Изоляция поглощающих горизонтов глиноцементными растворами

При применении глиноцементных растворов задача заключается в заполнении всех трещин проницаемой зоны в определенном радиусе. Поэтому глиноцементные растворы должны нагнетаться при избыточных давлениях с герметизацией скважины. Вследствие сродства глинистой корочки и глиноцементного раствора трещины оказываются заполненными монолитной массой, обладающей хорошим сцеплением с горными породами. Так как глиноцементные тампонажные растворы имеют повышенную водоотдачу, содержание твердой массы в растворе, заполняющем трещины, больше, чем в исходном. Это приводит к увеличению прочности структуры раствора. Глиноцементный состав в трещинах при перепадах давления в системе пласт – скважина работает на сдвиг.

Рис.11. Схемы закачки тампонажных растворов

Закачка в скважину глиноцементных растворов производится в зависимости от глубины залегания проницаемого горизонта по одной из следующих схем (рис.11). При закачке по первой схеме раствор нагнетается через загерметизированное устье скважины (рис.11, а). К зоне поглощения раствор перемещается по стволу скважины, и после завершения закачки ствол остается заполненным глиноцементным раствором. Через 3-4 ч выдержки скважину чистят. Для этого в скважину на глубину 50-80 м опускают бурильные трубы и прокачивают через них глинистый раствор до полного замещения тампонажного раствора. Затем колонну бурильных труб удлиняют еще на 50-80 м, и операцию повторяют и т.д. Первая схема рекомендуется для изоляции поглощающих горизонтов, залегающих на глубине 150-200 м.

Если значительная часть скважины обсажена трубами, то для уменьшения расхода раствора и времени на промывку расчетный объем глиноцементного раствора продавливают к зоне поглощения глинистым раствором, для чего устанавливают разделительную пробку. Пробка не должна иметь больших зазоров со стенками скважины, так как при больших давлениях нагнетания тампонажный раствор выдавливается вверх и смешивается с продавочной жидкостью.

По второй схеме закачку производят при загерметизированном устье, но через колонну бурильных труб (рис.11, б). При этом бурильные трубы опускают на уровень кровли поглощающего горизонта. При закачке тампонажный состав поднимает промывочную жидкость под герметизатор, создавая гидравлический затвор. Такая схема тампонирования позволяет уменьшить загрязнение ствола скважины и снизить потери глиноцементного и промывочного растворов. Схема рекомендуется при глубинах залегания поглощающего горизонта 200-400 м и при статических уровнях до 50 м.

Недостаток этой схемы заключается в потерях тампонажного раствора в непоглощающих промывочную жидкость проницаемых горизонтах. Так как при изоляции поглощающего горизонта давление в скважине может подниматься до 15 МПа, может происходить раскрытие трещин в непроявивших себя проницаемых зонах и уход в них тампонажного раствора. В результате в изолируемую зону будет закачано меньше тампонажного раствора, чем нужно.

Проведенные наблюдения показали, что иногда в непоглощающие жидкость проницаемые горизонты, расположенные выше зоны поглощения, закачивается 50-80 % приготовленной тампонажной смеси.

Закачку по третьей технологической схеме производят по колонне бурильных труб через пакер, устанавливаемый выше кровли поглощающего горизонта (рис.11, в). При этом тампонажный раствор нагнетается только в заданный интервал, что обеспечивает минимальное загрязнение ствола скважины. Эта схема наиболее рациональна, так как позволяет более надежно контролировать закачивание раствора в зону поглощения. Рекомендуется при глубинах залегания поглощающих зон более 200 м.

При возникновении поглощений намного выше забоя тампонирование производят либо с установкой в подошве разбуриваемого пакера или специального моста, либо через двойное пакерующее устройство, которое герметизирует строго заданный интервал.

Для проведения изоляционных работ методом нагнетания глиноцементных растворов предусматривается подготовка скважины к закачке уже в период ее забуривания. Для этого во время установки кондуктора затрубное пространство надежно цементируется, причем длина кондуктора должна быть не менее 25-30 м.

Пакерующие устройства устанавливают в крепких непроницаемых породах на участке ствола скважины, лишенном каверн, нарушений и большой разработки. Место установки пакера выбирают по кавернограмме с нанесенным геологическим разрезом.

Глиноцементные растворы нагнетают обычно цементировочным агрегатом. При небольших глубинах залегания поглощающих горизонтов можно использовать буровые насосы.

Применение цементировочных агрегатов позволяет в более широких пределах регулировать технологические параметры закачки. Оснащение цементировочных агрегатов емкостью, связанной с насосом на уровне всасывающего патрубка, упрощает порционное приготовление глиноцементных растворов.

Последовательность ввода компонентов раствора следующая. Сначала в емкость заливают исходный глинистый раствор, затем при постоянном перемешивании вводят заданное количество цемента. Жидкое стекло доставляют в полученную смесь в процессе нагнетания, заливая его тонкой струйкой под всасывающий патрубок с одновременным перемешиванием раствора в этой зоне.

Для улучшения условий работы насоса и облегчения приготовления тампонажного раствора жидкое стекло можно вводить непосредственно во всасывающий коллектор насоса, используя для этого несложное специальное приспособление (рис.12). При использовании наполнителей они вводятся перед добавкой цемента. Все операции по приготовлению глиноцементного раствора, особенно при повышенном содержании цемента и жидкого стекла, должны производиться быстро. Поэтому около емкости работают два человека.

2

Тампонажный

Жидкое

стекло

3

4

1

5

6

7

раствор

Смесь глинистого раствора с цементом

Рис.12. Схема введения жидкого стекла в тампонажную смесь при закачке

1 – шестеренчатый насос, 2 – отводной патрубок, 3 – трехходовой кран,

4 – стеклянный колпак, 5 – нагнетательный патрубок, 6 – коллектор нагнетательного

насоса, 7 – перфорированная труба

Расход нагнетания зависит от принятой схемы закачки, проницаемости поглощающей зоны и глубины ее залегания.

Непредусмотренные остановки в процессе нагнетания глиноцементных растворов не опасны для сохранности бурового инструмента и насоса. Даже если раствор в результате остановки упрочнился настолько, что не продавливается из колонны, освободить последнюю от раствора можно по частям (свечам).

Результаты изоляционных работ можно контролировать по остаточному давлению на устье скважины после выключения насоса. В случае успешного тампонирования давление на герметизаторе устья падает сначала резко, а затем постепенно до какой-то конечной величины. По мере стабилизации раствора в дальнейшем происходит очень медленное уменьшение давления, причем процесс этот может идти часами.

Если изоляционные работы оказались неудачными, то избыточное давление сразу падает до нуля. В этом случае закачку повторяют. Очень редко при тампонировании высокопроницаемых зон возможна успешная изоляция поглощающей зоны и при нулевом остаточном давлении.

При остаточном давлении скважина выдерживается в состоянии покоя в течение 20-30 мин, после чего инструмент поднимают и производят подготовку к промывке скважины.