СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ИНТЕРВАЛОВ ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫХ ПОГЛОЩЕНИЙ В СКВАЖИНЕ И АЭРИРОВАННЫЙ ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
WELLS HIGH INTENSITY ABSORPTION INTERVALS INSULATION METHOD AND AERATED SLURRY FOR ITS EXECUTION

Изобретения относятся к нефтегазодобывающей промышленности и могут быть использованы при изоляции высокоинтенсивных (катастрофических) зон поглощений в скважинах при нормальных и повышенных температурах.
Известен способ проведения изоляционных работ при нормальных температурах путем закачки в зону поглощения полимерцементной пасты, приготовленной путем смешивания двух цементных суспензий, при следующем общем соотношении компонентов, масс.ч: портландцемент тампонажный 100; ПАА 0,14-0,20; хлорид кальция 3,5-5,0; вода 55-60 (Булатов А.И. и Данюшевский B.C. Тампонажные материалы. М.: Недра, 1987, с.242).
Технологические свойства известной полимерцементной пасты, приготовленной в лаборатории на основе этих реагентов, соответствуют предъявляемым требованиям, и паста может быть использована при реализации известного способа в условиях нормальных температур при катастрофических поглощениях. Однако приготовление этой пасты в условиях буровой вызывает трудности, т.к затворение, откачивание и смешивание двух цементных суспензий для получения определенных структурно-механических свойств осложнено непрокачиваемостью одной из указанных суспензий. Кроме того, для использования в условиях повышенных температур необходимо корректировать способ приготовления и свойства используемой пасты.
Также известен способ изоляции зон водопритока в скважине (Патент РФ №2237797, Е21В 33/138, опубл. 2004 г.), согласно которому производят последовательную закачку в зону водопритока полимерного состава и цементной суспензии. При этом полимерный состав имеет время отверждения 90-120 минут, а закачку цементной суспензии осуществляют после закачки разделительной жидкости, проявляющей одновременно свойства отвердителя полимерного состава и ускорителя сроков схватывания цементной суспензии, а до и после разделительной жидкости дополнительно осуществляют закачку подушек пресной воды. Указанный способ позволяет увеличить устойчивость изоляционного барьера.
Однако использование этого известного способа при изоляции высокоинтенсивных (катастрофических) поглощений неэффективно, т.к. при вскрытии осложненной зоны возникает постоянный переток пластовой жидкости, и даже укороченные сроки схватывания изоляционных полимерных и цементных составов не могут гарантировать их неразмываемость.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ изоляции поглощающих пластов (Патент РФ №2112133, Е21В 33/138, опубл. 1998 г.), по которому осуществляется порционная доставка тампонажного (цементного) раствора в зону поглощения. Эти порции чередуются с порциями вязкоупругого разделителя - полимерного состава, при этом обеспечивается равновесие давления в скважине и пласте.
Недостатком известного способа является то, что в процессе остановки закачки (выдержки вязкоупругого разделителя до потери текучести) происходит размывание полимерного состава пластовой водой, в результате нарушается его первоначальная концентрация и, как следствие, ухудшается устойчивость образующегося изолирующего барьера и нарушается равновесие давления. Поэтому в условиях высокоинтенсивных поглощений этот способ является неэффективным.
Известен тампонажный пеноцементный состав, содержащий в масс.ч: цемент 37-60; мел 7-30; поверхностно-активное вещество ПАВ-Синтанол - 0,5; вода - 33 (Патент РФ №2089717, Е21В 33/138, опубл. 1997 г.).
К основным недостаткам указанного известного тампонажного состава относятся удлиненные сроки схватывания и недостаточная прочность тампонажного камня, обусловленные тем, что отсутствуют ускорители сроков твердения, а мел, являясь инертной добавкой к цементу, не участвует в процессе гидратации. При наличии постоянного перетока в условиях высокоинтенсивных поглошений использование известного тампонажного состава для формирования изоляционного экрана неэффективно, т.к. он будет размываться.
Наиболее близким к рецептуре предлагаемого аэрированного тампонажного раствора по совокупности признаков является тампонажный пеноцементный состав, включающий базовую основу, содержащую в масс.ч: цемент 97,0-99,0; аппретированные стеклянные микросферы 1,0-3,0; ПАВ 0,5-0,7; сульфацел 0,3-0,4; хлорид кальция 3,5-4,0; вода 50,0 (Патент РФ №2176308, Е21В 33/138, опубл. 2001 г.). Известный тампонажный состав является эффективным в условиях аномально низких пластовых давлений за счет сокращения сроков схватывания, повышения прочности и снижения газопроницаемости формируемого цементного камня.
Недостатки использования этого состава в интервалах высокоинтенсивных поглощений заключаются в следующем. Часто сопутствующие катастрофическим поглощениям перетоки пластовой жидкости могут вымывать известный пеноцементный состав, установленный в интервале перетока. Для закрепления состава в зоне необходимо, чтобы он был неразмываемым либо обладал сильными адгезионными свойствами. Неразмываемым этот состав может стать только после отверждения в течение нескольких часов, а добиться мгновенного схватывания пеноцементных составов практически невозможно. В этом случае эффективность изоляционных работ в условиях высокоинтенсивных поглощений резко снижается.
Единый технический результат, достигаемый предлагаемой группой изобретений, заключается в сокращении времени проведения изоляционных работ, в обеспечении надежной изоляции в условиях катастрофических поглощений за счет снижения интенсивности поглощений путем повышения вязкоупругих характеристик используемых составов и прочности формируемого тампонажного камня.
Для достижения указанного технического результата предлагается способ изоляции интервалов высокоинтенсивных поглощений в скважине, включающий закачку в интервал поглощений цементного раствора и полимерного состава, причем согласно изобретению сначала осуществляют закачку цементного раствора и затем полимерного состава, при этом в качестве цементного раствора используют аэрированный тампонажный состав, который содержит базовую основу при следующем соотношении компонентов, масс.ч:
Портландцемент
85-100
Алюмосиликатные микросферы
до 15
Пенообразователь - анионное
ПАВ основе
смоляных и нафтеновых кислот
0,1-0,3
Ускоритель сроков схватывания
4,0-7,0
Вода
50-60,
3
и дополнительно - газообразный агент в количестве, обеспечивающем плотность аэрированного тампонажного состава 800-1000 кг/м, а в качестве полимерного состава используют полимерцементную пасту, полученную смешением композиции I, содержащей, мас.ч.
Вяжущее
100,0
Полиакриламид
до 0,3
Ускоритель сроков схватывания
5,0-8,0
Вода
40-50
Композиция II представляет собой 0,7-1,2%-ный водный раствор полиакриламида, причем в качестве вяжущего первая композиция содержит портландцемент или его смесь с бентонитовым глинопорошком при их массовом соотношении как (96,0÷99,8):(4,0÷0,2) соответственно.
В качестве ускорителя сроков схватывания базовая основа аэрированного тампонажного состава содержит хлорид натрия или хлорид кальция.
Композиция I полимерцементной пасты дополнительно содержит наполнитель - крупноразмерный 1-5 мм набухаемый полимер в количестве 1,0-2,0 масс.ч. В качестве крупноразмерного 1-5 мм набухаемого полимера первая композиция полимерцементной пасты содержит акриловый полимер или полисахарид. В качестве ускорителя сроков схватывания композиция I содержит хлорид натрия или хлорид кальция, или карбонат натрия.
Для достижение единого технического результата заявляемой группы изобретений предлагается аэрированный тампонажный состав на базовой основе, включающей портландцемент, поверхностно-активное вещество ПАВ - пенообразователь, микросферы, ускоритель сроков схватывания и воду, причем, согласно изобретению в качестве ПАВ-пенообразователя базовая основа состава содержит анионные ПАВ на основе смоляных и нафтеновых кислот, в качестве микросфер - алюмосиликатные микросферы, при следующем соотношении компонентов, масс.ч:
Портландцемент
85-100
Алюмосиликатные микросферы
до 15
Указанный пенообразователь
0,1-0,3
Ускоритель сроков схватывания
4,0-7,0
Вода
50-60,
3
при этом раствор дополнительно содержит газообразный агент в количестве, обеспечивающем плотность аэрированного тампонажного состава 800-1000 кг/м.
Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.
При изоляции катастрофических зон поглощений немаловажным является обеспечение равновесия системы скважина - пласт, которое напрямую зависит от плотности и вязкопластичных свойств используемых изоляционных составов. При катастрофических поглощениях движение изоляционных составов в пористой среде обязательно должно быть осложнено дополнительными сопротивлениями с увеличением вязкости при высоких скоростях сдвига. Такими свойствами характеризуются вязкоупругие составы. Учитывая, что пластическая вязкость аэрированных тампонажных составов в нормальных условиях на 3-4 порядка отличается от вязкости обычных цементных растворов и их плотность благодаря наличию газовой фазы (составы получаются аэрированием базовой основы) имеет низкие значения, поэтому они в условиях снижения давления имеют способность к расширению. В этом и состоит преимущество аэрированных систем при выборе изоляционных составов для зон высокоинтенсивных и катастрофических поглощений. При движении вязкоупругих составов в каналах с большим эффективным сечением сопротивление резко возрастает по степенному закону, что приводит к уменьшению глубины проникновения в эти каналы и более равномерному заполнению пор в приствольной зоне ствола скважины.
Выбор конкретной рецептуры и режима закачивания с аэрацией базовой основы тампонажного состава определяется расчетными данными в зависимости от давления поглощения, глубины расположения изолируемого интервала, его мощности и приемистости. При наличии постоянного перетока при катастрофических уходах использование только одного аэрированного тампонажного состава для формирования изоляционного экрана неэффективно, т.к. он будет размываться. Для закрепления изоляционного экрана из аэрированного тампонажного раствора необходимо дополнительно использовать неразмываемую полимерцементную пасту с короткими сроками схватывания. Предлагаемый способ предусматривает в качестве задавливающей пачки для аэрированного тампонажного раствора использовать быстротвердеющую полимерцементную пасту, состоящую из двух последовательно закачиваемых в скважину композиций.
Определение рецептуры обеих композиций полимерцементной пасты для конкретных промысловых условий производится по начальной пластической прочности в соответствии с результатами гидродинамических исследований поглощающего пласта и значениями репрессии на пласт при дальнейшем бурении и креплении. При необходимости выбирается и вводится в нее определенный размер наполнителей.
Благодаря предложенной последовательности операций в заявляемом способе и использованию для его реализации аэрированного тампонажного раствора и полимерцементной пасты при заявляемом компонентном содержании их рецептур обеспечивается надежная изоляция в условиях катастрофических поглощений за счет снижения интенсивности поглощений и сокращения времени проведения изоляционных работ.
Предлагаемый способ поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема обвязки оборудования, с помощью которого реализуется заявляемый способ.
При реализации предлагаемого способа в промысловых условиях осуществляют следующие операции в нижеуказанной последовательности:
3
- предлагаемый способ рекомендуется использовать на скважинах, характеризующихся зонами высокоинтенсивных поглощений, например свыше 5 м/ч;
- обвязка оборудования на скважине производится в соответствии с чертежом. Компрессор 1 обвязывается с аэратором 3. На выходе воздуховода из компрессора 1 необходимо установить обратный клапан 2. Два цементировочных агрегата 4 и 5 и смеситель 8 с сухой смесью (для последовательного приготовления и закачивания сначала базовой основы аэрированного тампонажного раствора, а затем полимерцементной пасты) обвязываются через тройник в линию на скважине 6.
- в скважину 6 спускают бурильные трубы и устанавливают их над зоной поглощения для закачки используемых изоляционных составов в интервал зоны поглощений;
- базовая основа тампонажного состава, состоящая из портландцемента, алюмосиликатных микросфер, пенообразователя, ускорителя сроков схватывания и воды после затворения откачивается в осреднительную емкость 7 и перемешивается там до стабилизации свойств в течение 15-20 мин;
3
- с использованием цементировочного агрегата 4 и компрессора 1 через аэратор 3 с расчетной степенью аэрации, которая обеспечивает получение состава плотностью 800-1000 кг/м, производится закачка в скважину расчетного количества аэрированного тампонажного раствора;
- далее на поверхности из цементосмесительной машины 8 с помощью цементировочного агрегата 5 затворяется первая композиция полимерцементной пасты, состоящей из портландцемента, бентонитового глинопорошка, полиакриламида, наполнителя - крупноразмерного 1-5 мм набухаемого полимера (при необходимости), ускорителя сроков схватывания и воды;
- с использованием цементировочного агрегата 5 производится закачка в скважину 6 расчетного количества композиции I полимерцементной пасты, минуя аэратор, при этом в линию из емкости цементировочного агрегата 5 одновременно подкачивается раствор полиакриламида (композиция II полимерцементной пасты) требуемой концентрации для формирования неразмываемых тампонов. Во время закачки по емкостям цементировочного агрегата необходимо контролировать расход пасты и давление на цементировочном агрегате;
- после окончания закачки работы в скважине 6 приостанавливаются на время ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) не менее 12 часов. По отобранным пробам полимерцементной пасты и аэрированного тампонажного состава необходимо вести контроль их схватывания;
- по окончании времени ОЗЦ в скважине замеряется статический и динамический уровень изоляционного материала и определяется глубина расположения «головы» цементного моста. После чего выдается заключение об успешности проведения работ по изоляции.
Аэрированный тампонажный раствор и полимерцементная паста были испытаны в лабораторных условиях. Для их приготовления были использованы следующие вещества:
- портландцемент марок ПЦТ-50, ПЦТ-100; ПЦТ 1G-CC-1;
- алюмосиликатные микросферы (ТУ 21-2237-94);
- бентонитовый глинопорошок (ТУ 480-1-334-91);
- полиакриламид марки Praestol 2530 (ТУ 2216-001-40910172-98);
- наполнитель - крупноразмерный 1-5 мм набухаемый полимер акрилового ряда В 615-3 или полисахарид Камцел 600 Стандарт;
- пенообразователь:
- пенообразователь «Пеностром» смесь анионных ПАВ - синтетических продуктов из поверхностно-активных и вспомогательных веществ на основе смоляных и нафтеновых кислот, выпускается ООО «СПО Щит» (г.Щебекино) по ТУ 0258-001-22299560-97;
3
- пенообразователь ПБ-2000 выпускается ОАО «Ивхимпром» (г.Иваново) - водный раствор смеси анионактивных ПАВ на основе смоляных и нафтеновых кислот с гидрофобными радикалами с добавкой стабилизатора пены, плотностью при 20°С в пределах 1000-1200 кг/м; рН в пределах 7-10;
кратность пены не менее 7; устойчивость пены не менее 360 сек;
3
- пенообразователь ЦПО-1 по ТУ 2482-040-40912231-2006; комплекс ПАВ на основе смоляных и нафтеновых кислот с добавкой стабилизатора пены, выпускается ООО «ПСК «Буртехнологии», плотностью 1020-1090 кг/м, кратность пены 3%-ного водного раствора не менее 4,5; устойчивость пены не менее 270 сек;
3
- пенообразователь «Морпен», смесь анионных ПАВ на основе смоляных и нафтеновых кислот с добавкой стабилизатора пены, выпускается ООО «СПО Щит» (г.Щебекино) по ТУ 0258-001-01013393-94; плотностью 1050-1200 кг/м, кратность пены 6%-ного водного раствора не менее 65; устойчивость пены не менее 600 сек;
- ускоритель сроков схватывания:
- хлорид натрия ТУ (2152-097-00209527);
- хлорид кальция (ТУ 2123-020-53501222-2001);
- карбонат натрия (ГОСТ 51100-85);
- вода техническая.
3
3
2
Пример приготовления аэрированного тампонажного раствора плотностью 900 кг/м. Брали 900 г портландцемента марки ПЦТ-50; 100 г алюмосиликатных микросфер; 50 г CaCl и 500 г воды. Затворяли раствор базовой основы плотностью 1650 кг/м. Далее после определения плотности и растекаемости при перемешивании раствора со скоростью 250 об/мин вводили 3 г пенообразователя ЦПО-1 с одновременной подачей газообразного агента - воздуха. Аэрирование производили до достижения плотности аэрированного тампонажного состава
3
2
900 кг/м. При этом получили аэрированный тампонажный раствор, приготовленный из следующей базовой основы, масс.ч: портландцемент ПЦТ 50 - 90,0;алюмосиликатные микросферы - 10,0; пенообразователь ЦПО-1-0,3;CaCl-5,0; вода-50,0.
Указанные растворы с другим количественным соотношением компонентов готовили аналогичным образом.
В дальнейшем проводили определение водоотделения, сроков схватывания и прочности цементного камня из полученного аэрированного тампронажного раствора по стандартным методикам в соответствии с ГОСТ 26798.1,2-96.
3
Пример получения полимерцементной пасты из двух композиций. Для приготовления композиции 1 брали 960 г портландцемента марки ПЦТ-50; 40 г бентонитового глинопорошка; 2 г сухого полиакриламида, 20 г наполнителя - набухаемого акриламида В 615-3, 50 г хлористого кальция и 400 мл воды. Затворяли цементную смесь (композицию I) плотностью 1880 кг/м. В отдельной емкости готовили 1%-ный (по массе) водный раствор полиакриламида (композиция II). Не прекращая перемешивания цементной смеси (композиции I) после получения однородного раствора и замера ее плотности и растекаемости порционно вводили в нее 100 мл композиции II - 1%-ного раствора полиакриламида. В процессе перемешивания получали полимерцементную пасту следующего общего состава, масс.ч:
портландцемент - 96,0; бентонитовый глинопорошок - 4,0; полиакриламид - 0,3; наполнитель - крупноразмерный 2-3 мм набухаемый полимер акриламида В 615-3 - 2,0; хлористый кальций - 5,0; вода - 50.
Полимерцементную пасту с другим количественным соотношением компонентов готовили аналогичным образом.
В ходе лабораторных испытаний устанавливали следующие свойства рекомендуемой для реализации предлагаемого способа полимерцементной пасты: плотность, растекаемость, пластическую прочность, густоту, водоустойчивость, сроки схватывания.
Определение плотности, растекаемости и сроков схватывания проводили по стандартным методикам в соответствии с ГОСТ 26798.1,2-96.
Определение остальных показателей проводили в соответствии:
- пластической прочности с ГОСТ 1440-42
- густоты с ГОСТ 310-41
- водоустойчивости с «Методикой определения водоустойчивости тампонажных составов», Пермь, ПермНИПИнефть, 1980.
Данные о содержании компонентов аэрированного тампонажного раствора и его свойствах приведены в таблице 1.
Данные о содержании компонентов полимерцементной пасты и ее свойствах приведены в таблице 2.
Данные, приведенные в таблице 1, показывают, что аэрированный тампонажный раствор характеризуется следующими свойствами:
3
- плотность тампонажного раствора (800-1000 кг/м) достаточна для создания равновесия скважина - пласт в условиях высокоинтенсивных поглощений;
- время до конца схватывания обеспечивает возможность проведения технологической операции и возможность формирования цементного камня в короткие сроки (до 5 ч);
- прочность цементного камня гарантирует неразмываемость цементного камня и временную изоляцию пласта.
Данные, приведенные в таблице 2, показывают, что полимерцементная паста характеризуется следующими свойствами:
показатели пластической прочности обеспечивают возможность прокачивания состава в течение времени, необходимого для проведения работ;
высокая водоустойчивость пасты позволяет сохранить изоляционный барьер при интенсивных перетоках пластовой жидкости.
Заявляемый способ изоляции был осуществлен в промысловых условиях на одной из скважин Пермского Прикамья. Исходные данные для проведения работ были следующие:
диаметр долота
490,0 мм
глубина спуска: кондуктора 426 мм направления 324 мм
50 м
глубина начала поглощения
44,5 м
плотность жидкости в скважине
1020 кг/м<sup>3</sup>
статический уровень
28 м
температура на глубине 50 м/70 м
5°С
уровень поглощения
катастрофический
На основании исходных данных была составлена Программа работ, в которой произведены расчеты степени аэрации, режимов и объемов закачки изоляционных растворов в соответствии с методическими пособиями ируководящими документами на основании конкретных термобарических условий скважины при возникновении поглощения.
В соответствии с указанной Программой работ на скважину были завезены материалы, реагенты и доставлены технические средства, необходимые для проведения технологических операций.
В процессе изоляции были использованы:
1. Цементировочный агрегат ЦА-320 - 2 ед.
2. Смеситель УС-6-30 - 2 ед.
3. Компрессор 2ГМ2,5-5,101 /герметизатор - 1 ед.
4. Осреднительная емкость УСО-20 - 1 ед.
3
Приготовление аэрированного тампонажного состава плотностью 850 кг/мпроизводили в следующем порядке:
3
- в мернике цементировочного агрегата 4 растворили на 4 м воды 480 кг хлористого кальция (6% к цементу);
- в смесительную машину 8 через шнек было затарено: 7,0 т цемента; 1,0 т алюмосиликатных микросфер с концентрацией: на 1 т цемента 140 кг микросфер. Затем смеситель был перетарен;
- приготовленную смесь компонентов закачали в осреднительную емкость 7 с перемешивающим устройством;
3
3
3
- пенообразователь в количестве 3,0 л на 1 м цементного раствора вводили в приготовленную смесь, перемешивающуюся в осреднительной емкости УСО 7, получая 7 м базовой основы плотностью 1650 кг/м;
- далее цементировочным агрегатом 4 производили откачивание в скважину 6 базовой основы на 3-й скорости с производительностью 12,4 л/с;
3
3
- при откачке производилась подача воздуха компрессором 1 в базовую основу с расчетной степенью аэрации при расходе 2 м/мин с получением при этом аэрированного тампонажного раствора плотностью 850 кг/м;
- время закачивания указанного состава составило около 10 мин;
- во время закачки контролировали расход базовой основы и давление на цементировочном агрегате 4.
3
Приготовление полимерцементной пасты - 5 м:
3
3
3
- сначала готовили цементный раствор (композицию I), для чего в смеситель 8 было затарено 7,2 т цемента и 300 кг бентонита и перетарено. В мернике цементировочного агрегата 4 подготовлено 4 м воды затворения с хлористым кальцием 10%-ной концентрации. Цементный раствор (композиция I) плотностью 1920 кг/м затворили в количестве 5 м;
- также был приготовлен в отдельной емкости цементировочного агрегата 5 1%-ный раствор полиакриламида (композиция II);
- далее производили откачивание полученного цементного раствора цементировочным агрегатом 4 в скважину с производительностью 8,2 л/с и при этом в линию порционно вводили приготовленный раствор полиакриламида из отдельной емкости цементировочного агрегата 5, т.е. в скважину закачивалась полимерцементная паста;
- в процессе откачивания была отобрана проба полимерцементной пасты, по которой определялось время формирования тампона с требуемыми свойствами и сроки его твердения до образования камня;
- через 20 мин после закачивания в скважину указанная паста стала непрокачиваемой, а через 1,5 ч затвердела. Динамический уровень установился на глубине 5 м. «Голова» цементного моста из полимерцементной пасты была обнаружена на глубине 10 м;
- далее скважина была оставлена на ОЗЦ. Затем бурение скважины было продолжено. Катастрофическое поглощение отсутствовало.
Таким образом, реализация предлагаемого способа изоляции в промысловых условиях с использованием заявляемого аэрированного тампонажного раствора и полимерцементной пасты показала эффективность его применения.