СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГАЗОНЕФТЕВОДОПРОЯВЛЕНИЙ И МЕЖПЛАСТОВЫХ ПЕРЕТОКОВ В ЗАКОЛОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ СКВАЖИНЫ Российский патент 1996 года по МПК E21B33/13 

Изобретение относится к горному делу, в частности, к промыслово-геофизическим воздействиям на техническое состояние скважины и его исследованиям.

Известен способ крепления скважины, предназначенный для предотвращения газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков в заколонном пространстве скважины, заключающийся в закачке в заколонное пространство тампонажной смеси на основе цемента с добавками, ускоряющими процесс твердения тампонажной смеси, с последующим воздействием на нее низкочастотной (до 1 кГц) вибрацией [1]
Однако применение данного способа не исключает возможности образования переточных каналов (за счет седиментационной неустойчивости цементных растворов), по которым могут происходить межпластовые перетоки и газонефтеводопроявления в заколонном пространстве.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ крепления нефтегазовой скважины путем обработки термоакустическим полем закачанной в заколонное пространство тампонажной смеси [2]
В известном способе после проведения комплекса геофизических исследований определяют фильтрационно-емкостные свойства вскрытых пластов и их температуру. Затем в заколонное пространство скважины закачивают тампонажную смесь с добавками, повышающими ее упругопластичные свойства, с учетом фильтрационно-емкостных характеристик пластов. В заданных интервалах (например, в интервале глинистой перемычки между газонефтеносными и водоносными пластами) тампонажную смесь через обсадную колонну локально обрабатывают термоакустическим полем в диапазоне частот 10-100 кГц с интервалом 0,2-0,5 Вт/см². Для этого вместе с цементировочной пробкой в скважину спускают глубинный термоакустический преобразователь, который после окончания продавки цементного раствора устанавливают в необходимом для обработки интервале пласта и задают режим излучения. Применение способа резко уменьшает возможность проникновения пластовой жидкости и газа в заколонное пространство, улучшая межпластовую изоляцию и сохраняя целостность цементного камня.

Однако известный способ имеет ряд недостатков, снижающих надежность предотвращения газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков в заколонном пространстве.

Так как обработка акустическим полем локальна, применение специальных добавок к тампонажной смеси может отрицательно влиять на ее сроки схватывания и набора прочности в интервалах заколонного пространства, не подвергнутых вышеописанной обработке, ухудшая их изоляционные свойства. При этом не контролируется соответствие по глубинам фактически обработанных интервалов заданным.

Основным недостатком известного способа является невозможность достижения при акустической обработке с частотой 10-100 кГц и интенсивностью 0,2-0,5 Вт/см² достаточно высокой температуры тампонажной смеси в обрабатываемом интервале заколонного пространства для создания опережающего по сравнению с выше- и нижележащими интервалами сокращения сроков ее твердения и набора прочности. А это не позволяет обеспечить своевременное (до уменьшения давления твердеющего тампонажного раствора в заколонном пространстве ниже пластовых давлений, а следовательно, до возникновения газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков) формирование непроницаемой цементной перемычки. Кроме того, скважинная акустическая аппаратура, способная создавать излучение с частотой 10-100 кГц и интенсивностью 0,2-0,5 Вт/см² не выпускается, что также затрудняет применение способа.

Целью изобретения является повышение надежности предотвращения газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков в заколонном пространстве скважины.

Это достигается тем, что в способе предотвращения газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков в заколонном пространстве скважины, включающем закачку в заколонное пространство тампонажного раствора, его обработку пульсирующим давлением и температурой и образование межпластовых изоляционных перемычек, обработку тампонажного раствора пульсирующим давлением осуществляют при его затухающей во времени частоте и амплитуде, а нагревание тампонажного раствора осуществляют при условии превышения фоновых значений температур для данных глубин на 30-60^oC, при этом образование межпластовых изоляционных перемычек контролируют по термоакустическим измерениям в скважине в период ожидания затвердевания тампонажного раствора.

Сущность способа заключается в своевременном, до уменьшения давления твердеющей тампонажной смеси в заколонном пространстве ниже пластовых давлений, а следовательно, до возникновения газонефтеводопроявлений или межпластовых перетоков, создании в заданных наиболее вероятных его интервалах возможного прорыва пластовых флюидов (например, против непроницаемых "покрышек" над газонефтеносными пластами, или против глинистых прослоев между газонефтеносными и водоносными пластами) цементных перемычек, обеспечивающих надежную герметизацию нижележащего заколонного пространства. Затем соответствие по глубинам в заданных интервалах толщину, скорость твердения и набора прочности создаваемых цементных перемычек оценивают по данным неоднократно проведенных в период ожидания затвердевания цементной массы за обсадной колонной в скважине (ОЗЦ) замеров электротермометром и аппаратурой акустического контроля цементирования (АКЦ) с регистрацией фазокоppеляционных диаграмм (ФКД), т.е. по данным временных термоакустических исследований в период ОЗЦ.

Для этого после закачки в заколонное пространство тампонажного раствора, но до начала его твердения, в заданных интервалах скважины сжигают опущенные на каротажном кабеле специальные пороховые заряды (например, из серийно выпускаемых: аккумулятор давления скважинный (АДС), или пороховой генератор давления (ПГДБК).

Пороховые заряды воспламеняются электрическим импульсом и в процессе горения одновременно создают в скважине пульсирующее, с затухающими частотой 0,5 Гц> ν> 0 и амплитудой давление через колонну на еще не затвердевшую тампонажную смесь и ее интенсивное нагревание. Низкочастотная затухающая пульсация давления в скважине создает затухающие колебания тампонажной смеси, ускоряющие физико-химические процессы уплотнения и упрочнения ее структуры с постепенным переходом в спокойное, устойчивое состояние.

При этом параметры порохового заряда подбираются так, чтобы максимальная амплитуда избыточного пульсирующего давления в скважине, образующегося при его сгорании, была достаточно велика для создания колебаний тампонажной смеси, но не превышала зависящее от гидростатического давления и диаметра обсадной колонны в интервале сгорания предельное давление, при котором нарушается целостность обсадной колонны в ее резьбовых соединениях.

Одновременно создаваемое интенсивное нагревание тампонажной смеси в заколонном пространстве скважины, в которой измеряемая после сгорания заряда превышающая фоновые значения температура изменяется в пределах 30-60^оС, обеспечивает ускоренные твердение и набор прочности тампонажной смеси без дополнительного дорогостоящего и не всегда эффективного использования специальных добавок.

Для оценки своевременности создания с помощью затухающего баротеплового воздействия цементных перемычек, их соответствия по глубинам заданным интервалам и надежности герметизации находящегося под ними заколонного пространства в скважине после сгорания пороховых зарядов проводят временные термоакустические исследования в период ожидания затвердевания массы за обсадной колонной в скважине (ОЗЦ). На зарегистрированных в процессе таких исследований термограммах в интервалах воздействия сожженных пороховых зарядов отмечаются температурные аномалии с превышением фоновой температуры в скважине на 30-60^оС, уменьшающиеся со временем. На зарегистрированных в период ОЗЦ диаграммах АКЦ и ФКД в интервалах баротеплового воздействия отмечается ускоренное образование твердых цементных перемычек с плотным контактом с колонной и породой (т.е. высокой прочности) и с толщиной, достаточной для выдерживания максимального перепада давления в скважине, при отсутствии или частичном контакте с колонной и породой незатвердевшей тампонажной смеси в ниже- и вышележащих интервалах заколонного пространства. А это свидетельствует о своевременном создании надежной герметизации частей заколонного пространства, находящихся ниже сформированных цементных перемычек (еще до возможности образования газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков).

Изобретение поясняется чертежом и примером.

П р и м е р. На зарегистрированных в скважине (см. чертеж) кривой КС 1 зонда А2МО, 5 и кавернограмме 2 отмечаются интервалы 1628,5-1631,5 м глинистого кавернозного прослоя 3 между нефтеносной и водоносной частями продуктивного горизонта.

Для повышения надежности предотвращения перетока пластовой воды из водоносной части горизонта в нефтеносную были проведены работы по созданию в заколонном пространстве против глинистого прослоя непроницаемой цементной перемычки с помощью сжигания порохового заряда.

Длину заряда Н определяли по формуле
H D
где Р суммарное (избыточное плюс гидростатическое) давление, образующееся в колонне при сгорании порохового заряда;
α_о=0 для неперфорированной колонны;
Р_о гидростатическое давление в интервале 1637-1638 м сгорания заряда в скважине равное, при плотности бурового раствора 1,2 г/см³, 19,65 МПа;
D внутренний диаметр колонны, равный 146 мм.

К=0,96·10^-3
f ρ _п=1400 МПа.

Максимальная величина избыточного давления, создаваемого в скважине при сгорании порохового заряда
Р₁=Р-Р₀=16,5 МПа<20,1 МПа.

не превышает предельное для резьбовых соединений колонны.

Получаем из формулы значение Н=902 мм, которое соответствует длине одного порохового заряда ПГД.БК 100 М с массой 9,75 кг.

Через 2,5 ч после цементирования скважины и получения сигнала "Стоп" в интервале 1637-1638 м 4 на чертеже, на 5 м ниже глинистого прослоя был сожжен опущенный на каротажном кабеле один заpяд ПГД.БК-100 М, а затем были проведены временные термоакустические исследования в период ОЗЦ.

На термограмме 5, зарегистрированной через 1,5 ч после сгорания заряда, в интервале 1620-1645 м отмечалась температурная аномалия с максимальной температурой 70,5^оС, что характеризовало повышение температуры при нагревании скважины и тампонажной смеси за колонной, по сравнению с фоновой температурой (40^оС) более, чем на 30,5^оС.

На термограмме 6, зарегистрированной через 5 ч после сгорания заряда, максимальная температура аномалии уменьшилась до 52^оС, что свидетельствовало о постепенном остывании подвергшегося нагреву интервала скважины и тампонажной смеси в нем.

На кривых Ак₁ и Ак₂ АКЦ и ФКД 7 и 8 (ФКД не приводится) зарегистрированных, соответственно, через 6 и 23 ч после цементирования, отмечалось наличие плотного контакта цементного камня с колонной и породой в интервалах, соответственно, 1625-1644 м и 1619-1645 м, а также частичность или отсутствие такого контакта в выше- и нижележащих интервалах заколонного пространства скважины. А этом показывает, что в достаточно широком интервале против глинистого прослоя опережающе создана (до начала твердения тампонажной смеси, а следовательно до возможности возникновения перетока пластовой воды из водоносной части горизонта) прочная непроницаемая цементная перемычка, способная по своей толщине выдержать максимальные перепады давления в скважине, т.е. надежно герметизирующая нижележащее заколонное пространство.

Используется в горном деле, в частности, при промыслово-геофизических воздействиях на техническое состояние скважины и исследованиях скважин. Обеспечивает повышение надежности предотвращения газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков в заколонном пространстве скважины. Сущность изобретения: по способу осуществляют закачку в заклонное пространство тампонажного раствора, обработку его пульсирующим давлением и температурой. Образуют межпластовые изоляционные перемычки. Обработку тампонажного раствора пульсирующим давлением осуществляют при его затухании во времени частоте и амплитуде. Нагревание тампонажного раствора осуществляют при условии повышения фоновых значений температур для данных глубин на 30 - 60^oС. Образование межпластовых изоляционных перемычек контролируют по термоакустическим измерениям в скважине в период ожидания затвердевания тампонажного раствора. 1 ил.

Способ предотвращения газонефтеводопроявлений и межпластовых перетоков в заколонном пространстве скважины, включающий закачку в заколонное пространство тампонажного раствора, его обработку пульсирующим давлением и температурой и образование межпластовых изоляционных перемычек, отличающийся тем, что обработку тампонажного раствора пульсирующим давлением осуществляют при его затухающей во времени частоте и амплитуде, а нагревание тампонажного раствора осуществляют при условии превышения фоновых значений температур для данных глубин на 30 60^oС, при этом образование межпластовых изоляционных перемычек контролируют по термоакустическим измерениям в скважине в период ожидания затвердевания тампонажного раствора.