СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 1996 года по МПК E21B33/13 

Изобретение относится к области крепления скважин, в частности, к области изоляции и разобщения продуктивных пластов.

Известен способ крепления скважин, включающий последовательную закачку твердеющего тампонажного материала и нетвердеющего, который представляет собой суспензию резиновой крошки и лигнина в воде /см. а.с. СССР N 1303701, кл. Е 21 В 33/14, от 17.04.87 г. авт. Лышко Г.Н. и др./.

Недостатком этого изобретения является то, что нетвердеющий тампонажный материал содержит свободную воду, которая способна отфильтроваться в поры или трещины цементного камня или горных пород и таким образом создать пустоты для перетоков нефти и газа.

Наиболее близким аналогом-прототипом является способ крепления скважин, включающий последовательную закачку в скважину твердеющего тампонажного материала и нетвердеющего, размещения нетвердеющего состава против непроницаемых пластов, при этом нетвердеющий тампонажный материал представляет собой водную систему /гель водного раствора полиакриламида с трехвалентным хромом/ c диспергированным в ней воздухом /см. а.с. СССР N 1301961, кл. Е 21 В 33/138, от 07.04.87 г. Куксов А.М. и др./.

Недостатком этого изобретения является низкая герметичность крена, обусловленная тем, что полимерный гель, используемый в качестве нетвердеющего тампонажного материала, обладает способностью стареть /явление синерезиса/, уменьшаться в объеме и выделять свободную воду. Это, в свою очередь, создает условия для заколонных перетоков нефти и газа. Кроме того, в месте установки /против непроницаемого пласта, представленного глинистыми или соленосными отложениями/ неизбежно возникают самодвижущиеся системы глина-вода-углеводороды и соль-вода-углеводороды, которые могут создавать давление на обсадную колонну, превышающую геостатическую нагрузку и вызвать смятие колонны.

Целью данного изобретения является повышение герметичности крепи и предотвращение смятия обсадной колонны.

Для достижения цели изобретения в качестве твердеющего тампонажного материала используют гидрофобный нетвердеющий тампонажный материал, приобретающий свойства пластического тела после его подачи в скважину, которые задают путем подбора соотношения гидрофобной жидкости и ее загустителей при заданных пластовых температурных условиях, при этом во время приготовления вязкость нетвердеющего гидрофобного материала регулируют до вязкости, равной вязкости твердеющего тампонажного материала.

Кроме того, вязкость нетвердеющего гидрофобного тампонажного материала регулируют путем приготовления заданного количества гидрофобного нетвердеющего тампонажного материала и последующего его нагрева до температуры, при которой его вязкость выравнивается с вязкостью твердеющего тампонажного материала.

А также вязкость нетвердеющего гидрофобного тампонажного материала регулируют во время его приготовления путем добавки в гидрофобную жидкость такого количества загустителей, чтобы обеспечить ее вязкость, равную вязкости твердеющего тампонажного материала с последующей добавкой оставшегося количества загустителей в гидрофобный твердеющий тампонажный материал непосредственно перед его закачкой в скважину.

Известно, что жидкость отличается от твердого и пластического тел, тем, что способна принимать форму сосуда под действием собственного веса. Пластическое тело способно изменять свою форму без разрушения под действием внешнего усилия.

Таким образом, сущность изобретения заключается в приготовлении в поверхностных условиях состава, способного прокачиваться насосом, как и твердеющий тампонажный материал, размещения указанного состава в заколонном пространстве и последующем преобразовании его в пластическое термодинамически стабильное тело, непроницаемое для пластовых флюидов, неспособное отфильтроваться в пласты, разупрочнять или растворять горные породы, корродировать тампонажный камень или обсадную колонну.

Выбор компонентного состава и осуществление способа производят следующим образом. По геологическим данным определяют температуру пласта в месте предполагаемой установки нетвердеющего тампонажного материала и выбирают из имеющихся компонентов необходимое соотношение гидрофобной жидкости /например, дизельного топлива/ и загущающего вещества /например, высокоокисленного битума ВОВ/ и опытным путем проверяют возможность образования пластического тела при заданной /пластовой/ температуре. Затем из имеющихся компонентов изготовляют смесь с вязкостью /параметром растекаемости/ соответствующим вязкости цементного раствора, т.е. растекаемость не ниже 17 18 см по конусу АзНИИ. Примеры подбора соотношения компонентов и температуры закачки при растекаемости 17 19 см и заданной пластовой температурой 60 70 ^oС приведены в таблице. Для обеспечения необходимой вязкости состава необходимо или растворить все вещества в жидкости и затем нагреть до температуры, при которой обеспечивается необходимая вязкость, /см. примеры 1 4 в табл. / или добавить столько загущающих веществ, чтобы обеспечить заданную вязкость, а остальное количество веществ вводят непосредственно перед закачкой смеси /см. примеры 6 8 в табл./.

Если смесь подогревают в поверхностных условиях, то в порциях твердеющего тампонажного раствора, которые предшествуют и следуют за нетвердеющим составом, дополнительно вводят расчетное количество замедлителя схватывания с учетом температуры нагрева и времени прокачивания. Для предотвращения быстрого остывания смеси может быть предусмотрен нагрев и твердеющего тампонажного раствора /затворение на горячей воде с замедлителем схватывания/, предшествующей смеси.

Возможность достижения цели изобретения и преимущества заявляемого технического решения по сравнению с базовым и изобретением по прототипу установлены в следующих лабораторных экспериментах.

В ходе эксперимента исследовалась способность пластического нетвердеющего тампонажного материала предотвратить перетоки флюидов в условиях образования крупных трещин, каналов в тампонажном камне и зазоров между тампонажным камнем и стенками скважины. Для моделирования каналов для перетока флюидов из обоймы 1 /см. чертеж/ для всестороннего обжима цементных образцов установки по определению газопроницаемости было удалено резиновое уплотнение. Затем на хлопчатобумажную ткань 4 был насыпан слой песка 5 толщиной 0,5 см. Кольцевое пространство заполнили 40% раствором ВОБ в дизельном топливе мазеобразной консистенции. После подключения баллона с газом в камере был создан перепад давления Р=2,5 МПа. Переток газа через камеру зафиксирован не был. После двухчасовой выдержки образца под давлением эксперимент был прекращен. Металлическую обойму в сборе с цементным образцом, раствором ВОБ, заполняющим зазор между ними, а также с прокладкой из ткани, и слоем песка между прокладкой и цементным образцом извлекли из установки и поместили в полиэтиленовую упаковку. Через 5 месяцев повторили определение проницаемости. При осуществлении перепада давления ΔP 2,5 МПа перетока через камеру не было.

Аналогичный результат был получен при использовании состава 4 /см. табл. /.

В качестве базового объекта был выбран твердеющий дисперсно-армированный тампонажный состав, включающий цемент ШПЦС-120 с водоцементным соотношением 0,45 с добавлением 0,5% асбеста марки АН-К-6.

Цилиндрические образцы после набора прочности имели прочность на сжатие 25 МПа, а проницаемость по воздуху 1,5.10^-15 м². Один из образцов подвергли 20-кратному нагружению на прессе давлением 20 МПа /80% от разрушающей нагрузки/ с продолжительностью воздействия 1 мин. Затем снова определили величину проницаемости, которая составила 8,8•10^-11 м². На основании этого опыта можно сделать вывод, что твердеющий дисперсноармированный тампонажный состав не обеспечивает надежной герметичности.

В следующем эксперименте испытывали герметизирующую способность состава по прототипу, приготовленного в результате смешивания 1000 мл полиакриламида с условной вязкостью 220 с по СПВ-5 и 20 мл 10% раствора Cr₂(SO₄)₃. Смесь поместили в обойму 1 прибора, продавили через смесь цилиндрический цементный образец. Вместо резинового уплотнения использовали хлопчатобумажную ткань и песок /см. чертеж/. При подключении баллона с газом создать перепад давления в 2,5 МПа не удалось, так как система оказалась негерметичной. Кроме того, прогрев смеси при температуре 90 - 95^oC в течение 6 ч привел к разрушению полимерного геля с отделением свободной воды.

В результате проведенных экспериментов установлено, что использование заявляемого технического решения обеспечивает надежную герметичность крепи, предлагаемый состав термодинамически стабилен. Тот факт, что слой пластического материала толщиной 2 3 мм на пористой подложке предотвращает переток газа, говорит о том, что высота пакерующей перемычки из нетвердеющего материала 1 2 м вполне достаточна для достижения цели изобретения.

2 3 таких перемычки могут гарантировать отсутствие заколонных флюидоперетоков даже при растрескивании и образовании каналов в цементном камне.

Использование: в области изоляции и разобщения продуктивных пластов. Обеспечивает повышение герметичности крепи и предотвращение смятия обсадной колонны. Сущность изобретения: закачивают в заданное место заколонного пространства скважины твердеющий тампонажный материал и нетвердеющий тампонажный материал, приобретающий свойства пластического тела после установки в скважине. Для этого устанавливают путем подбора компонентов (гидрофобной жидкости и загустителей) при моделировании пластовой температуры способность нетвердеющего тампонажного материала приобретать свойства пластического тела. Затем растворяют часть загустителей в гидрофобной жидкости до выравнивания вязкости нетвердеющего тампонажного материала с вязкостью твердеющего тампонажного материала и перед закачкой добавляют остальную часть загустителя с тем, чтобы полное растворение и образование пластического тела произошло в заданном месте заколонного пространства. Способ предусматривает также полное растворение загустителя в поверхностных условиях, а регулирование вязкости осуществляют путем подогрева нетвердеющего тампонажного материала. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ крепления скважин, включающий установку в заданном месте заколонного пространства скважины твердеющего тампонажного материала и нетвердеющего, отличающийся тем, что в качестве нетвердеющего тампонажного материала используют гидрофобный нетвердеющий тампонажный материал, приобретающий свойства пластического тела после подачи его в скважину, которые задают путем подбора соотношений гидрофобной жидкости и ее загустителей при заданных пластовых температурных условиях, при этом во время приготовления вязкость нетвердеющего гидрофобного тампонажного материала регулируют до вязкости, равной вязкости твердеющего тампонажного материала. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вязкость нетвердеющего гидрофобного тампонажного материала регулируют путем приготовления заданного количества гидрофобного нетвердеющего тампонажного материала и последующего его нагрева до температуры, при которой его вязкость выравнивается с вязкостью твердеющего тампонажного материала. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вязкость нетвердеющего гидрофобного тампонажного материала регулируют во время его приготовления путем добавки в гидрофобную жидкость такого количества загустителя, чтобы обеспечить ее вязкость, равную вязкости твердеющего тампонажного материала, с последующей добавкой оставшегося количества загустителей в гидрофобный нетвердеющий тампонажный материал непосредственно перед его закачкой в скважину.