Патент на изобретение №2398955

(54) СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства скважины и может найти применение при креплении нефтяной или газовой скважины, а также при ремонтных работах, связанных с цементированием. В способе крепления скважины с использованием цементного раствора, включающем последовательное закачивание моющей буферной жидкости, трех порций цементного раствора, в качестве первой и второй порций цементного раствора используют цементный раствор плотностью 1650-1750 кг/м³ с эрозионными свойствами, содержащий смесь портландцемента тампонажного и абразивного материала – мелкодисперсного песка кварцевого со средним размером зерен не более 1 мм в мас. соотношении от 100:8 до 100:10, а также поливинилспирт – ПВС-ВР – в количестве 0,4-0,6% и пеногаситель в количестве 0,04-0,06% по массе цемента, а в качестве третьей порции используют указанный цементный раствор, содержащий дополнительно хлористый кальций в количестве 2% и хлористый натрий в количестве 1% по массе цемента и с плотностью не менее 1850 кг/м³. Технический результат – повышение качества разобщения пластов и повышение эффективности удаления глинистой корки. 1 табл.

Изобретение относится к области строительства скважины и найдет применение при креплении нефтяной или газовой скважины, а также при ремонтных работах, связанных с цементированием.

Известен способ крепления скважины (см. а.c. SU 1686129, 5 Е21В 33/13, опубл. в Б.И. 39, 23.10.1991 г.), включающий подготовку ствола скважины спуск обсадной колонны, промывку скважины промывочной жидкостью, закачку буферной жидкости и тампонажного раствора и продавку их в затрубное пространство. При этом подготовку ствола скважины осуществляют обработкой цементно-водной суспензией с водотвердым отношением 10-15 с созданием в ее потоке кавитационных волновых процессов.

Недостатком известного способа является то, что при его осуществлении не обеспечивается полного удаления бурового раствора из-за седиментационного расслаивания цементно-водной суспензии, а введение в суспензию полимерных добавок типа ПАА, КМЦ, ГИПАНа не представляется возможным, поскольку в описании к патенту отсутствует оптимальная их дозировка, а также цена. Кроме того, способ требует дополнительных спуско-подъемных операций для обработки стенки скважины созданием кавитационных волновых процессов, что требует затрат времени и привлечения технических средств.

Известен способ подготовки скважины к цементированию (см. a.c. SU 825864, 6 Е21В 33/138, 1981 г.), в котором для улучшения отмыва глинистой корки или удаления остатков бурового раствора используют абразивно-моющую жидкость.

Сущность способа заключается в следующем. В скважину последовательно закачивают вязкоупругий разделитель и абразивно-моющую жидкость, причем перед закачкой абразивно-моющей жидкости производят закачку разрыхлителя глинистой корки, а после закачки абразивно-моющей жидкости осуществляют кольматирование пор стенок скважины.

В качестве вязкоупругого разделителя закачивают 0,5%-ный водный раствор полиакриламида с 2%-ным водным раствором гексарезорциновой смолы и с 37%-ным формалином.

В качестве разрыхлителя закачивают 1-5%-ный водный раствор сульфата алюминия.

В качестве абразивно-моющей жидкости закачивают 100 вес.ч. саморассыпающегося шлака производства феррохрома с 96-104 вес.ч. песка и с 126-132 вес.ч. воды. Кольматирование осуществляется 100 вес.ч. цемента с 15-20 вес.ч. резиновой крошки и с 67-73 вес.ч. воды.

Недостатком известного способа является применение большого числа многокомпонентных буферных жидкостей, сложность технологии их приготовления. Кроме того, вязкоупругая разделительная жидкость, используемая для вытеснения бурового раствора, обладает недостаточной эффективностью. Объясняется это низкими касательными напряжениями, создаваемыми на стенках скважины полиакриламидсодержащими БЖ в силу наличия «скользящего эффекта», снижением вязкости и динамического напряжения сдвига в результате механической деструкции ВУР, а также невозможностью вытеснения утяжеленных буровых растворов в силу нерегулируемости плотности БЖ по известному способу.

Известна также буферная жидкость (см. патент 2268350, 6 Е21В 33/138, Б.И. 2 от 20.01.2006 г.), в которой для обеспечения качества цементирования скважины путем повышения эффективности выноса буферного раствора и удаления глинистой корки использованы алюмосиликатные микросферы, обладающие абразивным свойством. Она содержит в своем составе следующие компоненты, мас.%:

Данная композиция буферной жидкости частично устраняет недостатки буферной жидкости, используемой в способе по a.c. SU 825864, отмеченном выше. Она, однако, тоже многокомпонентная и имеет те же недостатки в части удаления глинистой корки и остатков бурового раствора. В силу наличия «скользящего эффекта» абразивный материал в виде алюмосиликатной микросферы в полную меру не выполняет свою функцию, и ожидаемый эффект удаления полностью глинистой фильтрационной корки не обеспечивается.

Известна абразивсодержащая тампонажная смесь (см. патент RU 2245989, МПК 7 Е21В 33/138, опубл. в Б.И. 4, 10.02.2005 г.), которая включает в мас.% портландцемент 50-76, кварц молотый пылевидный марки «Б» 20-40 и порошок магнезитовый каустический ПМК-87 остальное. Тампонажный раствор, приготовленный из этой тампонажной смеси, обеспечивает снижение скорости фильтрации и усадки тампонажного раствора.

Однако включенный в состав тампонажной смеси кварц пылевидный марки «Б» как абразив обладает малой эффективностью в части удаления остатков бурового раствора со стенок колонны и стенок скважины в силу использования его в виде тонкого помола до пылевидного состояния.

Известен «Способ цементирования скважины» (см. патент RU 2266390, 7 Е21В 33/14, опубл. в Б.И. 35 от 20.12.2005 г.), предусматривающий обеспечение вытеснения бурового раствора и удаление его остатков со стенок скважины.

Способ включает последовательную закачку моющего буферного раствора в объеме 6 м³, приготовленного из моющего буферного порошка модифицированного, загущенной пачки высоковязкого тампонажного раствора в объеме 4 м³, цементирующего тампонажного раствора и порции цементного раствора для продуктивной зоны объемом 10 м³.

Известный способ по своей технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа.

Его недостатком является то, что загущенная пачка цементного раствора с помощью силиката натрия в количестве 1-1,5%, обладающая высокой вязкостью (1,92 г/см³), не обладает высокой эффективностью в удалении остатков бурового раствора со стенок колонны и скважины, поскольку она не содержит абразивного материала. Кроме того, осуществление способа не технологично, требует приготовления нескольких видов многокомпонентных растворов, что требует больших затрат времени, а также требует привлечения множества технических средств.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и качества удаления остатков бурового раствора со стенок колонны и скважины, упрощение технологии цементирования, а также снижение материальных затрат. Поставленная задача решается за счет того, что в способе крепления скважины с использованием цементного раствора, включающем последовательное закачивание моющей буферной жидкости, трех порций цементного раствора, в качестве первой и второй порций цементного раствора используют цементный раствор плотностью 1650-1750 кг/м³ с эрозионными свойствами, содержащий смесь портландцемента тампонажного и абразивного материала – мелкодисперсного песка кварцевого со средним размером зерен не более 1 мм в маc. соотношении от 100:8 до 100:10, а также поливинилспирт – ПВС-ВР – в количестве 0,4-0,6% и пеногаситель в количестве 0,04-0,06% по массе цемента, а в качестве третьей порции используют указанный цементный раствор, содержащий дополнительно хлористый кальций в количестве 2% и хлористый натрий в количестве 1% по массе портландцемента тампонажного и с плотностью не менее 1850 кг/м³.

Пример реализации изобретения

Способ осуществляют в следующей последовательности. Перед началом работы работники геолого-технической службы бурового предприятия по данным комплекса заключительных геофизических исследований уточняют интервалы разреза, подлежащие гидроструйной обработке, и другие параметры скважины, такие как глубина забоя, глубина установки технических средств оснастки эксплуатационной колонны, интервалы разреза кавернами, их диаметр, зенитный угол оси скважины, величина давления разобщаемых пластов. Затем приступают к подготовке ствола скважины к креплению, которая предусматривает: изоляцию зон поглощения бурового раствора, укрепление стенок скважины в интервалах залегания пород, склонных к разрушению, удаление фильтрационной корки из проницаемых участков ствола, укрепление адгезионной пленки на стенках скважины и обеспечение прохождения колонны до проектной глубины без осложнений.

По окончании вышеперечисленных работ проводят подготовительные операции для цементирования колонны. Для этого осуществляют расстановку цементировочной техники на горизонтальной площадке, собирают нагнетательную и водоподающие линии, набирают воды в мерные емкости ЦА-320М, прессуют нагнетательную линию на давление, в 1,5 раза превышающее ожидаемое рабочее давление при цементировании колонны.

Далее в колонну закачивают моющую буферную жидкость в объеме, примерно 6-10 м³, вслед за которой с использованием цементировочного агрегата ЦА-320М последовательно закачивают первые две порции цементного раствора, приготовленного с учетом глубины скважины от устья до продуктивного разреза в достаточном объеме для заполнения заколонного пространства в этом интервале. При этом в качестве первых двух порций используют цементный раствор с эрозионными свойствами из смеси портландцемента тампонажного с абразивным материалом в соотношении от 100:8 по массе и с плотностью 1650 кг/м³, обработанный полимерным реагентом – поливинилспиртом (ПВС-ВР) – в количестве 0,5%, и пеногасителя в количестве 0,05%, взятых по массе цемента. При этом в качестве абразивного материала используют мелкодисперсный песок кварцевый с средним размером зерна не более 1 мм. В качестве такого песка можно использовать пески кварцевые, выпускаемые отечественной промышленностью по ГОСТ 22551-77 или по ГОСТ 2138-91. Как показали стендовые и промысловые исследования, указанное соотношение смеси является оптимальным. Так, при содержании абразивного материала более 10 снижаются прочностные характеристики образуемого цементного камня из этого состава, а при содержании абразива менее 8 снижаются показатели эффективности удаления остатков бурового раствора с поверхности стенок колонны и стенок скважины.

Приготовление абразивсодержащего цементного раствора в промысловых условиях осуществляли путем добавления 800 кг песка кварцевого вручную в чанок с цементным раствором цементировочного агрегата ЦА-320М, приготовленного из портландцемента тампонажного в количестве 10 тонн.

При серийном использовании абразивсодержащего цементного раствора сначала готовят смесь цемента с песком централизованно. Затворение смеси тампонажного цемента с абразивом на объектах использования осуществляют по принятой технологии с водоцементным отношением 0,6-0,45.

Не прерывая процесс закачки, вслед за первыми двумя порциями цементного раствора с использованием цементировочных агрегатов ЦА-320М закачивают третий для разобщения пластов продуктивного разреза с содержанием такого же абразивного материала и в таком же соотношении, что и в первых двух порциях, но плотностью 1850 кг/м³, обработанный ПВС-ВР, пеногасителем, взятыми в том же количестве, что и для приготовления первых двух порций цементного раствора, а также дополнительно содержащий хлористый кальций (СаСl₂) в количестве 2% и хлористый натрий (NaCl) в количестве 1%, взятым по массе цемента, предназначенными для ускорения схватывания цементного раствора, оказывающими синергическое влияние друг на друга. Потребность в цементном растворе с эрозионными свойствами для третьей порции продиктована необходимостью наиболее полной очистки внутренней полости обсадной колонны и заколонного пространства скважины от остатков бурового раствора в процессе цементирования колонны. Кроме того, период структурирования цементного раствора с эрозионными свойствами превышает период структурирования цементного раствора, используемого для разобщения пластов продуктивного разреза, что предупреждает миграцию в заколонном цементном растворе нижних высоконапорных пластовых вод, а также на скважинах с альтитудой устья ниже 120 м в первый период ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ).

Абразивный цементный раствор при движении по колонне и заколонному пространству, соприкасаясь со стенками колонны и ствола скважины, подвергает эрозии и разрушает адгезионную пленку и фильтрационную корку глинистого раствора. В результате обеспечивается максимальное – до 90% удаление остатков бурового раствора в заколонном пространстве, что приводит и повышению напряженности контакта заколонного цементного камня с окружающей средой и к качественному разобщению пластов – степень разобщения увеличивается на 10%.

После окончания цементировочных работ и, следовательно, ОЗЦ геофизическими исследованиями, например по данным геофизических исследований приборами АКЦ и СГДТ, оценивают качество цементирования.

Абразивсодержащий цементный раствор с эрозионными свойствами подвергался анализу в лабораторных условиях института «ТатНИПИнефть» и ООО «Экобур» при t=20°C. Результаты лабораторных исследований сведены в таблицу.

Как видно из показателей таблицы, характеристики абразивсодержащего цементного раствора превышают показатели базовых цементных растворов, в том числе облегченных. Способ испытывался в промысловых условиях на скважинах ОАО «Татнефть». Результаты испытаний положительные.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем. Использование способа обеспечивает максимальное удаление остатков бурового раствора со стенок колонны и скважины, а также эффективное разрушение адгезионной пленки и фильтрационной корки глинистого раствора. В результате повышается напряженность контакта заколонного цементного камня с окружающей средой и, как следствие, качество разобщения пластов за счет добавления в цементный раствор доступного абразивного материала, обеспечивающего повышение эрозионных свойств цементного раствора – мелкодисперсного песка кварцевого – в сравнении с базовыми технологическими растворами.

Формула изобретения

Способ крепления скважины с использованием цементного раствора, включающий последовательное закачивание моющей буферной жидкости, трех порций цементного раствора, отличающийся тем, что в качестве первой и второй порций цементного раствора используют цементный раствор плотностью 1650-1750 кг/м³ с эрозионными свойствами, содержащий смесь портландцемента тампонажного и абразивного материала – мелкодисперсного песка кварцевого со средним размером зерен не более 1 мм в маc. соотношении от 100:8 до 100:10, а также поливинилспирт – ПВС-ВР в количестве 0,4-0,6% и пеногаситель в количестве 0,04-0,06% по массе цемента, а в качестве третьей порции используют указанный цементный раствор, содержащий дополнительно хлористый кальций в количестве 2% и хлористый натрий в количестве 1%, по массе цемента, и с плотностью не менее 1850 кг/м³.