Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

ПОГЛОЩЕНИЕ ПРОМЫВОЧНОЙ жидкости

Поглощения промывочной жидкости в процессе проходки скважин обычно происходят при разбуривании пород, имеющих трещины и каверны, а также при наличии :в разбуриваемом разрезе высокопроницаемых пластов. Кроме того, поглощения могут вызываться колебаниями гидравлического давления, воз­никающими при проходке скважин, и только при условии пре­вышения гидростатического давления столба промывочной жидкости над пластовым давлением.

Практика показала, что поглощающие горизонты, как пра­вило, являются водонасыщенными. На борьбу с поглощениями затрачивают значительные материально-технические ресурсы и рабочую силу, задалживают оборудование—все это приводит к удорожанию себестоимости проходки, к снижению скорости бу­рения. Поэтому очень важно знать причины поглощений и усло­вия их возникновения, с тем чтобы применить наиболее эффек­тивные средства для предупреждения и борьбы с ними.

Наиболее трудно ликвидируемые’поглощения возникают при вскрытии кавернозных и трещиноватых пород, поэтому необхо­димо знать, как часто встречаются в природе указанные нару­шения. Многими исследователями установлено, что трещины ши­роко распространены в земной коре.

В. В. Белоусов [3] выделяет два типа трещин: а) общие или обычные, б) специальные или особые.

Первый тип имеет повсеместное распространение. Нет ни од­ной породы, которая не содержала бы трещин этого типа. Про­тяжение каждой общей трещины ограничено и составляет не более нескольких десятков метров. Однако в породе трещины различного направления могут пересекаться, образуя между со­бой связную сеть. С глубиной частота обычных трещин умень­шается.

Специальные или особые трещины связаны с крупными на­рушениями — складками, надвигами, сбросами, сдвигами и по­этому встречаются значительно реже, чем обычные. Тектониче­ские движения всех видов могут образовывать трещины скалы­вания, сжатия и разрыва.

В природе распространены трещины разрыва, являющиеся наиболее опасными в отношении поглощений и ухода промывоч­ной жидкости, так как по характеру сил, их образовавших, они имеют зияющий вид, в то время как трещины скалывания и сжатия обычно притерты плоскостями друг к другу.

Большую опасность в отношении поглощений представляют сводовые части антиклинальных складок: процесс образования их сопровождается наличием растягивающих усилий вдоль пла­стов. Эти растягивающие усилия способствуют возникновению трещин разрыва. Указанное положение подтверждают данные по Краснодару, Татарии и Сталинграду. Основное количество

поглощений происходит в известняках, гипсах и других раство­римых породах при наличии в них трещин, так как циркули­рующая по трещинам пластовая вода приводит к образованию каверн и карстов. Помимо наличия трещиноватости и раствори­мой горной породы, основными факторами образования каверн и карстов являются: а) интенсивная циркуляция пластовой

воды; б) процесс доломитизации известняков, сопровождаю­щийся сокращением его объема на 12%; в) выщелачивание гипсов, приводящее к образованию крупных каверн.

Как правило, развитие карстов приурочено к зонам большой трещиноватости, к линиям тектонических нарушений и к Кон­такту карстующихся пород с некарстующимися.

Наибольшие трудности встречаются в процессе ликвидации поглощений, возникших при бурении скважин в кавернозных породах с сильно развитой трещиноватостью.

Породы такого типа и связанные с ними поглощения харак­терны для районов Татарии, Башкирии, Куйбышевской, Сталин­градской, Саратовской областей. В этих районах наблюдаются провалы инструмента иногда до 3—5 м. Поглощения с одновре­менными провалами инструмента в процессе бурения происхо­дят вследствие каверн, образовавшихся в результате выщелачи­вания гипса в линзе или штоке. В восточных нефтяных районах, помимо большой затраты времени на ликвидацию поглощений, расходуется и большое количество материалов. Например, только за 1955—1956 гг. на ликвидацию 424 поглощений трестом Татбурнефть затрачено 69 станко-месяцев, более 10 тыс. т це­мента и других материалов [8]. Выбор наиболее рационального метода позволяет сократить время и расход материалов на борьбу с поглощениями. ,

Так как поглощения промывочной жидкости при наличии соответствующих каналов возможны лишь при условии превы­шения гидростатического давления, то основными методами борьбы с поглощениями следует считать:

1) снижение гидростатического давления в скважине;

2) применение глинистого раствора с высокими значениями вязкости и статического напряжения сдвига;

3) изоляцию каналов поглощения;

4) перекрытие поглощающих горизонтов техническими ко­лоннами.

Необходимо отметить, что геолого-литологические условия, а также методика проходки скважин в южных и восточных районах СССР существенно отличаются друг от друга, поэтому характер и причины поглощений в этих районах неодинаковы. В южных районах (Азербайджан, Чечено-Ингушская АССР, Краснодарский край и др.) кавернозность пород почти не встре­чается, однако широкое применение утяжеленных растворов для преодоления высоких пластовых давлений и других ослож­нений часто является причиной возникновения, поглощений,
обусловленных наличием дренированных пластов, а также явле­ний гидроразрыва при бурении глубоких скважин.

В восточных районах (Татария, Башкирия, Саратовская, Сталинградская области и др.) поглощения связаны главным образом с проходкой скважин через сильно кавернозные и тре­щиноватые породы с наличием в них карстовых пустот. Буре­ние скважин здесь производят большей частью с применением воды в качестве промывочной жидкости.

Теоретическое обоснование методов борьбы с поглощениями в условиях южных районов заключается в следующем.

При пересечении стволом скважины поглощающего пласта промывочная жидкость уходит в него под следующим перепа­дом давления

ДР — ~jQ hРгидр — Рал,

’ где Н — глубина поглощающего

У горизонта в м; у — удельный вес

промывочной жидкости в г]смг Ргидр — гидравлические сопротивле­ния, затрачиваемые на продвиже­ние жидкости в скважине, в ат; Рпл — сопротивление пласта проник­новению в него промывочной жидкости в ат.

Очевидно, скорость поглощения раствора пластом зависит не только от перепада давления, но и от размера трещин, т. е. от площади их поперечного сечения и объемных размеров.

Если условно представить трещины в виде эквивалентной им системы двух плоскостей, расположенных на среднем рас­стоянии 2h (рис. 53), то в случае равномерного движения сила, движущая жидкость, равна силе сопротивления.

Следовательно, для выделенного участка шириной 2х можно написать уравнение равновесия

2 хР = 2/т,

где Р — перепад давления на длине / в ат; т — стати­ческое напряжение сдвига в кГ/см2.

В этом случае расход жидкости в данной системе будет

где Р — перепад давления в ат на длине /, соответствую­щий сопротивлению пласта проникновению в него промывоч­ной жидкости [Р = ; Р0 — давление в ат, необходимое

для преодоления статического напряжения сдвига раствора ^Р0 = -^-j ; Ч — вязкость глинистого раствора в сантипуазах.

Расход жидкости можно представить в другом виде:

п = 2/г3 (р — р -( L р°3

^ 3 In [ 2 0 2 Р2 )■

2 Л3

При отсутствии поглощения Q = 0, но так как — щ- не мо­жет быть равным нулю, то

Q 1 П 3

Я-4Ро + 4-Й — = 0-

Следовательно, в случае отсутствия поглощения устанавли­вается равновесие между гидравлическим давлением и сопроти­влением пласта проникновению в него промывочной жидкости,

т. е. Р = Р0 при Р=-^~ ; Р0 = будем иметь

Ну 2/т

10 /г ■

Эта формула показывает, что:

1) при данных значениях размера поглощающих каналов (I и h) и величине статического напряжения сдвига т предотвра­щение поглощения и борьбу с ним можно осуществить сниже­нием удельного веса промывочной жидкости;

2) с ростом глубины и удельного веса промывочной жидко­сти при данных размерах поглощающих каналов для предотвра­щения поглощения и борьбы с ним статическое напряжение сдвига раствора должно расти прямо пропорционально измене­нию Я и у, на этом основано применение профилактического раствора.

При отсутствии во вскрытом скважиной разрезе высокона­порных горизонтов и обваливающихся пород предупреждение поглощения и борьбу с ним можно осуществить снижением удель­ного веса промывочной жидкости. Удельный вес раствора сни­жают путем разжижения его водой в том случае, если в разрезе отсутствуют водонеустойчивые породы; химическими реаген­тами, когда при разжижении необходимо иметь определенное значение водоотдачи раствора, или заменой раствора с высо­ким удельным весом более легким.

В ряде случаев поглощение прекращается с переходом на эмульсионный раствор или нефть. В качестве средства для предупреждения осложнений весьма перспективен раствор на нефтяной ‘основе, так как удельный вес его может изменяться в широких пределах при высоких структурно-механических свойствах.

При проходке скв. 80 Восточно-Северская (б. Краснодар — нефть) при удельном весе глинистого раствора 1,8 г/см3, вяз-

кости 80—90 сек. по СПВ-5 и статическом напряжении сдвига 242 мг/см2 после спуска инструмента неоднократно наблюдались поглощения, которые легко преодолевали путем снижения удель­ного веса глинистого раствора. В скв. 1 Великая (б. Краснодар — нефть) на глубинах 2324—2687 м при удельном весе глинистого раствора 1,55—1,60 г/см3 наблюдались поглощения. После сни­жения удельного веса раствора до 1,3—1,34 г/см3 поглощения прекратились и скважину пробурили до глубины 3000 м без осложнений. .

При спуске инструмента на скв. 4 Великая во время восста­новления циркуляции на глубине 2419 м произошло поглощение 10 м3 раствора удельного веса 1,4 г/см3 при вязкости 100 сек. и СНС через 10 мин. 360 мг/см2. После снижения удельного веса до 1,3—1,35 г/см3, а вязкости до 40—50 сек. поглощение пре­кратилось. При дальнейшем углублении скважины на таком растворе поглощений не наблюдалось.

Как было показано выше, при равновесии давлений в си­стеме скважина—пласт справедливо равенство

Ну __ 21т_

Ю ~ k

т. е. чем выше структура раствора, тем при более высоком да­влении начинается поглощение. На этой зависимости и основано применение профилактических растворов.

Профилактический глинистый раствор должен иметь мини­мально допустимый удельный вес, высокое статическое напря­жение сдвига через 1 мин. (желательно больше 300 мг/см2) и тиксотропность не ниже 3. Применение для борьбы с поглоще­ниями высокотиксотропных растворов с СНС через 1 мин. больше 300 мг/см2 позволяет иметь низкую вязкость раствора по СПВ-5. Это обстоятельство в свою очередь способствует гли­низации каналов ухода. Проникший в трещины высокотиксо — тропный раствор в покое образует студнеобразную массу (гель), закрывающую пути ухода раствора.

Для получения тиксотропного раствора необходимо исходный раствор обрабатывать углещелочным реагентом. Если после обработки раствора УЩР тиксотропные свойства его не улуч­шились, к раствору добавляют бентонитовую глину. В этом слу­чае следует тщательно подбирать рецептуру добавки, потому что излишнее — количество бентонитовой глины приведет не только к росту тиксотропности, но и к резкому росту вязкости. Рост вязкости обусловит увеличение давления промывочной жидкости вс!/?едствие повышения гидравлических сопротивлений при промывке скважины, что может вызвать более интенсивное поглощение.

В ряде районов, особенно где применяются растворы на пресной воде, их тиксотропность можно повысить обработкой 5—10%-ным водным раствором поваренной соли. Подбор ре — целтуры обработки и в этом случае обязателен, так как введе­ние в раствор больших количеств соли вызовет его коагуляцию и раствор будет испорчен.

При применении профилактического глинистого раствора всегда надо иметь в виду, что повышенные структурно-механи­ческие свойства приводят к увеличению гидравлического сопро­тивления, особенно при восстановлении циркуляции после спу­ско-подъемных операций, вызывая поглощения. Поэтому при спуске инструмента в скважину рекомендуется производить одну-две промежуточные промывки для разрушения структуры раствора. Продавку раствора после спуска инструмента на забой следует осуществлять при постепенном увеличении давления на насосе путем регулирования его пусковой задвижкой при обязательном вращении колонны бурильных труб. В про­тивном случае давление при продавке повышается в 1,5— 2 раза. ‘ ^

После ликвидации поглощения величина СНС глинистого раствора должна быть снижена в соответствии с данными гео — лого-технического наряда. В некоторых случаях поглощение может быть ликвидировано закачкой в пласт раствора, имею­щего высокое значение СНС.

После 2—3 часовой выдержки для обеспечения нормального роста структуры закачанного в пласт раствора восстанавли­вают циркуляцию. Необходимый объем раствора для закачки в пласт определяют по интенсивности поглощения. Если сниже­нием удельного веса промывочной жидкости или применением профилактического раствора поглощение не ликвидируется, а дальнейшее углубление скважины невозможно без ликвида­ции поглощения, то поглощающий горизонт необходимо пере­крыть колонной обсадных труб.

Поглощения в восточных районах возникают при проходке скважин с промывкой водой через трещиноватые и кавернозные породы. В этих условиях снижать удельный вес трудно, необхо­димо переходить на промывку нефтью, аэризировать жидкость или бурить с применением продувки забоя воздухом.

Использование профилактического раствора связано со зна­чительными затратами средств и лимитируется недостатком порошкообразной глины. Кроме того, перевод бурения с про­мывки забоя водой на раствор снижает механическую скорость, проходку на долото и в ряде случаев сопровождается значитель­ными потерями раствора вследствие его поглощения неизолиро­ванными пластами. В этих условиях наибольшее распростране­ние получил метод изоляции каналов поглощения.

При проведении различных мероприятий по борьбе с погло­щениями в восточных районах установлено, что классифика­ция поглощений по характеру выхода промывочной жидкости на поверхность, предложенная Я. А. Шварцем, не дает полной характеристики зон поглощения, поэтому мероприятия, давшие

положительный результат на одной скважине, оказывались безрезультатными на другой.

Коллективами института ВНИИБТ и буровиков Татнефти разработаны классификация поглощений и методы борьбы с ними (табл. 28). Эта классификация основана на определении коэффициента поглотительной способности для условий буре­ния с промывкой забоя водой.

Коэффициент поглотительной способности определяется из соотношения

где Q — количество поглощаемой жидкости в мг{яас Н—на­пор, равный разности отметок статического и динамического уровней при производительности насосов Q (в м водяного столба); k — коэффициент поглощающей способности, характе — . ризующий пропускную способность трещин и каверн.

При частичном поглощении

А = -7=£=,

Vn+h ‘

где h — дополнительный напор на пласт, равный гидравли­ческим сопротивлениям в затрубном пространстве (в м водя­ного столба).

Таблица 28

Катего­

рия

Величина коэф­фициента по­глотительной способности

Рекомендуемое мероприятие

I

< 1

С переходом на глинистый раствор погло­щение прекращается

II

1-3

Заливка быстро схватывающейся смесью (БСС). Расход цемента 5—10 т

III

3-5

Заливка БСС. Расход цемента 10—20 т

IV

5-15

Заливка высоковязкой БСС, приготовленной на глинистом растворе. Расход цемента 20—60 т

V

15-25

Перед ликвидацией поглощения снижать k намывом песка, забрасыванием инертных материалов и т. д. При снижении k < 15 использовать по его величине рекомендации I—IV

VI

> 25

Бурение поглощающей зоны без выхода циркуляции, после вскрытия которой на полную мощность спустить промежуточную колонну

Коэффициент поглотительной способности определяют сле­дующим образом.

1. Замеряют статический уровень (Яст), т. е. установив­

шийся уровень жидкости в скважине при отсутствии закачки воды в скважину.

2. После определения Яст в скважину закачивают воду ■с расходом, равным Q. Через некоторое время в скважине устанавливается определенный динамический уровень Ядин- Тогда коэффициент поглотительной способности

к = ——9 — .

У #СТ 7/дин

Замер Яст и Ядин производят при помощи поплавка, спу­скаемого в бурильные трубы на лебедке Яковлева. Для опреде­ления коэффициента k необходимо знать количество закачи­ваемой в скважину жидкости Q м5/час. Для этого перед закач­кой определяют производительность насоса (лучше по расходо­меру) .

Покажем на примере, как надо пользоваться классифика­ционной таблицей поглощений.

После вскрытия поглощающего горизонта уровень воды в скважине установился на глубине 115 м от устья, т. е. Яст =115 м. После замера Яст в скважину закачали одним на­сосом воду с производительностью 40 л/сек или 144 мъ! час, т. е. 0=144 м3/час. При закачке воды уровень в скважине устано­вился на глубине 60 м от устья, т. е. ЯД(Ш = 60 м. Находим ве­личину коэффициента поглотительной способности:

144 = 19,5.

У115—60

По классификационной таблице при значениях k от 15 до 25 рекомендуется снизить величину k намывом песка или забрасы­ванием инертных материалов. Положим, что в результате произведенного намыва песка величина Яст осталась на прежнем уровне, а при той же производительности на­соса из скважины стало выходить 90 мъ воды в час. Пусть при этом гидравлические сопротивления в затрубном пространстве равны 3 ат или 30 м водяного столба. В этом случае величина коэффициента k

TOC o "1-5" h z, 144—90 54 , _

k =————— : = — = 4 ,5.

У115—(—30 12

По классификационной таблице такого типа поглощение от­носится к III категории. Рекомендованное мероприятие: заливка БСС с расходом цемента от 10 до 20 т. При меньших количе­ствах закачанного цемента поглощение не будет ликвидировано.

Потребуются дополнительные заливки БСС, и в конечном итоге расход цемента окажется значительно выше количества, реко­мендованного классификационной таблицей.

Как показала практика бурения в восточных районах, вы­нос разбуренной породы из скважины, бурящейся долотом № 12, при нормальной циркуляции обеспечивается подачей в сква­жину 40—42 л/сек воды. Фактическая подача насосов в настоя­щее время при бурении 55—60 л/сек. Таким образом, потеря жидкости (15—18 л/сек) в результате поглощения в скважине не является препятствием к ее углублению.

Следовательно, вполне возможно при поглощении, не превы­шающем 54—70 м3/час, продолжать бурение скважины, при этом обеспечивается вынос выбуренной породы. Практикой также установлено, что при углублении скважины в условиях поглощения коэффициент поглотительной способности сни­жается. Очевидно, поднимающийся с забоя шлам попадает вместе с водой в поглощающий пласт и закупоривает каналы, по которым происходит поглощение. Снижение коэффициента поглотительной способности приводит к сокращению времени и средств, затрачиваемых на полное восстановление циркуляции. Поэтому при бурении с промывкой водой практикуется макси­мально возможное углубление скважины после вскрытия погло­щающей зоны.

В Татарии довольно широко распространен метод одновре­менного цементирования двух зон осложнений. Применение такого метода привело к экономии времени за счет совмещения операций по цементировке, ОЗЦ и разбуриванию цемента. Средний расход цемента на ликвидацию одного осложнения: снизился с 17 до 10 т, а время — с 29,4 часа до 16,4 часа. Дан­ными Татнефти подтверждается, что ликвидация любого сочета­ния двух осложнений возможна в артинском, верейском, серпу­ховском, угленосном и нижнефаменском горизонтах.

Сначала цементируют нижнюю зону осложнения, а затем, подняв инструмент до верхней зоны, тут же цементируют и ее. Однако в ряде случаев для удержания цементного стакана в верхней зоне необходимо ее цементировать после начала схватывания цемента в нижней зоне. Это необходимо в случаях, если нижняя зона поглощающая, а верхняя — кавернозная, и при более интенсивном поглощении в нижней зоне по сравне­нию с верхней.

Остановимся на определении коэффициента поглотительной способности нижнего горизонта при двух вскрытых зонах погло­щения. ‘

При этом возможны три случая:

1) РА = РВ, 2) РА<РВ, 3) РА>РВ, где РА — давление пласта А; Рв — давление пласта В.

1. При равенстве пластовых давлений РА — Рв перетока жидкости между пластами не будет. В этом случае коэффи­циент поглотительной способности определяется обычным спо­собом.

А В 2 У /Уст — Ддин

Рис. 54. Схема установле­ния статических уровней при вскрытии горизонтов А и В.

2. При РА >РВ и РА < Рв определить коэффициенты по­глотительной способности kA и kB необходимо для каждого горизонта в отдельности. Для обоих случаев решение этой задачи анало­гичное.

При разности давлений в горизон­тах А и В и отсутствии внешнего при­тока вода из пласта с большим давле­нием будет. перетекать в пласт с мень­шим давлением.

Пусть РА<РВ — При вскрытии го­ризонта А и отсутствии внешнего притока в скважину устанавливается статический уровень hA (рис. 54).

Если бы был вскрыт только горизонт/?, то в аналогичных условиях стати­ческий уровень был бы hB. Но так как вскрыты оба горизонта, из которых давление в верхнем ниже, то устанав­ливается статический уровень hQ и из горизонта В в горизонт А осуществляется переток воды.

Зная hA — статический уровень горизонта А и коэффициент поглотительной способности kA, которые определяются после его вскрытия, можно вычислить количество перетекающей жидкости из пласта В в пласт А.

Qa = ун,-нл.

При отсутствии внешнего притока QA = QB, т. е. пласт А поглощает жидкости столько, сколько ее отдаст пласт В.

Но

QB = кв/Г НВ~И0 >

т. е.

нА = кв ужжи

(а)

При нагнетании в скважину воды с дебитом Q0 имеем

TOC o "1-5" h z QB = Qo — kA у HD — HA, (6)

при этом

<2в = квУ Hd-Hb, (в)

откуда

квУ HD — НВ = Qo — кА V HD~HA ■ (Г)

Решая уравнения (а) и (г) совместно относительно kB и пола­гая у Н0 — НА = А и j/" //D — НА = В, будем иметь

М = кв V н, — н°; (д)

HB-Ha=Q, — клВ; (е)

из уравнения (д) kB = —===== подставляем в (е):

V НВ~Н«

, Л ‘ — К нп — Яд = Qo — kAB-

У Нв — Нй у D в ^0 А •

возведя обе части уравнения в квадрат и решая его относи­тельно Нв, получим

H0(Q0-kAB)*+kA*AWD в (Qa-kABY + kA*A* ‘ W

при аналогичных вычислениях при условии, что РА > Рв, бу­дем иметь

H0(Qo-kABr-kA*A*HD

В (<?0-£дВ)2-6дМ2 ’ ^

причем

А = У НА-Н0] В=у Hd~Ha■

Определив Нв из уравнений (ж) или (з), что зависит от от­носительной величины давления пласта В по сравнению с пла­стом А, и величину QB из уравнения (б), определяем коэффи­циент поглотительной способности kB из уравнения (в). Затем по классификационной таблице в зависимости от величины kA и kB устанавливаем метод изоляции и необходимое количество цемента.

В области борьбы с поглощениями промывочной жидкости в буровой практике применяется много различных методов по закупорке поглощающих каналов. В настоящее время как в отечественной, так и зарубежной практике наметились сле­дующие основные пути предупреждения и ликвидации возни­кающих осложнений.

а. Применение профилактических глинистых растворов, т. е. растворов с высокими величинами £JtLQ и_ вязкости._

б. Добавка к промывочной жидкости волокнистых и набу­хающих материалов для закупорки имеющихся в пласте пор и трещин. Этот способ является эффективным при мелкой тре­щиноватости и кавернозности проходимых пород.

в. Цементировка поглощающего пласта специальными быстро схватывающимися смесями, закачиваемыми в скважину и нагнетаемыми под давлением в поры и трещины поглощаю­щего пласта. Этот путь борьбы с поглощениями наиболее ра­дикальный и в настоящее время в восточных нефтяных районах является основным для перекрытия путей ухода промывочной жидкости.

Все указанные выше методы базируются на использовании в качестве закупоривающих материалов различных минераль­ных веществ (глина, жидкое стекло, цементы и т. д.). Эти ве­щества могут применяться самостоятельно, в комбинациях между собой или в виде смесей с химическими реагентами (кальцинированная сода, каустик, хлористый кальций, сульфит — спиртовая барда и др.) и инертными добавками-заполните­лями: песком, гравием, древесными опилками, стружкой, вой­локом и т. д.

В зависимости от интенсивности поглощения приготовляют смеси различных консистенций от жидкотекучих растворов до густых паст с большим углом естественного откоса.

Основным фактором при разработке рецептуры тампони­рующих смесей является быстрота их схватывания и тверде­ния. При этом состав смеси подбирают с таким расчетом, чтобы начало схватывания наступило примерно в момент доведения смеси до поглощающего пласта. Применение тех или иных ме­тодов для изоляции каналов поглощения требует определенных условий для их осуществления, а именно: а) установления при­чины поглощения, б) правильного определения глубины погло­щающих горизонтов, в) выбора для данного случая наиболее рационального метода ликвидации поглощения, г) выполнения технических правил приготовления и закачки тампонирующих смесей, д) правильного выбора времени ОЗЦ.

Несоблюдение названных условий затрудняет работы по ликвидации поглощений и влечет за собой непроизводительные затраты времени и средств.

Причинами .поглощений в районах, где осуществляют буре­ние скважин на глинистом растворе, могут быть:

П чрезмерно высокий удельный вес глинистого раствора и в связи с этим большие гидростатические давления^ приводя­щие к гидроразрызу пластов ~и возникновению поглощения. В этом случае поглощения носят систематический характер в виде постоянного уменьшения количества глинистого раствора в циркуляционной системе;

2) колебания гидравлического давления в скважине. При этом поглощения носят эпизодический характер, т. еТпоглоще­ния происходят только во время работ, вызывающих повыше­ние гидростатического давления.

Так, при бурении скв. 18 Калужская (б. Краснодарнефть) во время проработки в интервале 2422—2434 м (забой 2578 ж) произошло поглощение глинистого раствора. Циркуляцию после закачки 70 ж3 раствора восстановить не удалось. Пара­метры раствора в скважине были следующие: удельный вес 1,57 г./см3, вязкость — нетекучая, сдвиг > 150 мг/см2 через 1 мин. Только после подъема инструмента в башмак 10" технической колонны (1800 м) и снижения вязкости до 76 сек. циркуляцию восстановили. На скв. 22 Калужская при забое 29’60 м при вос­становлении циркуляции скважина поглотила 30—35 ж3 рас­твора удельного веса 1,71 г/см3, вязкость — нетекучая, СНС больше 360 мг/см2 через 1 мин. После начала движения рас­твора поглощение прекратилось. Давление на насосе упало со 140 до 80 ат.

На скв. 82 Ново-Дмитриевская при забое 2803 ж и параме­трах раствора: удельный вес 1,62 г/см3, вязкость 100 сек. по СПВ-5, производили утяжеление и химическую обработку рас­твора. Компоновка низа бурильной колонны была следующая: долото трехшарошечное № 10, турбобур Т12М1-8", верхний стабилизатор, изготовленный из 85/g" обсадных труб дли­ной 20 ж, 24 ж 5" УБТ и 59/i6" бурильные трубы. Во время утя­желения производили периодическое расхаживание инстру­мента.

При медленном подъеме и спуске колонны бурильных труб циркуляция была нормальной, а после быстрого спуска при­поднятого над забоем инструмента в скважине началось погло­щение. Для восстановления циркуляции в скважину закачали 80—85 ж3 раствора. Циркуляцию удалось восстановить только после удаления турбобура, стабилизатора, УБТ и примене­ния промежуточных промывок iBo время спуска инстру­мента.

Приведенные примеры показывают, что при бурении сква­жин с высокими значениями удельного веса_раствора, вязкости и СНС следует учитывать возможность появл^нм’ДдштрТцени’й при форсировании^ДгщскюДюл. ъем. ных~~ операцииДпродавке и расхаживании инструмента. При этом необходимо продуманно компоновать нижнюю часть колонны бурильных труб, осо­бенно в тех случаях, когда возникает необходимость устанавли­вать над долотом различные приспособления большего диаме­тра, чем бурильные трубы.

Правильное определение глубины поглощающих горизонтов имеет решающее значение при цементировках для ликвидации ухода промывочной жидкости.

В случае других методов борьбы с поглощениями, как то: снижение удельного веса промывочной жидкости, использова­ние профилактического раствора, добавление к промывоч­ной жидкости инертных материалов и т. д., не обязательно знать мощность и положение зон ухода промывочной жид­кости.

Незнание точного расположения зон поглощения по глубине всегда приводит к излишнему расходу цемента и повторным заливкам. Применяемое при этом большое количество тампони­рующей смеси приводит к росту гидростатического давления в скважине и в ряде случаев к увеличению интенсивности погло­щения, что затрудняет его ликвидацию.

Один из методов определения местоположения поглощаю­щей зоны основан н? измерении температуры по стволу сква­жины до и после закачки промывочной жидкости электротер­мометром. Во время закачки скважины промывочная жидкость ниже зоны поглощения находится в спокойном состоянии, а выше этой зоны перемещается. Для того чтобы уловить раз­ность температуры в несколько градусов, достаточно закачать объем промывочной жидкости, соответствующий 300—500 пог. м столба раствора в скважине. При этом на температурной кри­вой зона поглощения выделяется ясно. Необходимо, чтобы ко­личество закачиваемой в единицу времени жидкости было равно или больше интенсивности поглощения, в противном случае жидкость может поглощаться только верхней частью пласта и кажущаяся мощность зоны поглощения по температур­ной кривой окажется меньше действительной.

Весьма важным фактором по обеспечению успешного закры­тия зон поглощения цементировкой является выбор рецептуры тампонирующей смеси.

Тампонирующие смеси могут быть следующих типов: а) быстро густеющие глино-цементные смеси, б) быстро схва­тывающиеся смеси, в) цементный раствор с добавками, уско­ряющими сроки схватывания.

Быстро густеющие глино-цементные смеси представляют собой сложные составы из пяти компонентов: тампонажный це­мент, глинистый раствор, жидкое стекло, каустическая сода, вода. Примерная рецептура таких смесей приведена в табл.29.

Глино-цементные смеси недостаточно удобны для практи­ческого применения, так как многокомпонентность их затруд­няет качественное приготовление смеси.

При приготовлении глино-цементных паст, примерный со­став которых приводится в табл. 30, отмечается прямая зави-

№ рецепта

Состав смеси

Процентное

содержание

вещества

Растекае — мость, см

Сроки схваты­вания, мин.

начало

конец

I

Цемент тампонажный. . . Глинистый раствор у = 1,2 Жидкое стекло у = 1,48 . . Каустическая сода у =1,3 Вода……………………………………..

53,1

31,5

3.6 6,2

5.6

1 „ )

25

60

II

Цемент тампонажный…. Глинистый раствор у =1,2 Жидкое стекло у =1,48 . . . Каустическая сода у =1,3 Вода………………………………………

50,7

30.1

5.3

8.3 5,6

| 18

27

Т а б

60

лица 30

Состав пасты

Процентное

содержание

вещества

Расте-

кае-

мость,

см

Сроки схватыва­ния, часы—мин.

начало

конец

Портланд-цемент……………………

Глинистый раствор у = 1,2 . . Жидкое стекло у = 1,48 … Вода.

■ 56,6 , 33,9 3,8 5,7 )

Густая

паста

2—20

3—20

симость между количеством цемента и сроками схватывания. Чем больше цемента, тем быстрее начинается схватывание. Закачи­вать пасты в скважину можно растворонасосами, применяе­мыми в строительной практике.

Быстро- схватывающиеся цементные смеси (БСС) в настоя­щее время широко применяются при борьбе с поглощениями промывочной жидкости в восточных нефтяных районах Совет­ского Союза. Положительными свойствами БСС являются их малокомпонентность и простота в приготовлении (возможность механизированного приготовления).

В основу приготовления БСС положен принцип смешения двух цементов различного минералогического и химического состава: тампонажный и глиноземистый, портланд-цемент, с гли­ноземистым и др. Обязательной составной частью БСС является глиноземистый цемент, средний расход которого в смеси соста­вляет 20—25%. Сроки схватывания БСС можно регулировать.

изменяя количество глиноземистого цемента в смеси, что под­тверждается лабораторными данными ВНИИБТ, приведенными в табл. 31.

Таблица 31

Наименование цемента и его процентное соотношение

Сроки схватывания, мин.

продолжи­

‘ 0

0

тельность

тампонажныи

глиноземистыи

начало

конец

схватыва­

ния

100

160

320

160

90

10

20

40

20

80

20

9

10

1

70

30

7,5

8,5

1

60

40

4

4,8

0,8

50

50

3

3,6

0,6

Портланд-цемент

Глиноземистый

100

120

230

110

90 1

10

20

40

20

801

20

3

11

8

501 •

50

1

5

4

1 Смеси изготовлены с тремя частями песка.

В БСС иногда вводят инертные добавки в виде песка, что может оказаться полезным для более успешной цементировки каверн и трещин. Хорошие результаты показала смесь тампо — нажного цемента с алебастром, которая широко применяется в Сталинграднефти и Саратовнефти. Приготовление БСС со­стоит из следующих операций.

а. В приемное устройство цементосмесительной машины СМН засыпают цементы в подобранном по рецепту соотношении (на­пример, 5 мешков тампонажного и 1 мешок глиноземистого). При подъеме цемента шнеком он перемешивается.

б. Приготовление смеси цементосмесительной машиной.

в. Закачка смеси в скважину цементировочным агрегатом через спущенные бурильные трубы.

Цементные растворы с добавками, ускоряющими сроки схватывания, широко применяют для изоляции поглощающих каналов. Наиболее распространенными ускорителями являются: жидкое стекло, хлористый кальций, сульфит-спиртовая барда и др. В части оптимальной дозировки ускорителей и их дей­ствия следует отметить, что увеличение процентного. содержа­ния жидкого стекла в смеси приводит к ускорению схватыва­ния цементного раствора, увеличивая при этом его вязкость.

При добавках жидкого стекла более 10% и перемешивании раствора наступает процесс «размолаживания», при котором срок схватывания резко увеличивается.

Опыт показывает, что цементные растворы с добавкой жидкого стекла до 5% являются наиболее распространенными. Количество хлористого кальция рекомендуется вводить не больше 7%, дальнейшее увеличение процентного содержания этого ускорителя приводит к очень резкому сокращению сроков схватывания, затрудняя нормальный процесс закачки цемент­ного раствора в поглощающие каналы. Сульфит-спиртовой барды следует вводить от 3 до 5% от веса цемента, а конси­стенцию раствора вследствие разжижающего действия ССБ на цементные растворы принимать в пределах 30—35%.

Весьма перспективной для изоляции каналов поглощения является смесь тампонажного цемента с алюминиевым порош­ком. Вследствие-взаимодействия между водным раствором из­вести и алюминиевым порошком происходит выделение водо­рода и трехкальциевого гидроалюмината по следующей реак­ции:

ЗСа(0Н)2+6Н20+2А1 -> ЗН2+ЗСаО • А1203- 6Н20

Реакция идет с выделением тепла, что способствует ускоре­нию схватывания цементного раствора. Вследствие выделения водорода цементный раствор значительно увеличивается в объеме, что видно из табл. 32. .

Таблица 32

Наименование цемента

Добавка порошка к весу цемента, %

Увеличение объема цементного камня, %

Начало

газообразо­

вания

Тампонажный…………………………

0,1

40

Через 15 мин.

То же……………………………….

0,2

60

, 13 .

я •

0,5

150

. ю.

1,0

100

. ю.

2,0

80

. 10 .

3,0

120

. 9 ,

* …………………………………

4,0

100

. 11 .

Оптимальное содержание алюминиевого порошка в цементе согласно табл. 32 можно принять 0,5%.

Положительным свойством данных растворов является их способность терять подвижность с началом выделения газа. Отрицательное свойство заключается в том, что пустоты, обра­зованные водородом, не являются изолированными, и, следова­тельно, затвердевший газобетон способен пропускать через себя

воду. Поэтому при полной изоляции каналов поглощения необ­ходима дополнительная цементировка. >

Очевидно, что применение этой смеси будет перспективным для первоначальной цементировки в породах с крупной трещи­новатостью, при наличии каверн и карстов. Указанную смесь успешно используют для борьбы с поглощениями в нефтяных районах Сталинградской области.

ВНИИБТ предложена классификация различных смесей, в основу которой положены следующие принципы: сроки схва­тывания и твердения смеси, простота приготовления ее, дефи­цитность материалов, входящих в состав смеси, и др. Согласно этой классификации быстро схватывающиеся и твердеющие смеси расположены в виде последовательного ряда, построен­ного на основании практической целесообразности их примене­ния: а) БСС на основе глиноземистого цемента, б) БСС — це­мент с жидким стеклом, в) БСС — цемент с хлористым каль­цием, г) БСС-—глино-цемент, пасты, д) смесь цемента с суль — фит-спиртовой бардой, е) гельцементы, ж) глино-цементные пасты.

Следует отметить, что в настоящее время широко приме­няется БСС, приготовленная на основе тампонажного цемента с алебастром. Начало схватывания такой смеси регулируется содержанием в ней алебастра. По классификации смесей, оче­видно, ее следует отнести к первой группе.

При практическом применении различных цементных сме­сей для ликвидации поглощения их рецептуры необходимо под­бирать в условиях забойной температуры и давления, так как по мере роста этих параметров сроки схватывания смесей сокра­щаются.

Оставить комментарий