name: Разработка комплекса технических средств и технологических решений гидравлического разрыва пласта и освоения нефтяных скважин
keyword_list: Гидравлический разрыв пласта Освоение скважин Вынос пропанта Призабойная зона пласта Нитинол Скважинный саморасширяющийся фильтр Устройство для декольматации  скважин Скважинный вибратор Струйный насос Гидродинамические исследования
abstract: Актуальность темы исследований
  В настоящее время гидравлический разрыв пласта (ГРП) является одним из эффективных методов интенсификации притока и повышения продуктивности скважин. Дебит скважины после ГРП увеличивается в несколько раз, а средняя продолжительность эффекта составляет от 5 месяцев до 2 лет. Вместе с тем достаточно часто наблюдается снижение эффективности ГРП за счёт, в частности, такого фактора, как вынос пропанта из трещины при освоении и эксплуатации скважины, который в последнем случае носит продолжительный характер и в целом приводит к ухудшению качества гидродинамической связи «скважина-пласт», уменьшению эффективности освоения и эксплуатации скважин после ГРП, а также к выводу из строя оборудования (например, 45 % отказов электроцентробежных насосов после ГРП связано с засорением деталей пропантом).
  С учетом указанного выше отрицательного влияния выноса пропанта целесообразно рассматривать ГРП и освоение скважин как единый технологический комплекс, направленный на повышение качества гидродинамической связи «скважина – призабойная зона пласта (ПЗП) – пласт» и в конечном итоге на увеличение продолжительности эффекта от ГРП.
  Как показала современная практика работ по освоению скважин, высокая эффективность может быть достигнута путём применения струйных аппаратов, которые создают широкий диапазон «депрессия-репрессия» на пласт. Струйные аппараты отличаются простотой конструкции и возможностью применения в различных горно-геологических условиях. В отличие от широко применяемых способов освоения скважин после ГРП, использование струйных аппаратов позволяет создавать управляемые циклические депрессии и репрессии на пласт, что в настоящее время актуально в скважинах с горизонтальным окончанием. Наряду с этим следует отметить эффективность применения струйных аппаратов при проведении гидродинамических исследований в одном цикле работ по вызову притока, что особенно важно на месторождениях с трудноизвлекаемыми запасами и низкопроницаемыми пластами.
  Также одним из путей повышения эффективности освоения скважин после ГРП является научно обоснованное усовершенствование заключительной стадии ГРП за счет закрепления трещины вблизи ствола скважины и обеспечения качественной очистки фильтровой зоны с целью достижения проектной продуктивности.
  Таким образом, актуальность задач разработки комплекса технологий и технических средств для обеспечения устойчивости трещин ГРП и качественной гидродинамической связи «скважина – ПЗП – пласт» не вызывает сомнений, так как их решение позволит повысить эффективность технологии освоения скважин после ГРП, имеющей особое значение для эксплуатации залежей пластов с низкими фильтрационно-емкостными свойствами.
  Степень разработанности темы исследования
  Впервые в практике использование ГРП для повышения производительности скважин предложено советскими учеными Г. И. Баренблаттом, Ю.П. Желтовым и С.А. Христиановичем. Особого успеха в области ГРП добились зарубежные ученые: П. Валько, Р. Олайн, М. Экономидес, М. Хуберт, Д. Уиллис, Д. Кларк и др.
  Следует отметить, что проблемы повышения эффективности освоения скважин за счет обеспечения высокой проницаемости ПЗП, в том числе путем ГРП, сокращения сроков освоения скважин рассматривались в работах А.Д. Амирова, А.Р. Ахмадеева, М.Х. Аминева, А.И. Булатова, В. Р. Возного, М.В. Вороненко, Р.А. Гатина, Ю.А. Гуторова, В.В. Дмитрука, Н.М. Зингера, Л.В. Казакова, Р.Д. Каневской, Ю.Д. Качмара, П.П. Макаренко, М.М. Нагуманова, А.В. Насыбуллина, В.И. Нифантова, В.Б. Обиднова, В.В. Паникаровского, О.В. Салимова, К.М. Тагирова, Е.Я. Соколова, Р.К. Шагалеева, М.М. Шайхутдинова, Г.А. Шлеина, С.С. Ульянова, В.М. Хафизова, Ю. А. Цепляева, А.К. Ягафарова, Р.С. Яремийчука и др. Ими обоснована эффективность использования ГРП, представлен опыт проведения промывки скважины после ГРП и рассмотрены технологии очистки забоя скважины в различных условиях, изложены технологические решения по совершенствованию отдельных этапов освоения скважины, рекомендованы возможные способы промывки, в том числе для удаления пропанта и т.д.
  Цель работы
  Повышение продуктивности скважин путем разработки комплекса технических средств и технологических решений для обеспечения качественной очистки фильтровой зоны скважин при их освоении после ГРП.
  Объект исследования – технико-технологические решения для обеспечения качественной очистки фильтровой зоны скважины.
  Предмет исследования – процесс освоения скважин после проведения работ по интенсификации притока методом ГРП.
  Основные задачи исследования
  1. Установить причины ухудшения гидродинамической связи «скважина – ПЗП – пласт» при освоении и эксплуатации скважин после проведения ГРП.
  2. Исследовать и разработать технологические решения закрепления трещины расклинивающим материалом в зоне инициации и установкой скважинного саморасширяющегося фильтра со специальными свойствами в интервале пласта. 
  3. Разработать технологии и технические средства промывки интервала перфорации, гидровибровоздействия и освоения скважин с целью упрочнения пропантной укладки в зоне инициации трещины и повышения гидродинамических характеристик фильтровой зоны скважины.
  Методы исследования 
  Решение поставленных задач выполнено на основе: теоретического обобщения, систематизации и анализа литературного материала и промысловых данных; постановки и проведения экспериментальных исследований по оценке выноса расклинивающих материалов; проведения промысловых испытаний технологии освоения скважин струйными аппаратами.
  Научная новизна
  1. Установлена целесообразность комплексной реализации работ ГРП и освоения скважины как взаимосвязанной единой технологической операции, направленной на долговременное повышение продуктивности скважин.
  2. Обоснована необходимость использования в качестве закрепителя пропанта в трещине пласта специальных гранул и саморасширяющегося фильтра из материала «нитинол» с учетом состава сплава металлов для определенных скважинных условий.
  3. Разработана технология освоения скважин управляемыми циклическими депрессиями и репрессиями, которая позволяет проводить работы с помощью струйного насоса и гидравлического вибратора.
  Практическая значимость работы
  1. Использование расклинивающего проволочного материала из сплава с памятью формы «нитинол», который на завершающей стадии крепления трещины, в отличие от песка, алюмосиликатных и керамических пропантов, позволяет уплотнить пропантную набивку трещины и снизить вынос пропанта из трещины гидроразрыва пласта в скважину (патенты РФ №№ 2719874, 2703572).
  2. Применение разработанного скважинного саморасширяющегося фильтра позволяет снизить вынос пропанта из трещины в ствол скважины и обеспечивает нормализацию забоя скважины без дополнительных промывок (патент РФ № 2733547).
  3. Применение разработанных устройств для декольматации скважин после проведения ГРП позволяет повысить эффективность очистки фильтровой зоны скважины (патент РФ № 2721144) и способствует сохранению проницаемости пачки расклинивающего материала в трещине при промывке перфорационных каналов в импульсном режиме (патент РФ № 2651869). 
  4. Разработанная технология вибровоздействия и освоения скважины после ГРП позволяет сократить период достижения запланированной производительности скважин в результате повышения качества гидродинамической связи «скважина – ПЗП – пласт» и создания требуемых величин репрессий и депрессий на пласт при использовании гидравлического золотникового вибратора и струйного насоса.
  Положения, выносимые на защиту:
  1. Способ снижения выноса пропанта в скважину при освоении после ГРП за счет закрепления трещины в зоне инициации спрессованными гранулами и установки скважинного саморасширяющегося фильтра, изготовленных из материала «нитинол».
  2. Технология и технические средства промывки интервала перфорации скважины для решения проблемы закупорки перфорационных каналов неразложившимся гелем ГРП и нормализации забоя скважин.
  3. Технология освоения и методика исследования скважин с использованием струйного насоса и гидравлического золотникового вибратора при многократном циклическом воздействии на пласт.
  Соответствие диссертации паспорту научной специальности
  Диссертационная работа согласно номенклатуре специальностей соответствует паспорту специальности 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважин, а именно пункту 4 – «Тепломассообменные процессы при бурении скважин с целью разработки технологии и технических средств по улучшению коллекторских свойств призабойной зоны пласта, интенсификации притока пластового флюида, предупреждения загрязнения недр, обеспечения охраны окружающей среды».
  Апробация результатов
  Основные положения диссертационного исследования были представлены на следующих научно-практических конференциях: международные конференции «Нефть и газ» 2015 – 2019 гг., РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, г. Москва; одиннадцатая всероссийская конференция «Новые технологии в газовой промышленности» 20 – 23 октября 2015 г., РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, г. Москва; международные конференции «Инновационные технологии в нефтегазовой отрасли» 2014-2018 гг., СКФУ, г. Ставрополь; X, XI конференции молодых специалистов ООО «РН-Ставропольнефтегаз» 2016, 2017 гг., г. Нефтекумск; X, XI региональные научно-технические конференции молодых специалистов ООО «НК «Роснефть»-НТЦ», 2017, 2018 гг. Краснодар; международная конференция «Новые технологии – нефтегазовому региону», 15 – 17 мая 2019 г., ТИУ, г. Тюмень; международные научно-практические конференции «Инновационные технологии в нефтегазовой отрасли. Проблемы устойчивого развития», 2020, 2021 гг., г. Ставрополь.
  Публикации
  Основные результаты исследования нашли отражение в 35 печатных работах, в т. ч.: 12 статей в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, 12 статей опубликованы в изданиях, индексируемых в базе данных Scopus, получено 7 патентов на изобретения.
  Объем и структура работы 
  Общий объем диссертации составляет 176 страниц машинописного текста, включая 21 таблицу, 76 рисунков, 11 приложений. Список литературы включает 144 источника, в т. ч. 21 источник на иностранном языке.
  
  ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
  
  Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее цель, сформулированы основные задачи исследования, определены научная новизна, основные защищаемые положения, практическая значимость, приведены результаты реализации и апробации работы.
  В первой главе изложены технологические особенности проведения ГРП с последующим освоением скважин. Проведенный анализ ГРП на месторождениях России позволил выявить, что при освоении скважин не всегда достигаются проектная продуктивность и долговременный эффект от ГРП. Несмотря на высокую эффективность ГРП, отмечается ряд факторов, негативно влияющих на эксплуатационные характеристики скважины.
  Во второй главе рассмотрен способ снижения выноса пропанта из трещины в скважину при освоении после ГРП, включающий в себя закрепление пропантной пачки гранулами из нитинола и установку скважинного саморасширяющегося фильтра (ССФ), которые могут применяться самостоятельно или совместно.
  Предлагается использовать современные инновационные материалы – сплавы металлов для решения задачи закрепления трещины и получения долговременного эффекта от ГРП. 
  В третьей главе разработаны технические средства для декольматации интервала перфорации скважины до и после проведения ГРП, которые обеспечивают повышение качества гидродинамической связи «скважина – ПЗП – пласт». 
  В четвертой главе предлагается технология освоения скважин струйными насосами после ГРП. Описаны принципиальная схема обвязки и усовершенствованные конструктивные особенности технологического оборудования освоения скважин – струйного насоса и гидравлического золотникового вибратора (ГЗВ). 
  ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
  
  1. По результатам анализа современных технико-технологических решений ГРП определены причины ухудшения гидродинамической связи «скважина – ПЗП – пласт» при освоении и эксплуатации скважин.
  2. На разработанном испытательном стенде исследована и обоснована возможность снижения выноса пропанта из трещины в скважину при освоении после ГРП за счет закрепления трещины вблизи ствола расклинивающим материалом со специальными свойствами. Экспериментально обоснована способность формирования высокопроницаемого фильтрационного экрана из раскрытых нитиноловых пружин, расположенных в начале инициации трещины при наличии керамического пропанта. Раскрытие пружин происходит в зависимости от их состава и определенных скважинных условий.
  3. Разработаны технико-технологические решения снижения выноса пропанта из трещины в скважину при освоении после ГРП за счет формирования блокирующего экрана в приствольной части пласта спрессованными гранулами и установки скважинного саморасширяющегося фильтра, выполненных из материала «нитинол». Способ получения гранул пропанта, способ крепления трещин ГРП и скважинный саморасширяющийся фильтр защищены патентами РФ на изобретения.
  4. Разработаны технические решения для повышения качества гидродинамической связи «скважина – ПЗП – пласт» до и после проведения ГРП. Устройства позволяют промывать перфорационные каналы в импульсном режиме и нормализовать забой, повышая эффективность очистки фильтровой зоны скважины. Устройства для декольматации скважин защищены патентами РФ на изобретения.
  5. Разработана технология вибровоздействия и освоения скважин струйными насосами после ГРП, которая позволяет проводить многократное циклическое воздействие на пласт, с поддержанием и регулированием депрессии на пласт. Приведена методика расчета технологических параметров процесса и последовательность действий при освоении скважин струйными аппаратами. Технология вибровоздействия и освоения скважин струйными насосами после ГРП позволяет проводить комплекс гидродинамических исследований на нескольких режимах отбора флюида.
  6. Разработанные технико-технологические решения по повышению качества гидродинамической характеристики фильтровой зоны скважин внедрены на ряде предприятий нефтегазовой отрасли (ООО «ДОК», ООО «НИПИнефтегазгеология», ООО «СКФУ-ГЕОФИЗИКА») и рекомендованы к использованию в рабочем процессе при бурении и освоении скважин. Результаты диссертационных исследований используются в учебном процессе Тюменского индустриального и Северо-Кавказского федерального университетов по направлению подготовки «Нефтегазовое дело».
chairman_dissertation_council.name: Рамиз
chairman_dissertation_council.surname: Гасумов
chairman_dissertation_council.patronymic: Алиджавад оглы
chairman_dissertation_council.position: Профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: -
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6507302404
chairman_dissertation_council.rinc_id: 553953
chairman_dissertation_council.url: https://www.ncfu.ru/for-employee/list-of-employees/employee/242bb5af-1e28-11e9-bd69-0050568c7ce8/
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0002-4700-2391
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Андрей
organization_supervisor.surname: Лиховид
organization_supervisor.patronymic: Александрович
organization_supervisor.position: Проректор по научной работе
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 52.47.15
rubrics.name: Бурение и заканчивание нефтяных и газовых скважин
oecds.code: 02.07.ZQ
oecds.name: MINING & MINERAL PROCESSING
speciality_codes.name: Технология бурения и освоения скважин
speciality_codes.code: 25.00.15
supervisors.fio: Шлеин Г.А.
supervisors.scientific_degree: Кандидат технических наук
supervisors.speciality_code: Технология бурения и освоения скважин
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Хузин Р.Р.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Технология бурения и освоения скважин
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Купавых К.С.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Технология бурения и освоения скважин
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ФГАОУ ВО "СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ",СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ,СКФУ
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1022601961580
protection_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: БЕСПАЛОВ
protection_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: ФГАОУ ВО "СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ",СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ,СКФУ
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
author_organization.ogrn: 1022601961580
author_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
author_organization.supervisor_surname: БЕСПАЛОВ
author_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения