Грифонообразование и перетоки.

Введение.

    Геологическая среда — это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека.

    Нефтегазовое производство воздействует на геологическую среду (недра) «сверху» (с поверхности) и «снизу» (из массива горных пород). Воздействие на геологическую среду «сверху» происходит при обустройстве месторождения (строительство производственных помещений, прокладка коммуникаций, строительство и эксплуатация скважин, система сбора, подготовки и транспорта продукции скважин и др.). Бурение и эксплуатация скважин воздействует на геологическую среду как «сверху» так и «снизу».

    При освоении нефтяного месторождения происходят изменения и в самих нефтесодержащих пластах:

1. часть нефтенасыщенного порового пространства замещается водой или газом;

2. изменяется химический состав пластовой воды и нефти;

3. изменяются пластовые гидродинамические и термодинамические условия;

4. происходят изменения в водоносных горизонтах при использовании их для добычи подземных вод;

5. нарушается подземный сток, изменяются фильтрационные физико-механические свойства грунтов, изменяется напряжённое состояние пород в массиве;

6. возможны местные и региональные просадки поверхности, переформирование гидрогеологических условий, усиление или ослабление водообмена, смешение вод, изменение уровней, напоров, скоростей и направления движения, изменение химического состава и температуры;

7. Воздействие разработки месторождения на геологическую среду (недра) оказывает изъятие из недр пластовых флюидов, а также закачка воды в систему ППД.

    Основными источниками воздействия на геологическую среду (недра) являются все технологические операции, связанные с бурением скважин, аварийные ситуации, а также технологические продукты и отходы производства бурения, циркулирующие и накапливающиеся в поверхностных сооружениях (амбарах и др.).

 Источники техногенного воздействия при бурении.

    Воздействие на геологическую среду при бурении скважин проявляется в следующем:

1. физическое нарушение грунтов зоны аэрации;

2. химическое загрязнение грунтов, горизонтов подземных вод химическими реагентами, используемыми при бурении скважин, буровыми и технологическими отходами, образующимися в процессе бурения и испытания скважин;

3. основными видами изменения геологической среды при бурении скважин является образование техногенных грунтов преимущественно техногенно-переотложенных и техногенно-образованных.

    Поэтому основным требованием по охране недр при строительстве скважин является защита верхних водоносных горизонтов от инфильтрации бурового раствора, особенно при бурении под направление и кондуктор.

   Согласно Регламенту РД 153-39-00-96 в процессе бурения и эксплуатации сква­жин с точки зрения оценки воздействия на геологическую среду основное вни­мание уделяется созданию надежных конструкций. Они должны обеспечивать предотвращение:

1. - заколонных и межколонных перетоков жидкостей, минерализованных вод, нефти, газа в атмосферу и на поверхность земли, в горизонты, залегающие над эксплуатационными объектами;

2. - аварийного фонтанирования;

3. - образования грифонов;

4. - возникновения зон растепления и просадки устьев скважин;

5. - деформации, смятия и срезания колонн и др.

  Особое внимание при строительстве скважин должно уделяться охране водоносных горизонтов пресных, минерализованных и промышленных вод.

Процессы загрязнения с поверхности обусловлены фильтрацией бурового раствора в породы и подземные воды геологического разреза. Как правило, эти процессы при бурении не распространяются на значительные расстояния. В самую верхнюю часть до глубины 20-30 м проникновение фильтрата бурового раствора исключено спуском шахтного направления и его цементирова­нием. В водоносные горизонты до глубин 100-150 м фильтрат бурового ра­створа проникает на расстояние 1,5-2,0 м от стенок скважины вследствие кратковременности бурения данного интервала и его изоляции кондуктором с затрубной цементацией.

Грифонообразование и перетоки.

   При строительстве и эксплуатации скважин экологическую опасность представляет грифонообразование (выход газа, нефти, пластовой воды из-под зем­ли), причиной которого являются вертикальные перетоки флюидов из залежи в непродуктивные отложения через ствол скважины.

   В ходе эксплуатации скважин вертикальные перетоки пластовых флюидов возможны при нарушении герметичности обсадных колонн и цементного камня за колоннами. Причинами повышения межколонных давлений являются: негерметичность резьбовых соединений обсадных труб и колонных головок, потеря эластичности сальниковых уплотнений и герметизирующих материа­лов вследствие их старения, технические и технологические погрешности при заключительных работах по обвязке скважин, низкое качество цементирова­ния и недоподъем цемента в заколонном пространстве до устья или в части ствола скважин. Одной из распространенных причин потери герметичности обсадных ко­лонн скважин является электрохимическая коррозия наружной поверхности труб.  С целью оценки допустимого уменьшения толщины стенок труб и определения параметров электрохимзащиты периодически проводят замеры паде­ния напряжения вдоль колонны. Работы по устранению дефектов обсадных труб включают изоляцию дефектов и повторную герметизацию их соедини­тельных узлов.

  Проблема ликвидации межпластовых перетоков и межколонных давлений стоит чрезвычайно остро практически на всех месторождениях.

Перетоки газа, воды, нефти или конденсата из пласта в пласт и подъем флю­ида на дневную поверхность через затрубное пространство после строитель­ства скважин - довольно частое явление. Межколонные давления зафиксиро­ваны во многих эксплуатационных скважинах. Их связывают с геометрией скважин. Анализ скважин на межколонное давление в нефтегазодобывающих управлениях показывает, что в 30% случаев газ проходит в затрубное пространство с различной интенсивностью через резьбы. Большинство пропусков газа расположено в интервале 0-300 м, т.е. там, где отсутствует цементное кольцо или оно низкого качества. Межколонные проявления нередко начинаются сразу же после пуска скважины в эксплуатацию. Нужно отметить, что в некоторых скважинах темпера­тура нефти в устье составляет 70 °С. Поэтому температурные изменения до­полнительно деформируют обсадную колонну. Много неприятностей приносят межколонные проявления и межпластовые перетоки с давлением 3 МПа и выше. В этом случае в затрубном пространстве устанавливают обратный клапан, ко­торый снижает давление в коллекторе до 0,5-1 МПа. В зимний период он про­мерзает и перестает работать.

Существует много точек зрения на причины таких проявлений. Однако авторы едины в том, что непременное условие качественной проводки крепле­ния ствола скважины - создание герметичных соединений обсадных труб и высококачественного цементного кольца. В настоящее время в России выпус­кают трубы нефтяного сортамента с трапецеидальной резьбой "Бартресс". Тре­угольный профиль резьбы непрочный, легко деформируется при растяжении и пропускает газ при малых давлениях - 3 МПа. Применение уплотняющих смазок (например, УС-1, графитовых), фторопластовых материалов и нанесение мягкого металла оказались малоэффективными в глубоких скважинах. Поэто­му почти все конструкции отечественных резьбовых соединений нуждаются в предварительной опрессовке.

К числу требований, предъявляемых к цементному камню, следует отнести способность тампонажного раствора при твердении создавать непроницаемые контакты между стенками скважины и тампонажным камнем. Практика показывает, что цементирование скважин раствором из чистого портландцемента имеет ряд отрицательных моментов. Вследствие недостаточной седиментационной устойчивости раствора камень имеет низкие деформативные и адгези­онные свойства, высокую проницаемость и недолговечность. Прочностные свойства камня резко снижаются при температуре 80 °С вследствие перекрис­таллизации гидратов и образования свободной извести. При введении песка (до 40 %), а также аэросила (0,03-0,05 %), глинопорошка или бентонитовой глины (3 %) значительно увеличиваются срок службы цементного камня и повыша­ются его прочностные свойства по отношению к агрессивным средам (солевой коррозии). Газопроницаемость такого камня на порядок ниже, чем образцов из стандартного портландцемента.

 Воздействие на ГС системы ППД

   Воздействие на геологическую среду (недра) оказывает также закачка воды в систему ППД. Из всех существующих методов поддержания пластового давления и увеличения приемистости скважин наиболее широко используется закачка пресных (или минерализованных) вод с применением специальных реагентов (щелочи, ПАВ, полимеры). При разгерметизации затрубного пространства нагнетатель­ных скважин эти реагенты могут попадать в подземные воды, а при авариях на водоводах и при разливах на дозаторных установках - в почвы и поверхностные водотоки. В первую очередь необходимо отметить низкий уровень контроля за объемами подаваемой воды. Ее расход измеряется расходомером на контрольно-насосной станции с кратковременной остановкой всех остальных скважин одно­го и того же куста, что приводит к существенным количественным ошибкам. Разница в приемистости одной и той же скважины может составить от 20 до 400 % [24]. С целью повышения точности (отклонения не более ±10%) и опера­тивности измерения расхода рекомендуется использовать устьевые дистанци­онные расходомеры, которые устанавливают в устьевой арматуре без разрядки скважин. Повышение контроля за закачкой вод для ППД позволит не только прогнозировать негативные гидролитогенные процессы, но и оптимизировать добычу нефти.

     Возможность загрязнения подземных вод «сверху» определяется особенностями литологии и мощностью покровных отложений, глубиной залегания грунтовых вод. К тому же взаимосвязь поверхностных и подземных вод двухсторонняя и вследствие близкого залегания к поверхности и при отсутствии выдержанного горизонта слабопроницаемых пород грунтовые воды оказываются слабо защищенными от техногенного воздействия. Источниками загрязнения подземных вод (недр) могут стать линейные сооружения. В ходе их эксплуатации будет происходить транспортировка экологически опасной сырой нефти, содержащей к тому же примесь тяжелых металлов, серы, высокоминерализанной воды.

Утечки и разливы.

  Небольшие загрязнения, как подсказывает опыт, неизбежны в нефтегазовой отрасли из-за случайных утечек и разливов. Незначительное локальное загрязнение грунта и грунтовых вод может произойти при образовании на трубопроводах устранимых малых протечек в результате точечной коррозии. При быстром обнаружении их с помощью современных аппаратных средств, степень негативного воздействия на геологическую среду будет минимальна.