СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МЕЖКОЛОННЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ Российский патент 1994 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к способам предотвращения межколонных проявлений, возникающих после цементирования скважин, вскрывающих напорные, преимущественно газовые горизонты.

Известен способ предотвращения межколонных проявлений, включающий закачку цементного раствора в обсадную колонну, продавливание его в заколонное пространство и создание в межтрубном пространстве противодавления, компенсирующего снижение гидростатического давления столба цементного раствора в период структурообразования.

Известный способ не универсален, так как снижение гидростатического давления в период ОЗЦ является не единственной причиной межколонных проявлений. Негерметичность на контакте цементного камня с колонной и (или) породой может возникнуть вследствие контракции, сопровождающей твердение цемента, коагуляции глинистой корки и других причин. Кроме того, в процессе эксплуатации скважины, цементное кольцо подвергается разрушению вследствие температурных деформаций колонны, ударных воздействий при СПО, коррозии.

Усложненным вариантом известного способа является установка муфты ступенчатого цементирования на 100-200 м выше кровли газоносного пласта и осуществление циркуляции бурового раствора в течение времени, необходимого для схватывания цемента ниже окон МСЦ. После затвердевания первой порции через МСЦ закачивают вторую порцию цементного раствора.

Известны также способы, предусматривающие с целью предотвращения межколонных проявлений закачку неодновременно схватывающегося цементного раствора, цементного раствора с низкой водоотдачей, установку пакеров и т. п.

Наиболее близким к изобретению является способ [1] заключающийся в том, что скважину выше интервала цементирования заполняют буровым раствором высокой плотности, а в цементный раствор, разделенный на две части (порции), вводят ускоритель схватывания (в нижнюю порцию) и замедлитель схватывания (в верхнюю порцию).

Проведение этих мероприятий на нескольких скважинах позволило предотвратить просачивание газа по затрубному пространству.

Недостатком известного способа является то, что давление на цементный раствор создается столбом утяжеленного бурового раствора, гидростатическое давление которого по мере седиментации частиц глины и утяжелителя будет снижаться и по истечении определенного времени станет равным гидростатическому давлению столба дисперсионной среды.

Целью изобретения является повышение герметичности межколонного пространства на стадии цементирования скважины и последующей ее эксплуатации при нестационарных режимах воздействия на цементный камень и снижении пластового давления в результате эксплуатации.

Это достигается тем, что в известном способе предотвращения межколонных проявлений, включающем закачку в обсадную колонну порции цементного раствора с последующей его продавкой в заколонное пространство и вытеснением порции бурового раствора из заколонного пространства, перед порцией цементного раствора дополнительно закачивают порцию водного раствора соли с добавками глинопорошка в количестве 5-15 кг/м³, причем плотность водного раствора соли ( ρ, г/см³) определяют из выражения:
ρ = (1+k) (1) где Р_пл - пластовое давление в кровле продуктивного горизонта, кгс/см²;
h - высота подъема цемента в межколонном пространстве (от устья), м;
К - коэффициент превышения гидростатического давления над пластовым давлением.

Объем порции водного раствора соли определяется по формуле:
V = S˙ h + V_mp (0,02 + С₁ + C₂ + C₃) (2) где S - площадь поперечного сечения межколонного пространства, м²;
h - высота подъема цемента в межколонном пространстве (от устья), м;
V_mр - внутренний объем цементируемой колонны, м³;
С₁ - коэффициент, учитывающий потери раствора соли на трубах и стенках скважины, С₁ = 0,02 - 0,04;
С₂, С₃ - коэффициенты, учитывающие потери раствора соли при его смешении с соседними жидкостями соответственно на нижней и верхней границах С₂ = 0,03, С₃ = 0,02.

Водный раствор соли создает постоянное во времени гидростатическое давление на цементный раствор в период ОЗЦ, обеспечивает улучшение контакта цементного кольца с сопряженными поверхностями и компенсирует резкое снижение гидростатического давления, сопровождающее период структурообразования цементного раствора.

С другой стороны, если после затвердевания цементного раствора не будет достигнута надлежащая герметичность на контакте со стенками скважины или обсадной колонной, предупреждение межколонных проявлений обеспечивается гидростатическим давлением столба водного раствора соли.

Другое отличие состоит в том, что водный раствор соли содержит глинопорошок, например каолинит, в количестве 5-15 кг/м³.

После завершения работ по цементированию глинопорошок, оседая и уплотняясь, создает плотную перемычку, препятствующую уходу раствора соли через возможные каналы на контакте цементного камня с обсадными колоннами.

Для получения рассолов плотностью 1000-1200 кг/м³ могут быть использованы любые водорастворимые соли за исключением солей, применение которых недопустимо по экологическим соображениям, или способных вызывать интенсивную коррозию обсадных труб. В интервале плотностей 1200-1500 кг/м³ предпочтительно использование аммонизированного раствора нитрата кальция ввиду его невысокой стоимости и незначительной коpрозионной активности. При необходимой плотности от 1500 до 1800 кг/м³-- рассолы СаBr₂ + СаСl₂, от 1800 до 2300 кг/м³ рассол СаBr₂ + CaCl₂ + + рассол ZnBr₂ + CaBr₂.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В скважину спускают обсадную колонну.

Закачивают водный раствор соли, объем которого предварительно определяют по формуле (2), а необходимую плотность по формуле (1). Закачивают в колонну цементный раствор и продавливают его в заколонное пространство на расчетную высоту. Скважину оставляют в покое на время ОЗЦ.

П р и м е р 1. Проектная глубина скважины 1000 м. В скважину спущена промежуточная колонна (кондуктор) диаметром 0,245 м на глубину 350 м. В интервале 360-370 м расположена зона вторичного газонасыщения с пластовым давлением в кровле Р_пл = 37 кгс/см². Эксплуатационная колонна диаметром 0,140 м спускается на глубину 1000 м.

С целью повышения герметичности межколонного пространства на стадии цементирования скважины и последующей ее эксплуатации, цементирование эксплуатационной колонны осуществляют заявленным способом.

Определяют объем порции водного раствора соли по формуле (2) при следующих исходных данных: S = 0,0236м², h = 250 м, V_mp = 11,3 м³, С₁ = 0,02, С₂ = 0,03, С₃ = 0,02.

V = 0,0236 х 250 + 11,3/0,02 + 0,02 + 0,02 + 0,03/ = 6,92 м³
Необходимую плотность водного раствора соли определяют по формуле (1) при К = 0,12:
ρ= 1+0,12/= 1,66 г/см³
Учитывая небольшой объем водного раствора соли, количество глинопорошка принимаем по максимальному заявленному значению 15 кг/м³.

Глинопорошок вводят в водный раствор соли непосредственно перед цементированием и после непродолжительного перемешивания закачивают в скважину, затем закачивают расчетный объем цементного раствора и продавочную жидкость. Скважину оставляют на ОЗЦ.

П р и м е р 2. Проектная глубина скважины 4000 м. В скважину на глубину 2000 м спущена техническая колонна диаметром 0,219 м. В интервале 2250 - 2270 м залегает газоносный горизонт с пластовым давлением в кровле Р_пл = 240 кгc/см².

Определяют объем порции водного раствора соли по формуле (2) при следующих исходных данных: S = 0,0157 м², h = 1800 м, V_mр = 45,2 м³, С₁= 0,02. С₂ = 0,03, С₃ = 0,02.

V = 0,0157 х 1800 + 45,2/0,02 + 0,02 + 0,03 + 0,02/ = 32,4 м³
Необходимую плотность водного раствора соли определяют по формуле (1) при К = 0,07:
ρ= (1+0,07)= 1,43 г/см³
Количество глинопорошка 5 кг/м³.

Далее аналогично примеру 1.

Использование предлагаемого способа предотвращения межколонных проявлений обеспечивает повышение герметичности межколонного пространства при неудовлетворительном качестве сцепления цемента с колонной и (или) породой выше продуктивного горизонта; сохранение герметичности межколонного пространства при температурных деформациях колонны и ударных воздействиях при СПО в период эксплуатации.

Использование: при цементировании скважин. Обеспечивает повышение герметичности межколонного пространства на стадии дементирования скважины и последующей ее эксплуатации при нестационарных режимах воздействия на цементный камень и снижение пластового давления в результате эксплуатации. Сущность: по способу закачивают в обсадную колонну порцию водного раствора соли, предварительно в нее добавляют глинопорошок в количестве 5-15 кг/м³. Плотность водного раствора соли определяют из указанного в формуле выражения. После порции водного раствора соли закачивают порцию цементного раствора. Продавливая все это в заколонное пространство. При этом вытесняют из заколонного пространства буровой раствор.

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МЕЖКОЛОННЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ путем закачки в обсадную колонну порции цементного раствора с последующей его продавкой в заколонное пространство и вытеснением порции бурового раствора из заколонного пространства, отличающийся тем, что, с целью повышения герметичности межколонного пространства на стадии цементирования скважины и последующей ее эксплуатации при нестационарных режимах воздействия на цементный камень и снижении пластового давления в результате эксплуатации, перед порцией цементного раствора дополнительно закачивают порцию водного раствора соли с добавками глинопорошка в количестве 5 - 15 кг/м³, причем плотность водного раствора соли ρ, г/см³, определяют из выражения
ρ = ≥ (1+k), ,
где P_пл - пластовое давление в кровле продуктивного горизонта, кгс/см²;
h - высота подъема цемента в межколонном пространстве (от устья), м;
k - коэффициент превышения гидростатического давления над пластовым давлением.