СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ОСЛОЖНЕНИЙ В СКВАЖИНЕ Российский патент 2004 года по МПК E21B33/138 

Изобретение относится к ликвидации осложнений в скважинах при строительстве, бурении, эксплуатации, ремонте, реконсервации нефтяных, газовых и водяных скважин.

Известен способ изоляции зон поглощения в скважине, включающий закачку в скважину тампонажного материала на основе акриловых полимеров и их производных [SU №1559114, опубл. 1990]. Эти водорастворимые полимеры используются в водоизолирующих составах в сочетании с электролитами, образуя либо осадки (гели), либо вязкоупругие закупоривающие массы, устойчивые в среде минерализованных и пресных вод. Однако "сшитый" полимер в процессе прокачивання в изолируемый интервал горной породы проходит через поры струйками и приобретает их форму по сечению, что в дальнейшем не вызывает увеличения сопротивления воздействию водопроявлений.

Кроме этого, ввод электролитов в полимерный раствор на поверхности затрудняет его закачку насосами в скважину. Не приносит желаемых результатов и последовательное закачивание электролитов и полимерного раствора для перемешивания их в пласте.

Ближайшим техническим решением, выбранным за прототип, является способ ликвидации зон осложнения в скважине, включающий закачку в скважину буфера пресной воды, дисперсии водонабухающего полимера в пресной воде, продавку пресной водой и выдержку (RU №2164594, опубл. 27.03.2001).

В связи с проведением изоляционных работ в скважинах глубиной 3000 м и более закачка водной дисперсии <10% водонабухающего полимера становится невозможной из-за высоких давлений при продавке дисперсии по НКТ. Давление при прокачке на глубину 2500-3000 м может достигать более 400 кгс/см². При этих давлениях возникает аварийная ситуация. Колонна оказывается закупоренной массой набухшего ВНП. Поэтому при такой ситуации приходится поднимать всю колонну НКТ, выдавливая поочередно ВНП из каждой трубы. Такая аварийная ситуация для ликвидации, как правило, требует 24-48 ч.

Невозможно применить ВНП с концентрацией 10% в пресной воде через длинномерные гибкие трубы (колтюбинг), т.к. возникают большие гидравлические давления.

По изобретению возможная концентрация ВНП при применению через гибкие трубы с внутренним диаметром 38 мм составляет 0,3-0,5%, что, как показала практика, не превышает рабочее давление для них 100-200 кгс/см².

При ликвидации катастрофических поглощений на небольших глубинах, например при бурении под кондуктор, концентрация водонабухающего полимера в пресной воде до 20% не всегда может приносить успех, т.к. перетоки вод, большая кавернозность приводит к разбавлению водной дисперсии ВНП и отсутствию вследствие этого результата.

Задача изобретения - повышение эффективности ликвидации осложнений в скважине за счет обеспечения полного использования потенциала водонабухающего полимера к набуханию. Поставленная задача решается за счет того, что в способе ликвидации осложнений в скважине путем изоляции участка осложнения, включающем закачку в скважину буфера пресной воды, дисперсии водонабухающего полимера в пресной воде, продавку пресной водой и выдержку, буфер из пресной воды должен быть в объеме не менее объема указанной дисперсии водонабухающего полимера, после выдержки дополнительно производят закачку цементного раствора, а концентрацию водонабухающего полимера (%) в указанной дисперсии определяют в соответствии с приемистостью изолируемого участка осложнения, характеризуемой избыточным давлением (МПа) на указанном участке при закачке буфера пресной воды с производительностью 20 м³/ч соответственно (МПа)-(%): (15-12)-(0,2-0,3);(12-8)-(0,3-0,5);(8-6)-(0,5-1);(6-2)-(1-5);(2-1)-(5-10);(0,5-1)-(10-30).

При наличии в изолируемом участке трещиновато-кавернозных и пористых сред и избыточном давлении на него 1-12 МПа в цементный раствор дополнительно вводят наполнитель при неизменном давлении на устье скважины. В указанную дисперсию полимера и пресную воду для продавки дополнительно можно вводить наполнитель при неизменном давлении на устье скважины. Закачку можно осуществлять по насосно-компрессорным трубам (НКТ), затрубное пространство при этом перекрывают в момент выхода цемента, определяемый равенством давления в НКТ и затрубном пространстве. При изоляции участка мелкопористых и мелкотрещиноватых сред при избыточном давлении 15 МПа можно использовать указанный водорастворимый полимер гелеобразного типа. При изоляции обводненного участка осложнений дополнительно после буфера пресной воды можно осуществлять закачку дисперсии водорастворимого полимера в инертной к нему жидкости с закачкой до и после этой дисперсии первого и второго буферов также инертной к нему жидкости, причем во второй буфер вводят наполнитель - резиновую крошку.

При наличии нескольких послойно расположенных обводненных участков производят многократную последовательную закачку дисперсий водонабухающих полимеров на пресной воде и инертной жидкости с соответствующими буферами.

Благодаря указанным признакам способа, в котором закачку цементного раствора ведут вслед заполненными наполнителями дисперсии водонабухающего полимера с буферами, с перерывом между ними во времени, равном времени необходимого для набухания полимера в скважине или в пласте до полного использования его потенциала к набуханию, причем с учетом оптимального выбора концентрации водонабухающего полимера в дисперсии по отношению к приемистости скважины и самой дисперсионной среды, например пресной воды или инертной к водонабухающему полимеру среды, такой как глицерин, синтетические эфиры жирных кислот, эфиры гликолей, алкилфенолы, алкилбензолы, низковязкие масла и т.п.

Новый качественный эффект достигается за счет сохранения способности дисперсии водонабухающего полимера к максимальному использованию его потенциала к набуханию. Процесс набухания водонабухающего полимера происходит до достижения полного его набухающего потенциала, что означает максимальное повышение его закупоривающих свойств с обеспечением создания надежного экрана-барьера на пути, например, поступления воды в скважину из-за поднявшегося водяного конуса подошвенной воды или при изоляции нижележащего водоносного канала с промытыми каналами в затрубном пространстве, через которые вода поступает в нефтяной пласт.

При строительстве, эксплуатации скважин, а также ремонте их сталкиваются с самыми различными видами осложнений: обводнение скважин, перетоки флюидов по затрубному пространству, пропуски в резьбовых соединениях обсадных труб, наличие трещин в трубах напротив проницаемых пластов или в интервалах, отсутствие крепи за колонной и т.д.

При ликвидации осложнений в скважинах, связанных с проявлением флюидов, оценку их прежде всего производят по приемистости жидкости при определенной производительности ее закачки. Чаще всего жидкость закачивают с производительностью 20 м³/ч. При этом отмечают величину избыточного давления на участок осложнений или нарушения крепи обсадной колонны и т.п.

На основе анализа материалов изоляционных работ в скважинах определился диапазон использования дисперсии водонабухающего полимера с учетом концентрации его в дисперсионной среде и давления в скважине при закачке в нее жидкости с производительностью 20 м³/ч.

Из наиболее широко известных полимеров на этой основе является водонабухающий полимер АК-639, представляющий собой порошок или мелкие частицы геля. Водонабухающий полимер поглощает воду до определенного предела, не переходя в текучее состояние. При этом упругие цепочки и связи молекул раскручиваются и расправляются.

Время полного набухания полимера в пресной воде с полным использованием его потенциала к поглощению воды зависит от его типа, а также дисперсности порошка или частиц геля.

Среднее время, необходимое для использования полностью потенциала к набуханию в пресной воде для различного типа, например водонабухающего полимера АК-639, составляет:

- для гранулированного - 24 ч (размер частиц 2 мм);

- мелкого помола - 16 ч (размер частиц 0,3 мм);

- для гелеобразного - 8-12 ч (размер частиц 2-3 мм).

Время, необходимое для полного набухания водонабухающего полимера, зависит в некоторой степени от качества пресной воды, времени хранения полимера. Поэтому перед его использованием проводят контрольные замеры и, ориентируясь на них, устанавливается уточненное время для полного набухания водонабухающего полимера в пресной воде.

При работе по ликвидации осложнений, связанных с изоляцией водоносных пластов или обводненных пластов, используют данные гидродинамических исследований. После обработки этих данных устанавливают, какой тип породы среды подлежит изоляции.

Течение жидкости через трещиновато-кавернозные среды подчиняется закону:

Q₁=K₁ (1)

Течение жидкости через пористые участки происходит по закону:

Q₂=K₂Δ_{P (2)}

В третьей среде, представленной мелкопористыми, мелкотрещиноватыми средами, течение жидкости происходит с преодолением начального градиента давлений по формуле:

Q₃=К₃Δ_{Р² (3)}

В приведенных формулах обозначения следующие:

Q - расход жидкости;

ДР - перепад давлений;

K₁; К₂; К₃ - коэффициенты приемистости.

Примеры применения способа.

Пример 1.

В скважине обнаружено нарушение участка крепи и колонны, приемистость которого при закачке через насосно-компрессорные трубы в него воды с помощью цементировочного агрегата ЦА-320 с производительностью 20 м³/ч происходит при давлении 7,0 МПа.

Закачка жидкости с разной производительностью показала, что давление на устье изменяется прямо пропорционально производительности закачки жидкости, т.е. в скважине придется через нарушение в крепи обсадной колонны изолировать примыкающую к ней в этом интервале породу, представленную второй средой - пористой средой согласно формуле 2.

Для ликвидации нарушения в скважину при закрытом затрубном пространстве закачивается первый буфер из пресной воды в объеме не меньшем, чем закачиваемый вслед объем водной дисперсии водонабухающего полимера, затем второй буфер из пресной воды. При закачке половины объема водной дисперсии водонабухающего полимера давление на устье не изменилось. Поэтому во вторую часть водной дисперсии водонабухающего полимера и во второй буфер вводятся наполнители типа мелкой резиновой крошки, помимо резиновой крошки могут быть использованы также измельченные отходы автомобильных шин, измельченные отходы резинотехнических изделий, кордное волокно и т.д. Водная дисперсия водонабухающего полимера продавливается в интервал нарушения. После этого скважина закрывается на время, достаточное для обеспечения полного набухания полимера в скважине.

Время полного набухания полимера типа АК-639 зависит от марки продукта. Для примера взят гранулированный водонабухающий полимер.

Предварительно контрольным измерением установлено, что для гранулированного АК-639 это время составило около 24 ч.

Выдержав время, необходимое для набухания водонабухающего полимера в скважине, производится закачка цементного раствора. Вначале закачка производится при открытом затрубном пространстве. Когда по расчету давление столбов жидкостей в насосно-компрессорных трубах будет равно давлению столба жидкости в затрубье, оно перекрывается, но при этом согласно расчету цементный раствор должен быть на выходе из насосно-компрессорных труб.

Цементный раствор продавливается в интервал нарушения без какой-либо промежуточной порции воды в изолируемый интервал.

Количество водонабухающего полимера для приготовления дисперсии цемента было выбрано на основе практического опыта в данном нефтяном районе.

Пример 2.

В скважине нарушение представлено крупной трещиной, через которую жидкость проходит за колонну в трещиноватые породы. Приемистость этих пород представлена следующими данными. При закачке через него воды с производительностью 20 м³/ч давление на устье скважины поднимается до 13,0 МПа.

Для ликвидации нарушения в скважину закачивают водную дисперсию водонабухающего полимера с концентрацией 0,3 и цементный раствор без наполнителей по той же схеме, что и в примере 1. Отличие в том, что в этом случае применен пакер с выдвигающимся центральным патрубком. Закачка буфера, дисперсии водонабухающего полимера и буфера ведется при вставленном в пакер патрубке.

Весь состав продавливается по расчету ниже пакера. Затем производится выдержка водонабухающего полимера во времени.

Насосно-компрессорные трубы приподнимаются так, чтобы центральный патрубок вышел из пакера. При этом в пакере закрывается клапан.

В этом положении при открытом затрубье в трубы закачивается цементный раствор. По расчету он продавливается до выхода из центрального патрубка. После этого трубы допускаются вниз. Центральный патрубок входит в патрубок, открывает клапан, и цементный раствор продавливается в подпакерное пространство. Операция заканчивается после окончания продавки цементного раствора и подъема центрального патрубка из пакера.

Пример 3.

Скважина частично обводнилась за счет подошедшей воды от законтурного заводнения. Приемистость скважины при закачке в нее воды определилась в следующем виде: при закачке воды с производительностью 20 м³/ч давление на устье скважины 2,0 МПа.

Приемистость весьма интенсивная. Поэтому применен водонабухающий полимер высокой концентрации 10% в жидкости, инертной к нему, например в техническом глицерине. При этом предполагается, что в водонасыщенной части водонабухающий полимер набухнет, а там, где находится хотя бы часть нефти, он останется нейтральным и вымоется при освоении.

Как и в 1 примере, перед и после водонабухающего полимера закачивают буферы из пресной воды. При этом предполагается, что буферы из пресной воды войдут в обводненные каналы, т.к. попаданию их в нефтяные каналы будет препятствовать большая разница в их поверхностных натяжениях.

Дальнейшее проведение изоляционных работ согласуется со схемой в 1 примере.

Пример 4.

При бурении под кондуктор вблизи поверхности вскрыт водоносный пласт с карстовыми полостями.

Приемистость скважины характеризуется следующим образом.

При закачке воды в скважину с производительностью 20 м³/ч на устье скважины давление в пределах 0-5 МПа.

Для ликвидации поглощения в открытый ствол скважины направляется струя пресной воды. Сначала закачивается буфер, затем под струю воды или через эжектор в нее вводится водонабухающий полимер с концентрацией в пределах 20-30%. После окончания ввода водной дисперсии с водонабухающим полимером в операции делается временный перерыв для набухания полимера до использования всего его потенциала к набуханию. После перерыва в скважину закачивается цементный раствор.

Пример 5.

В скважине необходимо изолировать интервал, приемистость воды в который возникает только после приложения избыточного давления в 5,0 МПа.

В начале операции определена приемистость скважины при закачке в нее воды с производительностью 20 м³/ч. При исследовании установился следующий режим фильтрации: при закачке воды с производительностью 20 м³/ч давление на устье установилось на уровне 15 МПа.

Ликвидация осложнения производится по обычной схеме, как в примерах 1, 2, но при этом используется водная дисперсия водонабухающего полимера гелеобразного типа с концентрацией его в пределах 0,5-1,0% (в перерасчете на сухое вещество). Причем закачка водной дисперсии гелевого водонабухающего полимера производится при давлении, превышающем начальный градиент давления, при котором скважина начинает принимать жидкость.

Технико-экономический эффект от предлагаемого способа заключается в обеспечении надежной ликвидации осложнений при различных видах работ в скважине: при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин, значительной экономии тампонажных материалов и времени.

Изобретение относится к ликвидации осложнений в скважинах при строительстве, бурении, эксплуатации, ремонте, реконсервации нефтяных, газовых и водяных скважин. Технический результат - повышение эффективности ликвидации осложнений в скважине за счет обеспечения полного использования потенциала водонабухающего полимера к набуханию. В способе ликвидации осложнений в скважине путем изоляции участка осложнения, включающем закачку в скважину буфера пресной воды, дисперсии водонабухающего полимера в пресной воде, продавку пресной водой и выдержку, буфер из пресной воды должен быть в объеме не менее объема указанной дисперсии водонабухающего полимера, после выдержки дополнительно производят закачку цементного раствора, а концентрацию водонабухающего полимера (%) в указанной дисперсии определяют в соответствии с приемистостью изолируемого участка осложнения, характеризуемой избыточным давлением (МПа) на указанном участке при закачке буфера пресной воды с производительностью 20 м³/ч соответственно (МПа)-(%): (15-12)-(0,2-0,3);( 12-8)-(0,3-0,5); (8-6)-(0,5-1);(6-2)-(1-5);(2-1)-(5-10);(0,5-1)-(10-30). При наличии в изолируемом участке трещиновато-кавернозных и пористых сред и избыточном давлении на него 1-12 МПа в цементный раствор дополнительно вводят наполнитель при неизменном давлении на устье скважины. В указанную дисперсию полимера и пресную воду для продавки дополнительно можно вводить наполнитель при неизменном давлении на устье скважины. Закачку можно осуществлять по насосно-компрессорным трубам (НКТ), затрубное пространство при этом перекрывают в момент выхода цемента, определяемый равенством давления в НКТ и затрубном пространстве. При изоляции участка мелкопористых и мелкотрещиноватых сред при избыточном давлении 15 МПа можно использовать указанный водорастворимый полимер гелеобразного типа. При изоляции обводненного участка осложнений дополнительно после буфера пресной воды можно осуществлять закачку дисперсии водорастворимого полимера в инертной к нему жидкости с закачкой до и после этой дисперсии первого и второго буферов также инертной к нему жидкости, причем во второй буфер вводят наполнитель - резиновую крошку. При наличии нескольких послойно расположенных обводненных участков производят многократную последовательную закачку дисперсий водонабухающих полимеров на пресной воде и инертной жидкости с соответствующими буферами. 6 з.п. ф-лы.

1. Способ ликвидации осложнений в скважине путем изоляции участка осложнения, включающий закачку в скважину буфера пресной воды, дисперсии водонабухающего полимера в пресной воде, продавку пресной водой и выдержку, отличающийся тем, что буфер из пресной воды должен быть в объеме не менее объема указанной дисперсии водонабухающего полимера, после выдержки дополнительно производят закачку цементного раствора, а концентрацию водонабухающего полимера (%) в указанной дисперсии определяют в соответствии с приемистостью изолируемого участка осложнения, характеризуемой избыточным давлением (МПа) на указанном участке при закачке буфера пресной воды с производительностью -20 м³/ч , соответственно,

(МПа)-(%): (15-12)-(0,2-0,3); (12-8)-(0,3-0,5); (8-6)-(0,5-1); (6-2)-(1-5); (2-1)-(5-10); (0,5-1)-(10-30).