СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОЛЬМАТАЦИОННОГО СЛОЯ В ПРОНИЦАЕМЫХ СТЕНКАХ СКВАЖИНЫ Российский патент 1996 года по МПК E21B43/32 E21B33/138 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности, к способам глинизации проницаемых стенок скважины для предупреждения и борьбы с поглощениями и газонефтеводопроявлениями при бурении, перетоками пластовых флюидов в процессе вскрытия продуктивных отложений, крепления и эксплуатации скважин в поздней стадии разработки месторождений углеводородов.

Целью изобретения является повышение эффективности изоляционных работ за счет повышения давления гидропрорыва пластовых флюидов через гидроизолирующую зону, формируемую в проницаемых стенках ствола скважины воздействием давления, скорости и температуры гидромониторной струи на свойства проницаемой среды и кольматационного слоя.

Цель достигается введением в каналы проницаемых пород предварительно защищенного от активной гидратации тампонажного раствора (глинистого, цементного, гельментного и др.), разрушением защитного слоя дисперсной среды под воздействием гидромониторных струй на стенки скважины и иницируемых при этом экзотермических реакций. Это значительно увеличивает глубину формирования кольматационной зоны и интенсифицирует процессы набухания дисперсной фазы и гидратирования в период и после формирования гидроизолирующего слоя. Следствием этого является более эффективное проявление эффекта расклинивающего давления и повышения давления гидропрорыва пластовых флюидов через гидроизолирующую систему "проницаемая среда кольматационная зона" за счет выравнивания их физических свойств.

Для предупреждения процессов гидратации твердой фазы тампонажных суспензий при приготовлении и транспортировании к изолируемым проницаемым породам используются растворимые соли поливалентных металлов или высокомолекулярные соединения полимеров необходимых концентраций.

В сравнении с прототипом отличительными признаками предлагаемого способа являются: ввод в каналы проницаемых пород негидратированной или слабогидратированной дисперсной фазы тампонажных суспензий и интенсификация процессов гидратирования глинистых и цементных частиц в сформированном кольматационном слое гидродиспергированием и активацией проявления физико-химических эффектов расклинивающего давления и тиксотропии путем воздействия гидромониторных струй и экзотермических реакций.

Сравнительные показатели гидроизолирующих свойств кольматационной зоны, сформированной в проницаемых кернах гидромониторными струями глинистых растворов с гидратированной и негидратированной дисперсной фазой, представлены в табл.1.

Из табл. 1 следует, что давление гидропрорыва по кернам, обработанным глинистым раствором с негидратированной твердой фазой (опыты 1-3) за счет минерализации раствором поваренной соли, превышает аналоговый показатель по пресному глинистому раствору с гидратированной дисперсной фазой в среднем в 3,6 раза. Если же сравнивать близкие по проницаемости керны, то давление гидропрорыва при обработке негидратированным глинистым раствором превышает давление в случае гидратированного раствора в 8,3-33,3 раза. Оценочный расчет показывает, что СНС негидратированных глинистых растворов по сравнению с СНС гидратированных возрастает в 9,5-49,3 раза (табл.2).

Данные табл.2 (п.п.7 и 8) получены по известному выражению, с использованием результатов экспериментальных исследований (п.п.1-6,9).

, (1)
где Р_г давление гидропрорыва, Па;
k исходная проницаемость керна, м²;
m 0,20 пористость керна;
l толщина кольматационного слоя, м.

В расчетах l₁ 0,02 м, l₂ 0,01 м (для k 6,4•10^-11).

Защита дисперсной фазы суспензий от гидратации может быть осуществлена различными водорастворимыми поливалентными металлами, а также полимерами (ПАА, гипан и др.).

Важное влияние на повышение давления гидропрорыва кольматационной зоны оказывают технологические параметры гидромониторной обработки давление и время контакта пятна струи с поверхностью проницаемой породы. Экспериментально установленная оптимальная область изменения времени контакта пятна струи с поверхностью проницаемых пород составляет 0,02-0,07 с. С учетом результатов экспериментальных исследований (табл.1) эффективная область изменения давления пятна гидромониторной струи на поверхность проницаемой породы, рассчитанная по выражению (2), определится как 4,0-19,0 МПа.

, (2)
где α 0,96 коэффициент гидравлических сопротивлений в насадках коноидального типа;
r плотность кольматирующего раствора, кг/м³;
V скорость истечения жидкости из гидромониторной насадки, м/с.

Прогнозируемое повышение давления гидропрорыва кольматационного случая с учетом экспериментальных данных табл. 1 и использованием формулы (1) может достигать 8-12 МПа. В сравнении с применением в аналогичных условиях суспензий с гидратированной дисперсной средой давление гидропрорыва гидроизолирующего слоя повышается в 3,5-10,0 раз [3]
Способ осуществляется следующим образом. Перед началом изоляционных работ приготавливается расчетный объем высококонцентрированной тампонажной суспензии (глинистой, цементной, гельцементной) с заданными начальными параметрами. Для подавления процесса гидратации дисперсной фазы суспензии, затворение ее производится на водном растворе поливалентных металлов (хлористого натрия, кальция и др.) или высокомолекулярных полимеров (ПАА, КМЦ, гипан и др.) оптимальных концентраций.

Собирается, спускается в скважину и устанавливается в кровле изолируемого проницаемого участка компоновка инструмента, включающая: гидромониторное долото с расчетным количеством и требуемого диаметра рабочих насадок, наддолотный переводник с гидромониторной насадкой расчетного диаметра и колонну бурильных труб. Необходимый объем тампонажной суспензии закачивается в бурильные трубы и продавливается к нижней части инструмента. При начале выхода суспензии из отверстий гидромониторных насадок регулированием расхода жидкости и давления на "стояке" создается расчетный режим обработки проницаемых стенок скважины-скорости истечения жидкости, частоты вращения и скорости подачи инструмента.

Отработанная суспензия при прямой циркуляции транспортируется к устью и направляется в специальную емкость. Параметры промывочной жидкости выравниваются до регламентируемых ГТН, инструмент из скважины поднимают.

Пример конкретного осуществления способа. Данные по скважине:
глубина, м 1500
интервал изоляции, м 1450-1465
диаметр скважины, м 0,1905
промывочная жидкость: глинистый раствор плотностью 1200 кг/м³, УВ 28 с.

Перед началом изоляционных работ приготавливается расчетный объем (30 м³) глинистой суспензии с концентрацией твердой фазы 50% плотностью 1180 кг/м³. Глинопорошок затворен на 3%-ном водном растворе хлористого натрия.

Собирается и спускается в кровлю изолируемого участка на глубину 1430 м компоновка: гидромониторное долото 0,1905 м СЗ-ГНУ с двумя рабочими гидромониторными насадками диаметром 8,7 мм, наддолотный переводник с насадкой диаметром 12,7 мм, ТБВК (бурильные трубы).

После установки долота на глубине 1443 м и соединения инструмента через рабочую трубу с буровыми насосами последние включают и приготовленную тампонажную суспензию закачивают в колонну бурильных труб. После заполнения всего объема бурильных труб тампонажным раствором (14,0 м³) включают ротор с частотой вращения 0,8 с^-1, увеличивает подачу буровых насосов до 0,028 м³/с для достижения скорости истечения жидкости из гидромониторных насадок расчетной величины (150 м/с) и начинают обработку проницаемой зоны с кровли до подошвы при скорости линейной подачи 0,9 м/мин в течение одного цикла (порядка 16 мин).

После окончания гидромониторной обработки интервала отработанная тампонажная суспензия транспортируется по затрубному пространству на устье и отводится в специальную емкость. Параметры промывочной жидкости в процессе циркуляции выравниваются до регламентированных ГТН, после чего бурение может быть продолжено.

При необходимости замещения пластовой жидкости на глубине формирования кольматационного слоя на жидкость, интенсифицирующую процесс гидратации дисперсной фазы суспензии, изолируемый интервал предварительно обрабатывается специальной жидкостью по той же схеме, после которой сразу кольматируется изолирующим раствором.

Технико-экономические преимущества заявляемого способа обусловлены эффективным выравниванием физических свойств гидроизолирующей системы "проницаемая порода кольматационная среда", которое приводит к росту давления гидропрорыва пластовых флюидов через эту зону до 8-12 МПа и более. Это существенно повышает эффективность разобщения пластов при бурении и креплении скважин, снижая тем самым (ориентировочно на 20-30%) случаи возникновения межпластовых и заколонных перетоков пластовых флюидов на стадиях закачивания и эксплуатации скважин. При этом материальные затраты и время на борьбу с такими осложнениями, как газонефтеводопроявления, сокращаются на 30-40%
Область эффективного применения способа при необходимой адаптации его к конкретным геолого-физическим условиям может достигать 60-70% строящихся в стране скважин.

Сущность изобретения: в скважину подают тампонажный раствор с защищенной от гидратирования дисперсной фазой. Поверхностный слой дисперсной фазы разрушают при давлении в пятне гидромониторной струи на стенке скважины 1,6-20 МПа. Время контакта гидромониторной стpуи со стенкой скважины 0,01-0,1 с при изменении температуры в интервале воздействия 18-350^oC. 2 табл.

Способ формирования кольматационного слоя в проницаемых стенках скважины, включающий воздействие на стенку скважины гидромониторной струей при подаче полидисперсной жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работ в интервале изоляции, в качестве полидисперсной жидкости в скважину подают тампонажный раствор с защищенной от гидратирования дисперсной фазой, при этом поверхностный слой дисперсной фазы разрушают при давлении в пятне гидромониторной струи на стенке скважины 1,6 20,0 МПа, при времени контакта гидромониторной струи со стенкой скважины 0,01 0,1 и при изменении температуры в интервале воздействия 18 350^oC.