Библиографическое описание:

Мантрова С. В., Аманов М. А., Ишангулыев Г. А. Превентивные меры в борьбе с поглощениями при бурении скважин в условиях аномально низких пластовых давлений // Молодой ученый. — 2015. — №3. — С. 326-331.

1.                  Актуальность проблемы

Одним из основных видов осложнений при проводке скважин является поглощение буровых и цементных растворов. Ежегодные затраты времени на борьбу с поглощениями весьма значительны.

Поэтому разработка эффективных методов предупреждения поглощений и борьбы с ними является одним из резервов снижения затрат на проводку скважин и увеличения технико-экономических показателей бурения.

Исследования по проблеме проводки скважин в поглощающих пластах проводятся с позиции гидродинамики, физико-химии и конструирования технических средств.

Гидродинамические исследования выполняются для определения характеристик поглощающих пластов, выбора реологических параметров буровых растворов и тампонирующих систем; физико-химические исследования, в основном, связаны с подбором рецептур буровых растворов и тампонажных смесей.

Недостаточная связь между отдельными этими исследованиями не обеспечивает высокую эффективность предупреждения и ликвидации поглощений.

Поэтому только комплексное решение рассматриваемой проблемы, предусматривающее гидродинамические исследования поглощающего пласта для получения информации о его состоянии и параметрах, физико- химические исследования тампонирующих систем, а также разработку и внедрение технических средств и технологических приемов, применяемых в соответствии с характеристиками поглощающего пласта, позволят успешно решить проблему проводки скважин в поглощающих пластах.

Теоретическому и экспериментальному исследованию физико-геологической сущности явлений поглощения, определению параметров поглощающего пласта, а также разработке мероприятий по предупреждению и ликвидации этого вида осложнений посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных исследователей [1–6].

Однако многие вопросы рассматриваемой проблемы требуют дальнейшей разработки. Теоретические положения о взаимодействии поглощающих пластов, требования к тампонирующим смесям, определение необходимого количества тампонирующей смеси, эффективные способы борьбы с поглощениями на площадях с аномально низким давлением при высокой интенсивности поглощения разработаны недостаточно и являются актуальными и на сегодняшний день.

Современное состояние проблемы проводки скважин в поглощающих пластах показывает, что эффективность изоляционных работ может быть повышена, а в ряде случаев осложнения могут быть предупреждены при комплексном подходе к решению проблемы в содружестве специалистов науки и производства.

2. Потеря циркуляции

Потеря циркуляции — это частичный или полный уход бурового раствора в породы. Это может произойти в только случае, когда естественные или созданные трещины в породе достаточно велики, чтобы пропустить буровой раствор, и когда давление, создаваемое столбом бурового раствора, превышает поровое давление пласта. Признаки потери циркуляции зависят только от степени поглощения. Это может быть как постепенное снижение уровня в емкостях, так и полное прекращение выхода раствора на поверхность.

Поглощения могут происходить в четырех типах пород, к которым относятся следующие:

1.      Несцементированные или высокопроницаемые породы, т. е. пласты гравия;

2.      Породы с естественной трещиноватостью: известняки, доломиты, мел, крепкие песчаники и сланцевые глины;

3.      Породы с искусственно наведенными трещинами;

4.      Кавернозные породы, т. е. известняки, выщелоченные проса-чиванием воды.

Каждая из указанных выше зон проявляет определенные идентифицирующие характеристики, которые можно кратко изложить следующим образом:

а. Несцементированные породы

Местонахождение:

могут встречаться в породах любого типа, но обычно встречаются в породах со слабыми плоскостями напластования. Может встречаться как в устойчивых, так и в слабосцементированных породах. Часто встречается вслед за внезапными гидравлическими ударами и поэтому является признаком неквалифицированного ведения буровых работ

Тип поглощения:

вначале постепенное снижение уровня в емкостях

 

б. Породы с естественной трещиноватостью

Местонахождение:

 

 

Тип поглощения:

 

 

в горных породах любого типа, обычно на больших глубинах, широко распространены.

вначале постепенное снижение уровня в емкостях.

в. Искусственно наведенные трещины

 

Местонахождение:

могут встречаться в породе любого типа, но обычно встречаются в породах со слабыми плоскостями напластования. Может встречаться как в устойчивых, так и в слабосцементированных породах. Часто встречается вслед за внезапными гидравлическими ударами и поэтому является признаком неквалифици-рованного ведения работ.

Тип поглощения:

обычно происходит внезапно с полной потерей циркуляции.

 

г. Кавернозные породы, т. е. известняки, выщелоченные просачиванием воды

Местонахождение:

 

 

 

обычно ассоциируются с выще-лоченными известняками. Имеют широкое распространение, обычно в прибрежных регионах.

Тип поглощения:

Обычно внезапное и полное, сопровождаемое проваливанием долота на глубину от нескольких дюймов до метра [9].

 

3. Превентивные меры в борьбе с потерей циркуляции

Наиболее эффективной, с точки зрения затрат, обработкой является предотвращение. Расчеты и оценки показывают, что почти 50 % всех осложнений, связанных с потерей циркуляции, можно предотвратить, используя соответствующую технологию бурения и соответствующий раствор.

Двумя наиболее распространенными причинами потери циркуляции, которых можно избежать, являются следующие:

1.                  Слишком высокие давления на забое;

2.                  Слишком высоко установленная промежуточная колонна.

Слишком высокие давления на забое могут быть вызваны:

-        избыточным гидростатическим давлением;

-        слишком высокой скоростью циркуляции;

-        пульсацией насоса;

-        нарастанием фильтрационной корки;

-        слишком быстрым спуском инструмента (гидравлический удар);

-        слишком быстрым подъемом инструмента (поршневание);

-        чрезмерной вязкостью;

-        набуханием предохранительных колей для обсадных труб.

Все эти причины чрезмерного давления на забой можно предотвратить, используя правильную технологию бурения и поддерживая параметры бурового раствора в требуемых пределах.

Если зона поглощения ожидается, то рекомендуется предварительная обработка бурового раствора наполнителями для борьбы с поглощением. Если восстанавливать циркуляцию должным образом, то можно предотвратить большинство гидравлических ударов. Хорошая реология обеспечит качественную очистку ствола, тогда как поддержание в безопасных пределах низких плотностей раствора снизит вероятность потери циркуляции, вызываемой избыточным гидростатическим давлением [1].

4. Классификация зон поглощения

Когда происходит потеря циркуляции, то прежде, чем предпринимать какие-то бы ни было меры, нужно иметь некоторую информацию об этой проблеме.

Во-первых, необходимо установить местонахождение поглощающей зоны. Если поглощение произошло не на забое, не у башмака обсадной колонны и не вблизи зоны, в которой поглощение было в последний раз, то для точного определения места поглощения можно провести температурный или гамма-каротаж.

Во-вторых, нужно знать тип поглощающей породы. Обычно для этого можно использовать анализ литологических данных, имеющихся на буровой, или проанализировать события, которые привели к поглощению

И, наконец, необходимо определить масштабы поглощения, которые могут быть в пределах от небольшой утечки раствора до катастрофического поглощения без выхода на поверхность.

В общем виде масштабы поглощения классифицируются следующим образом:

-          Утечка: обычно 0,26–1,59 м3/ч;

-          Частичное поглощение: 1,59–7,95 м3/час;

-          Полное поглощение: уровень раствора в скважине находится на 69–150м ниже устья;

-          Катастрофическое поглощение: уровень раствора в скважине падает ниже 150м от устья.

Каждое из этих поглощений зависит от типа поглощающей породы.

Если провести сравнение между типом поглощающей зоны и масштабом поглощения, то можно отметить следующее:

1.         Утечка может иметь место в любой породе, пористость и проницаемость которой позволяют движение бурового раствора, а гидростатическое давление бурового раствора превышает пластовое.

2.         Частичные поглощения обычно происходят в пластах гравия, несцементированных крупнозернистых песчаниках, в небольших естественных и искусственных трещинах.

3.         Полное поглощение может произойти в длинных необсаженных интервалах гравия, естественных и искусственных трещинах.

4.         Катастрофическое поглощение происходит в кавернозных породах, в породах с большими естественными и искусственными открытыми трещинами [1].

5. Классификация материалов для борьбы с поглощением

В целях квалификации материалы для борьбы с поглощениями можно разделить на следующие категории:

А. Волокнистые материалы. Эти волокнистые материалы можно получить из органических, неорганических или синтетических материалов. Это могут быть: волокно древесины, шерсть животных, минеральная вата, стекловолокно, солома, асбест, отходы ковровых изделий и др.

В. Пластинчатые или чешуйчатые материалы. Примерами пластинчатых материалов могут служить слюда, целлофан, рисовая шелуха, различные переработанные пластмассы.

С. Гранулированные материалы. В категорию гранулированных входят измельченная скорлупа ореха, молотые пластмассы, семена, бентонит крупного помола, асфальт, известняк и т. д.

D. Смесь вышеназванных материалов. Имеются различные коммерческие смеси под различными торговыми названиями.

Е. Упрочняющие пробки (тампоны) и цементирование. Упрочняющие, или мягкие, пробки можно приготовить из дизтоплива, смеси нефти с бентонитом, палыгорскитом, лигносульфонатом кальция, из специальных цементов и некоторых полимеров. По желанию в них можно добавить волокнистые, чешуйчатые или гранулированные наполнители для борьбы с поглощениями. В зависимости от типа используемой пробки они могут устанавливаться термическим или химическим способом, а также с временной выдержкой.

Используются и цементные пробки, но у них слишком много ограничений, которых нет у большинства мягких пробок. У цементных растворов слишком высокие прочности геля и при их продавливании трещины фактически увеличиваются [2].

6. Применение стандартных наполнителей для борьбы с поглощением

В отечественной и зарубежной практике для борьбы с поглощениями используется до 40–60 наименований различных типов наполнителей: гранулированных — до 50 %, пластинчатых и чешуйчатых — до 30 % и волокнистых — 20 %. Такое многообразие изолирующих материалов обуславливается различием геолого-технических условий строительства скважин, территориальной удаленностью объектов от сырьевой базы, а также технологическими особенностями проведения ремонтно-изоляционных работ. Зачастую используются материалы, изготовленные в других регионах, и чтобы оценить их результативность применительно к новым геологическим условиям, необходимо изучить их изолирующие свойства [3].

Таблица 1

Применение стандартных наполнителей в зависимости от масштаба поглощения

Размер изолируемой трещины

Масштаб поглощения

Материалы и диапазоны размера

3,2–6,4

От утечки до полного

Мелкие гранулированные

Мелкие волокнистые

Чешуйчатые от средних до крупных

 

Полное

Крупные гранулированные

Крупные волокнистые

Крупные чешуйчатые

6,3–304

Полное (каверны)

Чистый цемент

Более 304

Полное (каверны)

Мягкая пробка или бурение без выхода бурового раствора

 

Эффективным способом ликвидации поглощения буровых растворов при бурении нефтяных и газовых скважин, который используется в 90 % случаев, является закупорка каналов гидропроводности наполнителями

Общим принципом выбора наполнителя для ликвидации поглощения является его фракционный состав, частицы которого должны иметь фракции как в 2–3 раза меньше раскрытия каналов трещин, так и соответствующие размеры раскрытия трещин пород.

Эффективность изоляционных работ значительно повышается при использовании наполнителей разной природы, как было показано выше, и исключении относительного движения фаз в среде жидкости, применяемой для транспорта наполнителя в зону поглощения [5].

7. Описание тампонов, рекомендованных для ликвидации поглощений, и технология их применения

Вскрытие бурением горизонтов с трещиноватыми породами приводит к потере циркуляции промывочной жидкости и, как следствие, невозможности продолжать работы по углублению скважин. Известно также, что при прохождении долотом горизонтов с трещиноватыми породами с раскрытием трещин более 0,1мм, как и при вскрытии кастровых провалов и пустот, все известные методы малоэффективны

На площадях вскрытие пород с естественной трещиноватостью (известники и др.) приводит в начале к постепенному снижению уровня бурового раствора в емкостях, а затем к потере циркуляции и невозможности продолжать работы по углублению и заканчиванию скважин.

Для борьбы с поглощениями на скважинах закачивали тампонирующую смесь, в составе которой были асбест, резиновая крошка, рисовая шелуха и пр. Однако применением стандартных наполнителей не удавалось предотвратить катастрофические поглощения в этих породах.

В результате исследований новых методов борьбы с серьезными осложнениями, вызываемыми поглощением бурового раствора на скважинах, нами разработаны и предложены к использованию несколько видов тампонирующих материалов и способы их применения.

7.1. Тампон на основе полиакриламида и сульфата алюминия

Это мягкий тампон, представляющий собой черную (если в качестве инертного носителя использовать нефть) или светло-бежевую (если в качестве инертного носителя использовать конденсат) медузоподобную массу.

Его можно получить химическим способом в зоне поглощений в трещиноватых пластах за счет закачки в пласт последовательно: сначала инертной жидкости, содержащей смесь полиакриламида и сульфата алюминия и глубоко проникающей в поры, трещины и пустоты поглощающего пласта, а потом — воды. При контакте с водой полиакриламид набухает и в сотни раз увеличивается в объеме, а сульфат алюминия сшивает набухшие линейные молекулы ПАА. При этом образуется разветвленная структура, способная закупорить поры и трещины и создать защитный экран.

Сущность применяемой технологии заключается в повышении эффективности изоляции зон катастрофических поглощений в трещиноватых пластах, кастровых провалах и пустотах за счет быстро расширяющегося в воде полиакриламида, сшиваемого сульфатом алюминия, доставляемые в зону поглощения средой инертных носителей (нефти или дизельного топлива).

7.2. Тампон из крахмала и цементного раствора.

Тампон был разработан без специальных материалов и смесительного оборудования. Тампон можно легко и быстро приготовить на стандартном оборудовании, имеющемся на буровой.

При установлении этого тампона используется тот факт, что при попадании цементного раствора в раствор крахмала образуется прочный каучукоподобный материал.

Этот тампон может быть получен также химическим способом в зоне поглощений за счет закачки в пласт последовательно: сначала крахмального раствора, который глубоко проникающей в поры, трещины и пустоты поглощающегося пласта и обволакивает их, затем прокачивается буферная жидкость, а потом — водно-щелочной раствор цемента. При контакте цементного раствора с крахмальным раствором образуется каучукоподобная структура, которая затвердевает и способна перекрыть трещины.

Этот тампон, полученный нами в лаборатории, представляет собой сплошную, прочную каучукоподобную массу.

7.3. Тампон из бентонита в дизельном топливе

При установке этого тампона используют тот факт, что при попадании воды в смесь бентонита с дизтопливом бентонит быстро гидратируется и образует прочный материал.

На практике устанавливают местонахождение зоны поглощения и спускают колонну открытым концом на 15–30м выше этой зоны.

 

Литература:

 

1.         В. И. Крылов, Н. И. Сухенко. Борьба с поглощениями — М.: Недра, 1968.

2.         В. И. Крылов, С. С. Джангиров, Н. И. Сухенко и др. Изоляция зон поглощения с применением наполнителей. Обзорная информация. — М.: ВНИИОЭНГ, серия Бурение, 1981.

3.         Н. Мойса, Н. Сухенко. Оценка закупоривающих свойств наполнителей для ликвидации поглощений бурового раствора//Бурение. Нефть.№ 6, 2006.

4.         Б. Курочкин, Е. Оксенойд, С. Самыкин. Профилактические мероприятия с применением наполнителей-кольматантов при вскрытии потенциально поглощающих пластов//Технология ТЭК. № 4, 2006.

5.         С. Горонович, В. Степанов, А. Ефимов. Ликвидация поглощений буровых растворов с использованием наполнителей // Бурение. Нефть.№ 6, 2005.

6.         А. И. Булатов, А. И. Пеньков, Ю. М. Проселков. Справочник по промывке скважин. — М.: Недра, 1984.

7.         В. Ф. Роджерс. Состав и свойства промывочных жидкостей. — М.: Недра, 1967.

8.         Э. Г. Кистер. Химическая обработка буровых растворов. — М.: Недра, 1971.

9.         А. И. Булатов. Технология промывки скважин. — М.: Недра, 1981.

10.     Ю. Бродский, А. Файнштейн // Бурение. Нефть № 7/8 2006.

11.     Я. А. Рязанов. Энциклопедия буровых растворов. — Оренбург: Летопись, 2005.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle