Способ борьбы с рапопроявлением при бурении скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B33/138 

(54) СПОССЖ БОРЬБЫ С РАПСШРОЯВЛЕНИЕМ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН

1

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частное-, ти к способам борьбы с рапопроявления- ми, и может найти применение в нефтегазодобывающей промьпиленности и при проведении геологоразведочных работ на нефть и газ.

Известно, что одной из главнейших причин аварий и осложнений в глубоких скважинах, бурящихся для поисков или разработки залежей нефти и газа в глубокопогружеиных подсолевых отложениях, являются рапопроявления из перекрывающих иефтегазонасьпценных пластов мощных сопеносных толщ Г11

Известно, что наиболее интенсивный приток рапы в скважину наблюдается в первый период возникновения Jpaпoпpoяв ления. Обычно через несколько часов интенсивность притока рапы (расход рапы) резко снижается, а через несколько суток или недель интенсивность ее притока практически стабилизируется. Дальше снижение расхода рапы идет очень медленно.

Все это обусловпенно тем, что в природных УСЛОВИ51Х в толще солей рапа залегает в трещинном простр анстве пород на нее передается горшое давление |. 2 .

В момент вскрытия скважиной трещиноватого, насыщенного рапой объема селеносной толнш, фильтрация рапы к ствояу скважины происходит по большому числу связанных между собой трещин. Затем близкие к стводту скважины трещины освобождаются от рапы и постепенно смыкаются. Число канбшов фильтрации рапы в скважину и их живое сеченре постоянно уменьшается и за счет этого уменьшается расход рапы.

Известно, что главным условии, при котором возможна борьба с решопроявле- нием, является малы расход рапы, ПОЗЕ)ляющий проводить работы в стволе скважины (слабые и незначительные ее притоки). Поэтому при бурных и стопьных .рапопроявлениях обязательно проводят комплекс мероприятий по разрядке линзы рапы путем выдержки скважины на самоизгшве и неоднократных проработок ствола скважины с цеяью разбуривания соляных пробок. Наиболее близким к предлагаемому является способ борьбы с рапопроявлением при бурении скважин, включающий стравливание рапы из проявляющего пласта - рапонасьпценной линзы, закачивание и продавливание в линзу тампонажного раствора. Сущность этого способа заключается в следующем. При возникновении рапопроявления-, в бурящейся скважине производят разрядку линзы рапы. Для экономии времени разрядку усиливают отбором рапы. После разрядки линзы рапы 6 рапопроявляющую/ зону пласта направленно закачивается цементный раствор, затворенный на насыщенном водном растворе NciCC, с добавкой.СаССх2 в количестве 3% от массы цемента. Закачивание достаточно большой порции цементного раствора (до 4О т для ствола скважины диаметром 295 мм).и продавливание его осуществляется при герметизированном устье скважины 3 3 . Однако известный способ не учитывает что рапа насыщает трепшнное пространство в тогаце селей и поэтому не регламентирует разрядку линзы рапы до постоянст ва дебита, что необходимо для форм15 ования в толше рапонасыщенных солей устойчивой фильтрахшонной системы, которая должна быть главным объектом изолягаюн ных работ. Способ предусматривает - усиление раэрядки линз рапы отбором рапы. Искусственная разрядка линз рапы приводит к временному смыканию трешин в лристволь ной зоне скважины, что, С одной стороны не обеспечивает полной ликвидации рапо- фоявления {прекращение искусственной разрядки приведет к новому импульсУ ра- попроявления за счет энергии рапы в уда ленных от ствола участках линзы), а с другой стороны, к созданию дополнительных сопротивлений при закачке в рапопроявпяющую зону тампонажного материала. Последнее ведет к допопнитеп Hbnvi затратам. А - Известный способ не предусмачтрИвает использование буферных зрикостей для разделения тампонажного раствора и ралы что приводит к их смешению и пршятствует схватыванию тампонажного раствора в рапонасьпценной зоне в установленные ером. Кроме того, способом не ограничиваются объемы закачиваемого тампонажЯого раствора по условиям состояния и свойств рапонасыщенной зоны, что может привести к гидроразрыву пород. По Известному способу после закачки тампонажного раствора в рапонасыщенную зону осуществляют герметизацию устья скважины до окончания периода СХЗЦ. Это приводит к тому, что в момент схватывания цемента трещины, заполненные тампонажным раствором, остаются в раскрытом состоянии, а после разгерметизации . устья скважины за счет смьпсания трепшн под действием горного давления цементный камень в них разрушается, в нем образуются новые трещины и рапопроявление возобновляется. Поэтому при реализации способа удается лииш уменьшить тггенсивность рапогфоявления, а не ликвидировать его. Цель изобретения - повышение качества изоляции рапонасыщенной линзы путем улучшения сцепления тампонажного материала с породой линзы и предотвращения нарушения цементного камня при одновременном снижении затрат. Указанная цель достигается тем, что согласно способубор1чбы с рапопроявлением при бурении скважины, включающему стравливание рады из рапонасыщенной линзы, закачивание и продавливание в линзу тампонажного раствора, стравливание рапы производят до стабилизации ее расхода с одновременным измерением объема извлеченной рапы и в момент стабшгазации расхода рапы определяют приемистость рапонасыщенной линзы, после чего осущес гвляют закачивание буферной жидкости, а закачивание и продавливание тампонажного раствора в рапонасыщенную линзу осуществляют в- суммарном объеме с буферной жидкостью, равном или меньшем объема извлеченной рапы при давлении, обеспечивающем расширение трещин рапонасыщенной линзы до момента резкого возрастания избыточного давления на устье скважины, после чего производят резкий сброс давления до величины, обеспечивающей -максимальное смыкание трещин в приствольной зоне скважины. Кроме того, в качестве тампонажного раствора используют раствор с дифференцированньп ж сроками схватывания, а за- . качивание тампонажного раствора осуществляют в последовательности от порпии раствора с меньшими сроками схватьгаания в начале закачивания до порции раствора с большими сроками схватьтаНЕя в конце закачивания. А также в качестве буферной жидкости . используют гидрогельмагниевый раствср. При. этом в качестве продавочной жидкости используют аэрированный буровой раствор. Затем величину давления закачива1гия И продавливания буферной жидкости и тампонажного раствора выбирают в пределах от гидростатического давления стоя ба рапы до величины горного давления на забое скважины. Кроме того, сброс давления осушествляют до величины давления в призабойной зоне, равной или меньшей величины гидростатического давления столба пресной воды. Способ осуществляется следутовпгм образом. В процессе производства работ по лик видации рапопроявлений при буренки глубоких скважин в соленосных толщах уста новлено, что стравливаете рапы при разрядке линзы перед началом изоляпронных работ в скве ;апге необходимо производить до момента стабилизации ее расхода с одновременным измерением объема Извле ченной рапы. Стабилизация расхода рапы свидетельствует о формировшти устойчивой системы фильтрующих трещин во всей зоне вли ния скважины, наступлении стационарного режима фильтрации рапы в этой системе трещин и достиже1лга рапонасыщенной Л1ш ЗОЙ такого состояния, при котором возможен управляемый процесс изоляционных работ. После стабилизации расхода рапы определяют приемистость рапонасьпденной линзы для сшределения давления и необходимого расхода жидкости (буферной и тампонажной) при проведении изоляционных работ. Работы по тампонированию рапонасы щенной линзы начинаются с закачивания в скважину буферной жидкости, необхо. ДИМОЙ для оттеснения рапы в трещинах И; предотвращения тем самыш прямого контакта тампонажного раствора с рапой. При их смещении за счет солевой агресси нарущаются технологические свойства там понажного раствора, что не обеспечивает превращение тампонажного раствора is цементный камень в заданные сроки и необходимую прочность. Исследованиями установлено, что в ка честве буферной ЖИДКОСТИ наиболее рацио нально использовать гидрогельмагниевый буровой раствор. Раствор с такой рецептурой имеет величину окислительно-воостанОЕИтельного потенциала, близкую к окислительно-восстановительному потен- шгалу рапы в момент выхода ее из рапо- насьпценной линзы, что препятствует протеканию ионнообменных процессов между рапой и буферной жидкостью. В то же время гидрогельмапшевый буровой раствор, как показывает большой опыт цементирования скважин, не снвжает подвижность тампонажных растворов. Закачивание тампонажного раствора в рапопроявляющую линзу осуществляют в объеме, -который в сумме с объемом буферной жидкости не превышает объем извлеченной рапы. Это необходимо для предотвращения гидроразрыва пород, который происходит в случае превьш1ення объема ишдкости, закачашюй в пласт, над объемом извлеченной рапы. Поскольку матрица солей непроницаема, то при , указашюм соотношешш объемов закачан-. ной п извлеченной жидкостей весь процесс направлен на расширенпе трещин и восстановление,их первоначального объема. В качестве тампонажного иаюльзуют раствор с дифференцированными сроками схватывашш. Причем регулирова1ше этих сроков осуществляют в последовательности от поршп раствора с меныиими сроками схватывания в начале - закачки до поршга раствора с болыцими сроками схватыватю в конце закачки. Это дает возможность обеспечить к концу закачки, схватывание первой порции та а1онажного раствора в удаленной от ствола сквалданы зоне трещинного 1фостранства н сохранить подвижность талтонажного -раствора в приствольной зоне, что позволяет одновременно изолировать основной объем трещяппого пространства от приствольной золы и реализовать эффект смыкагаш трещин в момент резкого сброса давления в стволе скважины., Захачивание и продавливание тампонажного раствора осуществл5цот под давлеттем, обеспечивающим расширение трещин . рапонасыще1шой линзы, до момента резкого возрастания избыточного давления на устье скважины. Процесс тампонидрва1шя проводят при плавном- наращивании давления на забое скважин в д шпазоне от гидростатического столба рапы до величины горного давления, обеспечивающем, максимальный технически возможный расход, вь1бранный по показателям приемистости. Возрастание избыточного давлення яа устье свидетельствует о начале схватывания первых порШсВ тамлонажного раствора в удаленной от ствола скважины зоне. Дальнейшее закачивание тампонажного раствора может привести к гиироразрыву пород. После окончания процесса продавливаВЕЯ проЕзведят резкий сброс давления до величшш обеспечивающей максимальное смшсанЕе трешвн в приствольной зоне скважины. О1ШЕМ из возможных вариантов технологии, обеспечивающим резкий сброс давления,, является испсяхьзование в качестве продавочной жидкости облегченного аэрировеяного бурового раствфа. При нарастании давления в процессе продавливания буферной жидкости и тампонажного раствора аэрированный облегченный буроЪой раствор сжимается и накапливает запас упругой энергии. jPля резкого срабатьгаания давления на забое скважины производят разгерметизацию устья скважтп 1 При этом под действием другой энергии происходит выброс части продавочной жид кости из скважины,ЧТО приводит ксниже ншо забойнсяч) давления до величины, равной или меньшей гидростатического давления столба пресной воды. Резкое снижение давления в забое скважины обес печивает интенсивное смыкание трешин в ограниченной прискважинной чести тампойируемого объема, где тампонажный раствс не теряет своей подвижности При этом происходит удаление из присква жинной зоны части несхвативше1-ося тампсшажного раствора, сближение блоков iгорной породы и их сцепление с твердым тампонажньш раствором. В предлагаемой технологии процесс снижения давления осуществляется в значительно более короткие сроки, чем время закачивания и пр(%авливания буферной жидкости и тампонажного раствора. ПоэTOity область влияния этой операции распространяется только на приствольную зону, где и происходит смыкание трешин. На фвЕг. 1 изображена схема скважины на фиг. 2 - схема обвязки устья и цемен тировочной техники при ликвидации рапо. проявления. При бурении скв&жшш на месторождеЯВВ З варды вскрыта рапонасышенная линза мошностью 5 м ((|яг. 1). Интервал залетания линзы 250-25О5 м. Фактическая конструкция скважины: кондуктор , 1 0 299 X 500 ММ} промежуточная колонна 0 219 X 2400 м. Промежуточная колонна 2 составлена из труб груп-. пы прочности Р-110 с толшиной стенки мм, опрессованных на noBepxHoct-H и после спуска Б скважину водой давлена ем 500 кгс/ск/ : При бурении использовались бурЕСПЬНые трубы 3 0 114 мм с высаженными наружу концами и повернутыми замками -155. Устье скважины обвязано по стандартной схеме: колонная головка 299 х 219 (4), крестовина 5 превенторной установки, два плашечных превентора 6, надпревенторная катушка 7, связанная с желобом 8. После вскрБ1тия рапонасьпценной линзы колонну бурильных труб 3 подняли из скважины на поверхность. Рапа изливалась из скважины по желобу 8 в приемную емкость 9 бурового насоса, где ос цествлялось измерение расхода с помощью дистанционного указателя уровня УП-11М (на фиг. 1 не показано). При этом боковой люк 10 открыт, а поперечный 11 закрыт. В процессе стравливания рапы первоначальный расход ее составлял 50 . Стравливание рапы продолжали до стабилизации расхода .15 м v ч. Плотность рапы на поверхноств,. замеренная ареометром, составляла 1г28 г/см . К моменту стабилизации расхода общий объем излившейся рапы составил 15О м . Сразу же после стабилизсихии расхода определили приемистость пласта. С этой целью в скважину до глубины 500 м спустили бурильные трубы 3, которые подвескпи на элеваторе 12, установленном на роторе 13. На верхний замок колонны бурильных труб 3 навернули арматуру высокого давления, состоящую из стволовой задвижки 14, крестовины 15 с боковыми задвижками 16, буфера 17 и манометра 18, Лля предотвращения выталкивания колонны бурильных труб 3 из скважины при возникновении выталквваюшей силы, превышающей вес труб в арматуры, последние закрепили к вьш1ечному основ шию буровой установки стальными канатами 19. К задвижкам 16 присоединили линии от блока 20 Манифопьда БМ-7ОО (фиг. 2), соединенного с насосными агрегатами 4АН-7ОО. Устье 21 скважины загерметизировали плашечными превенторами 6 (фиг. 1) и задвижками крестовины 5. Избыточное да вление на устье, контролируемое манометром 18, после герметизации устья в течение одного часа достигло 28О кгс/см и стабилизировалось. Включили насосный агрегат 4АН-700 н начали закачивание рапы в скважину. При достижении избыточного Х1авления на устье величины 320 кгс/см рапонасышенная линза начала принимать рапу jtpK расходе 13 л/с, а при избыточном давлении 43О кгс/см расход увеличился до 15 л/с. Величина приемистости при избыточном давлении 430 кгс/см в процессе прокачивания рапы в течение одного часа не изменгоюсь. Устье скважины разгерметизировали, продолжили стравливание рапы с измерением расхода и общего объема излившейся рапы. Произвели подготовительные работы для тампонирования рапонасьпденной линзы. С этой целью произвели обвязку устья скважины и цементировочной техни ки по схеме, показанной на фиг. 2. К задвижкам 16 крестовины 15 , установленной на устье, присоединили нагнетательные линии 22 от блока БМ-700 Манифольда 20, связанного с насосными агрегатами ЧАН-7ОО 21 и станцией СКЦ-2М 23. Цементосмеситепьные машины 2СМН-20 (24) затарили материалом для приготовления тампрнажного раст вора и обвязали с цементирово гаыми агрегатами 11А-320М 25. Нагнетательные линии агрегатов I1A-320M связали через блоки 26 задвижек и тройники 27 с всасьшаклцими линиями насосных агрегатов УАИ-700 и нагнетательными линиями ком прессоров 28 УКП-80. Подачу буферной жидкости, жидкости затворенЕЯ и продавочной жидкости в агрегаты ЦА-320М осуществл$ыш буровыми насосами через блок 2О Манифопьда БМ-700 по гибким шлангам. В процессе обвязки цементировочной техники приготовили гидрогельмаг ниевый раствор плотностью 1,ЗО г/см в количестве 30 м и глинистый раствор на основе бентонитового глинопорсшка плотностью 1, 20 г/см в объеме ВО м , которые откачали в емкости для хранения запасного раствора..Обработали воду для затворения тампойажного раствора по .рецептуре, разработанной в лаборатории. Рецептура была подобрана из расчета на.чала схватывания первйй порции тампонажного раствора (48,5 м) через 2 ч 50 мин после начата затворения и второй порции (48,5 м) -через 3ч 10мин.Первую порцию воды в объеме ЗО м для приготовления начальной порции тампонаж ного раствора плотностью 1,84 г/см с ускоренными сроками схватывания откачали в отдельную специально очшденную емкость для хранения химических реагентов, а вторую порцию воды в объеме 40 м для приготовления конечной поршга тампонажного раствора с замедленными сроками схватывания откачали в другую такую же емкость. Приемную емкость одного насоса очистили для подачи воды затворения, а приемную емкость второго насоса использовали для подачи буферной жидкости гидрогельмагниевого раствора и продавочной жидкости - бентонитового глинистого раствора. В емкости трех цементировочных агрегатов ЦА-32ОМ, связанных с левым насосным агрегатом 4АН-700, подали воду затворения в количестве 18 м , а в емкости трех дру1их цементтфовочных агрегатов ЦА-320М подали буферную жидкость (гидрогельмагниевый раствор) в объеме 18 м . Прист т1или к закачиванию буферной ЖИДКОСП1 с помощью правого насосного агрегата 4АН-70О и связанных с ним цеменпфовочных агрегатов IIA-320M при расходе 13 л/с и избытошом давлении на устье 32О кгс/см. Eicero откачали 30 м гидрогельмапгаевого раствора. Затем при той же самой производительности начали затворе1ше и закачивание тампонажного раствора левым насосным аг- регатом 4АИ-7рО и связанными с ним цементированными агрегатами УА-320М. Нагнетательные линии правого насосного агрегата и связшп1ых с ним цементировочных агрегатов промьути водой, подали воду затворения в емкости цементировочных агрегатов 11А-32ОМ и подготовили правый насосный агрегат ЧАН-70О для закачивания тампонажного раствора, затворяемого агрегатами ЦА-32ОМ. По мере закачивания тампонажного .раствора плотностью 1, 84 г/см избыточное давле1гае на устье начало снижаться и поэтому суммарный расход тайлонажного раствора после закачивания 10 м последнего довели до 15 л/с и поддержи вали постояннъ1М до окончания всей операции. Всего затворили и закачали в скважлну тампонажного раствора V - тр- су Ур-Pfe 54-ре. - o6teM тампонажного раствора, м ; C - вес одного тампО1 шжного цемента (12О т)} О, - количество тамлонажпого материала, требующееся для приготовления раствора, т; -плотность тампонажного цемента (3,1 г/см)j -пяотность тампонажного раствора по данным лаборатории (1,84 г/см ); |) - плотность воды затворения (1 г/см). Tp-I - /vv Из 97 м тампонажного раствора ,10 м закачали при расходе 13 л/с и 87 м - 15 л/с, т.е. общее время закачивания тампонажного раствора составтето 1 ч 48 мин. К моменту окончания закачивания там понажного раствора избыточное давление йа устье составило 180 кгс/смЧ Прястуяшш к закачиванию продавочной жидкости - бентонитового гапгаистого раствора, который подавался в скважину по той же схеме, что и тампонажный рас вор при суьдмарном расходе 15 л/с с одновременной аэрацией воздухом с помощью кс лпрессоров 28 УКП-80, подававших возотх при расходе 7 м /м раствора или 7 м/мин. Степень аэрации принята из расчета получения плотности аэрированяаго раствора ,р 1,0 г/см . В процессе закачивания продавочного рас гвора избыточное давление на устье скважины постепенно увепичивалось и по истечении 66 мин с начала продавливания в момент, когда было закачано вО м продавочного раствора, оно достигло . 365 кгй/см, а затем резко возросло до 450 кгс/см ; что свидетельствовало о начале схватьгоания первый порций тампонажного растворт в удаленной от ствола скважшы зоне.В этот момент процесс продавпиванин прекратили, открыли задвижки на крестов не Щ)евенторов 5 и произвели стравливание избыточного давления на устье до нуля, при этом часть раствора за счет энергии сжатой аэр ованной жидкости вытеснена из скважины и забойное давле ние на глубине рапонасыщенной линзы стало ниже условного гидростатического , что способствовало интенсивному смыка-, ВИЮ трещкн в ограниченной прискважинной части тампонируемого объема, ркважину гютавяэти на ОЗЦ в течение 24 ч, после чег разбурвтш до забоя цементный стакан, Оставшнйся в стволе скважины. Поступление рапы в ствол скважины прекратилось что обеспечило воамсжностъ дальнейшего углубления. Данный способ достаточно прост 1 реализуется с помощью стандартного оборудования. Предлагаемый способ обеспечивает возможность завершения бурения скважин, повшвших в рапопроявляющую зону без дальнейших осложнений (в настоящее время 90% скважин в таких случаях ликвидируется), снижает расход тампонажного материала на 35-40%, устраняет необходимость в использовании сверхутяжеленных растворов для задавливання рапы, имеющих высокую стоимость, и перекрытия обсадными колоннами рапопроявляющих зон. Формула йзобретения 1.Способ борьбы с ралопроявлением при бурении скважин, включающий стравливание рапы из рапонасыщенной линзы, закачивание и продавливание в линзу тампонажного раствора, отличающнйс я тем, что, с целью повыщения качесз ва изоляции рапонасыщенной линзы путем улучщения сцепления тампонажного материала с породой линзы и предотвращения нарущения цементного камня при одновременном снижении затрат, стравливание ралы производят до стабилизации ее рас5сода с одновременным измерением объема извлеченной рапы и в момент стабилизацки расхода рапы определяют приемнстооть зсйпонасыщенной линзы, после чего осуществляют закачивание буферной жидкости, а закачивание и продавлнвание тампонажного раствора в рапонасыщенную линзу осуществляют в суммарном объеме с буферной жидкостью, равном ЕЛИ мекьг шем объема извлеченной рапы при давлении, обеспечивающем расщирение трещин рапонасьш1еннсй линзы до момента резкого возрастания избыточного давления на . устье скважины, после чего производят резкий сброс давления до величины, ббеопечивающей максимальное смыкание трещин в приствольной зоне скважины. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве тампонаж- ного раствора используют раствор с ди(} ференцированными сроками схватывания, а закачивание тампонажиого раствора осуществляют в последовательности от порции раствора с меныиими сроками схватьтания в начале закачивания до порции .раствора с бопынимв сроками схватывания в конце закачивания. 3.Способ no п. 1, отличающийся тем, что в качестве буферной жидкости используют 1Л1д Х ГеПЬМШ1Ш€ВЫЙ раствор. 4.Способ по п. 1, о т л и ю щ и и с я тем, что в качестве продавочв жидкости используют аэрированный буровой раствор. 5.Способ ПОП.1, отлрчаюш И и с я тем, что величину давления закачивания и л|годавлнвавия буферной жидкости и тампоиажного раствора выёвракгг в пределах от гидростатического давления столба рапы До вблкчошы горного давления на забое скважины 6.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что сброс давления осуществляют до величины давления в пртзабойной зоне, равной или меньшей велиS7 чины гидростатического давления столба пресной воды. ИсточнЕоси информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Бетчер А 3. и Левин Н. П. Влияние залежей раны в соляных отложениях на щюводку t9iy(kncEOc сзсважив. - РНТС, сер. Бурение, М., ВНИИОЭНТ, 1973, выи 2k 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2935196/03 кл. Е21В 47/Ов. 1980. 3.Ситков Б. П. и др. Технология бурения и 1фепления скважин в условиях рапопроявлстий яа Оренбургском газо конденсатнсаи: месторождении. - Газовая промышленность. Экспресо-информапия, сер. Теология, бурение и разработка газовых месторождений , М., ВНИИЭгазпром, 1980, вып. 21 (прототип).

ferfeLfeLte

/ГгП v/ГгП v-7 о -/ о

f«

О

y

J

Hi

fe

vy

vy

Д.

J

J