«Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина»

Механизм потери герметичности затрубного пространства скважин при разработке газовых месторождений и эксплуатации подземных хранилищ газа

УДК: 622.276
DOI: 10.33285/2073-9028-2023-2(311)-43-55

Авторы:

¹ Институт проблем нефти и газа РАН, Москва, Российская Федерация

Ключевые слова: призабойная зона скважины, подземные хранилища газа, разрушающие напряжения в породе, разгерметизация затрубного пространства, пружинный центратор

Аннотация:

В работе представлены результаты математического моделирования и численного анализа механизма концентрации разрушающих напряжений в приствольных зонах скважин при разработке нефтегазовых месторождений и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ) и обусловленной этим потерей герметичности затрубного пространства скважин. Актуальность исследования обосновывается существованием проблемы потерь добываемых углеводородов через затрубное пространство скважин при разработке месторождений, хранении газа в ПХГ, а также проблемы проникновения токсичных жидкостей, применяемых при проведении гидроразрыва продуктивных пластов, в водонасыщенные пласты. В результате проведенных исследований установлено, что при значительном изменении пластового давления в призабойных зонах скважин или в пласте в целом происходит концентрация разрушающих напряжений сдвига в приствольных зонах скважин вблизи кровли продуктивного пласта. Максимальное значение развивающихся напряжений сдвига соизмеримо с амплитудой изменения пластового давления, которое при проведении операции гидроразрыва пласта измеряется величинами ~30–50 МПа, ~15–18 МПа – на стадии закачки газа в ПХГ, величинами порядка ~10–20 МПа и более – при разработке месторождений на истощение, что характерно для разработки газовых месторождений. Показано, что при воздействии напряжений сдвига наиболее вероятно разрушение связи цементной оболочки и стенок скважины, поскольку эта связь ослаблена существованием на стенках скважины остатков глинистой корки. Разрушение этой связи сопровождается смещением породы вдоль ствола скважины относительно колонны обсадных труб и разгерметизацией затрубного пространства скважины. Для предотвращения распространения области разгерметизации вдоль ствола скважины рекомендован способ, заключающийся в том, что на стадии строительства скважины в кровле вблизи продуктивного пласта расширяется ее ствол, а в колонне обсадных труб в соответствующем месте устанавливается пружинный центратор с номинальным диаметром, превышающим исходный диаметр ствола скважины. После цементирования затрубного пространства скважины на расширенном участке кровли пласта образуется прочное жесткое включение, армированное металлическими элементами центратора, препятствующее распространению области разгерметизации затрубного пространства скважины вдоль ее ствола при деформационных процессах в горной породе, обусловленных изменением пластового давления.

Список литературы:

1. Устаревшие нефтегазовые технологии добычи как источник предстоящих экологических катаклизмов/С.Н. Закиров, Э.С. Закиров, И.М. Индрупский [и др.]//Экологический вестник России. – 2019. – № 8. – С. 20–25.
2. Abandoned oil and gas wells are leaking methane across the USA. – URL: http://inhabitat.com/abandoned-oil-and-gas-wells-are-leaking-methane-across-the-USA (дата обращения: 24.02.2023).
3. Plugging and abandonment of oil and gas wells//Working Document of the NPC North American Resource Development Study Made Available September 15, 2011, P. 2–25. – URL: http://www.npc.org/Prudent_Development_Topic_Papers/2-25_Well_Plugging_and_Abandonment_Paper.pdf (дата обращения: 24.02.2023).
4. Вержбицкая В.В., Щекин А.И., Ягудина Л.В. ПХГ: анализ методов сокращения эмиссии метана//Neftegaz.RU. – 2023. – № 2. – C. 38–46.
5. Рыбалов Э.А., Фомина Ек.Е., Фомина Ел.Е. Применение метода экспертных оценок при анализе опасности нефтяных и газовых скважин в состоянии консервации или ликвидации// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2022. – № 2 (305). – С. 49–55.
6. Долгов С.В., Величко Е.И., Нижник А.Е. Особенности эксплуатации и ремонта скважин ПХГ//Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2022. – № 9 (357). – С. 47–50.
7. Crustal Deformation in the Hutubi Underground Gas Storage Site in China Observed by GPS and InSAR Measurements/Q. Xuejun, C. Wei, W. Dijin [et. al]//Seismological Research Letters. – 2018. – № 89 (4). – P. 1467– 1477.
8. Желтов Ю.П. Механика нефтегазоносного пласта. – М.: Недра, 1975. – 216 с.
9. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. – М.: Недра, 1984. – 211 с.
10. Свалов А.М. Механика процессов бурения и нефтегазодобычи. – М.: Книжный дом «Либроком», 2009. – 256 с.
11. Свалов А.М. К решению проблемы качественного крепления нефтяных и газовых скважин//Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2022. – № 5 (365). – С. 58–62.
12. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. – М.: Наука, 1966. – 708 с.
13. Пат. 2775849 Рос. Федерация, МПК E21B 33/10. Способ повышения герметичности затрубного пространства нефтяных и газовых скважин (варианты)/А.М. Свалов; патентообладатель А.М. Свалов. – № 2021135972; заявл. 07.12.2021; опубл. 11.07.22, Бюл. № 20.