СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СКВАЖИН К ЦЕМЕНТИРОВАНИЮ Российский патент 1999 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к способам подготовки скважин к цементированию, и направлено на повышение качества разобщения пластов, сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта и снижение затрат на строительство скважин.

Известен способ подготовки скважины к цементированию, включающий обработку фильтрационной корки глинистых буровых растворов водными растворами силиката натрия 2-5%-ной концентрации (см., например, В.Д.Городнов. Физико-химические методы предупреждения осложнений в бурении. М.,Недра, 1977, с. 246-248).

Способ заключается в следующем. После окончания бурения в стволе скважины устанавливается силикатная ванна. Обработка осуществляется во время подъема инструмента и спуска обсадной колонны в течение 10-36 часов. После спуска обсадной колонны производится промывка скважины и ее цементирование.

Недостатками известного способа являются недостаточно высокое качество подготовки ствола скважины к цементированию и низкое качество разобщения пластов за счет того, что воздействие силикатной ванны осуществляется только в пределах приствольной части ствола скважины, а в застойных зонах (кавернах), где остается невытесненный буровой раствор, положительный эффект от силикатной ванны не наблюдается.

Кроме того, известный способ не позволяет предупредить ухудшения коллекторских свойств пласта за счет того, что при установке ванны против проницаемого продуктивного пласта силикаты могут достаточно глубоко проникнуть в продуктивный пласт и в результате химических реакций с пластовыми флюидами образовать аморфные или кристаллические осадки, а при снижении рН образовать гели кремниевых кислот, которые кольматируют поровое пространство коллекторов со значительным снижением их проницаемости, что в дальнейшем может явиться серьезным препятствием при вызове притока из скважины.

Кроме того, при последующем спуске обсадной колонны фильтрационная корка бурового раствора частично механически разрушается.

Кроме того, в известном способе предлагается применять водорастворимые силикаты с модулем не менее 2,84, что обеспечивает преимущественное образование труднорастворимых кремниевых солей и в меньшей степени гидроксида кальция.

Известен способ подготовки скважины к цементированию путем последовательной закачки вымывающей и разделяющей фаз, при этом в качестве вымывающей фазы используют 2-5%-ный раствор триэтаноламина, а в качестве разделяющей фазы - гидропласт (см. , например, авт.свид. N 630402, кл. E 21 В 33/138, опубл.30.10.78.).

Известный способ недостаточно эффективен, т.к. полностью отмыть фильтрационную корку, особенно при кавернозном стволе (из застойных зон), практически невозможно, а оставшаяся на стенках скважины фильтрационная корка после воздействия на нее триэтаноламином и гидропластом имеет высокую проницаемость, не устойчива к воздействию цементного раствора и не препятствует проникновению фильтрата цементного раствора в проницаемые пласты, при этом снижается сопротивление гидропрорыву контактной зоны порода - фильтрационная корка - цемент. Это отрицательно влияет и на качество разобщения пластов, и на качество вскрытия продуктивного пласта.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ подготовки скважины к цементированию, путем последовательной закачки вязкоупругого разделителя, разрыхлителя глинистой корки, абразивно-моющей жидкости и кольматирующего состава (см. , например, а.с.N 825864, кл. E 21 В 33/138, заявл.10.08.79.).

В качестве вязкоупругого разделителя закачивают 0,5%-ный водный раствор полиакриламида с 2%-ным водным раствором гексорезорциновой смолы с 37-40%-ным формалином.

В качестве разрыхлителя закачивают 1-5%-ный водный раствор сульфата алюминия.

В качестве абразивно-моющей жидкости закачивают 100 вес.ч. саморассыпающегося шлака производства феррохрома с 96-104 вес.ч. песка и с 126-132 вес.ч. воды.

Кольматирование осуществляют 100 вес.ч. цемента с 15-20 вес.ч. резиновой крошки и с 67-73 вес.ч. воды.

Кроме того, 100 вес.ч. цемента с 15-20 вес.ч. резиновой крошки и с 67-73 вес. ч. воды и абразивно-моющую жидкость перед закачкой подвергают обработке в дезинтеграторе при 6-10 тыс. об/мин.

Однако известный способ не обеспечивает высокое качество подготовки к цементированию разнотемпературных скважин, пробуренных как глинистым, так и безглинистым буровыми растворами.

В целом, этот способ предназначен для бурения скважин с промывкой глинистыми буровыми растворами и рассчитан на полное удаление глинистой корки и замены ее на образующуюся шлакопесчанную корку, закольматированную цементным раствором с резиновой крошкой, что не может быть осуществлено из-за невозможности полного удаления глинистой корки.

Оставшаяся часть глинистой корки имеет низкие гидроизолирующие свойства, а при воздействии абразивно-моющей жидкости, в состав которой входят ионы поливалентных металлов, происходит коагуляция глинистых частиц, в результате чего не может быть обеспечено высокое качество сцепления цемента с породой в контактной зоне.

Кроме того, ингредиенты, входящие в состав ВУР, абразивно-моющей жидкости и кольматирующего состава, оказывают отрицательное влияние на продуктивный пласт за счет кольматации призабойной зоны пласта осадками, образующимися при взаимодействии буферных составов с пластовыми флюидами при их фильтрации через высокопроницаемую глинистую корку и в случае удаления глинистой корки со стенки скважины против углеводородсодержащего коллектора.

Вместе с этим вязкоупругий разделитель(ВУР), используемый в известном способе, содержит экологически опасные ингредиенты, что требует дополнительных мер по утилизации. Кроме того, не регулируется плотность ВУР, что может привести к эффекту "всплывания" состава через более тяжелую промывочную жидкость. Использование такого ВУР требует дополнительных технологических средств для обеспечения рекомендованной скорости движения состава (0,5-0,7 м/сек) в заколонном пространстве. Недостаточно высокая степень вытеснения объясняется также известным разрушением такого состава при высоких напряжениях сдвига при движении через элементы технологической оснастки обсадной колонны и сужениям в заколонном пространстве.

Однородность с цементом и способность к гидратационному твердению корки, сформированной шлакопесчаной смесью, используемой в известном способе, проявляется только при высоких температурах, где могут применяться шлакопесчаные цементные смеси, что не сбалансировано с применением известного ВУР, который сохраняет устойчивость при температурах не более +80^oC.

Целью настоящего изобретения является повышение качества подготовки скважины к цементированию, пробуренной с промывкой любым типом раствора, за счет повышения степени замещения бурового раствора вязкоупругим разделителем, снижения проницаемости фильтрационной корки и повышения ее устойчивости к воздействию цементного раствора, при одновременном повышении ее химического сродства к цементу, а также за счет снижения отрицательного влияния буферных жидкостей и цементного раствора на продуктивность скважины.

Дополнительная цель: обеспечение универсальности при подготовке ствола скважин для различных типов буровых растворов, повышение экологической безопасности буферных жидкостей, упрощение технологии обработки, сокращение затрат на проведение работ по подготовке скважины к цементированию, применение традиционно используемых в бурении и недефицитных реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе подготовки скважины к цементированию, включающем спуск обсадной колонны в скважину и последовательную закачку в скважину вязкоупругого разделителя на основе высокомолекулярного соединения, состава-разрыхлителя и кольматирующего состава, новым является то, что
перед спуском обсадной колонны устанавливают на забое скважины ванну из смеси водного раствора метасиликата натрия с эфиром целлюлозы, после закачки состава-разрыхлителя скважину обрабатывают гидроизолирующе-закрепляющим составом, при этом в качестве вязкоупругого разделителя на основе высокомолекулярного соединения используют состав на основе полисахарида при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Реагент-полисахарид - 1,0 - 5,0
Комплексообразователь - 0,15 - 12,0
Утяжелитель - 1,0 - 30,0
Вода - Остальное
При этом в качестве ванны используют 5-10%-ный водный раствор метасиликата натрия с добавкой 0,1-0,5% эфира целлюлозы.

В качестве состава-разрыхлителя используют 2-5%-ный водный раствор хлорида кальция с добавкой 0,01-0,05 % поверхностно-активного вещества, например, марки МЛ-51.

В качестве гидроизолирующе-закрепляющего состава используют 5-10%-ный водный раствор метасиликата натрия или 5-10%-ный раствор метасиликата натрия с добавкой 0,1- 0,5% эфира целлюлозы.

В качестве кольматирующего состава используют облегченный цементный раствор при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч:
Цемент - 100
Оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ) - 0,3 - 0,4
Вода - 164 - 174
Подготовку ствола скважины к цементированию предлагаемым способом осуществляют следующим образом.

- Перед спуском обсадной колонны на забой устанавливается ванна, представляющая собой водный раствор метасиликата натрия 5,0-10,0%-ной концентрации и 0-0,5% эфира целлюлозы.

- После спуска обсадной колонны в затрубное пространство, заполненное буровым раствором, вводят вязкоупругий разделитель (ВУР) со скоростью, обеспечивающей равномерное вытеснение бурового раствора по всему стволу скважины, в т. ч. в кавернозных участках. ВУР устойчив к воздействию высокоминерализованных пластовых вод, ввиду высоких структурно-реологических свойств не смешивается с буровым раствором; стабилен, имеет нулевой показатель фильтрации и поэтому не оказывает отрицательного влияния на продуктивный пласт. Плотность ВУР регулируется вводом утяжелителя - солями калия, кальция или натрия - и определяется в зависимости от плотности вытесняемого бурового раствора.

ВУР готовится в следующей последовательности. В емкости цементировочного агрегата растворяют полисахаридный полимер, например 20 кг КМЦ на один кубометр воды, затем добавляют соль -утяжелитель до необходимой плотности, а затем комплексообразователь, например 2 кг сульфата алюминия.

- За ВУР закачивают состав-разрыхлитель - водный раствор хлорида кальция 2-5%-ной концентрации, с добавкой 0,01-0,05% ПАВ, представляющим собой смесь ионогенных и неионогенных соединений. Раствор хлорида кальция совместно с ПАВом обеспечивает частичное разрыхление фильтрационной корки бурового раствора за счет коагуляционного воздействия ионов Са²⁺ на глинистую составляющую корки и отмыв углеводородсодержащих компонентов из фильтрационной корки ПАВом.

- Затем закачивают гидроизолирующе-закрепляющий состав - водный раствор метасиликата натрия 5-10%-ной концентрации.

Обработка фильтрационной корки бурового раствора гидроизолирующе-закрепляющим составом - метасиликатом натрия - обеспечивает хорошую адгезию фильтрационной корки промывочной жидкости и цементной корки. В результате реакции метасиликата натрия с ионами Са⁺² происходит упрочнение и снижение проницаемости фильтрационной корки.

- Затем прокачивается пачка облегченного цементного раствора, обработанного ОЭЦ, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Цемент - 100
ОЭЦ - 0,3 - 0,4
Вода - 164 - 174
Приготовление облегченного цементного раствора осуществляется в следующей последовательности (на 1 м³): в 0,36 м³ технической воды растворяют 2 кг ОЭЦ, в полученную жидкость затворения добавляют 0,51 т цемента и перемешивают в течение 0,5 часа.

Закачка буферной облегченной цементной пачки перед цементированием предназначена для формирования на стенках скважины цементной корки, обеспечивающей абсолютное сродство контактирующих материалов (фильтрационная корка - цементный камень), обеспечивая качественное сцепление цементного камня со стенками скважины (с породой). Низкая водоотдача препятствует глубокому проникновению фильтрата цементного раствора в пласт.

Пример. Перед последним подъемом бурильного инструмента через бурильные трубы в скважину закачивают пачку 5-10%-ного раствора метасиликата натрия, обработанного для снижения фильтрации в пласт простым эфиром целлюлозы, например ОЭЦ в концентрации 0,3%, в объеме, необходимом для перекрытия интервала продуктивных пластов не менее чем на 100 м, и продавливают буровым раствором на забой скважины.

Затем поднимают бурильный инструмент и спускают колонну обсадных труб. Скважину промывают и в затрубное пространство, заполненное буровым раствором, закачивают 1,5-2 м³ ВУР, состав которого приведен выше. ВУР вытесняет буровой раствор. Скорость восходящего потока в кольцевом пространстве не более 0,5 м/с.

После ВУР закачивают комбинированную буферную жидкость: вначале состав-разрыхлитель - 4м³ водного раствора CaCl₂ 5%-ной концентрации с растворенным в нем ПАВом, например МЛ-51, в количестве 0,05%, а затем - гидроизолирующе-закрепляющий состав, например 10%-ный раствор метасиликата натрия. При необходимости в раствор метасиликата натрия вводят эфир целлюлозы для снижения показателя фильтрации и повышения вязкости раствора.

Затем прокачивают 10 м³ облегченного цементного раствора плотностью 1350-1400 кг/м³, после чего осуществляют цементирование по установленной технологии.

В лабораторных условиях на фильтрпрессе "Бароид" проведены испытания, которые позволили установить влияние способа подготовки на гидроизолирующие свойства фильтрационной корки буровых растворов и устойчивость корки к воздействию цементного раствора, т.е. оценить эффективность подготовки скважины к цементированию. Данные испытания приведены в таблице 1.

Результаты, полученные при исследовании, подтверждают высокую эффективность заявляемого способа. Так, после обработки фильтрационной корки, образованной при фильтрации и глинистых и безглинистых буровых растворов, по заявляемому способу вода практически не фильтруется (Ф=О-0,5 см³ за 30 минут при перепаде давления 0,7 МПа), а фильтрация цементного раствора снижается в 2-3 раза (с 15-31 до 2-9 см³ за 30 минут при перепаде давления 0,7 МПа), при этом гидропрорыва через фильтрационную корку не происходит при реально возникающих при цементировании градиентах давления (> 5,0 МПа/м).

Высокое качество цементирования, отсутствие обводненности добываемой продукции, сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта при использовании заявляемого способа подтверждены данными, приведенными в таблицах 2,3.

Предлагаемый способ подготовки скважины к цементированию предназначен для целенаправленной физико-химической обработки приствольной зоны для снижения ее проницаемости, закрепления и придания кольматационному экрану, образовавшемуся в приствольной части проницаемых пластов под действием перепада давления на пласт в процессе бурения, устойчивости к агрессивному воздействию цементного раствора и химического сродства к цементу.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Способ осуществляют следующим образом: устанавливают на забое скважины ванну из смеси водного раствора метасиликата натрия с эфиром целлюлозы, затем осуществляют последовательную закачку вязкоупругого разделителя, состава-разрыхлителя, гидроизолирующе-закрепляющего состава и кольматирующего состава. В качестве вязкоупругого состава используют состав, содержащий, мас.%: реагент-полисахарид 1,0 - 5,0, комплексообразователь 0,15 - 2,0, утяжелитель 1,0 - 30,0, вода - остальное. В качестве кольматирующего состава используют состав, содержащий, мас. ч: цемент 100, оксиэтилцеллюлоза 0,3 - 0,4, вода 164 - 174. Технический результат: повышение качества подготовки скважины к цементированию, пробуренной с промывкой любым типом раствора, за счет повышения степени замещения бурового раствора вязкоупругим разделителем, снижения проницаемости фильтрационной корки и повышения ее устойчивости к воздействию цементного раствора при одновременном повышении ее химического сродства к цементу, а также за счет снижения отрицательного влияния буферных жидкостей и цементного раствора на продуктивность скважины. 4 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Способ подготовки скважин к цементированию, включающий спуск обсадной колонны в скважину и последовательную закачку в скважину вязкоупругого разделителя на основе высокомолекулярного соединения, состава-разрыхлителя и кольматирующего состава, отличающийся тем, что перед спуском обсадной колонны устанавливают на забое скважины ванну из смеси водного раствора метасиликата натрия с эфиром целлюлозы, после закачки состава-разрыхлителя скважину обрабатывают гидроизолирующе-закрепляющим составом, при этом в качестве вязкоупругого разделителя на основе высокомолекулярного соединения используют состав на основе полисахарида при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Реагент-полисахарид - 1,0 - 5,0
Комплексообразователь - 0,15 - 2,0
Утяжелитель - 1,0 - 30,0
Вода - Остальное
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ванны используют 5 - 10%-ный водный раствор метасиликата натрия с добавкой 0,1 - 0,5% эфира целлюлозы. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве состава-разрыхлителя используют 2 - 5%-ный водный раствор хлорида кальция с добавкой 0,01 - 0,05% поверхностно-активного вещества, например, марки МЛ-51. 4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве гидроизолирующе-закрепляющего состава используют 5 - 10%-ный раствор метасиликата натрия с добавкой 0,1 - 0,5% эфира целлюлозы. 5. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что в качестве кольматирующего состава используют облегченный цементный раствор при следующем соотношении ингредиентов, мас.ч:
Цемент - 100
Оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ) - 0,3 - 0,4
Вода - 164 - 174