«Методы предупреждения и ликвидации поглощений бурового раствора при бурении нефтяных и газовых скважин»

Высокоструктурированные тампонажные смеси

По современным представлениям полное (катастрофическое) поглощение бурового раствора возникает в основном при разбуривании пластов, обладающих развитой естественной кавернозностью и трещиноватостью, которая образует разветвленную сеть наклонных и вертикальных трещин большого простирания.

Гидроразрыв пласта также может быть причиной катастрофического поглощения бурового раствора.

В процессе гидроразрыва пластов образуется сеть искусственных трещин, причем, значительная часть всего объема трещин приходится на долю вертикальных трещин, длина, высота и ширина (раскрытость) которых могут достигать значительных размеров (длина от 50 до 100 м, раскрытость от 1 - 2 до 80 - 100 мм и более).

Причем, трещины в интервале зоны поглощения по величине могут распределяться произвольно, одновременно могут быть представлены трещины крупные, средние и мелкие.

Решить задачу изоляции таких зон катастрофического поглощения методом простого заполнения таких трещин тампонажными материалами технически и экономически не рационально.

Исходя из этих представлений о природе поглощений, институтом «Гипровостокнефть» предложена технология по ликвидации катастрофических поглощений бурового раствора, в основу которой положена концепция создания надежного изолирующего экрана в приствольной части поглощающего пласта:

- путем удержания тампонажной смеси от растекания под действием гравитационных сил, межпластовых перетоков и других гидродинамических воздействий при выполнении различных технологических операций;

- путем формирования каркаса намывом твердых и плотных, а также волокнистых наполнителей с последующей укрепляющей заливкой твердеющими смесями.

Для реализации предложенной концепции изоляции катастрофических поглощений институтом разработано два типа высокоструктурированных тампонажных смесей:

- смеси с комплексными свойствами (нетвердеющие и твердеющие);

- предельно структурированные смеси для намыва твердых и плотных наполнителей, а также волокнистых материалов.

Высокоструктурированные тампонажные смеси получают путем добавки в жидкость-носитель наполнителей или, как правило, композиции наполнителей, причем, один из компонентов выполняет роль регулирующей добавки по плотности и подвижности.

В качестве жидкостей-носителей применяют буровой, цементный или гельцементный растворы.

Содержание наполнителей в жидкости-носителе определяют в % массовых к объему жидкости-носителя.

Подвижность смеси замеряют пластометром (конусом погружения) в сантиметрах.

В основу проектирования высокоструктурированных тампонажных смесей положен принцип удержания смеси от растекания по каналам поглощающего пласта под действием гравитационных сил и предотвращения разбавления пластовой жидкостью.

Поставленная цель достигается путем придания тампонажной смеси в процессе проектирования и приготовления одновременно ряда заданных технологических свойств:

- заданное предельное значение начальной подвижности;

- плотность смеси, близкую к плотности жидкости в поглощающем пласте (для условий Самарской области 1120 - 1170 кг/м3);

- повышенная кольматирующая способность;

- стабильность параметров и однородность.

Для определения параметров тампонажной смеси (на базе данной композиции наполнителей) проводят лабораторные эксперименты с целью получения трех графиков зависимостей (рис. 4.1):

Рис. 4.1

- изменение подвижности тампонажной смеси от содержания наполнителей (рис. 4.1а);

- изменение плотности тампонажной смеси от содержания наполнителей (рис. 4.1б);

- изменение кинетики структурообразования для различных начальных подвижностей (рис. 4.1в).

На рис. 4.1 приведены кривые для следующей композиции наполнителей:

- жидкость-носитель: гельцементный раствор r гц = 1535 кг/м3;

- композиция наполнителей: 8 % (мас.) кордного волокна + 8 % (мас.) резиновой крошки + % (мас.) дробленки бамперной (остальное).

Регулирование подвижности смеси осуществляется выбором типа наполнителя и его массовым содержанием. Здесь основным регулирующим компонентом является дробленка бамперная.

Регулирование плотности смеси осуществляется выбором типа жидкости-носителя, типа наполнителя и его массовым содержанием.

Плотность тампонажной смеси с комплексными свойствами выбирают близкой к плотности пластовой жидкости.

Содержание наполнителей в смеси выбирают из диапазона от 6 % до 100 % (мас.) и более с целью получения необходимой начальной подвижности со значением от 5 до 25 см.

Регулирование кольматирующей способности тампонажной смеси производят выбором типа и фракционного состава наполнителей. Размер фракций может изменяться от 0,1 до 40 мм.

Методику выбора необходимых параметров тампонажной смеси покажем на примере смеси, состоящей из гельцементного раствора и вышеприведенной композиции наполнителей (8 % (мас.) кордного волокна плюс 8 % (мас.) резиновой крошки плюс % (мас.) регулирующая добавка - дробленка бамперная, которая вводится до получения предельной подвижности, равной 4 см).

Подвижность 4 см - это предел прокачиваемости автобетононасоса по бетону.

Для рассматриваемой композиции инертных наполнителей, согласно рис. 4.1в, при заданном времени проведения операции по приготовлению и закачке смесей в зону поглощения ( tз) выбираем начальную подвижность тампонажной смеси (Пн).

В конкретном примере tз = 4,5 ч, Пн = 13 см.

Указанная смесь с начальной подвижностью, равной 13 см через 4,5 ч, т. е. в момент окончания продавки смеси в поглощающий пласт, приобретет подвижность с предельным значением, равным 4 см. Далее на рис. 4.1а по значению Пн = 13 см определяют общее содержание наполнителей в смеси, которое составляет 30 % (мас.), в т. ч. 14 % (мас.) будет приходиться на дробленку бамперную.

По рис.4.1б определяется плотность смеси, содержащей 30 % (мас.) наполнителей, которая составляет 1475 кг/м3.

Совместное рассмотрение графиков Рис. 4.1а, 4.1б, 4.1в позволяет оперативно принимать решения в зависимости от конкретных условий на скважине по выбору плотности и подвижности тампонажной смеси, представленной данной композицией инертных наполнителей.

Максимальную крупность частиц наполнителя с точки зрения наибольшего кольматационного эффекта выбирают на основании сведений о характере поглощающего пласта, результатов пробных закачек в зону поглощения тампонажных смесей с различной крупностью частиц гранулярных наполнителей. Фракционный состав наполнителей устанавливают также из условия прокачиваемости тампонажной смеси по каналу доставки (линия обвязки автобетононасосов, промывочная головка, бурильные трубы, открытый конец или пакер). С этой точки зрения соотношение между диаметром канала (в наиболее суженной части) и наибольшим размером зерен наполнителей принимается 3 : 1. Количество зерен наибольших размеров не должно превышать 15 % по массе.

Так, допускаемая предельная крупность зерен наполнителя составит при прокачке:

- по буровому шлангу с внутренним диаметром 76 мм - 35 мм;

- по бурильным трубам диаметром 127 мм (с внутренним диаметром 107 мм) - 30 - 35 мм.

Продолжительность приготовления тампонажной смеси устанавливается из условия получения однородной смеси по параметру подвижность.

Рецептуры высокоструктурированных тампонажных смесей приведены в таблице 4.1а.

Высокоструктурированные тампонажные смеси (нетвердеющие и твердеющие) с подвижностью ниже 12 см названы «малоподвижными» смесями и предназначены для ликвидации зон поглощения III категории. Рецептуры малоподвижных тампонажных смесей приведены в таблице 4.1б.

Таблица STYLEREF 1 s 4 . SEQ Таблица * ARABIC s 1 1 а. Высокоструктурированные тампонажные смеси

Таблица 4.1б. Малоподвижные тампонажные смеси

Для создания дополнительного удерживающего эффекта и оттеснения пластовой жидкости могут быть использованы буферные жидкости – вязкоупругие смеси, которые подаются в зону поглощения перед тампонажными смесями. Рецептуры вязкоупругих смесей приведены в таблице 4.1в.