Аномально высокое давление в скважине

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Аномально-высокое давление

Аномально-высокие давления часто имеют замкнутые пласты без выходов на поверхность, при высоких этажах газоносности ( Шебелинка), уплотнении окружающих продуктивный пласт пород. [1]

Наличие аномально-высоких давлений , в 1 5 — 2 2 раза превышающих гидростатический напор, в новом малоизученном районе почти невозможно предугадать, и в этих условиях обычно вскрытие газонасыщенного пласта сопровождается аварийными фонтанами огромной силы. [2]

Говоря об аномально-высоких давлениях флюидов в горных породах, следует отметить, что в настоящее время отсутствует четкое разделение понятий аномально-высокого и сверхвысокого давлений. Термином аномально-высокое, или сверхвысокое, пластовое давление ( АВПД) принято [12] называть такое давление в гидродинамически замкнутых системах, которое в 1 3 раза и более превышает условное гидростатическое. Давление же, не достигающее коэффициента аномальности 1 3, но превышающее среднее его значение 1 05, называют повышенным пластовым давлением. При этом понятие сверхвысокое давление предлагается употреблять по отношению к огромным по абсолютным значениям пластовым давлениям глубинных залежей без: указания его нижнего предела, а термин АВПД — преимущественно при описании условий относительно небольших глубин. [3]

В Саратовском Поволжье аномально-высокие давления флюидов встречены в верейском горизонте каменноугольных отложений и в девонской толще. H) для глин и аргиллитов, на которой четко отражаются общая тенденция снижения пористости с увеличением глубин залегания осадков и отклонение от этой закономерности в сторону повышения kn в интервале 3 2 — 5 5 км. При этом за счет аномальности перового давления пористость глин ( аргиллитов) изменяется более чем на порядок: от 0 4 — 0 5 % при условии нормального давления до 5 — 10 % при АВПД. Столь существенное различие в значениях kn свидетельствует о значительном градиенте перового давления в девонской толще. [4]

Предкарпатского прогиба имеются толщи с аномально-высокими давлениями флюидов , коэффициент аномальности которых изменяется в широких пределах. [5]

В разрезе площадей Терско-Кумского прогиба отмечаются зоны с аномально-высокими давлениями : песчаники нижнего Майкопа, известняки верхнего мела, песчаники валанжинского яруса нижнего мела. [6]

При испытании пластов, в которых ожидается нефтегазопроявления, на месторождениях с аномально-высокими давлениями запас буровой жидкости определяется геолого-технической службой УЕР и объединения. [7]

Изучение геолого-геофизических материалов по различным нефтегазоносным провинциям и областям, в которых установлены аномально-высокие давления , показывает следующее. [8]

Поэтому в тех случаях, когда возникает необходимость акцентировать вопрос, о каких аномально-высоких давлениях флюидов р идет речь, то следует пользоваться соответственно следующими их обозначениями: АВПлД, АВПлтД и АВПоД, объединив их общим символом АВПД. Давления в линзовидных пропластках коллекторов ( АВПлтД) обычно выше значений АВПлД в хороших коллекторах, а от АВПоД ( при равенстве численных значений) их отличает характер проявлений давлений при бурении скважин. Аномально-высокие давления в порах глин могут приводить к выпиранию пород в ствол скважины и их обвалообразованию, в то время как аномально-высокие давления в тонких линзовидных коллекторах — вызывать проявления скважины в процессе бурения и неожиданные выбросы глинистого раствора. [9]

Сказанное свидетельствует о том, что серьезные осложнения в процессе бурения скважин на площадях Прикуринской низменности и Бакинского архипелага в основном вызваны проявлениями аномально-высоких пластовых давлений не из мощных продуктивных коллекторов, а обусловливаются аномально-высокими давлениями флюидов , присущих маломощным линзовидным коллектоу рам, залегающим среди глинистых толщ. Пластовые давления в таких коллекторах равны поровым во вмещающих их глинах. [10]

Эта точка зрения противоречит существовавшей ранее, высказанной К — А. Согласно последней, аномально-высокие давления на площадях Восточного Предкавказья в майкопской глинистой толще — покрышке возникали в сводовых частях структур из-за проникновения газа и легкой нефти в низы отложений этого возраста из залежей верхнемеловых резервуаров. Поэтому глинистая толща подразделена на две части: верхнюю — непосредственно покрышку и нижнюю — полупокрышку или так называемый ореол вторжения. [11]

Точки зрения различных исследователей [22] на природу АВПД часто носят противоречивый характер. Поэтому изучение закономерностей распространения толщ с АВПД, причин образования аномально-высоких давлений флюидов , количественная оценка и прогнозирование давлений, устойчивости ствола, выделение интервалов пластичных глин являются актуальными и представляют большой интерес как в теоретическом, так и в практическом отношении. Решению проблемы, позволяющей повысить эффективность поисково-разведочных работ на нефть и газ во многих нефтегазоносных бассейнах, особенно на больших глубинах, посвящена данная работа. [12]

В США при бурении газовых скважин для продувки забоя используют воздух. Этот способ бурения нельзя применять тогда, когда в разрезе скважины встречаются неустойчивые обваливающиеся породы, водоносные пласты и продуктивные горизонты с аномально-высоким давлением . Во всех остальных случаях он в 2 — 3 раза повышает среднюю механическую скорость бурения, увеличивает проходку на долото и дает лучшую очистку забоя от шлама, чем глинистый раствор. [14]

Открытый аварийный фонтан возможен только в случае превышения пластового давления газа или нефти над давлением столба промывочной жидкости в стволе скважины. Такое положение может возникнуть при поглощении глинистого раствора, снижении его удельного веса в результате притока пластовой воды или разгазирования, снижении давления на пласт вследствие поршневого эффекта при подъеме бурильной колонны и, наконец, при вскрытии продуктивного пласта с аномально-высоким давлением , которое не было предусмотрено проектом скважины. [15]

Аномальное пластовое давление (abnormal seam pressure)

Гидростатическое давление — давление столба пресной воды плотностью 103 кг/м 3 , по высоте равного глубине пласта в точке замера.

Различают пластовые давления нормальные, близкие к условному гидростатическому давлению с градиентом 0,01 МПа/м (в диапазоне отношений Pпл/Pу.г. 0,90 — 1,10) и аномальные, с коэффициентом аномальности более 1,10 и менее 0,90.

Пластовые давления, превышающие гидростатическое, называют аномально высокими (АВПД), меньше гидростатического — аномально низкими (АНПД).

Аномально пластовое давление существует в изолированных системах.

Генезис аномально пластового давления не до конца изучен.

Основными причинами образования аномально пластового давления считают уплотнение глинистых пород, процессы осмоса, катагенетического преобразования пород и содержащегося в них органического вещества, процессы тектогенеза и геотермические условия земных недр.

Предполагается, что важнейшей причиной является температурный фактор, тк коэффициент теплового расширения флюидов, заключенных в изолированном объеме пород, значительно больше, чем у минеральных компонентов горных породах.

Аномально пластовые давления установлены бурением многочисленных скважин на суше и в акваториях при поисках, разведке и разработке нефтяных и газовых залежей в в различных отложениях по геохронологической шкале в широком интервале глубин.

АВПД встречается чаще, особенно на глубинах более 4 км.

— превышение гидростатическое давление в интервале 1,3-1,8 раза, бывает 2,0- 2,2;

— обычно не достигают значений геостатического давления, оказываемого весом вышележащих пород, но в единичных случаях , вероятно, под влиянием дополнительных причин, были зафиксированы АВПД, равные или превышающие значения геостатического давления.

АВПД встречаются в Волго-Уральском, Южно-Каспийском, Днепровско-Донецком, Западно-Сибирском, Афгано-Таджикском, Северо-Предкарпатском и других нефтегазоносных бассейнах, в бассейнах Персидского и Мексиканского заливов, Caxapo-Восточно-Средиземноморском, Центрально-Европейском и тд.

АНПД могут быть вызваны искусственно при добыче нефти, газа и воды, если не происходит восполнение отбираемых из пласта флюидов.

Поверхностный признак такого снижения давления — проседание земной поверхности.

АНПД зафиксированы в Северо-Предкарпатском, Днепровско-Донецком, Северо-Причерноморском, Иркутском и других нефтегазоносных бассейнах, в бассейнах Сан-Хуан, Предаппалачском, Денвер и др.

Наличие АВПД благоприятно сказывается на свойствах пород — коллекторов, увеличивает время естественной эксплуатации нефтяных и газовых месторождений без применения вторичных методов, повышает удельные запасы газа и дебиты скважин, является благоприятным в отношении сохранности скоплений углеводородов, свидетельствует о наличии в нефтегазоносных бассейнах изолированных участков и зон.

Зоны АВПД содержат значительные ресурсы метана, который находится в растворенном состоянии в перегретой до 150-200°С воде.

Метан можно извлекать, а также использовать гидравлическую и тепловую энергию воды.

Однако неожиданное вскрытие зон АВПД могут быть источником аварий и осложнений в процессе бурения, ликвидация которых обычно недешево.

Простых решений нет.

Даже если при бурении в зонах АВПД утяжелить буровой раствор для предупреждения выбросов из скважин, то есть риск его поглощения пластами с гидростатическим давлением и АНПД.

Поэтому перед вскрытием пород с АВПД вышезалегающие поглощающие пласты перекрывают колонной.

Если распределение давления в породах по глубине известно, то можно выбрать оптимальную конструкцию скважины, технологию бурения и цементирования и предупредить возможные осложнения и аварии.

Наличие зон АВПД ведет к удорожанию стоимости скважин.

Для прогнозирования АВПД используется сейсмика, данные бурения и каротаж.

Тема 2. Основные понятия о давлениях в скважине

Давление, P – Мпа; кгс/см. 2 . Давление определяется как сила, действующая на единицу площади. Давление в любой точке скважины одинаково во всех направлениях.

где r — плотность флюида, г/см 3 ;

H — глубина скважины, м.

В наклонных скважинах глубина скважины H определяется как вертикальная составляющая длины ствола.

Гидравлические потери (сопротивление) Pr.c, Мпа; кгс /_см 2 . Гидравлические потери определяются как давление, которое необходимо создать, чтобы прокачать данный флюид с данной скоростью через данную систему. Гидравлические потери возникают только при прокачивании флюидов и суммируются со всеми другими давлениями, действующими в интересующей нас точке.

Значение гидравлических потерь определяется по существующим методикам.

Избыточное давление, P_из —кгс/см 2 . Избыточное давление (противодавление) есть давление, действующее на закрытую или открытую (в динамике) систему, определяемое иными, чем гидростатическое давление, источниками. В нашем случае избыточным давлением в закрытой при ГНВП скважине будет давление в бурильных трубах Pиз.т. и колонне Pиз.к. Избыточным давлением в динамических условиях будут гидравлические потери в дросселе +Pr.c.

Избыточное давление добавляется к давлению, действующему в рассматриваемой точке в статических и динамических условиях. Это положение является основополагающим в понимании методики глушения скважины.

Избыточное давление в бурильных трубах. Pиз.т. — кгс /_см 2 Pиз.т. — это давление на стояке при закрытой скважине без циркуляции. Pиз.т. равно разнице между пластовым давлением Pпл и гидростатическим давлением столба бурового раствора в бурильных трубах.

Избыточное давление в обсадной колонне, Pиз.к. — кгс/см 2 Pиз.к. — это давление в затрубном (кольцевом) пространстве на устье закрытой скважины при отсутствии циркуляции. Pиз.к. равно разнице между пластовым давлением и общим гидростатическим давлением столба флюидов в затрубном пространстве.

Пластовое давление, Pпл — кгс /_см 2 . Пластовое давление – есть давление флюида в рассматриваемом пласте. Пластовое давление равно гидростатическому давлению столба бурового раствора в бурильных трубах плюс Риз.т. при закрытой скважине. Нормальным пластовым давлением считается давление равное гидростатическому давлению столба воды на глубине залегания пласта. Пластовое давление выше давления столба воды называется аномально высоким пластовым давлением. Пластовое давление ниже давления столба воды называется аномально низким пластовым давлением.

Забойное давление, Рзаб — кгс /_см 2 Забойное давление есть общее давление на забое скважины (или под долотом) в любых условиях. Рзаб = Рr + Pr.ск + Риз.

Рзаб. в зависимости от условий может быть равно пластовому давлению, больше или меньше его:

— в нормальных условиях бурения Рзаб > Рпл;

— при ГНВП, когда скважина закрыта, Рзаб = Рпл.

Тема 1.1. Основные понятия о давлениях в скважине;

Тема 1. Основные понятия о ГНВП и фонтанах.

Лекций по программе

Курс

«Контроль скважины. Управление скважиной при газонефтеводопроявлениях».

Открытые фонтаны всегда были и остаются в настоящее время самыми тяжелыми авариями при бурении и ремонте скважин. Как правило, открытые фонтаны сопровождаются многими последствиями. Такими как:

n потеря бурового и другого оборудования

n непроизводственные материалы и трудовые затраты;

n загрязнение окружающей среды (разливы нефти или минерализованной воды, загазованность и др. ) ;

n перетоки внутри скважины, вызывающие истощение месторождения и загрязнение вышележащих горизонтов;

n случаи человеческих жертв.

Несмотря на совершенствование противовыбросового оборудования и технологию проводки, освоения и ремонта скважин количество открытых фонтанов и убытки от них сокращаются медленно. Чаще всего причиной этого является отсутствие должного контроля за поведением скважины, при которой невозможно определить начало ГНБП и своевременно принять меры по его ликвидации, а так же неграмотные работы по глушению проявления. Каждый открытый фонтан проходит стадии:

· Начала ГНВП, когда в ствол скважины только начинает поступать флюид из пласта.

· Подъем флюида по стволу скважины и выброс, если устье оказалось незагерметизированным.

Нормальная ликвидация проявления может быть только в том случае, если его обнаружение и герметизация произошли на первом этапе — начале поступления флюида из пласта т.е. произвести раннее обнаружение начала ГНВП.

ГНВП— это поступление пластового флюида ( газ, нефть, вода, или их смесь ) в ствол скважины, не предусмотренное технологией работ при ее строительстве, освоении , ремонте и эксплуатации.

Выброс — кратковременное, интенсивное вытеснение из скважины порции бурового раствора энергией расширяющегося газа.

Открытый фонтан — неуправляемое истечение пластового флюида через устье скважины в результате отсутствия, разрушения, или негерметичности запорного оборудования, или грифонообразования.

Давление, P – Мпа; кгс/см. 2 . Давление определяется как сила, действующая на единицу площади. Давление в любой точке скважины одинаково во всех направлениях.

Гидростатическое давление, Pr — Мпа; кгс/см.кв.. . Гидростатическим давлением принято называть давление, определеяемое весом столба раствора выше рассматриваемого сечения, приходящегося на единицу площади.

где r — плотность флюида, г/см 3 ;

H — глубина скважины, м.

В наклонных скважинах глубина скважины H определяется как вертикальная составляющая длины ствола.

Гидравлические потери (сопротивление) Pr.c, Мпа; кгс/см. 2 . Гидравлические потери определяются как давление, которое необъодимо создать, чтобы прокачать данный флюид с данной скоростью через данную систему. Гидравлические потери возникают только при прокачивании флюидов и суммируются со всеми другими давлениями, действующими в интересующей нас точке.

Значение гидравлических потерь определяется по существующим методикам.

Избыточное давление, P_из—кгс/см. 2 .Избыточное давление (противодавление) есть давление, действующее на закрытую или открытую (в динамике) систему, определяемое иными, чем гидростатическое давление, источниками. В нашем случае избыточным давлением в закрытой при ГНВП скважине будет давление в бурильных трубах Pиз.т. и колонне Pиз.к. Избыточным давлением в динамических условиях будут гидравлические потери в дросселе +Pr.c.

Избыточное давление добавляется к давлению, действующему в рассматриваемой точке в статических и динамических условиях. Это положение является основополагающим в понимании методики глушения скважины.

Избыточное давление в бурильных трубах. Pиз.т. — кгс/см. 2 Pиз.т. — это давление на стоянке при закрытой скважине без циркуляции. Pиз.т. равно разнице между пластовым давлением Pпл и гидростатическим давлением столба бурового раствора в бурильных трубах.

Избыточное давление в обсадной колонне, Pиз.к. — кгс/см. 2 Pиз.к. — это давление в затрубном (кольцевом) пространстве на устье закрытой скважины при отсутвии циркуляции. Pиз.к. равно разнице между пластовым давлением и общим гидростатическим давлением столба флюидов в затрубном пространстве.

Пластовое давление, P пл — кгс/см. 2 . Пластовое давление есть давление флюида в рассматриваемом пласте. Пластовое давление равно гидростатическому давлению столба бурового раствора в бурильных трубах плюс Риз.т. при закрытой скважине. Нормальным пластовым давлением считается давление равное гидростатическому давлению столба воды на глубине залегания пласта. Пластовое давление выше давления столба воды называется аномально высоким пластовым давлением. Пластовое давление ниже давления столба воды называется аномально низким пластовым давлением.

Забойное давление, Рзаб — кгс/см. 2 Забойное давление есть общее давление на забое скважины (или под долотом) в любых условиях. Рзаб=Рr+Pr.ск+Риз.

Рзаб. в зависимости от условий может быть равно пластовому давлению, больше или меньше его:

— в нормальных условиях бурения Рзаб>Рпл;

— при ГНВП , когда скважина закрыта , Рзаб₌Рпл.

Аномально высокие и аномально низкие пластовые давления (АВПД и АНПД).

Аномально высокие и аномально низкие пластовые давления (АВПД и АНПД).

Как отмечалось выше, при нормальных условиях пластовое давление в каждой точке залежи нефти и газа равно гидростатическому давлению, замеренному на уровне ВНК, плюс избыточное давление. В природных условиях существует много залежей, особенно на больших глубинах, имеющих пластовое давление, значительно превосходящее расчетное гидростатическое. Возникновение аномально высокого пластового давления объясняется следующими причинами:

1. Передачей части горного давления на залежь. Если скелет породы слабый, то часть горного давления передается на жидкость или газ, находящиеся в ее порах. К таким породам со слабым скелетом, в частности, относятся глины. Поэтому в изолированных линзовидных, карманообразных резервуарах, находящихся внутри глинистых толщ, возникают аномальные давления, превышающие нормальное гидростатическое давление.
2. Кратковременное повышение пластового давления возникает при землетрясениях. Наблюдения показывают, что в сейсмически активных областях перед землетрясением повышаются дебиты нефти в скважинах.
3. Тектонические движения по разломам. В приподнятом блоке залежи, разорванной разломами, в течении длительного времени будет сохраняться прежнее высокое пластовое давление, характерное до ее воздымания.
4. Вторичное увеличение объема залежи в зонах высоких температур. В зоне больших глубин и высоких температур сложные углеводородные соединения с длинными цепями разрушаются с образованием большого количества простых молекул. Увеличение числа молекул приводит к увеличению объема. Увеличение объема залежи приводит к возрастанию давления внутри замкнутого резервуара. По этой причине в газоконденсатных залежах, образующихся за счет разрушения газонефтяной залежи, часто наблюдается АВПД.
5. Вторичное сокращение объема пор в коллекторах при кристаллизации цемента в законтурных частях резервуара. Залежь при этом приобретает замкнутый и полузамкнутый характер.
6. Таким образом, аномально высокое пластовое давление возникает под действием разных причин, но главными из них являются замкнутая линзовидная форма резервуара, ее запечатанность со всех сторон непроницаемыми породами.

В недрах Земли существуют также залежи, имеющие аномально низкое пластовое давление. Появление его может быть обусловлено вторичным увеличением объема резервуара ввиду возникновения вторичной трещиноватости. Пониженные давления возникают и при повторном опускании залежей. При этом восстановление нового пластового давления происходит не сразу, и в течении длительного геологического времени в залежи будет сохранятся низкое пластовое давление, существовавшее до ее опускания.