Осложнения и аварии при строительстве нефтяных и газовых скважин

Второй класс – гранулированные наполнители. Делятся на два подкласса: гранулированные жесткие наполнители и гранулированные упругие наполнители. Гранулированные наполнители состоят из частиц объемных форм: сферические частицы, многогранники и резко ассиметричные частицы. Частицы гранулированных наполнителей обладают большой прочностью и при заклинивании в каналах поглощения практически не деформируются. Исключение составляют некоторые гранулированные упругие наполнители.

Первый подкласс – гранулированные жесткие наполнители.

Они предназначены для образования в каналах поглощения каркаса перемычек, которые значительно уменьшают поперечное сечение каналов и препятствуют растеканию тампонажной смеси по пласту. Область применения гранулированных жестких наполнителей – ликвидация высокоинтенсивных поглощений в проницаемых крупнотрещиноватых кавернозных породах с раскрытием каналов фильтрации до 3 мм. Гранулированные жесткие наполнители могут быть основой для составления различных комплексов. Их применяют в сочетании с волокнистыми гранулированными упругими наполнителями. При этом жесткие частицы образуют прочный непроницаемый каркас в каналах поглощения, а легкодеформируемые мягкие частицы уплотняют каркас, делая его непроницаемым. Размер жестких частиц при изоляции каждой конкретной зоны поглощения выбирается по результатам исследований степени раскрытости каналов в породе. Установлено, что в каналы крупного сечения свободно проходят частицы, размер которых менее одной трети диаметра канала, а в щель – частицы с диаметром менее половины ее раскрытия.

Характеристика наполнителей второго класса и рекомен-

дации по их применению. НСО – наполнитель силикагель отработанный – представляет собой твердые шаровидные частицы отработанного катализатора размером от 2 до 8 мм. Плотность – 1000 кг/м3. НСО – однокомпонентный наполнитель, представленный однородными частицами. Его рекомендуется применять в сочетании с во-

71

локнистыми наполнителями (кордным волокном, хлопьевидными и гранулированными упругими наполнителями). НСО успешно применяется в профилактических буровых растворах при разбуривании среднетрещиноватых горных пород с раскрытием трещин до 10 мм, а также при изоляционных работах по ликвидации поглощений интенсивностью 40–60 м3/ч в крупнотрещиноватых породах с раскрытием поглощающих каналов от 5 до 20 мм.

Скорлупа ореховая – дробленые кусочки различной формы мелкого ореха. Она бывает двух модификаций. Разница в размере частиц. Дробленая скорлупа ореховая первой модификации вводится в циркулирующий буровой раствор при роторном бурении. При раскрытости поглощающих каналов до 10–12 мм ее рекомендуется намывать в зону поглощения в виде комплекса, включающего волокнистые и пластинчатые наполнители в объемном соотношении 1:1:1.

Скорлупу ореховую второй модификации намывают в поглощающие каналы с раскрытием входных отверстий до 20–25 мм.

Жесткие гранулированные наполнители из горных пород полу-

чаются путем дробления или рассеивания песчаных смесей. Это наиболее доступные или дешевые закупоривающие материалы жесткого гранулированного типа. В зависимости от размера и форм частиц природные наполнители из горных пород делятся на щебень, гравий и песок. По размеру зерен щебень и гравий подразделяются на фракции: от 5–10; 10–20; 20–40; 40–70 мм. Песок получают дроблением горных пород или рассевом природных песчано-гравийных смесей. По размеру зерен делится на крупный, средний и мелкий. Размер частиц песка находится в пределах от десятых долей до нескольких миллиметров. Природные наполнители условно делятся на легкие (400–1200 кг/м3) и тяжелые (свыше 1200 кг/м3). В качестве материала для производства легких наполнителей используются пористые породы вулканического происхождения (шлаки, пемзы, туфы) или осадочного происхождения (пористые известняки, известняки-раку- шечники и другие карбонатные породы).

72

Тяжелые природные наполнители – щебень, гравий, песок при-

родный. Тяжелые наполнители производятся из горных пород с объемной массой более 1800 кг/м3.

Наполнители из горных пород могут использоваться в качестве добавок в тампонажные растворы на основе цемента, глинопорошка, полимерных материалов и в комплексе наполнителей при намыве через воронку в открытый конец бурильных труб.

Второй подкласс – гранулированные упругие наполнители.

Это наполнители, частицы которых имеют объемные формы и могут упруго деформироваться. Изготавливаются из материалов на основе резин, латексов, гранулированной древесины и ряда синтетических материалов.

По характеру изменения формы частиц при закупоривании каналов поглощения упругие наполнители занимают промежуточное положение между жесткими гранулированными и волокнистыми наполнителями. Перекрывая входное отверстие канала поглощения, частицы упругих наполнителей под действием перепада давления деформируются и закупоривают его. Это свойство относится к таким наполнителям, как ВОЛ – вулканизованные отходы латекса, поролон.

Упругие наполнители обладают большей способностью заклиниваться в каналах поглощения в сравнении с жесткими гранулированными наполнителями. Они применяются для снижения интенсивности поглощения в кавернозных и крупнотрещиноватых породах с раскрытием каналов фильтрации свыше 10 мм:

•в комплексе с волокнистыми и гранулированными жесткими наполнителями при ликвидации поглощений в горных породах с раскрытием каналов от 5 до 40 мм;

•в качестве самостоятельного закупоривающего материала при ликвидации поглощений в крупнопористых и среднепористых породах с раскрытием каналов от 1 до 5 мм.

Виды наполнителей второго подкласса и рекомендации по их применению. МКР – мелкая резиновая крошка (размеры частиц от 1 до 5 мм) – высокоэффективный наполнитель для закупоривания мелкотрещиноватых и пористых пород. МКР выпускается двух

73

типов: с размерами частиц до 1 мм (первый тип) и размерами частиц до 5 мм (второй тип). При профилактике поглощения добавка МКР в процессе бурения может составлять от 5 до 10 % (по массе на объем). При изоляционных работах ее добавляют как в сухую тампонажную сме-сь, так и в цементный или гельцементный раствор. Добавка 5–20 % позволяет получить высокоэффективную тампонажную пасту.

Дробленая резиновая крошка. Размер частиц от 5 до 25 мм. По-

лучают путем дробления резины до частиц различного размера. Предназначается для ликвидации поглощений в трещиноватых и пористых породах. Подразделяется на два типа: ДР-25 – измельченная резина с условным диаметром частиц 3–4 мм и длиной от 3 до 25 мм. Тип ДРХ-25 представляет собой измельченную хлопьеобразную резину, соединенную в комки условным диаметром до 25 мм.

НДР (наполнитель дробленая резина) – крупноразмерный наполнитель. Используется для ликвидации поглощений в крупнотрещиноватых породах. В отличие от дробленой резиновой крошки

вНДР введены частицы прорезиненной ткани и кордовое волокно. НДР может применяться в качестве добавки к различным тампонажным смесям и буровым растворам при намыве их через воронку

вотрытый конец бурильных труб или через широкопроходной пакер. Рекомендуемые размеры частиц НДР в зависимости от раскрытия трещин приведены в табл. 11.

Наполнитель ВОЛ – вулканизированные отходы латекса. Представляет собой измельченные частицы разной формы, изготовленные из отходов вулканизированного латекса. Материал подобен поролону, но более прочный, упругий и плотный. Благодаря упру-

74

гости способен деформироваться при незначительных нагрузках. Наполнитель ВОЛ применяется как закупоривающий материал для уплотнения жесткого каркаса (перемычек) в каналах поглощающего пласта, образованного гранулированными наполнителями. ВОЛ может также применяться в качестве добавки в любые тампонажные растворы при цементировании обсадных колонн. Он вводится в поток тампонажного раствора, выходящего из смесителя. Выпускаются следующие типы ВОЛ: ВОЛ-10, ВОЛ-15, ВОЛ-25, ВОЛ-50

и ВОЛ-100 (табл. 12).

Области эффективного применения ВОЛ, определенные в зависимости от строения проницаемой среды, интенсивности поглощения и размеров частиц наполнителя, приведены в табл. 13.

75

ПУН – пластичный упругий наполнитель – представляет собой смесь резиновых пластин круглой формы (диаметром от 1 до 50 мм и толщиной до 5 мм) и вырубок клиновидного ремня с размерами частиц 30 10 5 мм. ПУН применяется для ликвидации поглощений в породах с крупными трещинами и карстовыми полостями. Изоляция зон поглощения этим типом наполнителя происходит за счет образования в трещиноватых породах каркаса, препятствующего проникновению тампонажной смеси, которая закачивается вслед за наполнителем. Фракционный состав ПУН позволяет на его основе создавать различные высокоэффективные комплексы из других типов наполнителей для изоляции зон поглощений высокой интенсивности.

76

Третий класс – чешуйчато-пластинчатые наполнители.

Представлены частицами плоской формы, у которых один из габаритных размеров в десятки и более раз меньше двух других. Это частицы, имеющие чешуйчатую, пластинчатую, листовую форму. Чешуйчато-пластинчатые наполнители используются для ликвидации поглощений при разбуривании крупнопористых или мелкотрещиноватых горных пород большой толщины. Небольшая толщина пластинок при значительной площади поверхности частицы способствует образованию плотной непроницаемой корки вблизи поверхности стенок ствола скважин. Частицы слюды и наполнителя из бумажного пластика способны образовывать прочный каркас, перекрывая трещины размером от 5 до 20 мм. Наиболее эффективно чешуйчато-пластинчатые наполнители используются в комплексе с другими наполнителями: волокнистыми и гранулированными. При этом значительно увеличивается их закупоривающая способность.

Некоторые типы наполнителей третьего класса и рекомендации по их применению. Целлофан – продукт измельченных отходов целлюлозной пленки. Размеры: длина до 70 мм, ширина 10 мм, толщина 25–30 мкм, плотность 1150 кг/м3. Целлофановый наполнитель добавляется к буровым растворам и тампонажным смесям. При роторном способе бурения рекомендуется вводить в

буровой раствор до 3 % наполнителя, а при турбинном – до 1 %. При намыве целлофана на глинистом растворе количество его увеличивается до 8–10 %. Целлофановый наполнитель достаточно эффективен для предупреждения и ликвидации поглощений бурового раствора при раскрытии каналов поглощающего горизонта до 3 мм.

Слюда-чешуйка – пластинки произвольной формы, получаемые при дроблении отходов слюдяных фабрик. Толщина слюдычешуйки от 30 до 200 мкм. Плотность 2800 – 5200 кг/м3. Слюдачешуйка вводится в буровой раствор в процессе ее намыва в зону поглощения либо добавляется в циркулирующий раствор до вскрытия зоны поглощения в профилактических целях. Может применяться в тампонажных растворах в смеси с другими наполнителями (кордное волокно, древесные опилки и др.).

77

Целлофановая стружка – разновидность целлофанового наполнителя. Должна быть шириной не менее 2 и не более 10 мм. Длина стружки не более 100 см.

Четвертый класс – набухающие наполнители. Особенно-

стью наполнителей этого класса является способность изменять свою структуру, объем и форму в ходе взаимодействия с буровым раствором или пластовыми флюидами. В результате взаимодействия с указанными жидкостями наполнители этого типа увеличиваются в объеме. К наиболее распространенному и широко применяемому типу набухающих наполнителей этого класса могут быть отнесены глины и глинопорошки.

Глины обладают специфическими свойствами, из которых наиболее важными являются набухаемость, пластичность, гидрофильность и способность диспергировать (распускаться) в воде на мельчайшие частицы. Глины – это водные алюмосиликаты.

Для борьбы с интенсивными и катастрофическими поглощениями бурового раствора эффективно применение гранул из сухого, спрессованного, высококоллоидального бентонита. В потоке раствора гранулы доставляются в зону поглощения и выдерживаются там в течение нескольких часов до их набухания. Затем производится опрессовка ствола скважины в интервале зоны поглощения на герметичность. Размер гранул определяется размерами каналов поглощающего горизонта из расчета максимальной проходимости в каналы с наименьшим раскрытием. В практике проведения изоляционных работ бентонит нашел широкое применение для приготовления тампонажных смесей: цементнобентонитовый (с содержанием бентонита от 5 до 25 %); тампонажных растворов с высокой водоотдачей – соляро-нефте- бентонитовых и соляро-бентонитово-цементных паст. Тампонажные смеси на основе бентонита и цемента обладают повышенными закупоривающими свойствами по сравнению с тампонажными смесями на основе цемента. В некоторых случаях, когда зона поглощения находится недалеко от устья скважин (50–150 м), бентонит используют в сухом виде в качестве закупоривающего мате-

78

риала. Для этого после спуска кондуктора и цементирования его нижней части до подошвы зоны поглощения в затрубное пространство скважины с устья закачивается сухой бентонит с помощью компрессора специального цементовоза с последующим задавливанием бентонита в зону ухода.

Пятый класс – пластичные наполнители. К ним относят би-

тумы, сырую глину, парафин и др.

Эффективность применения пластичных наполнителей обусловливается тем, что они обладают большой пластичностью, гидрофобностью и не размываются в потоке жидкости. Их доставляют в зону поглощения в специальных контейнерах на бурильных трубах с периодическим доливом в трубы бурового раствора. Затем пластичный материал выпрессовывают продавочной жидкостью.

Шестой класс – дисперсные наполнители. Дисперсные на-

полнители получают путем диспергирования резин и вулканического латекса в водной среде. Эти наполнители рекомендуют использовать в буровых растворах в количестве 5–10 % при вскрытии мелкопористых проницаемых пород, в интервалах которых происходят прихваты бурильного инструмента под действием перепада давления в системе скважина – пласт. Дисперсные наполнители вводят также в буровой раствор при вскрытии газоили водопроявляющих горизонтов. Дисперсные наполнители рекомендуется применять в качестве добавки к буровым растворам при специальной обработке продуктивной толщины очистительными устройствами со скребками с целью удаления со стенок скважины рыхлой фильтрационной корки и образования в проницаемой среде изоляционного слоя.

Седьмой класс – наполнитель из коагулюма латекса. Полу-

чают путем коагуляции латекса водным раствором CaCl2. Отношение по объему латекса и раствора CaCl2 – 1:1. Латекс коагулирует на поверхности в нагнетательной линии при одновременном закачивании в скважину его и 3 % водного раствора CaCl2. Наполнителем является коагулюм латекса, который представляет собой резиноподобные образования цилиндрической формы, имеющие диа-

79

метр, равный диаметру труб, в которых происходил процесс коагуляции латекса. При непрерывном процессе ведения изоляционных работ движение коагулюма по бурильным трубам и через пакер происходит без резкого роста давления. Малоконцентрированный латекс выпускается следующих марок: СКС-30, ШХП, ДМВП-10Х,

ДВХ5-70.

Наполнитель из высококонцентрированного латекса (ВКЛ) в тампонажной смеси рекомендуется применять при ликвидации высокоинтенсивных поглощении бурового раствора в средне- и крупнотрещиноватых горных породах.

2.1.12.Рекомендации по применению отдельных типов

икомплексов наполнителей для ликвидации поглощений различной интенсивности. Подбор наполнителей в комплексы

При бурении скважин с промывкой структурированными растворами большое значение играет профилактика возникновения поглощений бурового раствора за счет ввода в него наполнителей, которые не должны осложнять нормальный процесс бурения, но при вскрытии поглощающих горизонтов должны надежно перекрывать каналы ухода жидкости из скважины.

Во всех изученных и описанных технологических методах борьбы с поглощениями успех зависит от правильного выбора наполнителей: типа материала, его свойств, размера и формы частиц.

В большинстве случаев борьбы с поглощениями, а особенно в наиболее сложных случаях, связанных с бурением через трещиноватые породы, правильный выбор закупоривающего материала основывается на оптимальном подборе комплекса наполнителей. При отсутствии точной информации о форме и размерах каналов в зонах поглощения буровых и тампонажных растворов применение смеси наполнителей различных типов дает наилучшие результаты.

Подбор наполнителей в комплексы базируется на основе практического опыта лабораторных исследований и промысловых испытаний.

80