книги из ГПНТБ / Мищевич, В. И. Гидродинамические исследования поглощающих пластов и методы их изоляции

(Я] — высота столба воды в скважине, уравновешивающая пласто­ вое давление; ув — удельный вес воды, находящийся в скважине).

При замене воды глинистым раствором

Яст.р — статический уровень при заполнении скважины глинистым раствором.

Необходимо отметить, что фактически установившийся уровень в скважине при заполнении ее глинистым раствором Яст.р меньше, чем полученный по формуле (95), так как часть столба глинистого раствора идет на преодоление статического напряжения сдвига. Уменьшение величины Яст.р против расчетной должно устанавли­ ваться опытным путем (сопоставление данных замеров уровней при заполнении скважины водой и глинистым раствором). .

После введения поправочного коэффициента ф на перепад дав­ ления Apv формула (98) примет вид

ПО

Глава IX

Средства для проведения изоляционных работ по ликвидации зон поглощения

§ 22. ЛАКИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Наиболее простым и распространенным способом приготовления тампонирующей смеси является смешение на поверхности двух компонентов: вяжущего материала и жидкости затворения. По этому способу могут быть получены быстросхватывающиеся, мно­ гокомпонентные и другие виды тампонирующих смесей.

Как отмечено ранее, сохранить состав тампонирующей смеси при закачке ее в зону поглощения через бурильные трубы с от­ крытым концом очень трудно вследствие многообразия факторов, способствующих разбавлению и растеканию смеси по каналам по­ глощающего пласта. Применение же других способов закачки смеси сопряжено с трудностями и сложностями технологических операций по изоляции зон поглощения, в связи с чем они не по­ лучили достаточного распространения [42].

В настоящее время широко применяется способ закачки там­ понирующей смеси через бурильные трубы с использованием пакера [33], который используется для разобщения затрубного про­ странства скважины с целью:

а) определения местоположения поглощающего пласта мето­ дом последовательных опрессовок ствола скважины;

б) исследования приемистости поглощающих пластов; в) предотвращения разбавления тампонирующей смеси;

г) безаварийного применения смесей с необходимыми сроками схватывания;

д) задавливания тампонирующих смесей в поглощающие ка­ налы;

е) определения возможности замены технической воды глини­ стым раствором при создании различных перепадов давления на поглощающие пласты.

Существующие конструкции пакеров, применяемых при изоля­ ции поглощающих пластов, подразделяются на две группы: много­ кратного использования (извлекаемые) и разбуриваемые.

Извлекаемые пакеры после окончания заливки поглощающего пласта или его исследования поднимают на поверхность, и их мож­ но использовать при изоляционных работах в других скважинах. Это является большим преимуществом этой группы пакеров. Однако пакеры многократного использования, изготовляемые из

112

неразбуриваемого металла, должны, как правило, сразу же извле­ каться из скважины во избежание прихвата тампонирующей смесью в случае проникновения ее в затрубное пространство или обваливающейся породой при наличии зон осыпания выше места установки пакера. Это приводит к тому, что в результате эффекта поршневания или нарушения равновесия в системе скважина — пласт, связанного с подъемом пакера, может произойти разбавле­ ние или вымывание несхватившейся тампонирующей смеси, вслед­ ствие чего качество изоляционных работ снижается.

По принципу действия извлекаемые пакеры делятся на гидро­ механические, гидравлические и механические.

К гидромеханическим пакерам относятся пакеры, у которых упорный механизм (якорь) выводится в рабочее положение дей­ ствием давления промывочного раствора, а деформация уплотни­ тельного элемента достигается частью веса колонны бурильных труб.

В механических пакерах уплотнительный элемент деформи­ руется от воздействия на него части веса колонны бурильных труб, а якорное устройство выводится в рабочее положение при враще­ нии бурильных труб или извлечении груза, удерживающего якорь в транспортном положении.

Пакеры с упором о стенки скважины могут быть применены, когда ствол скважины в интервале установки пакера сложен устой­ чивыми породами, обеспечивающими зацепление якорного устрой­ ства за стенки скважины и создание на него определенной осевой нагрузки для сжатия резинового элемента.

Поэтому раздельная изоляция поглощающих пластов, распо­ ложенных рядом, или поглощающих интервалов одного пласта не всегда может быть обеспечена вследствие недостаточной меха­ нической прочности горных пород в этом интервале.

К гидравлическим (безупорным) относятся пакеры, резиновый элемент которых деформируется в результате перепада давления, создаваемого в бурильных трубах нагнетанием промывочного рас­ твора.

Гидравлические пакеры могут быть установлены в любом участке ствола скважины, не имеющем значительных каверн, а также в кондукторе или промежуточной колонне соответствующего диаметра.

Вскважинах, осложненных поглощениями, водопроявлениями

иосыпанием горных пород, рекомендуется применять разбуривае­ мые пакеры, которые на время ОЗЦ оставляют в скважине, а за­ тем разбуривают вместе с цементным мостом. Применение разбу­ риваемых пакеров позволяет последовательно тампонировать не­ сколько пластов, расположенных на различных глубинах, без за­ трат времени на ОЗЦ между заливками.

Тампонирующая смесь, поступившая в зону поглощения, ос­ тается под давлением, которое было при окончании продавки.

По принципу действия разбуриваемые пакеры могут быть гид­ равлическими и манжетными.

типов. Наибольшее распространение получили пакеры ТатНИИ, БашНИПИнефть и трестов Альметьевбурнефть и Татбурнефть.

114

трубного пространства в бурильные трубы продолжают нагнетать продавочную жидкость: если перелива жидкости из скважины не наблюдается или уровень жидкости в затрубном пространстве не повышается, пакер надежно разобщил зону поглощения от осталь­ ной части ствола скважины. В противном случае пакер снимают и устанавливают его в другом месте. Убедившись в герметично­ сти установки пакера, в зону поглощения закачивают расчетное количество тампонирующей смеси, причем большое проходное се­ чение отверстий в стволе пакера позволяет применять быстросхватывающиеся смеси с наполнителями сравнительно высокой кон­ систенции. Интенсивное поглощение (более 1 0 0 м3/ч) снижают путем намыва различных инертных наполнителей с последующей закачкой и продавкой тампонирующей смеси в зону поглощения.

Пакер сжимают обычным подъемом бурильных труб, при этом осевую нагрузку с резиновых элементов снимают, и они принимают первоначальную форму, а пружина возвращает обойму с плашками

средний переводник 2, резиновый элемент 8, ниппель 9. Резино­ вый элемент надет на ствол 7, подвешенный на опорной муфте 5 ,

8* 115

Если ниппель пакера имеет упор, а на верхний переводник дей­ ствует осевая нагрузка, то ствол 7 скользит внутри муфты 6, и резиновый элемент сжимается, увеличиваясь в диаметре.

Для предотвращения перетока жидкости по зазорам между ре­ зиной и деталями пакера опорная муфта 5 уплотнена сальником 4 с помощью гайки 3. Основные детали якоря (рис. 48, б ): перевод­ ник с конусом 10, плашка 11, тяга 12, поршень 13, труба 14, гиль­ за 15, пружина 16, штуцер 17.

а— пакер; б — якорь

При прокачке жидкости через якорь перед штуцером возникает избыточное давление, которое передается через отверстия в нижней части трубы под поршень. Если это давление составляет 6 — 1 0 кгс/см2, поршень движется вверх, сжимая пружину, и через тяги выдвигает плашки до упора в стенку скважины. При давле­ нии нагнетания 50—60 кгс/см2 делают посадку бурильных труб,

116

при этом плашки врезаются в породу и закрепляют пакер. Частью веса колонны бурильных труб (12—13 тс) резиновый элемент сжи­ мается и разобщает затрубное пространство и подпакерную зону.

После продавки тампонирующей смеси пакер свободно извле­ кается при натяжении бурильных труб, при этом плашки под действием пружины’возвращаются в исходное положение.

но надеваются втулка 7, конус 5, диск 4 и резиновый элемент 3. На верхний конец ствола навинчивается переводник 1. В пазах формы «ласточкин хвост» конуса находятся четыре плашки 6, шарнирно соединенные тягами 8 с диском толкателя 9. На ниж­ ний конец ствола навинчены башмак 14 с цилиндром И и шту­ цер 15. На участке ствола, находящемся между верхним торцом башмака и нижним торцом поршня 13, имеются два отверстия диаметром 16 мм. Между поршнем и втулкой 7 расположена пру­ жина 10, свободно насаженная на ствол. Переводник 1 имеет сверху муфту с резьбой для соединения с бурильными трубами.

Сборка пакера производится следующим образом. Предвари­ тельно компонуются в узлы поршень, цилиндр, переводник и конус. Цилиндр И и башмак 14 привариваются круг к другу. На кольцо 12 поршня навинчивается толкатель 9, и стопорится винт. В паз кольца поршня вставляется сальник из резины и поджи­ мается гайкой. Сверху на толкатель навинчивается диск и также стопорится винтом. В конус 5 ввинчивается упорный диск 4 и стопорится винтом. В переводник 1 ввинчивается муфта, после чего место соединения обваривается.

Затем собирают пакер из узлов. На ствол 2, со стороны, где нет отверстий, надевают упорное кольцо пружины 10, втулку 7, узел конуса со вставленными плашками 6, резиновый элемент 3, после чего навинчивают переводник 1. Снизу на ствол надевают пружину 10 и узел поршня. Тяги 8 к ушкам сухарей 6 и диска толкателя крепятся пальцами, фиксируемыми шплинтами. На пор­ шень надевают цилиндр 11 с башмаком 14, который навинчивается на ствол. Переводник с башмаком необходимо крепить, создавая момент 300 кгс-м (это делают два человека при длине рычага цепного ключа 2 м). На нижний конец ствола навинчивают шту­ цер 15 и закрепляют его винтом.

Гидравлико-механический пакер Альметьевбурнефти испытан при исследовании и изоляции поглощающих пластов.

Г и д р о м е х а н и ч е с к и й п а к е р П Н М Б а ш Н И П И - н е ф т и. Разобщение и герметизация затрубного пространства до­ стигаются путем перекрытия его раздвижными металлическими деталями и сжатия резинового элемента под действием веса части колонны бурильных труб после создания предварительного упора в стены скважины с помощью плашек, перемещаемых в рабочее

117

положение толкателем-поршнем при создании избыточного давле­ ния в гидрокамере. Необходимое для воздействия на поршень и плашки давление создается нагнетанием жидкости в колонну бу­ рильных труб насосом цементировочного агрегата или буровой

казаниями индикатора веса. При посадках необходимо приподнять бурильную колонну на 5— 8 м и медленно продолжать спуск. Ес­ ли после 3—4 попыток пакер не проходит вниз, его следует под­ нять.

Чтобы запакеровать скважину, в бурильные трубы с определен­ ной производительностью нагнетают промывочный раствор. В цент­ ральном отверстии клапана создается сопротивление движению

118

жидкости и образуется перепад давления в стволе пакера, который передается в рабочую камеру через отверстия в стволе. Под дейст­ вием давления плунжер (поршень) перемещает плашки по конусу вверх до упора в стенки скважины. При посадке бурильных труб плашки заклинивают пакер, а резиновый элемент сжимается, разобщая зону поглощения и затрубное пространство. После от­ ключения насосов нагрузку на пакер доводят до 12—15 тс.

Надежность разобщения пакером зоны поглощения и вышеле­ жащих горизонтов проверяется следующим способом.

Затрубное пространство заполняют промывочным раствором до устья скважины и наблюдают за снижением уровня; если уро­ вень не падает, разобщение надежно (этот способ можно приме­ нять, если выше места установки пакера нет поглощающих гори­ зонтов). Перед закачкой тампонирующей смеси в бурильные трубы закачивают промывочный раствор, затем определяют приемистость поглощающего пласта путем его задавки цементировочными агре­ гатами при различных перепадах давления. Затем в бурильные трубы закачивают и продавливают необходимое количество там­ понирующей смеси. Количество продавочной жидкости подбирают с тем расчетом, чтобы оттеснить тампонирующую смесь ниже па­ кера на 20—30 м во избежание его прихвата.

Чтобы исключить вредное влияние процесса подъема буриль­ ных труб с пакером на формирование цементного моста в сква­ жине, допускается его оставление в скважине на 2 —3 ч, если нет опасности прихвата его обваливающимися породами.

Пакер выдерживает давление не более 100 кгс/см2; при более высоком давлении возможен пропуск. После окончания заливки или опрессовки скважины пакер снимают, медленно поднимая бу­ рильные трубы, при этом якорное устройство и резиновый элемент возвращают в транспортное положение. При снятии пакера про­ исходит затяжка до 5 тс, допускаемая нагрузка при расхаживании составляет 2 0 тс.

Не допускается также расхаживать бурильные трубы с паке­ ром при промывке скважины и вращать их при спуске, подъеме

иустановке пакера.

Втабл. 12 приведен размерный ряд пакеров ПНМ БашНИПИ-

нефти, которые применяют при исследовании скважин и борьбе с поглощениями в процессе бурения на месторождениях Башкирии.

Г и д р а в л и ч е с к и й п а к е р Б-23 Т а т Н И И .

Анализ результатов изоляционных работ с применением гидро­ механических пакеров ТатНИИ, Татбурнефти и Альметьевбурнефти показал, что эти пакеры могут быть использованы в том случае, если ствол скважины в этом интервале не имеет каверн, а породы обладают достаточной механической прочностью. Вследст­ вие этого поглощающие пласты, расположенные рядом, не всегда могут быть разобщены с помощью гидромеханического пакера. Кроме того, отдельные горизонты могут иметь несколько погло­ щающих участков, разобщение которых таким пакером не может

119