Классификация тампонажных смесей для ликвидации зон поглощений бурового раствора

Если в системе скважина-пласт наблюдается гидродинамическое взаимодействие и поступление тампонажного раствора, этот процесс носит негативный характер и называется поглощением. Раствор поступает из скважины в пласт и значительно препятствует дальнейшему процессу строительства скважины.

При любом вмешательстве породы активно утрачивают устойчивость, также способны обваливаться и осыпаться. В результате этих явлений образуются пустоты, которые, в свою очередь, способствуют значительным потерям промывочной жидкости. Значительно ухудшается качество опробирования скважин [1].

Особенно уязвимыми по праву считаются породы, для которых характерны слабые связи между зернами, частицами и отдельными элементами.

Если своевременно не укрепить стенки скважины, продолжать дальнейшую работу бессмысленно.

Существует несколько методик, которые используются для искусственного улучшения прочностных и водофизических свойств горных пород. Условно их можно разделить на три категории: упрочнение, стабилизация и кольматация. Стабилизировать стенки скважины можно при помощи использования специальных растворов. Чтобы стабилизировать стенки используются несколько методов: полимеризация, цементация, смолизация и некоторые другие [1].

Если в горных породах наблюдаются каналы, ситуация существенно осложняется, потому что наблюдается поглощение буровых и тампонажных растворов. Еще одно потенциально возможное осложнение - гидравлический разрыв. Он возникает в том случае, если гидростатическое давление начинает превышать пластовое [1].

Важное условие для выбора состава смеси - легкость прокачивания смеси насосами, а также сохранение текучести в течение всего времени.

Как только смесь закачали, она должна затвердеть до нужной консистенции, проникнуть в любые трещины, но при этом важно, чтобы не произошло растекания. Другие важные характеристики смеси: безупречная сцеп-ляемость, хорошая восприимчивость к обработке, достаточная термостойкость, отсутствие усадки при затвердении, сохранение водонепроницаемости, инертность в отношении промывочным составам. Кроме того, она должна легко очищаться с оборудования и вспомогательных инструментов, не представлять опасности для людей и экологии.

К материалам, которые используются для приготовления таких смесей, также предъявляется рад требований. Но ключевыми выступают относительно невысокая стоимость, а также доступность. Кроме того, в процессе хранения их первоначальные свойства должны оставаться в неизменном состоянии. Однако следует отметить, что до сих пор не изготовлены тампонажные смеси, которые полностью соответствовали бы всем предъявляемым требованиям.

Поглощающими объектами могут быть:

• -    продуктивные нефтегазоносные и водоносные пласты с большой пористостью и проницаемостью и относительно невысоким пластовым давлением;

• -    трещиноватые и кавернозные породы, а также породы, перемятые и нарушенные тектоническими сдвигами, карстовые пустоты;

• -    дренированные пласты, т. е. продуктивные нефтегазоносные и водоносные пласты, в которых в результате продолжительной эксплуатации снизилось давление, образовались дренажные каналы, по которым может перемещаться промывочная жидкость.

Образование новых или раскрытие естественных трещин происходит при условии:

р с.т +р г.д >р пл +р р

• г де: р с.т. - гидростатическое давление в стволе скважины;

• р пл - пластовое давление;

• р г.д. - гидродинамическое давление;

р р - гидравлическое сопротивление растеканию тампонажного или бурового раствора по каналам в породе горной, вскрытым скважиной.

Ориентировочно давление гидроразрыва пласта можно оценить по формуле:

ргр=(0,49-0,91)рг, где: рг - геостатическое (горное давление) [2].

Различают три категории исследования зон поглощения:

• -    малой интенсивности (до 10-15 м³/ч);

  - средней интенсивности (до 40-60 м³/ч);

• -    высокоинтенсивные (более 60 м³/ч).

Основные задачи исследования зон поглощения сводятся к определению:

• -    границы (мощности) зоны поглощения;

• -    показатели пластового давления;

• -    взаимодействие пластов, а также их направление внутри перетоков;

• -    уровень интенсивности поглощения;

• -    дислокация и габариты сужений, а также каверн;

• -    тип коллектора;

• -    габариты каналов;

• -    потенциально возможные осложнения;

• -    прочность и давления гидроразрыва пород;

• -    подготовленности ствола скважины к переходу на промывку другим раствором и к цементированию колонны;

• -    мероприятия, направленные на предотвращение и устранение последствий негативных явлений [3].

Все методы борьбы с поглощениями можно подразделить на две группы:

• -    методы, позволяющие восстановить и поддерживать гидродинамическое равновесие с пластовой жидкостью поглощающей зоны;

• -    методы, позволяющие создать малопроницаемую или непроницаемую изолирующую среду или оболочку на границе, раздела скважина поглощающий пласт.

Если рассматривать методики, принадлежащие к первой категории, то они направлены непосредственно на то, чтобы наиболее качественно и эффективно предупреждать поглощение смесей. При этом используются такие способы, как: регулировка гидродинамического и статического давления, корректировка состава и свойств циркуляционного агента, изменение фильтрационных свойств поглощающей среды [3].

Методики, принадлежащие ко второй группе, работают в том случае, если негативное явление уже произошло. Они направлены на то, чтобы как можно скорее устранить последствия случившегося. Так, они работают на изменение проницаемости поглощающей среды или полностью изолируют ее [3].

Мероприятия по предупреждению поглощений при бурении:

• 1.    Регулирование плотности бурового раствора путем совершенствования очистки его от песка и частиц выбуренной породы с помощью хим. реагентов, тщательного соблюдения правил химической обработки раствора и его разбавления .Добавление в раствор нефти и при необходимости аэрация его. Добавление в раствор микросфер.

• 2.    Регулирование реологических параметров бурового раствора (снижение его вязкости

• 3.    Ограничение скорости спуска инструмента, плавный пуск буровых насосов и недопущение резкого расхаживания инструмента.

• 4.    Улучшение конструкции скважин для избегания воздействия утяжеленных растворов, применяемых при проходке нижележащих пород, на вышележащие породы. Указанные мероприятия на практике разрешили многие вопросы, связанные с предупреждением и ликвидацией поглощений, сократив их число на 50-90%.

и статического напряжения сдвига (СНС). При этом необходимо учитывать, что высоковязкие и высоко-коллоидные растворы способствуют ликвидации поглощений в маломощных пластах, сложенных несцементированным материалом.

Мероприятия по ликвидации поглощений:

• 1.    Применение закупоривающих материалов (наполнителей), которые в зависимости от условий бурения добавляют в циркулирующий буровой раствор, или путем разовой закачки в зону поглощения порции специальной жидкости с наполнителем;

• 2.    Закачивание тампонажной смеси в зону поглощения. Данный способ рекомендуется предусматривать в следующих случаях когда:

• -    интенсивность поглощения не менее 30 м³/ч;

• -    зона поглощения расположена на глубине менее 2000 м, а выше нее нет высокопроницаемых пластов;

• -    необсаженный ствол скважины сложен;

• 3.    Установка профильного перекрывателя в интервале зоны поглощения;

• 4.    Спуск и цементирование обсадной колонны. Данный способ применим если ни один из перечисленных выше способов ликвидации поглощения не дает результата.

Материалы закупоривающие (наполнители)

Роль наполнителей выполняют такие материалы, как:

• -    кордное волокно, выбуренный шлам, хромовая стружка, резиновая крошка, опилки, ореховая скорлупа, реактопласты, целлофановая стружка и др. [3].

По качественной характеристики наполнители подразделяются на три категории:

• -    пластинчатые – активно используются в тех случаях, когда нужно выполнить закупорку пластов крупнозернистого гравия и трещин, размер которых не превышает 2,5 мм: слюда, целлофан, шелуха и др.;

• -    волокнистые – могут иметь разное происхождение: растительное, животное и минеральное;

• -    зернистые – перлит, пластмассовая крошка, измельченная скорлупа орехов и др. [3].

По типу наполнители, которые используются для ликвидации поглощений, можно разделить на несколько групп (каждый тип обладает своими характерными особенностями):

• 1.    Отходы латексных изделий (ВОЛ) – нашли свое применение при работе с проницаемыми породами, где образуются трещины средних размеров.

• 2.    Наполнители, изготовленные на основе латекса (ВУС) – их неоспоримое преимущество заключается в отличной вязкости.

• 3.    Водная дисперсия резины (ВДР).

• 4.    Низкозамерзающая латексная композиция (НЛК) – незаменима в случае ликвидации поглощений интенсивного характера, возникающих в процессе бурения.

• 5.    Целлофановая стружка – отличный материал, но не работает в том случае, если трещина больше 3 мм.

• 6.    Пластичный упругий наполнитель (ПУН) – отлично подходит для того, чтобы ликвидировать поглощения интенсивного характера [3].

• 7.    Резиновая крошка (частицы могут иметь как более мелкую, так и крупную фракцию).

• 8.    Мелкая резиновая крошка (МРК) – отлично подходит для пористых поверхностей и там, где есть мелкие трещины.

• 9.    Отходы кожемитового производства [4].

• 10.    Дробленая резина – для поглощений повышенной интенсивности.

• 11.    Кордонное волокно (включает примеси измельченной резины).

  Классификация тампонажных смесей для ликвидации поглощений

  

  Рис. 1 Классификация тампонажных смесей для изоляции зон поглощения (по В.И. Крылову)

  
  

Свойства тампонажных смесей, применяемых для цементирования обсадных колонн, во многом совпадают со свойствами тех, которые используют при работе с поглощениями. В обоих случаях пригодность определяется одними и теми же показателями.

Тампонажные смеси, которые используются при работе с поглощениями, должны обладать таким свойством, как увеличение вязкости в момент доставки к проблемному участку. Кроме того, в процессе продавливания в затрубное пространство они должны сохранять такой критерий, как подвижность.

Ключевым компонентом в процессе приготовления тампонажных смесей используются вяжущие основы. Чаще всего базовым компонентом выступает вяжущий неорганический портландцемент.

Если требуется закупоривание относительно больших трещин, целесообразно использовать волокнистый цемент. Базовым компонентом для его изготовления выступает портландцемент. В качестве волокнистого наполнителя применяют материалы, имеющие минеральное и органическое происхождение.

Длина волокон не превышает показатель 10 см, а при их включении в состав портландцементов порошкообразной резины на выходе получаются пластический цементы.

Тампонажные растворы отличаются друг от друга по разным показателям. Один из них – разное время схватывания. Благодаря этому, не получается тампонирующего эффекта и это указывает на удаление раствора от ствола скважины. Если используется смесь быстрос-хватывающего типа, то проникая в трещины, она разбавляется буровыми растворами или пластовыми водами, а потом превращается в камень. Такие тампонажные смеси готовят, используя тампонажные цементы. Но при этом вводятся, так называемые, ускорители процесса структурообразования. Такие добавки работают на существенное увеличение механической прочности цементного камня на начальной стадии твердения.

Чтобы ликвидировать катастрофические поглощения, активно используются самые современные изоляционные методы. Но в системе не все совершенно, потому что доработки требуют вопросы, связанные с предотвращением разбавления, а также размывом твердеющей тампонажной смеси пластовыми жидкостями и ее удержанию вблизи ствола скважины до затвердевания. Чтобы повысить устойчивость жидкости, целесообразно применять на практике вязкоупругие гелиевые системы. Кроме того, буферная жидкость на гелиевой основе способна удерживать смесь в приствольной части зоны поглощения от дей- ствия гидродинамического давления и гравитационной силы в процессе выполнения различных технологических манипуляций.

Заключение

Опыт борьбы с поглощениями буровых и тампонажных растворов показывает, что успех изоляционных работ в значительной мере определяется качеством применяемых тампонирующих смесей. Основные требования к ним и методам их испытания вытекают из специфических условий и технологии их применения.