4.3.5 Последовательность проведения работ при запакерованном затрубном

пространстве (НКТ - эксплуатационная колонна)

Последовательность проведения работ в скважинах, оборудован­ных пакером, такая же, как и в предыдущем разделе. Технологи­ческая схема крепления ПЗП приведена на рис. 4.5 [150].

Технология включает последовательное нагнетание технологичес­ких жидкостей в обрабатываемый интервал, рис. 4.6. При этом дополни­тельно не требуется операции по созданию противодавления в затруб­ном пространстве параллельно с закачиванием вяжущего состава.

Технология крепления ПЗП включает следую­щие подготовительные работы [150]:

• приготовление технологических жидкостей;

• определение приемистости пласта.

Последовательность нагнетания технологических жидкостей в об­рабатываемый интервал [150]:

• эмульсия силиката натрия - силикат натрия - 40 %, газовый конденсат - 60 %, ПАВ (неонол АФ 9-12) - 0,03 %;

• углеводородная жидкость (буфер);

• гелеобразующий состав - флотореагентоксаль - 60 %, газовый конденсат - 40 %;

• отверждающий состав - раствор CaCl₂ - 50 %, метанол - 50 %;

• продавочная жидкость - углеводородный технологический отстой.

Данная технология обеспечивает: предотвращение разрушения ПЗП:

• сохранение ФЕС закрепляемого интервала;

• увеличение межремонтного периода эксплуатации;

• сокращение материально-технических затрат при проведении ремонтно-восстановительных работах.

1 - фонтанная арматура; 2 - нагнетательная линия; 3-НКТ; 4 - пакер; 5 - эксплуатационная колонна; 6 - ПЗП

Рис. 4.5. Последовательность нагнетания технологических жидкостей

1 - колонна гибких труб; 2 - фонтанная арматура; 3 - устьевое оборудование колтюбинговой установки; 4 - колтюбинговая установка; 5 - эжектор; 6 - трой­ник; 7, 8 - цементировочный агрегат ЦА-320М; 9 - емкость для жидкого стекла; 10 - емкость для газового конденсата; 11 - емкость для гелеобразующего состава; 12 - емкость для отверждающего состава; 13-17 - задвижки; 18 - бустерная установка УНГ

Рис. 4.6. Технологическая схема обвязки устья скважины при проведении работ по креплению ПЗП с помощью колтюбинговой установки.

4.4 Технология восстановления разрушенной призабойной зоны

продуктивного пласта

4.4.1 Экспериментальные исследования технологических жидкостей и

материалов для создания сцементированного проницаемого песчаного

барьера при проведении ремонтно-восстановительных работ в скважине

Результаты влияния состава технологических жидкостей и режимов обработки керна на свойства сцементированного проницаемого песча­ного барьера приведены на основании лабораторных исследований [151].

При их проведении переменными факторами служили расход жид­кого стекла от массы намытого песка, его плотность, крупность песка, концентрация в гелеобразующей жидкости флотореагента Т-80, концен­трация в отверждающей жидкости хлористого кальция, расход гелеоб­разующей и отверждающей жидкостей, время и температура твердения сцементированного песчаного керна. Эти переменные факторы были сгруппированы между собой и с применением ортогонального планиро­вания проведены экспериментальные исследования. При этом другие факторы закрепляли на одном уровне.

Экспериментальные исследования по формированию намываемых песчаных кернов проведены на специальном стенде. Песок разной крупности, обработанный силикатом натрия, намывали в специальные фор­мы с помощью жидкости-песконосителя, затем последовательно про­давливали технологические жидкости для отверждения жидкого стекла (буферную, гелеобразующую и отверждающую).

После обработки результатов эксперимента получены линейные уравнения, где величина коэффициента перед переменными и знак ука­зывает на конкретный вклад каждого переменного фактора в значение величины отклика.

Для изучения зависимости свойств сцементированных песчаных кернов от влияния расхода жидкого стекла для обработки песка (X₁), плотности жидкого стекла (Х₂) и крупности песка (Х₃) эти факторы явля­лись переменными, и исследования выполнены с применением трехфакторного ортогонального плана.

Остальные факторы закрепляли на одном уровне. Содержание Т-80 в гелеобразующей жидкости составляло 60 %, хлористого кальция в отверждающей жидкости - 30 %, расход гелеобразующей и отверждающей жидкостей составлял 0,5 частей на одну часть объема песка. Время отверждения - одни сутки при температуре 20 °С.

После обработки результатов эксперимента были рассчитаны урав­нения, адекватно описывающие исследуемую поверхность отклика:

- газопроницаемость, мкм²

Y_г = 4,752 – 0,214Х₁ – 0,319Х₂ + 0,819Х₃ + 0,03Х₁Х₂ – 0,05Х₁Х₃ - (4.7)

– 0,09Х₂Х₃ – 0,04Х₁Х₂Х₃

- прочность при сжатии, МПа

Y_R = 3,91 + 0,5Х₁ + 0,295Х₂ + 0,11Х₃ + 0,08Х₁Х₂ + (4.8)

+ 0,03Х₁Х₃ – 0,004Х₂Х₃ + 0,005Х₁Х₂Х₃

Установлено, что повышение расхода жидкого стекла и его плотнос­ти для обработки песка приводит к снижению газопроницаемости песча­ных кернов за счет уменьшения объема открытой пористости. Увеличе­ние крупности песка способствует повышению газопроницаемости пес­чаных кернов. Это происходит за счет большей исходной пористости песка до крепления.

Прочность сцементированного песчаного керна растет пропорцио­нально расходу жидкого стекла, его плотности и крупности песка. Максимальная прочность песчаного керна получена при расходе жидкого стекла 30 мае. % от песка, его плотности 1400 кг/м³ и максимальной крупно­сти песка. Максимальная газопроницаемость песчаных кернов получена при расходе жидкого стекла 20 % от песка, его плотности 1300 кг/м³ и при максимальной крупности песка.

Б олее наглядно это можно увидеть на косоугольной диаграмме состав-свойства (рис. 4.7) [150].

Рис. 4.7 Влияние расхода и плотности жидкого стекла для обработки песка и крупности песка на свойства песчаного керна

Зависимость свойств сцементированных песчаных кернов от кон­центрации Т - 80 в гелеобразующем составе (X₁) и хлористого кальция (Х₂) в отверждающем составе исследовали с применением двухфакторного ортогонального плана. Остальные факторы закрепляли на одном уровне. Расход жидкого стекла составлял 30 мас. % от песка, его плот­ность - 1350 кг/м³, расход гелеобразующей и отверждающей жидкостей -0,5 от объема песка. Твердение песчаных кернов - одни сутки при темпе­ратуре 20 °С.

После обработки результатов эксперимента рассчитали уравнения регрессии.

Для песчаных кернов на крупном песке [150]:

- газопроницаемость, мкм²

Y_г = 5,611 – 0,215Х₁ – 0,021Х₂ – 0,006Х₁Х₂ (4.9)

- прочность при сжатии, МПа

Y_R = 4,248 + 0,223Х₁ + 0,128Х₂ + 0,04Х₁Х₂ (4.10)

Для песчаных кернов на мелком песке:

- газопроницаемость, мкм²

Y_г = 3,412 – 0,233Х₁ – 0,169Х₂ – 0,108Х₁Х₂ (4.11)

- прочность при сжатии, МПа

Y_R = 3,923 + 0,108Х₁ + 0,323Х₂ + 0,068Х₁Х₂ (4.12)

По знаку и величине коэффициента перед переменным фактором можно судить о его влиянии на исследуемый параметр песчаного керна.

Установлено, что газопроницаемость песчаного керна снижается более существенно при повышении концентрации Т-80 в гелеобразующем составе при повышении концентрации хлористого кальция в отверждающей жидкости. При этом прочность при сжатии песчаного керна с увеличением величины этих переменных возрастает, что связано с улуч­шением качества отверждения жидкого стекла. Максимальная проч­ность получена при концентрации Т-80 в гелеобразующем составе - 60 %, а хлористого кальция в отверждающей жидкости - 30 %. Максимальная проницаемость песчаного керна получена при концентрации Т-80 - 40 %, а хлористого кальция - 10 %. Более наглядно это можно проследить по диаграмме состав-свойство для песчаного керна на крупном песке, рис. 4.8 [150].

Расход гелеобразующего (X₁) и отверждающего (Х₂) составов также оказывает заметное влияние на свойства сцементированного песчаного керна. С целью изучения их влияния на газопроницаемость и прочность песчаных кернов из крупного и мелкого песка были проведены экспери­ментальные исследования с применением двухфакторных ортогональ­ных планов.

Постоянными закрепляли следующие факторы: расход силиката натрия – 30 % от объема песка, плотность жидкого стекла – 1350 кг/м³, концентрация Т-80-60 %, концентрация хлористого кальция – 30 %, время твердения – двое суток при температуре 22 ⁰С.

После обработки результатов исследований были рассчитаны уравнения регрессии.

Рис. 4.8 Зависимость свойств песчаного керна от концентрации Т-80 и хлористого кальция в технологических жидкостях

Для песчаных кернов на крупном песке [150]:

- газопроницаемость, мкм²

Y_г = 6,245 – 0,071Х₁ – 0,126Х₂ – 0,17Х₁Х₂ (4.13)

- прочность при сжатии, МПа

Y_R = 3,834 + 0,088Х₁ + 0,483Х₂ + 0,053Х₁Х₂ (4.14)

Для песчаных кернов на мелком песке:

- газопроницаемость, мкм²

Y_г = 4,569 – 0,094Х₁ – 0,139Х₂ – 0,344Х₁Х₂ (4.15)

- прочность при сжатии, МПа

Y_R = 3,715 + 0,125Х₁ + 0,435Х₂ + 0,105Х₁Х₂ (4.16)

Из уравнений видно, что увеличение расхода гелеобразующей жид­кости способствует некоторому повышению газопроницаемости песча­ного керна и его прочности, а повышение расхода отверждающей жидко­сти несколько снижает газопроницаемость, но существенно повышает прочность песчаного керна.

Максимальная прочность песчаного керна получена при расходе гелеобразующей и отверждающей жидкостей -1,5 объема на 1 объем об­рабатываемого песка.

Реакция взаимодействия жидкого стекла с отвердителями идет очень быстро, буквально за считанные минуты, что обусловило невоз­можность приготовления однорастворного состава вяжущего и вызвало необходимость применения технологии последовательного нагнетания в песчаный барьер гелеобразующей и отверждающей жидкостей. Вмес­те с тем было интересно проследить Влияние времени твердения на свойства сцементированного песчаного керна. Более наглядно это мож­но проследить на диаграмме состав-свойство для песчаных кернов на крупном песке в соответствии с рис. 4.9.

Рис. 4.9 Влияние расхода гелеобразующей и отверждающей жидкостей на свойства сцементированного песчаного керна

С другой стороны известно, что кинетика гидратации и твердения силикатов кальция тампонажных цементов во многом определяется тем­пературными условиями и в меньшей степени на эти процессы влияет давление.

При реакции жидкого стекла с хлористым кальцием также образуются гидросиликаты кальция. Поэтому вторым эффективно действующим на свойства песчаного керна фактором мы выбрали температуру твердения.

При проведении исследований переменными являлись зависи­мость проницаемости и прочности песчаного керна от времени (X₁) и температуры (Х₂) твердения. Остальные факторы закрепляли на одном уровне. Расход жидкого стекла составлял 30 мас. % от песка, его плот­ность - 1350 кг/м³, концентрация Т-80 - 60 % по объему, концентрация хлористого кальция - 30 мас. %, объемы гелеобразующего и отверждающего составов составляли 0,4-0,45 частей от объема песка. После об­работки результатов исследований были рассчитаны уравнения регрессии.

Для песчаных кернов на крупном песке [150]:

- газопроницаемость, мкм²

Y_г = 5,262 – 0,032Х₁ – 0,357Х₂ – 0,433Х₁Х₂ (4.17)

- прочность при сжатии, МПа

Y_R = 5,42 + 0,505Х₁ + 0,58Х₂ + 0,225Х₁Х₂ (4.18)

Для песчаных кернов на мелком песке:

- газопроницаемость, мкм²

Y_г = 3,024 – 0,044Х₁ – 0,138Х₂ – 0,276Х₁Х₂ (4.19)

- прочность при сжатии, МПа

Y_R = 5,125 + 0,375Х₁ + 0,545Х₂ + 0,215Х₁Х₂ (4.20)

Установлено, что время твердения (X₁) незначительно влияет на га­зопроницаемость, в то время как температура твердения (Х₂) существенно ее увеличивает. В то же время на прочность песчаного керна существенное влияние оказывают оба переменных фактора, увеличивая ее при возрастании температуры твердения.

Максимальная прочность и проницаемость песчаных кернов получе­на через трое суток твердения при температуре 60 °С. Объяснить это можно тем, что более полно прошла реакция твердения жидкого стекла, утончились пленки жидкого стекла на песке и летучие жидкости (газовый конденсат, спирт) освободили поровое пространство, что обеспечило песчаному керну большую проницаемость. Более наглядно распределение прочности и проницаемости в исследуемом поле отклика можно уви­деть на диаграмме состав-свойство для песчаных кернов на крупном песке в соответствии с рис. 4.10.

Рис. 4.10 Зависимость проницаемости и прочности песчаного керна от времени и температуры твердения