Во ВНИИБТ разработан способ резкого снижения прони­ цаемости поглощающего пласта, который заключается в на­ гнетании непосредственно в зону поглощения аэрированной жидкости, которая создает в поглощающем пласте воздушно­ жидкостную блокаду.

При закачке аэрированной жидкости в поглощающие пла­ сты, представленные трещиноватыми и кавернозными отло­ жениями, не всегда обеспечивается устойчивое равновесие в скважине, поэтому рекомендуется вслед за закачкой аэриро­ ванной жидкости цементировать зону поглощения.

2.7. НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ

Эффективным мероприятием по предотвра­ щению поглощения бурового раствора является введение в

циркулирующий буровой раствор наполнителей. Цель их применения состоит в создании тампонов в каналах погло­ щения. Эти тампоны служат основой для отложения фильт­ рационной (глинистой) корки и изоляции поглощающих пла­ стов.

В.Ф. Роджерс считает, что закупоривающим агентом мо­ жет быть практически любой материал, который состоит из частиц достаточно малых размеров и при вводе которых в буровой раствор он может прокачиваться буровыми насоса­ ми. В США для закупоривания поглощающих каналов приме­ няют более ста типов наполнителей и их комбинаций. В ка­ честве закупоривающих агентов используют древесную стружку или мочало, рыбью чешую, сено, резиновые отходы, листочки гуттаперчи, хлопок, коробочки хлопчатника, во­ локна сахарного тростника, ореховую скорлупу, гранулиро­ ванные пластмассы, перлит, керамзит, текстильные волокна, битум, слюду, асбест, изрезанную бумагу, мох, изрезанную коноплю, хлопья целлюлозы, кожу, пшеничные отруби, бо ­ бы, горох, рис, куриные перья, комки глины, губку, кокс, камень и др. Эти материалы можно применять отдельно и в комбинациях, изготовленных промышленностью или состав­ ляемых перед использованием. Определить в лаборатории пригодность каждого закупоривающего материала весьма трудно из-за незнания размера отверстий, которые должны быть закупорены.

В зарубежной практике особое внимание уделяется обес­

печению "плотной” упаковки наполнителей. Придерживаются мнения Фернаса, согласно которому наиболее плотная упа­ ковка частиц отвечает условию распределения их по разме­ рам по закону геометрической прогрессии; при ликвидации поглощения наибольший эффект может быть получен при максимально уплотненной пробке, особенно в случае мгно­ венного ухода бурового раствора.

Наполнители по качественной характеристике подразде­ ляются на волокнистые, пластинчатые и зернистые.

Волокнистые материалы имеют растительное, животное, минеральное происхождение. Сюда относятся и синтетичес­ кие материалы. Тип и размер волокна значительно влияют на качество работ. Важна устойчивость волокон при циркуляции их в буровом растворе. Материалы дают хорошие результа­ ты при закупоривании песчаных и гравийных пластов с зер­ нами диаметром до 25 мм, а также при закупоривании тре­ щин в крупнозернистых (до 3 мм) и мелкозернистых (до 0,5 мм) породах.

Пластинчатые материалы пригодны для закупорки пластов крупнозернистого гравия и трещин размером до 2,5 мм. К ним относят: целлофан, слюду, шелуху, хлопковые семена и т.д.

Зернистые материалы: перлит, измельченная резина, ку­ сочки пластмассы, ореховая скорлупа и др. Большинство из них эффективно закупоривают пласты гравия с зернами диаметром до 25 мм. Перлит дает хорошие результаты в гра­ вийных пластах с диаметром зерен до 9-12 мм. Ореховая скорлупа размером 2,5 мм и менее закупоривает трещины размером до 3 мм, а более крупная (до 5 мм) и измельченная резина закупоривают трещины размером до 6 мм, т.е. ими можно закупорить трещин в 2 раза больше, чем при исполь­ зовании волокнистых или пластинчатых материалов.

При отсутствии данных о размерах зерен и трещин по­ глощающего горизонта применяют смеси волокнистых с пла­ стинчатыми или зернистыми материалами, целлофана со слюдой, волокнистых с чешуйчатыми и зернистыми материа­ лами, а также при смешивании зернистых материалов: пер­ лита с резиной или ореховой скорлупой.

В США используют смеси наполнителей под различными фирменными названиями, например Тем-Плат, состоящий из смолы и скорлупы земляных орехов, причем твердая раство­

Квик-сил — сочетание наполнителей различных размеров и формы (гранулированного, хлопьевидного и волокнистого) в соответствии со стандартом АНИ; смеси на основе СаСОэ для "лучшего сцепления при закупоривании каналов поглощения жидкости", а наличие одновременно мрамора и известняка позволяло "запрессовывать" каналы и поры. Формирование такой пробки должно продолжаться до тех пор, пока она не уплотнится настолько, что не будет пропускать мельчайших твердых частиц, кроме фильтрата. Последнее благоприятству­ ет созданию непроницаемых преград, так как дает возмож ­ ность использовать смеси с высокой водоотдачей. При этом рекомендуется наиболее плотная упаковка крупных частиц, используемых для построения каркаса перемычки.

Подобранный несущий раствор состоит из 5%-ного водно­ го раствора соли, аттапульгитовой глины, диаксила-Д, тонкоизмельченного С аС 0 3 (известняка) и барита (или одного из них). Количество компонентов в растворе определяется за­ данной плотностью конечного закупоривающего раствора.

Типовой состав закупоривающего раствора, имеющего

Закупоривающая способность конечных растворов прове­

оптимального распределения размеров частиц, форма, масса или плотность частиц, их жесткость и инертность. М акси­ мальный размер частиц определяется сечением поглощающих каналов. Материалы, состоящие из однородных по размерам частиц (пластинчатые материалы), не образуют корки, пере­ крывающей отверстия. Волокнистые материалы, содержащие волокна различных длин и диаметров, образуют непроницае­ мую корку, но часто волокна не выдерживают перепада давлений и разрываются, и потеря циркуляции возобновляет­ ся.

Лучшей смесью для ликвидации поглощения при низких давлениях является высококоллоидный глинистый раствор с добавками волокнистых материалов и листочков слюды. Во­ локнистые материалы, откладываясь на стенке скважины, образуют сетку. Листочки слюды укрепляют эту сетку и за­ купоривают более крупные каналы в породе, а поверх всего этого образуется тонкая и плотная глинистая корка.

ся "чистая" вода, в которой растворяют реагенты, предотвраЛ ^Щ Н 0 гидратацию глины: известь (которая вводится в

раствор из расчета 5,7-11,4 г на 1 л воды) или поваренная

торой способствует образованию на поверхности трещины проницаемой глинистой корки. После этого в раствор может быть добавлен барит. Добавляются также наполнители (гранулированная ореховая скорлупа, древесные опилки и

т.п.)- При использовании "жидкой глины" принята следующая

последовательность работ.

1.Затворение в приемной емкости закупоривающего рас­

тв о р а в количестве, равном двум объемам скважины.

2.Подъем бурового инструмента с долотом на безопасную высоту над зоной поглощения.

3.Закачка "жидкой глины" через бурильные трубы и про­ давца ее в пласт буровым раствором.

бели циркуляция восстановится до закачки всего заготов­ ленного объема "жидкой глины", закачку продолжают, за­ крыв превентор, до тех пор, пока весь объем ее не будет вытеснен из бурильных труб. Закачку и продавку рекоменду­

ется вести без остановок, чтобы избежать забивания отвер­ стий долота содержащимися в закупоривающем растворе твердыми частицами.

4. Задавливание "жидкой глины" в пласт под давлением с выдержкой во времени (продавка ведется небольшое время с весьма малой скоростью, а затем на некоторое время пре­ кращается).

Цикличность процесса задавливания способствует повы ­ шению давления.

Давление при задавливании "жидкой глины" может возрас­ ти, а затем упасть почти до нуля вследствие образования новых трещин или прорыва пробки в существующей трещ и­ не. В таких случаях задавливание следует продолжать до ус­ тановления окончательного давления (по мнению одних спе­ циалистов, оно достигает 14 МПа, по мнению других -

7МПа).

5.Выдержка скважины в течение некоторого времени под окончательным давлением, после чего давление снижается и скважина промывается буровым раствором.

6.Спуск инструмента с долотом до забоя вымывание (через долото) остатка "жидкой глины" для отделения с по­ мощью вибросита закупоривающих материалов.

ленными ниже и выше интервала поглощения. Анализ показыв^ет' 4X0 раскрытие канала круглого сечения ориентиро­ в к е ) равно трем диаметрам средней фракции, а для щели с параллельными стенками - двум диаметрам частиц, унесен-

® ПЛаСТ ■

^ведения о раскрытии каналов поглощающих пластов мо­ гут быть получены на основе анализа данных о проникнове­ ний в них вязкопластической жидкости или на основе мате­ риалов по кратковременному закачиванию ВПЖ в пласт. В перЭ°м случае определяют средний гидравлический радиус сис^емы каналов, заполненных смесью к моменту наступле­

размер частиц наполнителя выбирают с учетом того, что в кайал круглого сечения свободно проходят частицы, размер коТорых менее 1/3, а в щель - частицы размером менее 1/2

еераскрытости.

разработана методика определения размеров каналов по­

глощения по результатам гидродинамических исследований поглощающего пласта при установившихся режимах течения. По этой методике рекомендуется применять наполнители при среднем эквивалентном диаметре каналов свыше 1 мм при средней эквивалентной раскрытости трещин свыше 0,6 мм. Размеры частиц, число фракций, концентрацию отдельных фракций и суммарную концентрацию всех фракций наполни­ телей выбирают в зависимости от средних эквивалентных размеров каналов поглощения по рис. 2.19, на котором при­ няты следующие обозначения: d„ - средний размер наполни­ теля, мм; dHmax - максимальный размер наполнителя наиболее крупной фракции, мм; dHmin - минимальный размер наполни­ теля, мм; d - средний эквивалентный диаметр каналов по­ глощения.

Так, если средний эквивалентный диаметр каналов погло­

чения с осью ординат (dH), находим средний размер наполни­

Аналогично определяют максимальный размер наполнителя данной фракции dH„и* (см. рис. 2.19, точка V - е, затем по горизонтали до пересечения с осью dH) - 6,4 мм и минималь­ ный размер dHmin - 3,2 мм (см. рис. 2.19, V - /, затем по го­ ризонтали до пересечения с осью dH).

лов поглощающего пласта (d)

Оптимальную концентрацию наполнителей данной ф рак­ ции определяют по графику (см. рис. 2.19, прямая С), из точ­ ки его пересечения 5' с вертикальной прямой Г проводят го­ ризонтальную линию до пересечения с осью ординат ГС, и находят концентрацию: С = 3 %.

По номограмме можно также определить размеры погло­ щающих каналов, которые перекрывает наполнитель данной

глощающие каналы размером от 6,3 до 12,7 мм. Если имеют­ ся каналы и меньшего размера, то для их перекрытия напол­ нитель должен включать фракции меньшего размера. По графику также можно определить суммарную концентрацию ГС, различных фракций наполнителя и число фракций л.

Добавление в буровой раствор различных наполнителей предотвращает проникновение его в пористые и мелкотре­ щиноватые породы, так как в этом случае гидравлическое сопротивление движению раствора по кольцевому зазору значительно ниже сопротивлений, возникающий при уходе раствора в пласт.

Исследования и промысловый опыт показывают, что При

роторном способе бурения наилучшие результаты получены, если в буровой раствор вводить до 20-30 кг/м3 наполнителя, а при турбинном - до 5 кг/м 3.

Оптимальные количества вводимых в раствор наполните­ лей, при которых не нарушается нормальное бурение сква­ жины, приведены в табл. 2.6 (В.И. Крылов, Н.И. Сухенко).

В случае, если при бурении турбинным способом добавка наполнителя в указанном количестве не предотвращает по­ глощения бурового раствора, следует по возможности перей­ ти на роторное бурение зоны поглощения и увеличить коли­ чество добавляемого наполнителя.

Оптимальным материалом, удовлетворяющим любым усло­ виям, может быть только гетерогенная смесь, состоящая из различных по форме и свойствам компонентов. Поэтому многие фирмы США и других стран выпускают в одной таре смесь различных наполнителей, удовлетворяющих ликвидации зон поглощения при определенной раскрытое™ каналов. В России значительно расширились ассортимент и объем при­ менения наполнителей. Наиболее часто используемые: опилки древесные, кордное волокно, дробленая резина, хромовая стружка, кржа-"горохи, слюда-чешуйка, кошма, ореховая скорлупа, шлам, крупноразмерная резина (НДР) и др. В зави­ симости от интенсивности поглощения, параметров погло­ щающего пласта, состояния уровня раствора в скважине, к о ­ личества зон поглощения применяют различные технологиче­ ские приемы по намыву наполнителей.

При наличии нескольких зон поглощения изоляционные работы проводят с установкой гидромеханического пакера с целью разобщения зон. Намыв наполнителей производят че­ рез открытый конец бурильных труб при одной зоне погло-

Т аб л и ц а 2.6

Д \я повышения эффективности применения наполнителей производят оценочный намыв в объеме раствора до 15 м3. При этом, если в процессе намыва наблюдается увеличение давления, то продолжают намыв наполнителей тех же типов. Если давление остается без изменения, то переходят к более крупному размеру наполнителей. Если при бурении турбин­ ным способом добавки наполнителей в рекомендуемом коли­ честве не предотвращают поглощение бурового раствора, то по возможности переходят на роторный способ бурения и увеличивают количество добавляемого наполнителя иногда до 10-13 %. Наполнитель смешивают с буровым раствором в глиномешалках и добавляют в циркулирующий раствор рав­ номерно в течение всего цикла промывки. При этом долото должно быть поднято выше зоны поглощения. При отсутст­ вии глиномешалки наполнители вводят в желоб или прием­ ную емкость в течение двух-трех циклов промывки. При бу­ рении в растворе сохраняется требуемое количество напол­ нителя путем периодического его ввода.

В некоторых районах применяют намыв наполнителей в зону поглощения через открытый конец бурильных труб с помощью буровых насосов или цементировочных агрегатов. Технология намыва не отличается от технологии, осуществля­ емой через пакер. Обычно открытый конец бурильных труб устанавливают на 10-15 м выше кровли поглощающего плас­ та. Наполнители забрасывают в воронку, установленную на устье скважины, с одновременной подачей бурового раствора цементировочным агрегатом или буровым насосом через ве­ дущую трубу. Наполнители намывают до появления циркуля­ ции. После появления циркуляции намыв прекращается, бу­ рильные трубы спускаются на 10-15 м ниже подошвы по­ глощающего пласта и восстанавливают циркуляцию с целью определения результатов намыва. При выходе циркуляции, не поднимая бурильных труб, производят работы по закачива­ нию в поглощающий пласт тампонажной смеси.

При промывке скважины раствором с наполнителем сни­ мают сетки вибросит или направляют раствор мимо вибро­ сит. Бурят с наполнителем до прекращения поглощения, по­ сле чего буровой раствор пропускают через вибросито, и ра­ бота продолжается без наполнителя.

При высокой интенсивности поглощения широко приме­ няют тампоны типа "мягких пробок". В практике применя­ ются следующие виды тампонов:

1. Смесь бурового раствора с наполнителями (или их сме­ сью).

лилией буферными пробками из дизельного топлива, по 0,5 v? каждая.

С момента выхода смеси и до окончания выдавливания ее из бурильных труб в затрубное пространство прокачивается буров°й раствор в количестве от 0,5 до 1 объема смеси.

Продавливать смесь необходимо таким образом, чтобы над зоной поглощения остался столб смеси высотой 10-15 м. Давление в затрубном пространстве при продавке смеси не должно превышать 10 МПа. После закачки смеси инструмент поднимают в башмак, восстанавливают циркуляцию и произ­ водят обработку раствора до заданных параметров с целью дальнейшего углубления скважины. Объем СБС и НБС обыч­ но не превышает 1,5-3 м3. Допустимый объем этих смесей до Ю М3. однако в этом случае необходимо увеличить объемы буферных жидкостей.

для получения мягких пробок в интервале зоны поглоще­ ния применяют замазки, битумобентонитовую пасту, латекс.

Замазка обладает достаточной пластичностью и гидрофобносгью, не подвергается размыву в потоке жидкости и х о ­ рошо закупоривает имеющиеся в породе трещины. Сниже­ ние интенсивности поглощения при помощи замазки может быть достигнуто только в трещиноватых и пористых поро­ дах (применение замазки в кавернозных породах не реко­ мендуется).

Одновременно можно загружать замазкой до трех обсад­ ных труб. Для лучших условий выпрессовки замазки на за­ бое в процессе ее загрузки в трубу периодически заливают отработанное масло (10 кг на 200 кг замазки). При необхо­ димости (большая мощность зоны поглощения) замазка выпрессовывается на забой в два рейса; в этом случае замазку залавливают в пласт после доставки всей порции ее на забой.

Замазку можно залавливать только в зону поглощения у забоя. Если поглощающая зона находится выше забоя, следу­ ет предварительно установить цементный мост у подошвы поглощающей зоны, после чего можно задавить замазку. Для задавки замазки в трещину поглощающего пласта на буриль­ ные трубы навинчивают трехшарошечное долото диаметром, равным диаметру скважины, и спускают в скважину. После подъема бурильных труб с долотом зону поглощения залива­ ют цементным раствором через открытый конец бурильных труб.

Битумобентонитовая паста состоит из битума марки БН-5 или БН-4, бентонитовой глины и дизельного топлива. С оот­ ношение битума и бентонитовой глины 1:1. Пластическая

вязкость битумобентонитовой пасты регулируется введением разного количества дизельного топлива в зависимости от проницаемости пород поглощающего горизонта.

Пасту можно приготавливать непосредственно на буровой. Для этого в металлическом сосуде подогревают битум, кото­ рый расплавляется до жидкого состояния. Затем в сосуд на­ ливают дизельное топливо, оно перемешивается с битумом, одновременно добавляют бентонитовую глину. После получе­ ния однородной массы паста считается готовой для заливки. Доставка битумобентонитовой пасты к зоне поглощения и технология выпрессовки аналогичны доставке и выпрессовке замазки. После выпрессовки битумобентонитовой пасты, как и при использовании замазки, необходимо произвести трам ­ бовку ее бурильным инструментом с навинченным на ниж ­ ний конец долотом или забойным фрезером.

Для установки тампонов может быть использован латекс. Латекс в зоне поглощения коагулирует под влиянием сме­

шивания его с солями двух- и трехвалентных металлов. При этом образуется эластичная плотная каучуковая масса, запол­ няющая поры, трещины и каверны поглощающей зоны.

Перед заливкой зоны поглощения латексом на буровой приготавливают 4-5 м3 минерализованной воды из расчета 2 - 2,5 кг кристаллического хлористого кальция и 5-7 кг пова­ ренной соли на 1 м3 воды. Окончательная рецептура подби­ рается в лаборатории в зависимости от прочности каучука.

Порядок проведения работ по изоляции зоны поглощения латексом сводится к следующему. Латекс доставляют к зоне поглощения в бурильных трубах, нижний конец которых заглушен деревянной пробкой или диафрагмой. Над латексом устанавливают каучуковый тампон, а затем на трубы навин­ чивают обратный клапан. При спуске труб в скважину через каждые 200-250 м доливают жидкость, причем вначале зали­ вают 1 м3 минерализованной воды, а затем буровой раствор.

После спуска труб в затрубное пространство закачивают 3-4 м3 минерализованной воды, часть которой продавливают в зону поглощения с расчетом, чтобы в скважине остался столб воды в пределах 60-100 м. Из бурильных труб латекс выдавливается одновременно с продавливанием столба мине­ рализованной воды из затрубного пространства, что способ­ ствует лучшей коагуляции латекса. Через 30-40 мин после закачки латекса производится обычная заливка зоны погло­ щения тампонажным раствором из цемента.