Способ закрепления пескопроявляющих скважин Советский патент 1986 года по МПК E21B33/13 

ю

О5 С71 N5

00

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к способам их крепления.

Цель изобретения - повышение эффективности закрепления интервалов пескопроявления в скважинах за счет возможности их локализации во всем объеме и предотвращения образования трещин и дислокаций в камне на основе закрепляющего состава.

Способ осуществляют следующим образом.

На поверхности по обычным схемам приготавливают закрепляющий состав, затем цементировочным агрегатом, например ПА-320, закачивают состав в насоснокомпрессорные трубы и продавливают в пласт. Для создания условий качественного крепления призабойной зоны пласта, продавку закрепляющего состава осуществляют при избыточном давлении на устье скважины над гидростатическим, равным пластовому.

При давлении, создаваемом, например, на устье скважины, равном пластовому, имеем систему скважина-пласт, в которой на гидростатический столб жидкости действует избыточное давление на устье скважины, равное пластовому, а со стороны пласта - давление закрепляющего состава, также равное пластовому. Эти давления на забое скважины и на устье равным между собой и пластовому и направлены по одной прямой в разные стороны.

Гидростатический столб жидкости в сква жине находится в равновесии под действием избыточного давления на поверхности, создаваемого, например, цементировочным агрегатом, равного пластовому, и давления закрепляющего состава на забое, тоже равного пластовому. Таким образом, система - закрепляющий состав, находящийся частично в пласте, частично на забое скважины под пластовым давлением - гидростатический столб жидкости в скважине - избыточное давление на устье скважины, равное пластовому, создаваемому на поверхности скважины, находится в равновесии.

Такая картина наблюдается при соблюдении названных условий, при конечной продавке закрепляющего состава в призабойную зону пласта и получения равновесного состояния в системе скважина- пласт.

При РПЛ РИЗ РИД равновесие нарушается, следовательно, качество полученного в призабойной зоне пласта камня низкое, а в теле (камне) закрепляющего состава появляются трещины, дислокации, приводящие к разрущению закрепляющего состава.

После достижения условий равновесия закрепляющий состав в призабойной зоне пласта выдерживают в покое в течение 5- 15 мин. В качестве закрепляющего состава используют различные цементные композиции с наполнителями, добавками поверхностно-активных веществ, пеноцементные составы и т.д.

При создании условий равновесия закрепляющего состава в призабойной зоне пласта начинается проявление ориентационных суммарных сил электромагнитного происхождения, возникающих вследствие поляризации жидкой прослойки и выделяющихся новообразований, а также ион-дипольного, диполь-дипольного и электромагнитного взаимодействий. Все эти силы имеют электромагнитную природу.

Механизм явлений, происходящих в пласте при насыщении каверны за колонной в системе скважина-пласт, следующий.

Портландцемент представляет собой тонко измельченный порощок различных минералов, состоящих из окислов. Химический состав клинкера тонкого помола следующий,: СаО 62-67; SiO 20-24; AL Oj 4-7; 2-5; прочие 1,5-4.

В соответствии с принципом Гиббса-Кюри при повышении дисперсности портландцемента увеличиваются его растворимость, химическая активность и др. При механическом измельчении разрываются отдельные химические связи с образованием на поверхности свободных атомных групп и радикалов, с возникновением ионов Са и СО при разрушении связей кальцита, AlaiOH) и Si2O5 при разрушении связей каолинита и т.д. Образующиеся при разрушении частицы (обломки кристаллической решетки) являются сложными пространственными электрическ вми системами, которые взаимодействуют с внешней средой- (например, водой), как сложные электрические поля. Образование новой поверхности, например, при дроблении минералов и горных пород обычно сопровождается появлением электрических зарядов, знак и величина которых зависят от характера вещества и размера частиц.

Наибольший интерес для пояснения способа представляет растворимость твердых тел, к которым относится цемент. Эта способность частиц портландцемента зависит от химического состава, энергии связи между ионами, их компоновки, особенно от ионной плотности, размера частиц и величины их удельной поверхности. Механизм растворения частиц цемента состоит в том , что полярные молекулы воды отрывают катионы с поверхности твердых зерен, поскольку они обладают малой величиной единичной связи. Оторвавщиеся катионы диффундируют и распределяются по всей водной среде. По принципу Ле-Шателье каждый цементный минерал обязательно проходит стадию растворения, прежде чем он превратится из раствора в соответствующий гидрат.

Катионы, в свою очередь, находясь в состоянии теплового движения, бомбардируют

поверхность ионов. Непрерывный обмен ионами между поверхностью зерен характеризуется или продолжением процесса растворения, когда зерна теряют больше ионов, чем получает их поверхность (ненасыщенные растворы), или сохранением равновесия, когда зерна теряют и получают одинаковое количество ионов, или когда поверхности зерен захватывают ионов больше по сравнению с отдачей их в окружающий раствор. После приготовления цементного раствора на поверхности по схеме, закачки его в насосно-компрессорные (заливочные) трубы и последующей продавки его в каверну заколонного пространства избыточное давление на цементировочном агрегате, например над продавочным гидростатическим в скважине, доводят до пластового и выдерживают на этом уровне 5-15 мин в зависимости от геолого-физических условий системы скважина-пласт. В этот момент образуется равновесная система скважина- пласт. Равновесие в закрепляющем составе сохраняется, когда зерна цемента теряют и получают одинаковое количество ионов. Система внутренних ион-ионного, ион-дипольного и других сил, действующих в растворе, представляет собой ориентационные электромагнитные силы взаимодействующих заряженных катионов и анионов закрепляющего состава. Таким образом, система скважина- пласт, (боковое горное давление сухой породы, поровое давление - закрепляющий состав - гидростатический столб продавочной жидкости, избыточное давление, равное пластовому над гидростатическим) находится в равновесии. Так как продавочная жидкость, горная порода, закрепляющий состав являются полярными веществами, то в данном случае ориентационные электромагнитные силы поля, совместно с другими, имеющими место силами в этой системе, равны нулю, т.е. система находится в равновесии.

При медленном снижении избыточного давления на устье скважины, в течение 5-15 мин до нуля, происходит уравновешивание системы скважина-пласт. Согласно принципа Ле-Шателье система переходит в другое состояние равновесия.

При снижении избыточного давления на устье скважины до нуля равновесие системы скважина-пласт и закрепляющего состава сдвигается в сторону возрастания объемных суммарных электромагнитных сил закрепляющего состава, способствующих увеличению его объема. Частично объем цементного раствора выбрасывается в скажину, при этом давление на забое скважины возрастает за счет выброшенного столба раствора, равновесие восстанавливается. После этого происходит перераспределение суммарных электромагнитных сил закрепляющего состава до тех пор, пока не установится полное равновесие системы скважина-пласт. Ориентационные электромагнитные силы закрепляющего состава сближаются до тех пор, пока не наступит стеснение гидратированных фаз, начнется образование кристаллизационных контактов и окончательный процесс твердения закрепляющего состава.

При установлении промежутка времени для условий равновесия до 5 мин, ориента0ционные суммарные электромагнитные силы в закрепляющем составе еще не успевают полностью уравновеситься для осуществления условий начала процесса гидратации закрепляющего состава. При резком снижении давления в системе скважина-пласт

5 вследствие неуравновещенности электромагнитных сил происходит выброс части закрепляющего состава в скважину, что значительно осложняет дальнейшие операции до креплению. В случае неполностью уравновешенных ориентационных электромагнит0ных сил, при переводе закрепляющего состава в призабойной зоне пласта из одного состояния равновесие этих сил в другое, в теле камня имеют место дислокации, трещины, каналы, что приводит к разрушению

5 кольца из закрепляющего состава за колонной, а также к смятию, отводу или выходу эксплуатационных колонн или скважин в целом из строя.

При равновесии, установленном за промежуток времени более 15 мин, происходит

0 полное уравновешивание ориентационных суммарных электромагнитных сил в закрепляющем составе и наступает начальная стадия его гидратации, в результате при переводе из одного равновесного состояния в другое процесс ориентации электромагнитных сил нарущается в закрепляющем состоянии, в результате чего в теле сформированного камня имеют место также дислокации, трещины и другие нежелательные последствия.

0

Перевод закрепляющего состава в призабойной зоне пласта из одного состояния равновесия в другое, а также выдержка в равновесном состоянии осуществляются за один и тот же промежуток времени. Например, если для приведения в первоначальное состояние равновесия (конечная закачка состава) закрепляющего состава затрачено 6 мин, то для перевода его в другое состояние равновесия необходимо тоже 6 мин, для осуществления полной и постепенной периориентации ориентационных суммарных электромагнитных сил и начала процесса твердения. Твердение закрепляющего состава в пласте осуществляют при давлении, равном гидростатическому в скважине.

5

Пример. Способ крепления скважины, осложненной пескопроявлением, следующий.

Исходные данные по скважине № 8; эксплуатационный горизонт 1 апш; искусственный забой 1564 м; интервалы фильтра 16231626 м; диаметр лифта 21/2; глубина спуска лифта 1613 м; эксплуатационная колонна 6; нластовое давление 12,0 МПа.

До процесса крепления предлагаемым способом с целью борьбы с пескопроявлением скважину подвергают креплению 6 раз в год, независимо промывают 7 песчаных пробок за год. Различные способы и технологии крепления не дают никакого эффекта. На крепление скважины израсходовано 120 т портландцемента и других реагентов. Скважина простаивала в бездействии 5 лет. Осуществляют крепление скважины № 8 и выделяют ее в качестве стендовой для испытания.

На устье скажины по известной технологии промывают песчаную пробку мощностью 55 м, затем готовят пепоцементный раствор в колпчестве 15 м-. В .LBU приема по 7,5 м раствор закачивают н насосно: компрессорные трубы. Избыточное давление на цементированном агрегате выдерживают равным пластовому 12,0 МПа. После доведения избыточного давления па агрегате до 12,0 МПа, пеноцементный раствор выдерживают при данном давлении 10 мин, после чего через этот же промежуток времени (10 мин) регулировочным краном на цементировочном агрегате, например Ц.А-320, избыточное давление медле}1но С П1жают до нуля. Отмывают излишки ненонсментного раствора (0,8 м ). Скважипу оставляют в покое на сутки. После чего опергнино в точности повторяют. Твердение осуществляют под гидростатическим столбом воды в скважипе в течение 24 ч. Через сутки скважину jVy 8 осваивают с дебитом нефти 20-25 т/сут, ;1ебитом воды 8---10 т/сут. После крепления скважина продолжает нормально эксплуатироваться свыше 3-х лет без пескопроявления.

Формула изобретения

Способ закрепления пескопроявляющих скважин, включающий закачку закрепляющего состава через заливочные трубы, продавку его в фоявляющий пласт под давлением, выдержку закрепляющего состава в ц.часте под дав.пеипе.м. вымывапие порций закрепляюп1,его состава из скважины, ожидапке затвердевания закрепляющего состава 3 проявляющем пласте и сбрасывание избыт(чпо)-о давления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности закрепления интервалов песконроявления в скважинах за счет возможности их локализации во всем объеме и предотвращения Образования трещин и дислокаций в камне на оспоБе закрепляющего состава, продавку последнего в проявляющий пласт заканчивают при избыточном давлении на устье, равном пластовому л1авлению, а выдержку закрепляющего состава в пласте под избыточным давлением осуществляют в течение 5 i5 мпн, при этом сбрасывание избыточного давления осуществляют в течение того же времени и осуществляют его до ожидания затвердевания закрепляющего состава.

Изобретение относится к креплению скважин и предназначено для повышения эффективности закрепления интервалов пескопроявления в скважинах за счет их локализации во всем объеме и предотвращения образования трещин и дислокаций в камне на основе закрепляющего состава (ЗС). Для этого продавку ЗС в проявляющий пласт заканчивают при избыточном давлении на устье, равном пластовому давлению. Выдержку ЗС в пласте под избыточным давлением осуществляют в течение 5- 15 мин. При этом система «скважина- пласт находится в равновесии. В результате зерна ЗС теряют и получают одинаковое количество ионов, что обеспечивает однородность образующегося камня на основе ЗС. Затем осуществляют сбрасывание избыточного давления в течение 5-15 мин. При этом объем ЗС увеличивается и за счет выброса части ЗС в скважину равновесие воса станавливается. Сбрасывание избыточноW го давления осуществляют до ожидания затвердевания ЗС.