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

д) всю операцию по закачке и продавке соляро-бентонито-це- ментной смеси следует проводить без остановок, при применении ■соляро-бентонитовой смеси закачку ведут по описанной выше схеме.

Гипсо-цементные и алебастро-цементные смеси целесообразно доставлять к зоне поглощения в обсадных трубах. Для приготовле­ ния смеси в емкость заливают соляровое масло и затем засыпают ■сухие компоненты смеси. Полученную пасту тщательно перемеши­ вают до получения однородной структуры. Анализ смеси берут пос­ ле смешивания ее с промывочным раствором, применяемым для бурения [23].

В скважину спускают обсадные трубы в количестве, обеспечи­ вающем доставку необходимого объема смеси к зоне поглощения. Предварительно на нижний конец их устанавливают диафрагму, рассчитанную на давление 50—60 кгс/ем2. Как исключение допуска­ ется снизу в обсадную трубу забивать деревянную пробку. Обсад­ ные трубы заполняют смесью, сверху которой закладывают тампон из брезента или мешковины, и на верхний муфтовый конец обсад­ ных труб навинчивают обратный и доливной клапаны. Свободный объем обсадных труб над смесью должен быть заполнен соляро­ вым маслом. Устройство спускается в скважину на бурильных трубах.

По окончании спуска снаряда к зоне поглощения на последнюю ‘бурильную трубу навинчивают ведущую труб и колонну допуска­ ют до подошвы зоны поглощения с таким расчетом, чтобы ниж­ ний конец снаряда был установлен в подошве поглощающей зоны. Для выпрессовки смеси из обсадных труб включают буровой насос.

При резком спаде (по манометру) давления, свидетельствую­ щем о разрыве тарированной диафрагмы и начале выхода смеси из обсадных труб, прекращают закачку продавочной жидкости в бурильные трубы и поднимают их на длину, обеспечивающую вы­ ход нижней части бурильной колонны из расчетной высоты моста

вскважине.

Вслучае применения деревянной пробки, когда зона поглоще­ ния расположена на забое, колонну опускают до зоны поглощения, разгружают на забое на 5—6 делений по индикатору веса и при частично открытом выкиде через ведущую трубу, спущенную в ■скважину на полную длину, буровым насосом закачивают продавочную жидкость. При этом давление в трубах растет, и при 60— 70 кгс/см2 бурильная колонна поднимается над забоем, после чего давление падает и буровой насос останавливается. Колонну подни­ мают выше интервала зоны поглощения.

Через 10—15 мин восстанавливается циркуляция промывочного раствора, целью которой является продавка смеси в каналы зоны поглощения; затем из скважины поднимают бурильную колонну и. спускают долото для разбуривания моста.

Закачка тампонирующей смеси на углеводородной основе мо­ жет быть использована в качестве гидромеханического пакера.

170

Тампонирующие смеси на углеводородной основе широко при­ меняют при изоляции зон поглощений во всех нефтяных районах страны. За последнее время их успешно используют при изоляции зон поглощений в трещиноватых породах, особенно на промыслах Татарии.

ТАМПОНИРУЮЩИЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИЦИИ ПОЛИМЕРОВ И ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

Т а м п о н и р у ю щие с ме си на о с но в е с м о л . Опыт приме­ нения пластических масс для перекрытия поглощающих интерва­ лов при бурении нефтяных и газовых скважин показывает, что пластмассы обладают рядом преимуществ перед растворами мине­ ральных вяжущих веществ:

а) значительно меньшая плотность тампонирующей смеси; б) возможность более широкого регулирования времени схва­

тывания смеси без применения специальных реагентов ускорителей; в) более высокая фильтрационная способность; г) нейтральность пластмассового шлама по отношению к гли­

нистому раствору при разбуривании мостов в скважине.

Для борьбы с поглощением промывочного раствора в бурящих­ ся скважинах разработан метод перекрытия поглощающих каналов пластмассовыми смесями на основе мочевино-формальдегидных смол [6].

Сущность метода заключается в подаче пластмассовой смеси, состоящей из двух компонентов — мочевино-формальдегидной смо­ лы и отвердителя, в зону ухода.

Мочевино-формальдегидная смола — высокомолекулярное со­ единение, один из видов пластичных термореактивных матери­ алов— получается поликонденсацией мочевины CO(NH2),2 [41]. Смола представляет собой однородную вязкую жидкость от белого до светло-коричневого цвета плотностью 1,15—1,40 г/см3, вязкостью 10—40 с по прибору Форда-Энглера, или 100—200 с и более по СПВ-5. Вязкость смолы может задаваться при ее изготовлении, что важно для удержания наполнителя в смоле и регулирования ее

■тексчести.

С течением времени и при понижении температуры вязкость смолы повышается, морозостойкость смолы — 50° С. В качестве от­ вердителя могут быть использованы водные растворы щавелевой кислоты (СООН)г или хлористого аммония ( N H 4 C I ) , керосиновый контакт Петрова, соляная кислота, раствор кислого гудрона.

Смешивание мочевино-формальдегидной смолы с отвердителем сопровождается реакцией полимеризации, оканчивающейся обра­ зованием твердого, водопрочного камня. Время схватывания смеси зависит от температуры среды (пласта), концентрации раствора отвердителя, его объемного количества, а также его вида.

Раствор щавелевой кислоты применяется при заливках зон поглощения, расположенных в пластах с температурой до 60—•

171

80°С. Концентрация раствора щавелевой кислоты составляет 15% при соотношении объемов смолы и раствора кислоты от 1:5 ДО' 5:1. При этом следует учитывать, что с увеличением объемного ко­ личества щавелевой кислоты сокращается время схватывания' смеси.

Температуру в зонах ухода, особенно расположенных на боль­ ших глубинах, следует учитывать. Время начала схватывания сме­ си резко сокращается уже при 35—40° С, а при 60—70° С стано­ вится минимальным (2—5 мин), что показано в табл. 34.

Т а б л и ц а 34

Отвердитель — раствор NH4C1 — целесообразно применять для поглощающих пластов, расположенных на больших глубинах, при температуре более 60—80° С. Концентрация раствора хлористого' аммония берется не более 25% при соотношении объемов смолы и раствора NH4C1 от 1:4 до 4:1, причем с увеличением количест­ ва раствора хлористого аммония возрастает срок схватывания смеси.

Промышленное применение на промыслах Куйбышевской об­ ласти керосинового контакта показало его высокую активность. Он может быть использован как отвердитель смолы при изоляции не­ сильно обводненных поглощающих пластов.

Отвердитель — кислый гудрон — является легкодоступным н дешевым продуктом переработки нефти. Раствор кислого гудрона заданной концентрации готовится на слабощелочном растворе, на­ пример, на растворе кальцинированной соды, и смешивается в оп­ ределенной пропорции со смолой.

Соляную кислоту можно применять в качестве отвердителя только при изоляции некарбонатных пород. Для повышения вяз­ кости пластмассовой смеси раствор соляной кислоты можно при­ готовить на глинистом растворе, который, смешиваясь со смолой,, дает водоустойчивый прочный камень.

При смешивании смолы и отвердителя плотность и вязкостьсмеси несколько уменьшается по сравнению с этими параметрами смолы. Однако при необходимости плотность смеси можно увели­

172

Закупоривающие свойства смеси можно повысить путем ввода керамзита с гранулами размером 1—5 мм. Керамзит хорошо удер­ живается в смеси, а высокие адгезионные свойства смолы позволя­ ют иметь прочный контакт пластмассы с поверхностью керамзита.

Пластовая вода положительно влияет на смесь, незначительно ускоряя реакцию полимеризации. Всестороннее сжатие (до

.200 кгс/см2), а также перемешивание смолы в кислой среде, обра­ зуемой щавелевой кислотой, не оказывает заметного отрицательно­ го действия на процесс полимеризации. Прочность получаемого пластмассового камня зависит от вида отвердителя, количества наполнителя и незначительно от температуры среды, в которой происходит полимеризация смеси. С увеличением количества на­ полнителя в смеси прочность камня уменьшается, но выдержива­ ется в пределах 14—16 кгс/см2 при испытании на изгиб. Прочность камня на изгиб через 1 сут твердения смеси без наполнителя со­ ставляет 30—32 кгс/см2, при этом пластмассовый монолит практи­

чески непроницаем.

При изоляционных работах в скважине выбор рецепта смеси, способа ее подачи в пласт и места установки открытого конца бу­ рильных труб зависит от глубины расположения зоны поглощения,

•ее температуры и мощности, а также интенсивности поглощения. Раздельный способ введения пластмассовой смеси в пласт пре­ дусматривает смешение компонентов смеси непосредственно на по­ верхности и закачку ее в скважину по бурильным трубам. Данный способ рекомендуется применять для изоляции поглощающих плас­ тов в скважинах с частичным и полным прекращением циркуляции при интенсивности поглощения до 150—200 м3/ч. Если кавернозность пород зоны поглощения значительная, следует смесь выдер­ жать в открытом конце бурильных труб до начала ее схватывания. При заметном повышении давления цементировочных агрегатов (не более 40—50 кгс/см2) необходимо перейти на форсированный

режим продавки смеси из колонны.

Комбинированный способ рекомендуется применять в скважи­ нах при большой кавернозности пород в интервале поглощения промывочного раствора. По этому способу последовательно зака­ чивают отвердитель и смолу отвердителя.

Данный способ можно применять при борьбе с поглощением небольшой интенсивности в пористых породах. Способ забойного смешивания предусматривает подачу компонентов в поглощающий пласт через специальный забойный смеситель или через две колон­ ны труб (двухканальная заливка). Этот способ можно рекомендо­ вать при полном и частичном поглощении промывочного раствора.

Смеси следует приготовлять по рецепту в соответствии с осо­ бенностями скважины. При приготовлении их на поверхности необ­ ходимо ориентироваться на минимально допустимое время нача­ ла схватывания пластмассы, учитывая время выхода смеси из бу­ рильных труб. При приготовлении смеси непосредственно в пласте путем последовательной закачки компонента или с помощью за­

173

бойных смесителей необходимо сокращать время схватывания; смеси до минимума, для чего следует подогревать компоненты в. условиях скважины, предварительно выдерживая их в трубах, а также выбирать соответствующую рецептуру смеси.

Промысловые испытания смол на промыслах Куйбышевской об­ ласти показали, что для скважин с частичным поглощением промы­

щении—8—12 м3. Количество смолы и кислоты определяется повыбранной рецептуре смеси.

Непосредственно перед заливкой необходимо замерить темпе­ ратуру смолы и раствора-отвердителя в емкости цементировочных агрегатов, так как вследствие отклонения от температуры смеси, получаемой в лабораторных условиях, может произойти прежде­ временное схватывание ее в бурильных трубах при закачке или продавке. Следует также отобрать пробы смолы и отвердителя и произвести контрольный замер времени схватывания смеси.

Количество продавочной жидкости всегда надо рассчитывать из условия полного вытеснения быстросхватывающейся пластмас­ совой смеси из бурильных труб.

Перспективным материалом в этом отношении является резор-» цино-формальдегидная смола ФР-12, стабилизированная спиртом и пластифицированная этиленгликолем. Смола представляет собой жидкость темно-коричневого цвета, хорошо растворимую в воде и спирте. В нефтепродуктах смола не растворяется. В качестве от­ вердителя смолы ФР-12 могут быть использованы формалин и па­ раформ. Смола ФР-12 отвердевает как в нейтральной, так и в ще­ лочной среде. Вязкость готового рабочего раствора смолы (плот­ ность 1,1—1,3 г/см3) до начала отвердения остается неизменной, после чего быстро возрастает до полной нетекучести.

Время отвердения рабочих растворов смолы ФР-12 определя­ ется степенью разбавления смолы водой, применяемым отвердителем, его качеством и концентрацией в растворе, температурой среды, способом и временем перемешивания смолы с отвердителем (для параформа).

В табл. 35 показано влияние температуры среды и времени перемешивания смолы с параформом на сроки начала отвердения

створа.

Отвержденная смола ФР-12 представляет собой непроницаемый прочный полимер с плотностью 1,1—1,3 г/см3, не растворимый в воде, растворах кислот и органических растворителях. Прочность затвердевшего полимера при испытании на разрыв (прибор Михаэлиса) через 2 сут составляет 2,5—6,5 кгс/см2. В процессе хране­ ния в воде отвержденная смола увеличивается в объеме (в течение первых 2—3 сут), что выгодно отличает ее от мочевино-формаль- дегидных смол, уменьшающихся в объеме при отвердении.

174

Для борьбы с поглощением промывочного раствора смола ФР-12 пока широко не применяется вследствие высокой ее стои­ мости и дефицитности.

Для перекрытия поглощающих каналов предложено применять высокоструктурированные гельцементы, обработанные раствором полиакриламида [5]. Последний получают путем полимеризации акриламида в присутствии инициаторов — персульфата и гипосуль­ фата натрия. Полиакриламид ( —СН3—СН— \ является поли-

\CONH2 )п

электролитом и подвергается электролитической диссоциации, в результате чего в цепочке полимера образуются отрицательно и положительно заряженные группы. Технический 8%-ный гель по­ лиакриламида— белая прозрачная либо коричневая железообраз­ ная, вязкая масса. При температуре ниже 0°С гель полиакрила­ мида затвердевает, что сопровождается его расслаиванием с час­ тичным разрушением и разрывом молекул полимера. При механи­ ческом перемешивании цемента, затворенного на водном растворе полиакриламида (концентрация не менее 0,25%), и глинистого раствора образуется высокоструктурированная тампонирующая смесь плотностью 1,35—1,40 г/см3 с углом естественного откоса 80—90° и временем схватывания смеси до 3 ч. При этом отсутст­ вует растекаемость по конусу АзНИИ.

Так как высоковязкую тампонирующую смесь трудно прокачи­ вать, было предложено получать ее непосредственно в скважине [5]. Для этого по бурильным трубам подают цементный раствор с полиакриламидом, а в затрубное пространство закачивают необ­ ходимое количество глинистого1 раствора (плотность раствора должна быть не менее 1,2 г/см3).

Полимерные смеси прошли промысловые испытания на промыс­ лах объединения Куйбышевнефть.

Т а м п о н и р у ю щ а я с ме с ь на о с но в е г и п а н а и р а с т ­

175

■акриловой кислоты и содержит карбоксильные группы. Наличие последних обусловливает при попадении в гипан ионов полива-

.лентных металлов образование труднорастворимых солей полиак­ риловой кислоты, что, в свою очередь, приводит к падению текучес­ ти системы.

Гипан представляет собой 10%-ный водный раствор гидролизованного полиакрилонитрила — подвижную жидкость плотностью 1,07 г/см3. При смешивании равных объемов гипана с 10—20% вод­ ного раствора хлористого кальция образуется высоковязкая нете­ кучая паста, способная при избытке в системе ионов кальция уп­ рочняться со временем в твердый монолит.

Закупоривающие свойства полученной пасты значительно по­ вышаются, если смешивать равные объемы гипана и глинистого раствора, затворенного на 10—20% -ном растворе хлористого каль­ ция, и при вводе в глинистый раствор 2—5% наполнителей, напри­ мер кордного волокна.

При смешивании гипана и цементного раствора, затворенного на 5—6%-ном водном растворе хлористого кальция, получается ■быстросхватывающая смесь с высокими закупоривающими свойст­ вами.

Высоковязкую смесь готовят следующим образом. В первой ем­ кости цементировочного агрегата на 10—20%-ном растворе хлорис­ того кальция готовят буровой раствор такой же плотности, как и раствор в скважине, или на 0,05—0,1 г/см3 больше. В раствор вво­ дят наполнители. В емкость другого агрегата заливают гипан. В скважину предварительно опускают бурильные трубы. Открытый конец бурильной трубы устанавливают на 15—25 м выше кровли поглощающего пласта. Агрегаты с помощью тройника обвязывают с устьем скважины (бурильными трубами) и одновременно закачи­ вают в скважину равные объемы этих компонентов. При этом вна­ чале закачивают раствор хлористого кальция.

Тампонирующую смесь продавливают в зону поглощения при закрытом превенторе и оставляют в стволе скважины по высоте мощности поглощающего пласта плюс 10 м. Давление в затрубном пространстве при продавце смеси не должно превышать 100 кгс/см2. Расход гипана на одну операцию составляет 4—5 м3, минерализо­ ванного бурового раствора соответственно больше на 0,5—1 м3, на­ полнителя 20—30 кг на 1 м3 раствора.

После закачки смеси бурильную колонну поднимают в башмак, восстанавливают циркуляцию и обрабатывают раствор до задан­ ных параметров для дальнейшего бурения скважины. Время твер­ дения смеси 4—5 ч.

Промысловые испытания показали высокую эффективность там­ понирующей смеси на основе гипана и растворов поливалентных металлов. Так, при бурении скв. 9119 (Абдрахмановская площадь) в интервале 1333—1474 м произошло поглощение промывочного раствора в нижнефаменском подъярусе. Опрессовка поглощающего 1пласта с помощью пакера, установленного на глубине 1309 м, по­

476

12* 179