СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫНОСА ПЕСКА ИЗ СКВАЖИНЫ Российский патент 1999 года по МПК E21B43/04 E21B33/13 

Изобретение относится к нефтегазодобыче, а именно к способам предотвращения выноса песка из скважин.

При эксплуатации скважин, проведенных на несцементированные песчаники, возникает необходимость предотвращения выноса песка из скважины. Из-за большого содержания песка в добываемой жидкости преждевременно выходит из строя промысловое оборудование, кроме того, выносимый из пласта песок осаждается на забое скважины, в результате чего преждевременно прекращается эксплуатация скважины и оказывается необходимым дорогостоящий ремонт.

Песок выносится из скважины обычно из-за разрушения в пласте природного цементирующего материала, который в нормальных условиях скрепляет между собой отдельные зерна песка.

Цементирующий материал разрушается в результате его растворения в воде (в скважинах, дающих большое количество пластовой воды), а также из-за механических разрушений пористой системы, обусловленных фильтрацией пластовых жидкостей через породы или действием перепада давления вблизи от ствола скважины.

В большинстве известных способов предотвращения выноса песка из скважин создают искусственные барьеры, проницаемые для жидкостей, но задерживающие твердые частицы.

Известен способ крепления призабойной зоны пласта путем закачки в последний наполнителя и связующего агента, при этом в качестве наполнителя в призабойную зону закачивают битуминозный песчаник, а в качестве связующего агента - дизельные или масляные щелочные отходы и водный раствор хлористого кальция, при этом битуминозный песчаник предварительно обрабатывают и закачивают в пласт в смеси с дизельными или масляными щелочными отходами при соотношении их объемов соответственно 1:3, после чего последовательно закачивают разделительную жидкость - воду в объеме 0,25-0,5 м³, 10%-ный водный раствор хлористого кальция в объеме, равном объему щелочных отходов, и продавочную жидкость - воду в объеме насосно-компрессорных труб, а предварительную обработку битуминозного песчаника осуществляют путем смешения породы с дизельными или масляными щелочными отходами с последующим сливом и добавлением 0,5 - 1,0%-ного водного раствора хлористого кальция, перемешиванием смеси в течение 2-3 мин, после чего раствор хлористого кальция сливают и породу промывают водой [1].

Недостатком известного способа является сложность осуществления процесса и недостаточно прочное крепление плывущих песков.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ предотвращения выноса песка из скважин, продуктивный пласт которых закреплен обсадными трубами, включающий закачку в призабойную зону пласта гравийной набивки, очистку ствола и спуск на забой фильтра с прорезными щелевыми отверстиями [2].

Недостатком известного способа является снижение производительности скважины из-за уменьшения ее диаметра при установке щелевого фильтра, кроме того, затруднены ремонтные работы в призабойной зоне, например, очистка фильтра.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности способа.

Сущность настоящего изобретения состоит в том, что в известном способе предотвращения выноса песка из скважины, включающем закачку в кавернозную полость призабойной зоны продуктивного пласта гравийной набивки, согласно изобретения, гравийную набивку выполняют из нескольких фракций гравия переменного фракционного состава, от наименее мелкой до наиболее крупной фракции гравия, увеличивающейся к стволу скважины, а после выполнения гравийной набивки закачивают проницаемый тампонажный состав с размерами частиц растворимых компонентов, не превышающими размера частиц гравия наиболее крупной фракции.

При этом гравийную набивку выполняют путем последовательной закачки гравия переменного фракционного состава.

Способ осуществляют следующим образом.

Объем гравийной набивки принимают приблизительно равным объему вынесенного пластового песка из призабойной зоны продуктивного пласта. Гравийную набивку формируют из 3-х - 5-ти фракций гравия. Размер частиц гравийной набивки выбирают методом, основанным на определении 50%-ной точки кривой распределения пластового песка по размерам частиц. Наименьший диаметр частиц гравия, используемого в набивке, определяют размером частиц в 50%-ной точке, умноженной на 5. Максимальный размер частиц гравия для набивки равен диаметру частиц в 50%-ной точке, умноженному на 10.

Например, следующие фракции гравийной набивки: фракция гравия 0,825-1,000 мм, фракция 1,200 - 1,3500 мм и фракция 1,500 - 1,650 мм. В качестве жидкости-носителя используют нефть или загущенную пластовую воду. Сначала в скважину через насосно-компрессорные трубы, межтрубное пространство и далее через перфорационные отверстия в кавернозную полость призабойной зоны продуктивного пласта, последовательно закачивают, используя в качестве жидкости - носителя нефть, наименее мелкую фракцию гравия 0,825 - 1,000 мм в количестве 35 мас.% от общей массы гравийной набивки, затем закачивают фракцию гравия 1,200 - 1,350 мм в количестве 40 мас.% от общей массы гравийной набивки и последней закачивают наиболее крупную по фракционному составу фракцию гравия 1,500 - 1,650 мм в количестве 25 мас.% от общей массы гравийной набивки.

По окончанию закачки гравийной набивки в кавернозную полость призабойной зоны продуктивного пласта ствол скважины очищают и готовят проницаемый тампонажный состав с размерами частиц растворимых компонентов, не превышающими размера частиц гравия наиболее крупной фракции гравийной набивки.

Проницаемый тампонажный состав готовят следующим образом.

В бункер цементосмесителя поочередно засыпают цемент, песок, хлористый натрий и кальцийсодержащий компонент, например мел или фосфомел - отход преципитатного производства на основе карбоната кальция.

Объем тампонажного раствора принимают из расчета 1 м³ на 1 погонный метр перфорированного участка обсадной колонны. Приготовленную сухую тампонажную смесь затворяют 10%-ным водным раствором хлористого натрия. Полученный тампонажный раствор плотности 2,10 - 2,15 г/см³ закачивают в кавернозную полость продуктивного пласта. По истечении 24 часов отверждения тампонажного раствора из зоны перфорационных отверстий скважины удаляют остатки тампонажного состава и проводят фильтрацию тампонажного состава путем периодических прокачек пресной воды для растворения частиц хлористого натрия. После 2-3 циклов промывки скважину оставляют на 24 часа для отверждения зоны цементирования и набора прочности цементного камня. Затем проводят кислотную обработку тампонажного состава для растворения кальцийсодержащего компонента.

Полученный тампонажный состав позволяет закрепить призабойную зону продуктивного пласта и создать фильтр на границе с перфорационными отверстиями обсадной колонны, не уменьшая внутреннего диаметра скважины.

Частицы гравия наиболее крупной фракции гравийной набивки образуют гравийный барьер (мост) на границе с порами проницаемого тампонажного состава и задерживают частицы гравия менее крупной фракции гравийной набивки. В результате из частиц гравия гравийной набивки образуется связанный скелет. В свою очередь пластовый песок образует мост на частицах наименее мелкой фракции гравия. Созданные гравийные барьеры препятствуют свободному выносу пластового песка в ствол скважины, сохраняют скелет пласта и обеспечивают прохождение флюидов, сохраняя первоначальную производительность скважины.

Пример 1. Проводят ситевой анализ пластового песка, скважины N 6 Сев. Екатериненской, пробуренной на глубину 1601 м и перфорированной в интервале 1576-1581 м. Согласно ситевого анализа минимальный размер частиц пластового песка 0,125 мм, максимальный размер частиц 2,0 мм.

Размер частиц гравийной набивки выбирают методом, основанным на определении 50%-ной точки кривой распределения пластового песка по размерам частиц.

50% пластового песка отсеивается на сите 0,165 мм. При этом минимальный размер частиц гравийной набивки составляет:
0,165 мм х 5 = 0,825 мм
Максимальный размер частиц гравия гравийной набивки составляет:
0,165 мм х 10 = 1,650 мм
Гравийную набивку формируют из 3-х тщательно отсортированных фракций гравия:
0,825 - 1,000 мм - 35 мас.%
1,200 - 1,350 мм - 40 мас.%
1,500 - 1,650 мм - 25 мас.%
В качестве проницаемого тампонажного материала используют следующий состав, мас.%:
Цемент - 40
Кварцевый песок фракции 0,5 - 1,5 мм - 30
Хлористый натрий - 15
Фосфомел - отход преципитатного производства на основе карбоната кальция - 5
Водный раствор хлористого натрия концентрации 10% - Остальное
При этом размер кристаллов хлористого натрия 0,5 - 1,5 мм.

Для приготовления тампонажного состава берут 1260 г цемента, 960 г кварцевого песка фракции 0,5 - 1,5 мм, 480 г хлористого натрия с размерами кристаллов 0,5 - 1,5 мм и 160 г фосфомела - отхода преципитатного производства. Полученную сухую смесь тщательно перемешивают, затворяют 750 см³ 10%-ного хлористого натрия и перемешивают в лабораторной мешалке в течение 3 мин. Приготовленный тампонажный раствор, имеющий плотность 2,1 г/см³, заливают в стандартные формы и отверждают в водяной бане при температуре 58^oC. По истечении 24 ч отверждения образцы вынимают из форм и проводят фильтрацию пресной водой для растворения кристаллов хлористого натрия. Затем образцы снова помещают в водяную баню еще на 24 ч до полного отверждения и далее методом фильтрации проводят кислотную обработку образцов. Полученный проницаемый тампонажный камень промывают пресной водой и определяют коэффициент проницаемости.

Проницаемость тампонажного камня составляет 0,82 МД и близка к проницаемости продуктивного пласта.

Для определения эффективности гравийной набивки используют установку для исследования модели прифильтровой зоны скважины. Камеру модели заполняют на половину гравийной набивкой, состоящей из трех фракций гравия, при этом наиболее крупную фракцию гравия 1,500 - 1,650 мм в количестве 25 мас.% располагают по радиусу камеры вокруг имитатора обсадной колонны, затем загружают фракцию 1,200 - 1,350 мм в количестве 40 мас.%, располагая ее также по радиусу камеры вокруг предыдущей фракции, и последней загружают наименее мелкую фракцию 0,825 - 1,000 мм в количестве 35 мас.%.

Вторую половину камеры заполняют пластовым песком фракции 0,125 - 2,000 мм.

Перфорационные отверстия имитатора обсадной колонны перекрывают заслонкой с отверстиями, создавая пропускную способность имитатора, равной проницаемости тампонажного камня 0,82 МД. Через созданный фильтр пропускают жидкость (пластовую воду) с расходом 0,247 м³/мин, при этом давление на входе в камеру составляет 0,4 МПа, а на выходе из камеры 0,3 МПа. Перепад давления составляет 0,1 МПа. При этом перепаде количество вынесенного песка от массы пластового песка, помещенного в камеру модели за 24 часа работы установки, составляет 0,01 мас.%.

Примеры 2 и 3 осуществляют по примеру 1, с той разницей, что устанавливают перепад давления в камере модели соответственно 0,2 и 0,3 МПа.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Примеры 4-6 осуществляют по способу-прототипу, используя гравийную набивку, неразделенную на фракции гравия.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Заявляемый способ по сравнению со способом - прототипом позволяет сократить поступление песка в скважину более чем в 7 раз.

Использование: в нефтегазодобыче, а именно при предотвращении выноса песка из скважин. Обеспечивает повышение эффективности способа. Сущность изобретения: по способу в кавернозную полость призабойной зоны закачивают гравийную набивку. Ее выполняют из нескольких фракций гравия переменного фракционного состава от наименее легкой до наиболее крупной фракции гравия, увеличивающейся к стволу скважины. После выполнения гравийной набивки закачивают проницаемый тампонажный состав с размерами частиц растворимых компонентов, не превышающими размера частиц гравия наиболее крупной фракции. 1 з. п.ф-лы,1 табл.

1. Способ предотвращения выноса песка из скважины, включающий закачку в кавернозную полость призабойной зоны продуктивного пласта гравийной набивки, отличающийся тем, что гравийную набивку выполняют из нескольких фракций гравия переменного фракционного состава, от наименее мелкой до наиболее крупной фракции гравия, увеличивающей к стволу скважины, а после выполнения гравийной набивки закачивают проницаемый тампонажный состав с размерами частиц растворимых компонентов, не превышающими размера частиц гравия наиболее крупной фракции. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гравийную набивку выполняют путем последовательной закачки гравия переменного фракционного состава.