Зайцев Виталий Иванович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры нефтегазового дела
г. Иркутск
Vitaly I. Zaitsev, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Oil and Gas Business
Irkutsk
Карпиков Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент, доцент, Институт «Сибирская школа геонаук»
г. Иркутск
Alexander V. Karpikov, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor, Siberian School of Geosciences
Irkutsk
Цель данного исследования заключалась в представлении результатов анализа особенностей строительства и эксплуатации скважин на нефть и газ в условиях многолетнемерзлых пород. При рассмотрении соответствующих данной теме материалов применялся метод сравнительного анализа. Объектом исследований являлись технологии и оборудование, применяемые для качественного и быстрого строительства глубоких скважин в условиях многолетнемерзлых пород. В результате происходят осложнения и аварии в виде обрушения стенок скважины, наличия каверн, прихватов, смятия обсадных колонн и просадки устьевого оборудования. Замечено, что наиболее неустойчивые породы в разрезах многолетнемерзлых пород находятся в интервале 0–200 м. Проведен анализ влияния температуры на интенсивность теплового взаимодействия в системе «промывочный агент – устье скважины – бурильная (эксплуатационная) колонна». Установлено, что основным способом предотвращения осложнений при бурении многолетнемерзлых пород является сохранение отрицательной температуры стенок скважины. Рассмотрено применение термоизолирующих обсадных труб для формирования направляющей колонны скважины. Отмечено, что в качестве основного способа при бурении криолитозоны целесообразно использовать роторный способ, а бурение под шахтовое направление осуществлять с помощью шнека без применения промывки. Установлено, что в бурении при использовании буровых растворов приходится решать проблему предупреждения замерзания раствора при длительном прекращении промывки. Учитывая, что зона многолетнемерзлых пород, как правило, состоит из рыхлых, неустойчивых пород, большое значение имеет продолжительность бурения под кондуктор, которая должна быть не более трех суток. За это время при применении качественного глинистого раствора с температурой от 0,5 до 2,5 °C осложнений почти не бывает. Исследована реальная возможность использовать в качестве очистного агента буровой раствор с отрицательной температурой, а также его же с положительной температурой, но с применением дополнительных специальных технологий. Признано, что применение буровых растворов с отрицательной температурой неэкономично. Установлено, что для предупреждения растепления многолетнемерзлых пород недостаточно только предварительного охлаждения циркулирующего раствора, необходимо также при проектировании режима бурения выбирать повышенные значения частоты вращения и осевой нагрузки на забой при одновременном изменении количества подаваемой в скважину жидкости. Рассмотрены варианты реализации технологии бурения буровых растворов с увеличением его степени минерализации. Отмечено, что если степень минерализации буровых растворов и поровой воды многолетнемерзлых пород одинакова, то система «скважина – порода» будет находиться в изотоническом равновесии.
The purpose of the research is to present the analysis results of construction and operation features of oil and gas wells in permafrost conditions. Considering the materials relevant to this topic, the method of comparative analysis is applied. The object of the research is technologies and equipment used for high-quality and fast construction of deep wells in permafrost conditions. As a result, complications and accidents occur due to the collapse of well walls, occurrence of caverns, stuck pipes, casing deformation and subsidence of wellhead equipment. It is noticed that the most unstable rocks in permafrost sections are located in the range of 0–200 m. The effect of temperature on thermal interaction intensity in the ”flushing agent – wellhead – drill (production) string” system is analyzed. It is found out that maintaining negative temperature of well walls is the main way to prevent complications while drilling in permafrost. The use of thermally insulating casing pipes to form a well conductor string is considered. The rotary method is specified as the main drilling method in the cryolithozone while auger without flushing is relevant for drilling for shaft direction. It is determined that drilling with the use of drilling fluids has to solve the problem of solution freezing prevention when flushing has been stopped continuously. Taking into account that the permafrost zone, as a rule, consists of loose, unstable rocks, the great importance is given to the duration of drilling under the conductor, which should last not more than 3 days. During this time, almost no complications occur when using high-quality clay mud with the temperature in the range from 0.5 to 2.5 °C. The real possibility of using a drilling fluid with a negative temperature as a cleaning agent, as well as the same with a positive temperature, but with the use of additional special technologies, is investigated. The use of drilling fluids with a negative temperature is recornized to be not economical. It is specified that prevention of permafrost rock thawing requires not only pre-cooling of the circulating solution but also selection of increased values of the rotation frequency and axial load on the bottomhole with a simultaneous change in the amount of fluid supplied to the well when designing the drilling mode. Consideration is given to the implementation options of the drilling technology based on increasing mineralization degree of drilling fluids. A conclusion is drawn that “well – rock” system is in isotonic equilibrium if the mineralization degree of drilling fluids and pore water of permafrost rocks is the same.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.