СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЗОН ВОДОПРИТОКА СКВАЖИН
WATER INFLOW ZONES CEMENTING METHOD

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области цементирования зон водопритока в скважинах.
Известен способ цементирования скважины, включающий приготовление, закачку и продавку в скважину цементного раствора (суспензии) (Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. Изд-е 4, перераб. и доп. - М.: Недра. - 1978. - С.387).
Существенным недостатком стандартных суспензий цементных растворов является то, что они не могут использоваться при ликвидации заколонных перетоков, отключении пластов, герметизации эксплуатационных колонн и водоизоляционных работах, поскольку грубодисперсную суспензию цементного раствора нельзя прокачать в микрозазоры, микротрещины и низкопроницаемые участки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ цементирования зон водопритока скважин, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), установку открытого конца НКТ выше зоны водопритока, определение удельной приемистости, приготовление, закачивание цементной суспензии, начиная с фракции с меньшим размером частиц, продавку цементной суспензии, промывку остатков цементной суспензии в течение времени, необходимого для схватывания цементной суспензии при давлении на 0,3-0,5 МПа ниже конечного давления при продавке и оставление на время ожидания затвердения цементной суспензии (патент RU №2297515, МПК E21B 33/13, опубл. 20.04.07 г., Бюл. №11).
3
Недостатком данного способа является его малая эффективность из-за низкой проникающей способности цементной суспензии, приготовленной из стандартного портландцемента и разделенной на фракции, в низкопроницаемые участки. Основной недостаток стандартного портландцемента тампонажного состоит в том, что большая часть суспензии (фракция с самыми маленькими частицами в объеме от 50 до 75% от общего количества) ограничивается размерами сита с номером 0,8, что не позволяет цементной суспензии, разделенной на фракции, проникать в микрозазоры, микротрещины и низкопроницаемые участки. При продавке цементной суспензии на обычных режимах по расходу и давлению основная часть мелкой фракции будет двигаться преимущественно по высокопроницаемым участкам, а следующая за ней фракция осядет на входе в поры низко- и среднепроницаемого участка, что приведет к недостаточному охвату зон водопритока с малой и средней проницаемостью. Затем осуществляют промывку остатков цементной суспензии при давлении на 0,3-0,5 МПа ниже конечного давления при продавке. При этом довольно часто вымывается значительная часть цементной суспензии, ранее поглощенной зоной водопритока, что отрицательно сказывается на успешности цементирования скважин и необходимости производить повторные работы по догерметизации эксплуатационной колонны маловязкими отверждающимися истинными растворами (синтетические смолы или другие материалы) и, как следствие, приводит к дополнительным материальным затратам. При удельной приемистости зоны водопритока более 2 м/(ч·МПа) для достижения эффективности проводимых работ необходимо закачать большой объем цементной суспензии.
Техническими задачами предложения являются повышение эффективности цементирования зон водопритока в скважинах за счет перераспределения направления движения цементной суспензии, увеличение охвата цементирования зон водопритока при одновременной экономии цементной суспензии, а также исключение повторных работ по цементированию зон водопритока.
Технические задачи решаются предлагаемым способом цементирования зон водопритока скважин, включающим спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб, установку открытого конца насосно-компрессорных труб выше зоны водопритока, определение удельной приемистости, приготовление, закачку и продавку цементной суспензии, промывку остатков цементной суспензии и оставление на время ожидания затвердевания цементной суспензии.
3
3
3
Новым является то, что определяют удельную приемистость зоны водопритока на двух режимах работы насосного агрегата, при удельной приемистости более 2 м/(ч·МПа) закачивают последовательно буферную жидкость, водоизоляционную композицию до достижения удельной приемистости 0,5-2 м/(ч·МПа), затем в зависимости от удельной приемистости зоны водопритока определяют общий объем цементной суспензии, одновременно готовят цементную суспензию, состоящую из суспензии портландцемента тампонажного в количестве 35% от общего объема цементной суспензии и суспензии из микроцемента в количестве 65% от общего объема цементной суспензии, при удельной приемистости зоны водопритока 0,5-2 м/(ч·МПа) закачивают последовательно буферную жидкость, цементную суспензию из микроцемента, цементную суспензию из портландцемента тампонажного, затем увеличивают расход и давление закачки до предельно допустимого давления на эксплуатационную колонну и при таком расходе, не снижая давления, производят продавку буферной жидкости и всего объема цементной суспензии из микроцемента, затем уменьшают расход и давление закачки до минимально возможного, при котором скважина продолжает принимать, и продавливают цементную суспензию из портландцемента тампонажного в зону водопритока до получения нулевой приемистости, продавку останавливают и производят технологическую выдержку, далее осуществляют промывку остатков цементной суспензии из портландцемента тампонажного с противодавлением, равным конечному давлению продавки цементной суспензии из портландцемента тампонажного в зону водопритока.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Определяют интервал зоны водопритока. Ниже зоны водопритока устанавливают цементный мост. Спускают в скважину колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и устанавливают открытый конец НКТ выше зоны водопритока. Определяют удельную приемистость зоны водопритока на двух режимах работы насосного агрегата закачкой по НКТ технологической жидкости с плотностью, соответствующей плотности жидкости глушения скважины.
3
3
3
3
При удельной приемистости более 2 м/(ч·МПа), определенной при максимальном расходе работы насосного агрегата, с целью увеличения прочностных характеристик образующегося камня и экономии цементной суспензии производят закупоривание высокопроницаемых зон и снижение удельной приемистости зоны водопритока. Последовательно закачивают буферную жидкость, водоизоляционную композицию до достижения удельной приемистости в пределах 0,5-2 м/(ч·МПа), что выявляют при повторном определении удельной приемистости. Например, при обводнении скважины минерализованной водой плотностью 1150-1190 кг/м проводят закачку водоизоляционной композиции по схеме «буферная жидкость - низкомодульное жидкое стекло - буферная жидкость», при обводнении скважины минерализованной водой плотностью 1100-1150 кг/м проводят закачку по схеме «буферная жидкость - водный раствор хлористого кальция - буферная жидкость - низкомодульное жидкое стекло - буферная жидкость» и т.д. При необходимости плотность жидкого стекла возможно регулировать добавлением пресной воды. Благодаря этому расширяется область применения технологии. Объем водоизоляционной композиции выбирают в зависимости от удельной приемистости, определенной при максимальном расходе работы насосного агрегата, из таблицы 1.
Таблица 1
Удельная приемистость, м<sup>3</sup>/(ч·МПа), в пределах
Объем водоизоляционной композиции, м<sup>3</sup>
2,1-3
4-6
более 3
7-8
Затем в зависимости от удельной приемистости зоны водопритока, определенной при максимальном расходе работы насосного агрегата, определяют общий объем цементной суспензии из таблицы 2.
Таблица 2
Удельная приемистость, м<sup>3</sup>/(ч·МПа), в пределах
Объем цементной суспензии, м<sup>3</sup>
0,5-1
1,0-3,0
1-2
3,0-5,0
Для осуществления способа применяют:
- портландцемент тампонажный марки ПТЦ I-G-CC-I (ГОСТ 1581-96) при водоцементном соотношении 0,44;
3
- пресную воду плотностью 1000 кг/м для приготовления цементных суспензий и в качестве буферной жидкости;
2
- микроцемент СТМ «Soldstone» (ТУ 5732-001-91222887-2012) с содержанием 95% частиц размером не более 6 мкм и удельной поверхностью 900 м/кг при водоцементном соотношении 1 и модифицирующие добавки к нему, изготовленные CHEVRON PHILLIPS CHEMICAL COMPANY LP, США (имеются сертификаты соответствия, сертификаты на применение химпродукта в технологических процессах добычи и транспорта нефти):
- противоосадочный агент DIACEL ASA-100;
- понизитель водоотдачи DIACEL FL;
- пластификатор DIACEL RPM;
- пеногаситель DIACEL ATF;
- водоизоляционные композиции:
3
1) низкомодульное жидкое стекло (силикат натрия), выпускаемое по ГОСТ 13078-81 «Стекло натриевое жидкое». При взаимодействии низкомодульного жидкого стекла с минерализованной водой плотностью 1150-1190 кг/м мгновенно образуется устойчивый объемный осадок геля, который закупоривает высокопроницаемые зоны, снижает приемистость зоны водопритока и обладает высокой механической прочностью;
3
2) водный раствор хлористого кальция плотностью 1300-1380 кг/м (хлорид кальция ГОСТ 450-77). При взаимодействии водного раствора силиката натрия и хлорида кальция мгновенно образуется устойчивый объемный осадок геля кремниевой кислоты и силиката кальция, который закупоривает высокопроницаемые зоны, снижает приемистость зоны водопритока и обладает высокой механической прочностью.
Одновременно готовят цементную суспензию, состоящую из суспензии портландцемента тампонажного в количестве 35% от общего объема цементной суспензии и суспензии из микроцемента в количестве 65% от общего объема цементной суспензии.
3
3
3
Суспензию из портландцемента тампонажного готовят следующим образом. Пресную воду подают из автоцистерны насосом цементировочного агрегата в цементосмесительный агрегат с портландцементом тампонажным для приготовления суспензии портландцемента тампонажного с водоцементным отношением 0,44 и плотностью в пределах 1890-1910 кг/м. Из цементосмесительного агрегата суспензия портландцемента тампонажного поступает в чанок. Далее суспензию портландцемента тампонажного цементировочным агрегатом подают в смесительно-осреднительную установку для перемешивания до выравнивания плотности. Одновременно готовят суспензию из микроцемента в емкости. Для приготовления суспензии из микроцемента обвязывают нагнетательную линию цементировочного агрегата с емкостью и нагнетают пресную воду с температурой 20-23°C. Далее работой цементировочного агрегата создают в емкости циркуляцию пресной воды. В струю воды при постоянной циркуляции равномерно добавляют небольшими порциями противоосадочный агент DIACEL ASA-100. После его растворения равномерно небольшими порциями добавляют понизитель водоотдачи DIACEL FL, после его растворения небольшими порциями добавляют пластификатор DIACEL RPM и пеногаситель DIACEL ATF и циркулируют до полного растворения. Далее в циркулирующую воду (с растворенными ранее реагентами) при постоянном перемешивании работой цементировочного агрегата постепенно небольшими порциями подают микроцемент СТМ «Soldstone». После подачи всего объема сухого микроцемента в емкость раствор циркулируют до выравнивания его плотности. Плотность раствора при водоцементном отношении 1 находится в пределах 1580-1670 кг/м. Далее при удельной приемистости 0,5-2 м/(ч·МПа) при открытой затрубной задвижке последовательно закачивают буферную жидкость, цементную суспензию из микроцемента и цементную суспензию из портландцемента тампонажного. Доводят до зоны водопритока технологической жидкостью. Закрывают затрубную задвижку. Перед продавкой в зону водопритока цементной суспензии из микроцемента увеличивают его расход и давление с 0 до предельно допустимого давления на эксплуатационную колонну и при таком расходе, не снижая давления, производят продавку буферной жидкости и всего объема цементной суспензии из микроцемента. Благодаря этому увеличивается охват изолируемой зоны водопритока, что позволяет цементной суспензии из микроцемента проникать в микрозазоры, микротрещины и низкопроницаемые участки, размеры которых не превышают 6-10 мкм, куда обычная цементная суспензия из портландцемента тампонажного не проникает, так как основная мелкая фракция портландцемента тампонажного имеет размеры 10-50 мкм и составляет 90% объема. При этом цементная суспензия из микроцемента в полном объеме расходуется по назначению. Затем уменьшают расход и давление до минимально возможного, при котором скважина продолжает принимать, и продавливают цементную суспензию из портландцемента тампонажного в зону водопритока, при этом приемистость зоны водопритока уменьшается, давление повышается и при отсутствии приемистости (нулевая приемистость) давление резко поднимается до предельно допустимого на эксплуатационную колонну. Продавку останавливают и производят технологическую выдержку в течение 5 мин для определения эффективности закупорки зоны водопритока. Благодаря этому продавка цементной суспензии из портландцемента тампонажного позволяет цементной суспензии проникнуть в другие, не зацементированные суспензией из микроцемента зоны, что снижает приемистость до нулевой (отсутствие). Тем самым происходит закрепление устья пор и трещин. Если давление не снизилось, интервал зоны водопритока герметичен. В случае снижения давления продавку осуществляют циклами, не превышая допустимого давления на эксплуатационную колонну. Осуществляют промывку остатков цементной суспензии из портландцемента тампонажного с противодавлением, равным конечному давлению продавки цементной суспензии из портландцемента тампонажного в зону водопритока, что позволяет предотвратить выдавливание цементных суспензий из зоны водопритока (цементной суспензии из микроцемента, цементной суспензии из портландцемента тампонажного). Благодаря этому отпадает необходимость производить повторные работы по догерметизации эксплуатационной колонны маловязкими реагентами (синтетические смолы или другие материалы). Скважину закрывают и оставляют на время ожидания затвердевания цементной суспензии (ОЗЦС) на 24 ч. После истечения времени ожидания затвердевания цементной суспензии путем доспуска НКТ определяют наличие и местоположение цементного моста. Затем разбуривают цементный мост и спрессовывают эксплуатационную колонну избыточным давлением, а для добывающих скважин - дополнительно снижением уровня свабированием.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. В интервале 1770-1790 м была обнаружена зона водопритока. Установили цементный мост на глубине 1800 м. Спустили в эксплуатационную колонну насосно-компрессорные трубы (НКТ) и установили открытый конец НКТ на глубине 1750 м. Предельно допустимое давление на эксплуатационную колонну - 10,0 МПа. Определили удельную приемистость зоны водопритока:
3
3
- при максимальном расходе 4,2 л/сек приемистость - 360 м/сут при давлении 10,0 МПа. Удельная приемистость - 1,5 м/ч·МПа;
3
3
- при минимальном расходе 1,2 л/сек приемистость - 100 м/сут при давлении 5,0 МПа. Удельная приемистость - 0,8 м/ч·МПа.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Выбрали объем цементной суспензии 4 м по таблице 2. Приготовили цементную суспензию, состоящую из портландцемента тампонажного в количестве 35% (1,4 м) от общего объема цементной суспензии и суспензии из микроцемента в количестве 65% (2,6 м) от общего объема цементной суспензии. Затем при открытой затрубной задвижке закачали последовательно 0,1 м буферной жидкости из пресной воды, 2,6 м цементной суспензии из микроцемента и 1,4 м цементной суспензии из портландцемента тампонажного. Довели до зоны водопритока технологической жидкостью в объеме 1,0 м. Закрыли затрубную задвижку. Перед продавкой в зону водопритока цементной суспензии из микроцемента увеличили расход с 0 до 4,2 л/сек и давление с 0 до 10,0 МПа. При таком расходе, не снижая давления, произвели продавку насосным агрегатом буферной жидкости из пресной воды и 2,6 мцементной суспензии из микроцемента. Затем снизили расход с 4,2 до 1,2 л/сек и давление с 10 до 5,0 МПа. При таком расходе, не снижая давления, продавливали 0,7 м цементной суспензии из портландцемента тампонажного, при этом давление постепенно повышалось до 7,0 МПа и резко поднялось до 10,0 МПа. Продавку остановили, произвели технологическую выдержку в течение 5 мин - герметично. Далее давление снизили до 7,0 МПа (равно конечному давлению продавки цементной суспензии из портландцемента тампонажного в зону водопритока) и произвели промывку с противодавлением остатков цементной суспензии из портландцемента тампонажного. Затем скважину закрыли и оставили на время ожидания затвердевания цементной суспензии (ОЗЦС) - на 24 ч. После истечения времени ОЗЦС путем доспуска НКТ определили наличие и местоположение цементного моста. Он находился на глубине 1750 м. Разбурили цементный мост. При испытании на герметичность под давлением 10,0 МПа и снижении уровня свабированием эксплуатационная колонна показала полную герметичность.
3
3
3
3
Пример 2. Выполняют, как пример 1. Удельная приемистость зоны водопритока при максимальном режиме работы насосного агрегата 3 м/(ч·МПа), скважина обводнена минерализованной водой плотностью 1150-1190 кг/м. Закачали последовательно буферную жидкость из пресной воды, водоизоляционную композицию на основе жидкого стекла в объеме 6 м до достижения удельной приемистости 2 м/(ч·МПа). Для проведения работ использовали низкомодульное жидкое стекло, выпускаемое по ГОСТ 13078-81 «Стекло натриевое жидкое». Определили удельную приемистость зоны водопритока:
3
3
- при максимальном расходе 4,5 л/сек приемистость - 390 м/сут при давлении 8,0 МПа. Удельная приемистость - 2 м/ч·МПа;
3
3
3
3
3
- при минимальном расходе 1,2 л/сек приемистость - 100 м/сут при давлении 4,0 МПа. Удельная приемистость - 1 м/ч·МПа. Общий объем цементной суспензии - 5 м, приготовили цементную суспензию, состоящую из портландцемента тампонажного в количестве 35% (1,75 м) от общего объема цементной суспензии и суспензии из микроцемента в количестве 65% (3,25 м) от общего объема цементной суспензии. Закачали цементную суспензию, продавили и произвели срезку аналогично примеру 1.
3
3
3
Пример 3. Выполняют, как пример 1. Удельная приемистость зоны водопритока 3,5 м/(ч·МПа), скважина обводнена минерализованной водой плотностью 1100-1150 кг/м. Произвели закачку водоизоляционной композиции по схеме «буфер - водный раствор хлористого кальция -буфер - низкомодульное жидкое стекло - буфер» до достижения удельной приемистости 0,5 м/(ч·МПа). Для проведения работ использовали низкомодульное жидкое стекло, выпускаемое по ГОСТ 13078-81 «Стекло натриевое жидкое», а в качестве отверждающей жидкости использовали водный раствор хлористого кальция плотностью 1,30-1,38 г/см (хлорид кальция ГОСТ 450-77). Определили удельную приемистость зоны водопритока:
3
3
- при максимальном расходе 1,6 л/сек приемистость - 140 м/сут при давлении 11,5 МПа. Удельная приемистость - 0,5 м/ч·МПа;
3
3
3
3
3
- при минимальном расходе 0,7 л/сек приемистость - 60 м/сут при давлении 7,0 МПа. Удельная приемистость - 0,35 м/ч·МПа. Объем цементной суспензии составил 1 м. Приготовили цементную суспензию, состоящую из портландцемента тампонажного в количестве 35% (0,35 м) от общего объема цементной суспензии и суспензии из микроцемента в количестве 65% (0,65 м) от общего объема цементной суспензии. Закачали цементную суспензию, продавили и произвели срезку аналогично примеру 1.
Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность цементирования зон водопритока в скважинах за счет перераспределения направления движения цементной суспензии, увеличения охвата цементирования зон водопритока при одновременной экономии цементной суспензии, а также исключить повторные работы по цементированию зон водопритока.