтр 25
2.1.2 Проволочный фильтр 26
2.1.3 Щелевые фильтры 27
2.1.4 Гравийный фильтр 28
2.2 Гравийный фильтр 28
2.2.1 Виды гравийных фильтров 30
2.2.1.1 Фильтры кожуховые с гравийным заполнителем 30
2.2.1.2 Фильтры блочные 31
2.2.1.2 Фильтры, создаваемые на забое скважин 34
2.2.1.3 Дезинтегрируемый гравийный фильтр 37
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 39
3.1 Разработка конструкции гравий-гильзы 40
3.1.1 Разработка формы и размеров ГГ для уменьшения гидравлических сопротивлений при спуске ГГ в
скважину 40
3.2 Разработка рецептуры раствора для склеивания гравия 46
3.2.1 Выбор и обоснование склеивающих реагентов 46
3.3 Методы исследований 52
3.3.1 Методика подготовки образцов гравий-гильзы 52
3.3.2 Методика испытаний образцов гравий-гильзы 54
3.3.3 Методика статистической обработки экспериментальных данных 55
3.4 Результаты экспериментальных исследований 56
4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СКЛЕИВАЮЩЕГО РЕАГЕНТА ДЛЯ
ДЕЗИНТЕГРИРУЕМОГО ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА 70
работ 70
4.2 Затраты по основной заработной плате 73
4.3 Отчисления во внебюджетные фонды 76
4.4 Накладные расходы 76
4.5 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта 77
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 79
5.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование 79
мероприятий по их устранению 79
5.1.1 Повышенный уровень шума на рабочем месте. 79
5.1.2. Метеорологические условия 80
5.1.3. Электромагнитное излучение 81
5.1.4 Вредные вещества 81
5.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование мероприятий по их устранению 84
5.2.1 Электробезопасность 84
5.2.2 Пожаробезопасность 84
5.3 Охрана окружающей среды 86
5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях 88
5.5 Законодательное регулирование проектных решений 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
Список ПУБЛИКАЦИЙ 94
Список использованной литературы 95
Приложение А 97
Определения 11
Нормативные ссылки 13
ВВЕДЕНИЕ 17
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 20
1.2 Актуальность проблемы 20
1.3 Решение проблем выноса песка из продуктивных слоев 22
1.4 Механические методы борьбы с пескопроявлениями 24
2. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 25
2.1. Анализ конструкций фильтров 25
2.1.1 Сетчатый фильтр 25
2.1.2 Проволочный фильтр 26
2.1.3 Щелевые фильтры 27
2.1.4 Гравийный фильтр 28
2.2 Гравийный фильтр 28
2.2.1 Виды гравийных фильтров 30
2.2.1.1 Фильтры кожуховые с гравийным заполнителем 30
2.2.1.2 Фильтры блочные 31
2.2.1.2 Фильтры, создаваемые на забое скважин 34
2.2.1.3 Дезинтегрируемый гравийный фильтр 37
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 39
3.1 Разработка конструкции гравий-гильзы 40
3.1.1 Разработка формы и размеров ГГ для уменьшения гидравлических сопротивлений при спуске ГГ в
скважину 40
3.2 Разработка рецептуры раствора для склеивания гравия 46
3.2.1 Выбор и обоснование склеивающих реагентов 46
3.3 Методы исследований 52
3.3.1 Методика подготовки образцов гравий-гильзы 52
3.3.2 Методика испытаний образцов гравий-гильзы 54
3.3.3 Методика статистической обработки экспериментальных данных 55
3.4 Результаты экспериментальных исследований 56
4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СКЛЕИВАЮЩЕГО РЕАГЕНТА ДЛЯ
ДЕЗИНТЕГРИРУЕМОГО ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА 70
работ 70
4.2 Затраты по основной заработной плате 73
4.3 Отчисления во внебюджетные фонды 76
4.4 Накладные расходы 76
4.5 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта 77
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 79
5.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование 79
мероприятий по их устранению 79
5.1.1 Повышенный уровень шума на рабочем месте. 79
5.1.2. Метеорологические условия 80
5.1.3. Электромагнитное излучение 81
5.1.4 Вредные вещества 81
5.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование мероприятий по их устранению 84
5.2.1 Электробезопасность 84
5.2.2 Пожаробезопасность 84
5.3 Охрана окружающей среды 86
5.4 Защита в чрезвычайных ситуациях 88
5.5 Законодательное регулирование проектных решений 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
Список ПУБЛИКАЦИЙ 94
Список использованной литературы 95
Приложение А 97
Аннотация
В первой части дипломного проекта рассматриваются проблемы с пескопроявлениями в скважинах, а так же основные методы борьбы с ними. Можно выделить два возможных направления решения проблемы: технологические и механические. Проанализировав эти методы, можно сделать вывод: механические методы являются наиболее простыми и доступными, поэтому получили наибольшее распространение. К ним относится оборудование нефтяных скважин противопесочными фильтрами различной конструкции. Соответсвенно они нуждаются в более детальном рассмотрении из-за своей простоты, а значит и большей рентабельности.
Во второй части дипломного проекта приведен анализ конструкций фильтров. Рассмотрены их достоинства и недостатки и сделаны выводы: гравийно-засыпные фильтры обладают существенными преимуществами перед фильтрами других конструкций: стабильность работы, более высокие показатели приемистости закачивающих и дебита откачивающих скважин. Особенно они эффективны при наличии в продуктивном горизонте мелкозернистых песков. Исходя из данного вывода, были подробно рассмотрены конструкции гравийных фильтров. Существует две основных группы гравийно-засыпных фильтров - создаваемые на поверхности и создаваемые на забое. Несмотря на все преимущества перед остальными видами фильтров, они так же имеют свои недостатки. Важным недостатком таких фильтров являются: большие временные затраты на формирование фильтра на забое и необходимость увеличения диаметра скважины и расширения фильтровой зоны скважины. В связи с данными выводами появилась необходимость в разработке технических средств и технологий гравийной обсыпки прифильтровой зоны нефтяных скважин, подробно о которых будет рассказано в следующей главе магистерской диссертации.
В третьей части дипломного проекта разрабатывается:
1. конструкция гравий-гильзы, обладающей значительной прочностью и маленькими гидравлическими сопротивлениями при ее спуске в скважину.
2. Разработка рецептуры раствора для склеивания гравия.
Разработка рецептуры раствора для склеивания гравия, основная задача данной работы. Научная новизна заключается в выборе склеивающего реагента, а так же в поиске и апробировании различных растворителей, направленных на разрушение склеенной конструкции, адаптированных под состав определенной рецептуры. Основой для склеивания гравия были предложены: битумно-каучуковая мастика, битумная мастика, битум и термореактивный однокомпонентный полимеризующийся клей (БФ-2). Используемые растворители: уайт-спирит, нефть, ацетон, растворитель 646. Последовательность исследований:
1. Определение процентного содержания гравия и раствора для его склеивания.
2. Проверка прочностных характеристик полученных образцов.
3. Поиск растворителей адаптированных под состав раствора и растворение полученных образцов, с целью определения растворителя, который удовлетворяет экономическим требованиям.
4. Анализ полученных результатов и выбор наилучшего состава для склеивания гравия.
В четвертой части проведен расчет экономической эффективности разработки склеивающего реагента для дезинтегрируемого гравийного фильтра. В данной главе отражены и проведены расчеты всех видов расходов, направленных на проведение научного исследования и разработки склеивающего реагента для дезинтегрируемого гравийного фильтра.
Затраты на выполнение научно-исследовательского проекта включают в себя следующие элементы:
- затраты на специальное оборудование и рабочие компоненты;
- затраты на оплату труда;
- затраты на страховые взносы в государственные внебюджетные фонды;
- накладные расходы.
В пятой части дипломного работы рассмотрена социальная ответственность работника нефтегазовой отрасли. Описаны виды вредного воздействия на окружающую среду. Проведен анализ всех опасных и вредных факторов рабочей зоны, таких как: шум, метеорологические условия, электромагнитное излучение, вредные вещества, электрический ток и пожар.
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки 11
Определения 11
Нормативные ссылки 13
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Для нормального функционирования оборудования, необходимо всеми методами бороться с пескопроявлениями. Слабосцементированный пласт с большим содержанием песка, частицы которого могут попадать на забой скважины, разрушать пласты, вызывать пробки, обвалы в стволе. Эти повреждения могут привести к полному отказу оборудования , поэтому любые пескопроявления необходимо устранять.
Можно выделить два возможных направления решения проблемы: технологические и механические.
Технологические методы основаны на изучении механических свойств породы пласта в начальных условиях и их изменений при нарушении равновесного состояния термогидродинамической системы. К данным методам можно отнести регулирование создаваемой депрессии на пласт в зависимости от напряжённого состояния пластов, ориентирование перфорации скважин, метод холодной добычи высоковязкой нефти и другие. Механические методы являются наиболее простыми и доступными, поэтому получили наибольшее распространение. К ним относится оборудование нефтяных скважин противопесочными фильтрами различной конструкции. В данной работе рассмотрены гравийно-засыпные фильтры, обладающие существенными преимуществами перед фильтрами других конструкций: стабильность работы, более высокие показатели приемистости
закачивающих и дебита откачивающих скважин. Особенно они эффективны при наличии в продуктивном горизонте мелкозернистых песков.
Существует две основных группы гравийно-засыпных фильтров - создаваемые на поверхности и создаваемые на забое. Гравийные фильтры создаваемые на поверхности (кожуховые, корзинчатые, блочные) относительно малопроизводительны, достаточно быстро кольматируются, сложны и дороги при производстве и сложны при установке в скважине. Кроме того, после спуска фильтра в скважину, необходимо производить обсыпку второго слоя гравитационным способом, что увеличивает временные затраты. Гравийные фильтры создаваемые на забое при всех достоинствах не всегда обеспечивают высокого качества гравийной обсыпки. При этом для обеспечения необходимой толщины засыпки требуется увеличение диаметра скважины и расширения фильтровой зоны скважины. Все это приводит к увеличению временных и финансовых затрат[1]. С целью сокращения затрат для оборудования фильтровой части при сооружении скважин, возникла необходимость в создании и разработке технических средств и технологий гравийной обсыпки прифильтровой зоны продуктивных пластов.
Целью выполненной работы является разработка технических средств и технологий гравийной обсыпки (гравий-гильза) прифильтровой зоны нефтяных и газовых скважин.
Исходя из поставленной цели, и в результате анализа состояния проблемы, сформулированы следующие основные задачи исследования:
1. Провести литературный обзор по плану:
1.1. Задачи, решаемые при гравийной обсыпке прифильтровой зоны нефтяных скважин.
1.2. Обзор технических и технологических решений для гравийной обсыпки прифильтровой зоны скважин различного назначения.
1.3. Обзор технологий гравийной обсыпки, применяемых производственными организациями, занимающихся бурением нефтяных и газовых скважин.
2. Разработать технологические решения для повышения эффективности гравийной обсыпки прифильтровой зоны скважин.
3. Провести экспериментальные исследования в лабораторных условиях.
4. Сформулировать выводы и рекомендации.
Методика решения поставленных задач основана на изучении и обобщении теоретических знаний по рассматриваемой проблеме, проведении опытнолабораторных испытаний и поиске рациональной конструкции гравийного фильтра.
В первой части дипломного проекта рассматриваются проблемы с пескопроявлениями в скважинах, а так же основные методы борьбы с ними. Можно выделить два возможных направления решения проблемы: технологические и механические. Проанализировав эти методы, можно сделать вывод: механические методы являются наиболее простыми и доступными, поэтому получили наибольшее распространение. К ним относится оборудование нефтяных скважин противопесочными фильтрами различной конструкции. Соответсвенно они нуждаются в более детальном рассмотрении из-за своей простоты, а значит и большей рентабельности.
Во второй части дипломного проекта приведен анализ конструкций фильтров. Рассмотрены их достоинства и недостатки и сделаны выводы: гравийно-засыпные фильтры обладают существенными преимуществами перед фильтрами других конструкций: стабильность работы, более высокие показатели приемистости закачивающих и дебита откачивающих скважин. Особенно они эффективны при наличии в продуктивном горизонте мелкозернистых песков. Исходя из данного вывода, были подробно рассмотрены конструкции гравийных фильтров. Существует две основных группы гравийно-засыпных фильтров - создаваемые на поверхности и создаваемые на забое. Несмотря на все преимущества перед остальными видами фильтров, они так же имеют свои недостатки. Важным недостатком таких фильтров являются: большие временные затраты на формирование фильтра на забое и необходимость увеличения диаметра скважины и расширения фильтровой зоны скважины. В связи с данными выводами появилась необходимость в разработке технических средств и технологий гравийной обсыпки прифильтровой зоны нефтяных скважин, подробно о которых будет рассказано в следующей главе магистерской диссертации.
В третьей части дипломного проекта разрабатывается:
1. конструкция гравий-гильзы, обладающей значительной прочностью и маленькими гидравлическими сопротивлениями при ее спуске в скважину.
2. Разработка рецептуры раствора для склеивания гравия.
Разработка рецептуры раствора для склеивания гравия, основная задача данной работы. Научная новизна заключается в выборе склеивающего реагента, а так же в поиске и апробировании различных растворителей, направленных на разрушение склеенной конструкции, адаптированных под состав определенной рецептуры. Основой для склеивания гравия были предложены: битумно-каучуковая мастика, битумная мастика, битум и термореактивный однокомпонентный полимеризующийся клей (БФ-2). Используемые растворители: уайт-спирит, нефть, ацетон, растворитель 646. Последовательность исследований:
1. Определение процентного содержания гравия и раствора для его склеивания.
2. Проверка прочностных характеристик полученных образцов.
3. Поиск растворителей адаптированных под состав раствора и растворение полученных образцов, с целью определения растворителя, который удовлетворяет экономическим требованиям.
4. Анализ полученных результатов и выбор наилучшего состава для склеивания гравия.
В четвертой части проведен расчет экономической эффективности разработки склеивающего реагента для дезинтегрируемого гравийного фильтра. В данной главе отражены и проведены расчеты всех видов расходов, направленных на проведение научного исследования и разработки склеивающего реагента для дезинтегрируемого гравийного фильтра.
Затраты на выполнение научно-исследовательского проекта включают в себя следующие элементы:
- затраты на специальное оборудование и рабочие компоненты;
- затраты на оплату труда;
- затраты на страховые взносы в государственные внебюджетные фонды;
- накладные расходы.
В пятой части дипломного работы рассмотрена социальная ответственность работника нефтегазовой отрасли. Описаны виды вредного воздействия на окружающую среду. Проведен анализ всех опасных и вредных факторов рабочей зоны, таких как: шум, метеорологические условия, электромагнитное излучение, вредные вещества, электрический ток и пожар.
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки 11
Определения 11
Нормативные ссылки 13
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Для нормального функционирования оборудования, необходимо всеми методами бороться с пескопроявлениями. Слабосцементированный пласт с большим содержанием песка, частицы которого могут попадать на забой скважины, разрушать пласты, вызывать пробки, обвалы в стволе. Эти повреждения могут привести к полному отказу оборудования , поэтому любые пескопроявления необходимо устранять.
Можно выделить два возможных направления решения проблемы: технологические и механические.
Технологические методы основаны на изучении механических свойств породы пласта в начальных условиях и их изменений при нарушении равновесного состояния термогидродинамической системы. К данным методам можно отнести регулирование создаваемой депрессии на пласт в зависимости от напряжённого состояния пластов, ориентирование перфорации скважин, метод холодной добычи высоковязкой нефти и другие. Механические методы являются наиболее простыми и доступными, поэтому получили наибольшее распространение. К ним относится оборудование нефтяных скважин противопесочными фильтрами различной конструкции. В данной работе рассмотрены гравийно-засыпные фильтры, обладающие существенными преимуществами перед фильтрами других конструкций: стабильность работы, более высокие показатели приемистости
закачивающих и дебита откачивающих скважин. Особенно они эффективны при наличии в продуктивном горизонте мелкозернистых песков.
Существует две основных группы гравийно-засыпных фильтров - создаваемые на поверхности и создаваемые на забое. Гравийные фильтры создаваемые на поверхности (кожуховые, корзинчатые, блочные) относительно малопроизводительны, достаточно быстро кольматируются, сложны и дороги при производстве и сложны при установке в скважине. Кроме того, после спуска фильтра в скважину, необходимо производить обсыпку второго слоя гравитационным способом, что увеличивает временные затраты. Гравийные фильтры создаваемые на забое при всех достоинствах не всегда обеспечивают высокого качества гравийной обсыпки. При этом для обеспечения необходимой толщины засыпки требуется увеличение диаметра скважины и расширения фильтровой зоны скважины. Все это приводит к увеличению временных и финансовых затрат[1]. С целью сокращения затрат для оборудования фильтровой части при сооружении скважин, возникла необходимость в создании и разработке технических средств и технологий гравийной обсыпки прифильтровой зоны продуктивных пластов.
Целью выполненной работы является разработка технических средств и технологий гравийной обсыпки (гравий-гильза) прифильтровой зоны нефтяных и газовых скважин.
Исходя из поставленной цели, и в результате анализа состояния проблемы, сформулированы следующие основные задачи исследования:
1. Провести литературный обзор по плану:
1.1. Задачи, решаемые при гравийной обсыпке прифильтровой зоны нефтяных скважин.
1.2. Обзор технических и технологических решений для гравийной обсыпки прифильтровой зоны скважин различного назначения.
1.3. Обзор технологий гравийной обсыпки, применяемых производственными организациями, занимающихся бурением нефтяных и газовых скважин.
2. Разработать технологические решения для повышения эффективности гравийной обсыпки прифильтровой зоны скважин.
3. Провести экспериментальные исследования в лабораторных условиях.
4. Сформулировать выводы и рекомендации.
Методика решения поставленных задач основана на изучении и обобщении теоретических знаний по рассматриваемой проблеме, проведении опытнолабораторных испытаний и поиске рациональной конструкции гравийного фильтра.
Был проведен анализ существующей технологии обсыпки гравием прифильтровой зоны скважины, разработаны требования к конструкции гравийного фильтра, а также схемы эксплуатационных забоев с ее использованием.
Экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. По результатам проведенных экспериментальных исследований было установлено, что такие реагенты, как битумная и битумно-каучуковая мастики, не удовлетворяют требованиям для склеивания гравия т.к. из- за наличия пластификаторов не дают прочную структуру. При высоких температурах структура становится рыхлой.
2. Строительный битум полностью удовлетворил требованиям, для создания прочной структуры дезинтегрируемого гравийного фильтра, а так же продемонстрировал длительное, но полное растворение во всех вышеперечисленных растворителях.
3. Клей БФ-2 продемонстрировал лучшие результаты в скорости изготовления, скорости растворения, а так же в прочностных характеристиках. Существенный минус - полный иммунитет к таким растворителям как нефть и уайт-спирит. Однако в определённых растворителях (ацетон, 646), скорость растворения в десятки раз превосходит битум.
4. Однозначно выделить лучший из двух связующих материалов нельзя, но возможно разделение данных рецептур по специализации применения. Так битум идеально подходит для использования в нефтяных скважинах т.к. не требуется закачка дополнительного растворителя (растворителем послужит углеводородная среда). БФ-2 же предпочтительно использовать в газовых скважинах т.к. понадобится закачка растворителя, а в таких условиях БФ-2 покажет лучшую скорость растворения и более экономичную с точки зрения временных затрат сборку данной технологии.
5. Оптимальным растворителем для рецептур, удовлетворяющих требованиям, является - растворитель 646 т.к. он продемонстрировал лучшую скорость растворения и наиболее выгодный с экономической точки зрения.
Экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. По результатам проведенных экспериментальных исследований было установлено, что такие реагенты, как битумная и битумно-каучуковая мастики, не удовлетворяют требованиям для склеивания гравия т.к. из- за наличия пластификаторов не дают прочную структуру. При высоких температурах структура становится рыхлой.
2. Строительный битум полностью удовлетворил требованиям, для создания прочной структуры дезинтегрируемого гравийного фильтра, а так же продемонстрировал длительное, но полное растворение во всех вышеперечисленных растворителях.
3. Клей БФ-2 продемонстрировал лучшие результаты в скорости изготовления, скорости растворения, а так же в прочностных характеристиках. Существенный минус - полный иммунитет к таким растворителям как нефть и уайт-спирит. Однако в определённых растворителях (ацетон, 646), скорость растворения в десятки раз превосходит битум.
4. Однозначно выделить лучший из двух связующих материалов нельзя, но возможно разделение данных рецептур по специализации применения. Так битум идеально подходит для использования в нефтяных скважинах т.к. не требуется закачка дополнительного растворителя (растворителем послужит углеводородная среда). БФ-2 же предпочтительно использовать в газовых скважинах т.к. понадобится закачка растворителя, а в таких условиях БФ-2 покажет лучшую скорость растворения и более экономичную с точки зрения временных затрат сборку данной технологии.
5. Оптимальным растворителем для рецептур, удовлетворяющих требованиям, является - растворитель 646 т.к. он продемонстрировал лучшую скорость растворения и наиболее выгодный с экономической точки зрения.