Актуальность изучения криолитозоны нефтегазовых месторождений бурением глубоких инженерно-геологических скважин

The relevance of studying the cryolithozone of oil and gas fields by drilling deep engineering-geological wells

S.A. KOROTKOV,
O.V. SPIRINA
SibGeoProject LLC
Tyumen, 625000,
Russian Federation

Значительное количество геолого-технических осложнений при строительстве и эксплуатации нефтегазодобывающих скважин на месторождениях Крайнего Севера происходит в криолитозоне. Это грифоны, обильные осыпи и обвалы, высокая кавернозность и интенсивное растепление мерзлоты, смятие обсадных колонн, межколонные давления и газогидраты, приустьевые воронки и провалы кустовых площадок, потеря продольной устойчивости крепи, эксцентриситет обсадных колонн верхней части скважин и отклонение фонтанной арматуры и свайных опор. Для предотвращения возникновения этих осложнений и их минимизации еще до проектирования строительства скважин и обустройства месторождений необходимо проводить детальные инженерные изыскания на всю глубину распространения криолитозоны бурением глубоких инженерно-геологических скважин с отбором керна, проведением специальных геофизических исследований, оснащением скважин термокосами и барокосами. Авторами статьи проведен анализ и дана оценка криолитозоны одного из известных месторождений северо-восточной части Западной Сибири, а также инженерно-геологических исследований, проведенных летом 2023 года.

A significant number of geological and technical complications during the construction and operation of oil and gas wells in the fields of the Far North occur in the cryolithozone. These are griffins, abundant scree and landslides, high cavernosity and intensive thawing of permafrost, crumpling of casing columns, inter-column pressures and gas hydrates, near-mouth funnels and failures of bush sites, loss of longitudinal stability of the support, eccentricity of casing columns of the upper part of wells and deviation of fountain fittings and pile supports. To prevent the occurrence of these complications and minimize them, even before designing the construction of wells and the development of deposits, it is necessary to conduct detailed engineering surveys to the full depth of the cryolithozone by drilling deep engineering-geological wells with core sampling, conducting special geophysical studies, equipping wells with thermocos and barocos. The authors of the article analyzed and evaluated the cryolithozone of one of the known deposits in the northeastern part of Western Siberia, as well as engineering and geological studies conducted in the summer of 2023.

Основные перспективы нефтегазодобычи в РФ связаны с регионами распространения многолетнемерзлых пород (ММП). Интервал ММП является источником ряда осложнений на всех этапах строительства и эксплуатации скважин [1], основными из которых являются осыпи и обвалы при бурении мерзлых пород, обладающих высокой кавернозностью, образование приустьевых воронок, смятие эксплуатационных колонн от обратного промерзания ММП [2].
Выделяется несколько групп распространения ММП (рис. 1). Для северной части Западной Сибири характерно их сплошное распространение, глубина залегания которых может достигать 600 м. При этом подавляющая часть инженерно-геологических скважин бурится на глубину до 15 м, что позволяет изучить лишь самый верхний слой криолитозоны.
Слагающие криолитозону породы характеризуются высокой степенью анизотропии своих свойств, как по глубине, так и по площади. Это обуславливает необходимость применения различных технико-технологических решений при строительстве скважин на одном и том же месторождении, зачастую дорогостоящих и не всегда эффективных.
Таким образом, геокриологические характеристики ММП требуют тщательного и детального изучения [3]. Инженерно-геологические скважины, пробуренные на стадии изысканий на всю глубину ММП, позволяют получить достоверные фактические данные, локально изучить интервал ММП и проводить термобарический мониторинг спуском термокос и барокос, выполнить литологическое расчленение интервала, определить пространственное положение границ криолитозоны, выявить закономерности изменения теплофизических и прочностных характеристик.
Опыт бурения таких скважин в северо-восточной части Западной Сибири выявил следующие особенности и закономерности [3, 4]:
– интервал глубин до 3 м характеризуется высокой степенью сезонного изменения физического состояния пород, в летний период температура слоя достигает +5 °С, кровля криолитозоны залегает на глубине до 4 м;
– отдельные прослои в интервале от 0 до 200 м обладают очень высокой кавернозностью (иногда до 6–8), что приводит к осыпям и обвалам стенок скважин при бурении, снижению качества крепления интервала;
– интервалы ММП крайне неоднородны по петрографо-литологическому составу, теплофизическим свойствам грунтов, кавернозности и пористости;
– наименьшие температурные значения в летний период зафиксированы в интервале от 5 до 16 м (до -11 °С);

Геокриологические характеристики ММП требуют тщательного и детального изучения [3]. Инженерно–геологические скважины, пробуренные на стадии изысканий на всю глубину ММП, позволяют получить достоверные фактические данные, локально изучить интервал ММП и проводить термобарический мониторинг спуском термокос и барокос, выполнить литологическое расчленение интервала, определить пространственное положение границ криолитозоны, выявить закономерности изменения теплофизических и прочностных характеристик.
– в интервале 155–160 м, представленном крупногалечными породами, также отмечается понижение температуры по сравнению с выше- и нижележащими пропластками;
– установлено, что в пределах одного месторождения на расстоянии в сотни метров геологическое строение и тепловой режим пород существенно изменяются.
По литологическому составу интервал распространения ММП северо-восточной части Западной Сибири представлен неравномерным переслаиванием рыхлых песчаников, алевролитов, тонкозернистых песков, суглинков, супесей, содержащих гравий и гальку.
Русловые отложения отличаются повышенным содержанием гравия и гальки. Так, в скважине, пробуренной в зоне древней русловой долины реки, значительная часть разреза ММП в интервале от 40 до 100 м представлена супесчано-галечными отложениями, размер гальки достигает 12 см и составляет до 35 % от общего объема отложений (рис. 2).
Породы данного типа быстро растепляются при бурении, существенно повышая риски возможных осложнений. Температура ММП в данной части месторождения в летний период на 1–1,5 °С выше, чем в скважинах, расположенных в других частях месторождения. Характер отложений ММП напрямую влияет на их температурный режим.
Распределение температуры, льдистости, таликов, глин в мерзлой толще приведено в табл.
Неоднородность геологического строения интервала ММП является причиной неравномерного развития процессов оттаивания и промерзания, как по площади криолитозоны, так и с глубиной [4].
Бурение наблюдательных и глубоких инженерно-геологических скважин с отбором керна в зоне ММП и проведением специальных геофизических исследований (кавернометрия, термометрия, шумометрия) позволяет максимально детально изучить геокриологическое строение интервала.
Термобарический мониторинг состояния ММП на кустовых площадках и вблизи них (спуск термокос и барокос) позволяет прогнозировать процессы их оттаивания и промерзания с целью своевременного принятия решений и предотвращения возникновения аварийных ситуаций в дальнейшем, при строительстве добывающих скважин и их эксплуатации.
Авторы считают целесообразным проведение бурения наблюдательных и глубоких инженерно-геологических скважин, вскрывающих весь интервал ММП на месторождениях, расположенных в криолитозоне. Это даст возможность провести детальное картирование и мерзлотное районирование месторождений, изучить свойства ММП, что позволит учитывать характеристики пород при проектировании кустовых площадок, нефтяных и газовых скважин, зданий и сооружений с целью предупреждения возможных осложнений при их строительстве и эксплуатации.
Авторы считают целесообразным проведение бурения наблюдательных и глубоких инженерно–геологических скважин, вскрывающих весь интервал ММП на месторождениях, расположенных в криолитозоне. Это даст возможность провести детальное картирование и мерзлотное районирование месторождений, изучить свойства ММП, что позволит учитывать характеристики пород при проектировании кустовых площадок, нефтяных и газовых скважин, зданий и сооружений с целью предупреждения возможных осложнений при их строительстве и эксплуатации.

Литература

1. Андреев О.Ф. Методические указания по прогнозированию осложнений при эксплуатации скважин в многолетнемерзлых породах. – Москва: ВНИИГАЗ, – 1982. – 80 с.
2. Коротков С.А. Влияние давления обратного промерзания мерзлых пород на выбор оптимальной крепи скважины в сложных геокриологических условиях / С.А.Коротков, В.П. Овчинников, А.Г. Пермитин, А.В. Стадухин. – Текст: непосредственный // Технологические решения строительства скважин на месторождениях со сложными геолого-технологическими условиями их разработки: межд. науч. практ. конф. – Тюмень, – 2021. – 5 с.
3. Напряженно-деформированное состояние горных пород в криолитозоне. Проблемы и решения / В.П. Овчинников, А.В. Набоков, Д.С. Герасимов, О.Ф. Данилов, В.Г. Кузнецов, В.В. Воронцов, А.А. Фролов. – СПб, Институт «Геореконструкция». – 2018. – 268 с.
4. РД 00158758-213-2000 Технологический регламент по креплению скважин на месторождениях Севера Тюменской области. – Тюмень: ООО «ТюменНИИгипрогаз», – 2001. – 146 с.

References

1. Andreev O.F. Methodological guidelines for predicting complications during well operation in permafrost rocks. – Moscow: VNIIGAZ, – 1982. – Р. 80.
2. Korotkov S.A. The influence of back–freezing pressure of frozen rocks on the choice of optimal well support in difficult geocryological conditions / S.A.Korotkov, V.P. Ovchinnikov, A.G. Permitin, A.V. Stadukhin. – Text: direct // Technological solutions for the construction of wells in fields with complex geological and technological conditions of their development: inter. scientific and practical conference. – Tyumen, 2021. – 5 p.
3. Stress-strain state of rocks in the cryolithozone. Problems and solutions / V.P. Ovchinnikov, A.V. Nabokov, D.S. Gerasimov, O.F. Danilov, V.G. Kuznetsov, V.V. Vorontsov, A.A. Frolov. – St. Petersburg, Institute Georeconstruction. – 2018, – 268 p.
4. RD 00158758-213-2000 Technological regulations for fixing wells in the fields of the North of the Tyumen region. – Tyumen: LLC TyumenNIIgiprogaz, – 2001. – 146 p.

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей

    Авторизация


    регистрация

    Коротков С.А.

    Коротков С.А.

    к.т.н., начальник отдела научных исследований и разработок

    ООО «СибГеоПроект»

    Спирина О.В.

    Спирина О.В.

    к.г.-м.н., директор департамента геолого-промысловых работ

    ООО «СибГеоПроект»

    Просмотров статьи: 594

    Рейтинг@Mail.ru

    admin@burneft.ru