Способ изоляции пластов Советский патент 1992 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к способам изоляции пластов с аномально-высокими пластовыми давлениями (АВПД).

Известен способ изоляции пластов с АВПД, включающий закачку в заколонное пространство во время цементирования обсадной колонны между порциями цементного раствора гелеобразующего состава с размещением его над изолируемым пластом.

Недостатком этого способа является его малая эффективность при изоляции пластов с АВПД из-за применения нестойкого к разбавлению гелеобразующего состава. Уменьшение в период ОЗЦ гидравлического давления цементного раствора на пластовый флюид вызывает при АВПД приток его в заколонное пространство в цементный раствор, вытесняя его жидкую фазу в вышележащую порцию гелеобразующего состава, который разбавляется фильтратом, теряет свои изоляционные свойства. Вследствие этого могут возникать заколонные перетоки флюида.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изоляции пластов, включающий закачку в заколонное пространство между порциями цементного раствора соляро-полимерной смеси (СПС) в интервале залегания водоносного пласта.

Недостатком этого метода является его малая эффективность при отсутствии над изолируемым пластом водоносных пластов

2

О О 00

поскольку поступающая вода из водоносного пласта в СПС играет в известном способе главную роль в создании изоляционно-способного полимерного тампона.

Когда в нужном интервале нет водоносных пластов, образование полимерного тампона возможно только за счет поступления жидкой фазы на нижней пачки цементного раствора. Однако в этом случае объем последнего должен быть достаточно большим, чтобы избытка его жидкости затворе- ния хватило на полную реакцию с полимером.

Так, например, при использовании в качестве соли СА сернокислого хрома на 1 м СПС требуется примерно 2 м раствора соли. С учетом расхода воды на гидратацию цемента объем цементного раствора нормальной плотности (1700-18500 кг/м3) при этом должен быть 4-5 м3. Такой минимальный объем должен предшествовать объему СПС и располагаться выше изолируемого пласта. Протяженность интервала, заполняемого им, составит примерно 300-500 м. Герметичность этого интервала заколон- ного пространства, очевидно, будет плохой из-за значительного обезвоживания цементного раствора и насыщения его пластовым флюидом.

Целью изобретения является повышение эффективности изоляции пластов солярно-полимерными смесями при отсутствии в разрезе над изолируемым пластом водоносных пластов за счет обеспечения полимера необходимым объемом водной фазы.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изоляции пластов, включающем закачку а заколонное пространство между порциями цементного раствора порции со- лярно-полимерной смеси с размещением ее над изолируемым пластом, после соляро- полимерной смеси в колонну закачивают объем суспензии утяжелителя в водном растворе соли сшивающего агента.

Способ осуществляется следующим образом.

Перед спуском обсадной колонны тщательно прорабатывают выбранный интервал установки жидкостного пакера долотом или расширителем, на обсадную колонну на границах интервала установки жидкостного пакера устанавливают пружинные центраторы, после спуска обсадной колонны выбранный интервал тщательно промывают от выбуренной породы.

Перед цементированием колонны предварительно подбирают составы гелеобразу- ющего материала в виде суспензии соляро-полимерной смеси (СПС) и суспензии утяжелителя (в данном случае - барита) в растворе соли сшивающего агента - баритовая суспензия (БС). Таким образом, чтобы их плотности были равны заданной плотности цементного раствора, а растекаемость близка к нижнему допустимому пределу (16-18 см). Плотности суспензией СПС и БС регулируются добавкой утяжелителя, растекаемость СПС - добавкой полимера, а ско0 рости осаждения в них твердой фазы добавкой бентонита. На фиг. 1 и 2 приведены условные схемы изоляции и в табл. 1 и 2 соответственно показана зависимость коэффициента /3 от плотности соляро-пол5 имерной смеси для различных солей СА и расход материалов для приготовления 1 м баритовой суспензии на растворе СА. В табл, 3 даны примеры соляро-полимерной фазы добавкой бентонита. В табл. 3 даны

0 примеры соляро-полимерной смеси различной плотности.

В интервале установки жидкостного пакера в процессе цементирования обсадной колонны закачиваются между двумя порци5 ями цементного раствора 1 порции СПС 3 и БС 4. Для уменьшения в процессе цементирования колонны возможности смешения СПС с цементным раствором и БС перед СПС и после нее закачивают буферную жид0 кость (БЖ) по 0,5 м3 - дизельное топливо, утяжеленное баритом и тампонажным цементом (или бентонитом) до плотности цементного раствора. Кроме разделительной роли, верхняя порция БЖ в заколонном про5 странстве выполняет дополнительную функцию, которая заключается в том, что входящий в ее состав утяжелитель, осаждаясь, увлекает за собой более легкий полимер, ускоряя процесс сепарации.

0 По окончании продавки 2-й порции цементного раствора жидкости в заколонном пространстве располагаются в порядке, показанном на фиг. 1.

В состоянии покоя, под действием гра5 витационных сил происходит сепарация тяжелых и легких компонентов суспензии. Легкая углеводородная жидкость перемещается вверх относительно полимера увлекаемого утяжелителем верхней порции

0 буферной жидкости вниз. Одновременно происходит осаждение утяжелителя в БС 4 и образование баритовой пробки 7 (см. фиг. 2). Отстой раствора соли сшивающего агента (СА) в БС смешивается с осаждающимся

5 в него полимером, обра зуя вязкоупругий тампон.

Нормальный ход процесса осаждения зависит не только от наличия необходимого зазора между колонной и стенками скважи- ны в интервале цементирования, но и от его

равномерности, Нижние слои должны оседать с большей скоростью, чем верхние, тогда не будет образовываться пробка, препятствующая осаждению и смешению всего объема полимера с раствором соли в БС, Поэтому скорость осаждения барита в БС должна быть несколько больше скорости осаждения твердой фазы в СПС и в нижней порции БЖ.

Экспериментальная оценка повышения эффективности рекомендуемого способа по сравнению с селективным способом без наличия водоносного пласта была проведена для всех видов солей СА. Для этого были использованы стеклянные трубки длиной 1,5 м. В одних случаях закачивали последовательно СПС, БЖ и цементный раствор без суспензии соли СА, а в других случаях с суспензией соли СА утяжеленной баритом, Последовательность и процесс закачки про- исходит подобно тому, что в случаях заполнения скважин (см. фис. 1). Общая качественная оценка результатов приводится с табл. 4.

Расчет необходимых объемов БС и СПС и БЖ осуществляют в следующем порядке.

Выбирают интервал установки пакера In (см. фиг. 2). Рассчитывают высоту столба СПС в заколонном пространстве (см. фиг. 1) по формуле

hcnc 1п/(1 + ft,(1)

где / Vp/Vcnc - отношение минимально необходимого объема раствора соли к объему СПС, которое определяется из таблицы.

Рассчитывают исходную высоту столба БС в заколонном пространстве по формуле

h6c 5 T+7ln + ° 5Нб)(2)

а hp/пбс. где hp - абсолютное значение отстоя, м,

пес - исходная высота столба суспензии в измерительном цилиндре, м.

Необходимые объемы СПС и БС рассчитывают по формулам

Vcnc 0.785 hcnc(dc2 - d/)(3)

V6c 0.785 h6c(dc2 - dK2)(4)

где dc уточненный после расширения диаметр скважины в интервале установки пакера, м,

dK - диаметр обсадной колонны, м.

После этого рассчитывают объемы нижней и верхней порций цементного раствора.

П р и м е р. В скважину глубиной 3200 м и диаметром 0,214 м, вскрывающую пласт с АВПД, спущена обсадная колонна диаметром 0,178м. Необходимо изолировать пласт с АВПД, кровля которого находится на глубине 3000 м. Цементный раствор плотностью 1600 кг/м3 по проекту должен быть поднят до устья.

Полагаем, что для изоляции пласта необходимо установить выше его кровли жидкостной пакер на основе СПС, В качестве сшивающего агента берем 1 %-ный раствор

К2Сг207.

По табл. 2 для плотности БС 1600 кг/м определяем расход компонентов на 1 м3:

БС: 0,786 кг 1 %-ного раствора КаСгаО,

760 кг барита и 80 кг бентонита.

Относительная величина максимального отстоя такой суспензии а 0,75.

Длину пакера устанавливаем In 100 м.

По табл. 1 для /Обе 1600 кг/м находим /3 0,64.

Рассчитываем высоту столба СПС по формуле (1).

10

hcnc

61 к.

1 +0.64

Рассчитываем высоту столба порции буферной жидкости, принимая ее объем 0,5

м

2л

he - 0,5 0,785(0,244 - 0.1784

-05&Т 5

Рассчитываем высоту столба БС по формуле (2).

1 (y frfp-100+ 0,545) 82м,

ЬБС

0,75 М +0,64

Рассчитываем объем СПС и БС по формулам (3) и (4)

Vcnc 61 0,0111 6.8м3

V5C 82 -0,0111 9,1 м3

Окончательные объемы увеличиваются на 10-20% (в зависимости от глубины скважины) с учетом потерь при закачке их в скважину.

Формула изобретения

Способ изоляции пластов, включающий закачку в заколонное пространство между порциями цементного раствора порции со- ляро-полимерной смеси, разделенных порциями буферной жидкости, и размещение соляро-полимерной смеси над изолируемым пластом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности изоляции при отсутствии водоносных пластов в изолируемом интервале, закачивают суспензию сшивающего агента с высотой столба, определяемой по следующей формуле

НБС ( ° 5 где а - величина максимального относительного отстоя суспензии сшивающего агента;

/3 - минимально необходимое отношение объема суспензии сшивающего агента к объему соляро-полимерной смеси;

ln - длина пакера, м;

he - высота столба буферной жидкости,

м,

причем плотность соляро-полимерной смеси и суспензии сшивающего агента выбирают равной плотности цементного раствора.

Использование: изоляция пластов в бурении нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: между порциями цементного раствора закачивают буферную жидкость,, затем последовательно соляро- полимерную смесь, порцию сшивающего агента и буферную жидкость. В качестве полимера используют, например, полиакри- ламид. Соляро-полимерную смесь размещают над изолируемым пластом. Плотности соляро-полимерной смеси и сшивающего агента берут равными плотности цементного раствора. Для регулирования плотности используют, например, берит. бентонит. Высоту способа сшивающего агента рассчитывают по формуле Нес уЗ/(1 + /) In + + 0.5пб)/# , где / - минимально необходимое отношение объема суспензии сшиваю-, щего агента к объему соляро-полимерной смеси. 1П - длина пакера. he - высота столба буферной жидкости, а - величина максимального относительного отстоя суспензии сшивающего агента. 2 ил., 4 табл сл С

Зависимость коэффициента/ от плотности СПС для различных

растворов солей СА

Расход материалов для приготовления 1 м баритовой суспензии

на 1 %-ный раствор Сг2(504)з или teCrzO и на 20 %-ный

раствор CuSO

Примеры соляро-полимерной смеси различной плотности

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Результаты сравнения эффективности рекомендуемого и известного способов изоляции пластов

- градиент давления прорыва воды через образуемый тампон г- напряжение сдвига тампона относительно стенок трубки диаметром 18 мм.

Таблица 4