Восстановление герметичности крепи скважин в условиях поглощений на Усинском месторождении
Восстановление герметичности крепи скважин в условиях поглощений на Усинском месторождении
И.Р. Василенко, Б.А. Кузьмин, А.И. Дяченко, М.В. Чертенков
Разработка Р-С залежи Усинского месторождения осложнена аномально высокой вязкостью добываемой нефти, интенсивными (500-800 м3/сут) поглощениями промывочной жидкости в продуктивных пластах, микробиологической коррозией скважинного оборудования, коррозионной агрессивностью добываемой продукции. Залежь разрабатывается с применением паротеплового воздействия на пласт. Перепады давления и высокая температура быстро нарушают герметичность крепи в процессе эксплуатации скважины. Общепринятой практикой при выполнении ремонтных работ является большеобъемная закачка (50-400 м3) высоковязких растворов с последующим закреплением цементным раствором нормальной плотности (1,85-1,92 г/см3). Однако из-за наличия высокопроницаемых каналов, которые отчетливо видны на керновом материале (рис. 1), данная операция не всегда успешна вследствие существования рыхлых пород и промытых зон.
Во время ожидания затвердевания (ОЗЦ) цементного раствора давление в кольцевом пространстве снижается до гидростатического давления столба жидкости затворения и даже ниже. На рис. 2 показано изменение коэффициента аномальности k2 в зацементированном кольцевом пространстве 245-мм кондуктора во время ОЗЦ в скв. 4193 Харьягинского месторождения. Из него видно, что данный коэффициент в кольцевом пространстве снижается до 0,7-0,5. В этот момент в зацементированное кольцевое пространство может проникать пластовая жидкость, что может нарушить герметичность скважины. Для предупреждения проникновения пластовых флюидов в зацементированное кольцевое пространство применяют различные физические и химические методы воздействия на прискважинную зону:
-повышение давления на устье во время ОЗЦ;
-использование различных кальмататоров в процессе бурения и подготовки скважины к креплению;
-увеличение плотности жидкости затворения и др.
В условиях Р-С залежи Усинского месторождения (пластовое давление на глубине 1200-1300 м равно 6-12 МПа) в идеальном случае плотность изолирующего материала должна составлять около 0,8-1,2 г/см3. Однако таких изолирующих материалов, обладающих и прочностью, и коррозионной устойчивостью, и термостойкостью, и технологичностью, и экономичностью, нет.
По нашему мнению, одним из способов решения данной проблемы является применение пеноцементных растворов. При формировании структуры пеноцементного камня давление во время ОЗЦ не снижается. Этому способствуют находящиеся в объеме цементного раствора пузырьки воздуха. Они способны создавать дополнительное сопротивление движению жидкости в сформировавшихся капиллярах пеноцементного раствора и проводящих каналах пласта. Этот эффект называется эффектом Жамена. При движении пузырьков газа из широкой части канала в узкую форма пузырька изменяется. При этом изменяются радиусы кривизны его сферической поверхности. Тогда капиллярное давление станет равным соответственно для левого и правого мениска/)с1=2о/Г[,/)с?=2о/г2 (о - поверхностное натяжение на границе жидкость - воздух; ri,r2- радиус сферической поверхности пузырька газа соответственно до сужения и во время сужения). Разность этих давлений будет создавать силу, противодействующую внешнему перепаду давления, причем pci<pC2, что способствует целостности структуры раствора во время ОЗЦ.
Таблица 1
|
Номер образца |
Плотность, г/см3 |
Растекаемость, см |
Прочность цементного камня на изгиб, МПа, через 1 сут твердения (при Г=75 °С) |
Объемная деформация, %,через 1 сут твердения |
Сроки схватывания при температуре 75 С, ч-мин |
|
|
Начало |
Конец |
|||||
|
1 |
1,89 |
19,4 |
5,7 |
+0,1 |
1-30 |
1-55 |
|
2 |
1,70 |
19,8 |
4,2 |
+0,2 |
2-25 |
3-05 |
|
3 |
1,35 |
17,5 |
3,8 |
+0,5 |
3-10 |
4-25 |
|
4 |
0,89 |
15,2 |
2,8 |
+0,4 |
3-40 |
5-15 |
Примечание. Водоцементное отношение равно 0,5; водоотделение отсутствует. Таблица 2________________________________________________________
|
Тип цемента |
Диаметр образца, мм |
Размер образца цементного камня, мм |
Плотность раствора, г/см3, |
Растекаемость, см |
Прочность на сжатие, МПа |
Стабильность, % |
|
ПЦТДО-50 |
18 |
20x20x100 |
1,72/1,80 |
15,5/15,5 |
6,15/6,36 |
95/100 |
|
1,72/1,80 |
14,0/14,0 |
24,40/25,1 |
||||
|
Пеноцемент |
18 |
20x20x100 |
1,40/1,42 |
22/22 |
2,65/3,40 |
87/100 |
|
1,40/1,42 |
22/22 |
18,45/18,75 |
Примечание. В числителе приведены параметры неомагниченного раствора, в знаменателе - омагниченного.
Предварительные испытания элементов пеноцементной технологии были начаты с высокотемпературного (Г=ЗОО-32О °С) нагрева образцов. Различные по составу образцы цементного камня длительное время находились в паропроводе высокого давления. Комиссионно бьии выбраны образцы из состава тампонажной смеси, названной нами «КАРБОН-БИО». Состав выбирался с учетом геолого-химических особенностей Усинского месторождения. Приготовленный на основе тампонажной смеси «КАРБОН-БИО» цементный раствор и цементный камень отвечают всем требованиям, предусмотренным ГОСТ 1581-96. Свойства пеноцементного раствора, приготовленного из смеси «КАРБОН-БИО>>, и цементного камня представлены в табл. 1. Из нее видно, что прочность камня (образцы № 3 и 4), полученного из вспененного цементного раствора плотностью 1,70-0,89 г/см3, вполне достаточна.
Улучшить структуру раствора и в целом повысить качество цементного камня можно, применяя магнитную обработку. При этом в цементном растворе создаются дополнительные центры роста кристаллов гидросиликатов из раствора. Появление дополнительных центров роста кристаллов приводит к образованию более однородной структуры раствора с повышенной седиментационной устойчивостью. Для воздействия магнитным полем на цементный раствор нами разработано устройство гидромагнитной обработки цементных растворов (УМОЦР) в промысловых условиях [5-7]. Результаты влияния магнитного поля на физико-механические свойства тампо-нажных растворов и цементного камня приведены в табл. 2. Из нее видно, что такая обработка несколько увеличивает плотность тампо-нажных растворов за счет создания более однородной структуры раствора, а также прочность цементного камня. Стабильность раствора составляет 100 %, т.е. седиментационного водоотделения не происходит.
Испытания в лабораторных условиях моделей крепи скважин (глубина #с=5-8 м) различными тампонажными составами показали практически полное отсутствие дефектов в составах с пеноцементными растворами (рис. 3).
Таким образом, результаты проведенных исследований подтверждают эффективность применения тампонажньгх растворов на основе тампонажной смеси «КАРБОН-БИО». При этом обращает внимание существенное улучшение свойств пеноцементного раствора.
Широкое применение пенных систем затрудняется расчетом основных параметров, прежде всего плотности. Нами была разработана методика расчета плотности пеноцементных растворов при цементировании скважин, позволяющая определить основные параметры режима цементирования при постоянной степени газирования цементного и буферных растворов [9]. В основу методики положены условия обеспечения требуемых свойств газожидкостной смеси в кольцевом пространстве скважины от устья до наиболее слабого поглощающего пласта. Условием выбора плотности пенной системы является достижение равновесия между давлением в поглощающем пласте и давлением столба газожидкостной смеси в скважине. Данная методика в настоящее время используется при расчете процесса цементирования скважин с применением пеноцементных растворов на Усинском месторождении при капитальном ремонте [10].
Опытно-промышленные работы с использованием пеноцементной технологии и тампонажной смеси «КАРБОН-БИО» для водоизоляции пласта и восстановления герметичности крепи при капитальном ремонте скважин (КРС) бьии начаты в 2004-2005 гг. Работы выполнялись в паронагаетательных и добывающих скважинах Р-С залежи Усинского месторождения. За этот период было проведено 10 скважино-операций при КРС: по 5 в нагнетательных и добывающих скважинах. По результатам геофизических исследований ультразвуковым сканером USIT качество работ по восстановлению герметичности крепи скважин паронагнетательного фонда признаны хорошим. По добывающему фонду с учетом переходящего эффекта за 2005 г. получено дополнительно 1952,4 т нефти. Показатели
Таблица 3
|
Номер скважины |
Вид/время окончания работ |
Дебит жидкости, т/сут |
Дебит нефти, т/сут |
Обводненность, % |
Дебит жидкости, т/сут |
Дебит нефти, т/сут |
Обводненность, % |
Продолжительность эффекта, мес |
Дополнительная добыча нефти, т |
Удельная эффективность, т/суг |
Объем закачки цементного раствора, м3 |
|
до обработки |
после обработки |
||||||||||
|
Добывающие скважинь |
|||||||||||
|
4581 |
Водоизоляция/03.11.04 г. |
59,5 |
2,5 |
95,8 |
22,0 |
12,5 |
43,2 |
14 |
1182 |
2,8 |
12 |
|
3088 |
Водоизоляция/27.08.05 г. |
101,3 |
9,2 |
90,9 |
19,8 |
13,5 |
32,0 |
2 |
214,4 |
2 |
12 |
|
6013 |
Водоизоляция/23.08.05 г. |
88,2 |
1,7 |
98,1 |
65,6 |
8,5 |
87,1 |
3* |
304 |
2,5 |
12 |
|
8115 |
Водоизоляция/30.09.05 г. |
39,0 |
3,6 |
90,7 |
14,5 |
13,7 |
5,4 |
3* |
704 |
7,6 |
20 |
|
8306 |
Водоизоляция/17.02.06 г. |
32 |
0,2 |
99,5 |
25 |
21 |
10 |
8 |
|||
|
Паронагнетательные скважины, находящиеся в работе |
|||||||||||
|
4033 |
Восстановление крепи/10.11.05 г. |
3,3 |
|||||||||
|
6168 |
Восстановление крепи/26.01.06 г. |
8 |
|||||||||
|
4254 |
Восстановление крепи/11.11.05 г. |
8 |
|||||||||
|
6122 |
Восстановление крепи/07.03.06 г. |
8 |
|||||||||
|
6156 |
Водоизоляция, восстановление крепи/07.04.06 г. |
8 |
эксплуатации скважин после КРС по пеноцементной технологии приведены в табл. 3
Одним из факторов, определяющих успешность проведения операции цементирования, является правильный выбор буферного раствора, а при применении в условиях поглощений - пенного раствора. Выбор буферного раствора определяется, исходя из времени стойкости пены. Стойкость пенной системы должна быть достаточной для проведения всей операции цементирования как при строительстве скважины, так и при юдоизоляционных работах и КРС. Закачка буферной жидкости позволяет создать оторочку между пластовым флюидом и пеноцементным раствором. Кроме того, закачка аэрированной буферной жидкости создает дополнительное сопротивление в пласте, что уменьшает приемистость скважины. При движении в пласте буферная жидкость оказывает отмывающее действие. Со стенок проводящих каналов удаляются вещества, которые могут обладать пеногасящими свойствами. Другим сложным моментом является выбор продавочной жидкости. В условиях интенсивных поглощений, когда приемистость скважины более 800 м3/сут при нулевом давлении, использование в качестве продавочной жидкости технической воды может привести к ее поглощению. Поэтому для сильно дренированных пластов с целью снижения гидростатического давления в конце закачки пеноцемента нами используются аэрированные продавочные жидкости, например, вязкоупругие пенные составы (ВПС), способные сохранять устойчивость к разрушению в течение продолжительного времени. Разработанные нами некоторые рецептуры ВПС обладают стойкостью пены в течение более 10 сут. С применением пеноцементной технологии были проведены работы по креплению эксплуатационных колонн в скважинах Южно-Низевого и Макаръельского месторождений в условиях частичного поглощения промывочной жидкости при бурении продуктивных пластов. Скважины были введены в эксплуатацию с плановыми показателями.
В настоящее время в ООО «РИНКО АЛЬЯНС» продолжаются работы по совершенствованию рецептур тампонажных смесей. На основе тампонажного состава «КАРБОН-БИО» разработан новый состав «КАРБОН-БИО 2" с добавлением фракционного наполнителя размером 0,5-5 мм и стабилизирующих добавок. Коэффициент тампонирующей способности kT£ составляет около 3-4, что значительно выше, чем у «чистых» цементов (1,3-1,8). Работы по промышленному испытанию нового состава намечены в 2006 г.
Выводы
1. Пеноцементная технология является одним из основных технических решений проблемы восстановления герметичности крепи скважин в условиях поглощений.
2. Пеноцементная технология с использованием тампонажной смеси «КАРБОН-БИО» в сочетании с гидромагнитной обработкой может быть рекомендована при цементировании эксплуатационных колонн, капитальном ремонте скважин и использовании потокоот-клоняющих технологий в промытых зонах при разработке месторождений.
Список литературы
1. Амиян В.А. Вскрытие и освоение нефтегазовых пластов. - М.: Недра, 1980.-343 с.
2. Гиматудинов Ш.К., Ширковский А.И. Физика нефтяного и газового пласта. -М.: Недра, 1982.-311 с.
3. Барановский В.Д., Булатов AM., Крылов В.И. Крепление и цементирование наклонных скважин. - М.: Недра, 1983. -С. 167-168.
4. Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - М.: Недра, 1987. - 373 с.
5. Василенко И.Р. Особенности технологии крепления эксплуатационных колонн на многопластовых месторождениях Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. -М., 2002.
6. Совершенствование методов обработки цементных растворов магнитным полем/И.Р. Василенко и др.//Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. -1997. - № 3. - С. 42-43.
7. Патент РФ № 2117750 (RU 2117750 С1,6 Е 21 В 33/14). Способ обработки тампонажного раствора и устройство для его осуществления/И.Р. Василенко, В.И. Лесин.
8. Василенко И.Р., Иванов А.Н., Баишев А.Б. Совершенствование технологии крепления скважин//Тр. ин-та/ВНИИнефть. - 2002. -Вып. 127. -С. 84-89.
9. Василенко И.Р. Повышение качества надежности крепи при бурении и капитальном ремонте скважин в условиях вероятной биокоррозии на нефтяных месторождениях. В сб. Анализ итогов внедрения методов повышения нефтеотдачи пластов, интенсификации добычи нефти и ремонта скважин в ОАО «ЛУКОЙЛ» за 2003 год. - М.: ОАО «ЛУКОЙЛ», 2004. - С. 234-238.
10. Василенко И.Р. Временная инструкция по использованию пеноцементной технологии при водоизоляционных работах и восстановлении герметичности крепи скважин в условиях Р-С залежи Усинского месторождения. - М.: ОАО «ЛУКОЙЛ», 2004. -100 с.
Журнал «Нефтяное хозяйство» № 5, 2006