Способ изоляции притока посторонних вод из заколонного пространства скважины

 

Использование: при изоляции посторонних вод в скважинах. Цель - повышение качества изоляции. Сущность изобретения: по способу спускают насосно-компрессорные трубы в эксплуатационную колонну. Спуск осуществляют до зоны изоляции. Подают изоляционный материал в насосно-компрессорные трубы. Закачивают изоляционный материал под давлением в заколонное пространство. Закачку изоляционного материала осуществляют с определенной производительностью. Эта производительность обеспечивает давление закачки на уровне зоны изоляции, величина давления превышает величину ожидаемой максимальной депрессии в процессе освоения или эксплуатации скважины не менее чем на 3 МПа. Затем выдерживают скважину под давлением. Это осуществляют во время ожидания затвердевания цемента. Величину давления при выдержке скважины поддерживают не менее разницы между пластовым давлением и давлением в эксплуатационной колонне. Время выдержки скважины под давлением принимают не менее времени начала схватывания изоляционного материала. При этом это время не более двух третей времени от периода схватывания изоляционного материала. 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к изоляции притока посторонних вод из заколонного пространства.

Известен способ изоляции обводнившейся части продуктивного пласта, включающий спуск в эксплуатационную колонну насосно-компрессорных труб, подачу изоляционного материала в насосно-компрессорные трубы и закачку его в продуктивный пласт [1].

Данный способ нельзя применить для изоляции притока посторонних вод из заколонного пространства, во-первых, из-за ограниченности объема путей притока посторонних вод из заколонного пространства; во-вторых, при распакеровке закачанный под давлением изоляционный материал будет пластовым давлением водоносного горизонта выдавлен обратно в скважину. Недостатком способа является сложность его осуществления, а также то, что давления закачки изоляционных материалов под давлением (16 и 11 МПа) ничем не регламентируются, не увязываются с силами, воздействующими на заколонное пространство в момент создания максимальной депрессии.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ изоляции притока посторонних вод из заколонного пространства скважины, включающий спуск в эксплуатационную колонну насосно-компрессорных труб до зоны изоляции, подачу изоляционных материалов в насосно-компрессорные трубы, закачку изоляционного материала под давлением в заколонное пространство и выдержку скважины под давлением во время ожидания затвердевания цемента [2].

В данном способе не учитываются условия эксплуатации скважины. При дальнейших работах в скважине часто создают депрессию значительно больше по величине, чем был перепад давления при закачке изоляционного материала в заколонное пространство. В результате образованную в ходе изоляционных работ герметизирующую прослойку разрушают силой давления со стороны работающего водоносного горизонта.

Недостатком также является то, что во время ОЗЦ по известному способу скважину оставляют под давлением, под воздействием которого обсадная колонна расширяется. После сбрасывания давления по окончании ОЗЦ обсадная колонна сужается. Это приводит к образованию кольцевого канала между обсадной колонной и цементным кольцом, по которому восстанавливается негерметичность.

Целью изобретения является повышение качества изоляции, притока посторонних вод из заколонного пространства.

Цель достигается тем, что в способе изоляции притока посторонних вод из заколонного пространства скважины, включающем спуск в эксплуатационную колонну насосно-компрессорных труб до зоны изоляции, подачу изоляционного материала в насосно-компрессорные трубы, закачку изоляционного материала под давлением в заколонное пространство и выдержку скважины под давлением во время ожидания затвердевания цемента, закачку изоляционного материала осуществляют с производительностью, обеспечивающей давление его закачки на уровне зоны изоляции, величина которого превышает величину ожидаемой максимальной депрессии, в процессе освоения или эксплуатации скважины не менее, чем на 3 МПа, а при выдержке скважины под давлением величину его поддерживают не менее разницы между пластовым давлением и давлением в эксплуатационной колонне, при этом время выдержки скважины под давлением принимают не менее времени начала схватывания изоляционного материала, но не более двух третей времени от периода схватывания изоляционного материала.

На чертеже показана схема осуществления предлагаемого способа, момент ОЗЦ.

На схеме показана скважина 1, в которую спущена эксплуатационная колонна 2 и колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) 3. Между эксплуатационной колонной 2 и стенками скважины находится цементное кольцо 4. Эксплуатационная колонна 2 перекрывает водоносный 5 и продуктивный 6 горизонты. Продуктивный горизонт 6 вскрыт с помощью перфорации 7. Ниже НКТ 3, в зоне перфорации 7 оставлен для твердения "стакан" цементного раствора 8.

Способ осуществляют следующим образом.

При получении притока посторонних вод из заколонного пространства проводят исследовательские работы по выяснению места притока (нахождению водонасосного горизонта 5, из которого после вскрытия перфорацией 7 обсадной колонны 2 и продуктивного горизонта 6 получен приток посторонней воды), приемистости водоносного горизонта 5 через негерметичное цементное кольцо 4. После получения полной информации о характере негерметичности и водоносном горизонте 5 НКТ 3 допускают ниже зоны перфорации 7 на 5-10 м и производят промывку скважины до полного выравнивания параметров скважинной жидкости (в большинстве случаев это пластовая вода).

Предварительно по результатам исследования делают подсчет величины перепада давления Р, которое действовало на цементное кольцо 4 между водоносным горизонтом 5, из которого поступает посторонняя вода в момент создания максимальной депрессии в скважине 1 при ее освоении или в процессе ее дальнейшей эксплуатации. Величина перепада давления будет равна Δ Р=Р_в.г.-Р_скв, (1) Р_в.г. - пластовое давление в водоносном горизонте 5; Р_скв. - скважинное давление в момент создания максимальной депрессии в эксплуатационной колонне 2 при вызове притока или в процессе эксплуатации скважины 1.

При проведении исследований приемистости определяют приемистость при разных давлениях, в том числе при максимальном перепаде давлений (Δ Р_mах+ + 30) кгс/см². Подсчитанную таким образом максимальную приемистость принимают за основу при расчете максимальной производительности насосных агрегатов при закачивании изоляционного материала в заколонное пространство.

После проведения названных расчетов и промывки в НКТ 3 закачивают изоляционный материал (в основном это цементный раствор 8) и продавливают его в нижнюю часть скважины 1 на принципе равновесия столбов изоляционного материала (раствора 8) в НКТ 3 и в затрубном пространстве 9 между НКТ 3 и эксплуатационной колонной 2. После этого НКТ поднимают в безопасную зону - на 15-20 м выше верхней границы цементного раствора 8, герметизируют устье скважины 1 (перекрывают затрубное пространство 9) и начинают под давлением закачивать цементный раствор 8 в заколонное пространство 10. Закачивание производят с производительностью, обеспечивающей давление закачки на уровне зоны изоляции по крайней мере на 30 кгс/см² больше величины максимальной депрессии в процессе освоения или эксплуатации скважины (т.е. ранее подсчитанное Р_mах+30). Чтобы обеспечить стабильность цементному раствору 8 и предупредить его седиментационную неустойчивость, раствор 8 обрабатывают пластификаторами и другими химреагентами для этих целей. Окончив закачку изоляционного материала (раствора 8), насосные агрегаты останавливают и скважину оставляют под давлением на период не меньше времени начала схватывания изоляционного материала, но не больше двух третей периода схватывания. Такое время вытекает из следующего. Так как до начала схватывания изоляционного материала (раствора 8) в нем отсутствует свой "каркас", то при сбрасывании давления пластовым давлением водоносного горизонта 5 изоляционный материал будет выдавлен обратно в эксплуатационную колонну 2. При снижении давления после наступления начала схватывания изоляционный материал (раствор 8) не будет вытеснен обратно, так как в нем уже есть "каркас". Но так как в этот момент в цементном растворе 8 еще есть жидкая фаза, то она заполнит кольцевой канал, образующийся после сбрасывания давления между эксплуатационной колонной 2 и цементным кольцом 4. По прошествии двух третей периода схватывания в цементном растворе жидкой фазы остается незначительное количество, которого уже может не хватить для заполнения такого кольцевого канала. Такие выводы сделаны по результатам стендовых испытаний.

При выдержке под давлением в большинстве случаев происходит падение давления. Однако при этом не допускают падения давления больше величины разницы между пластовым давлением водоносного горизонта 5 и скважинным давлением (Р_скв1): т.е. меньше величины Р_в.г.-Р_скв1 (2) При снижении до этой величины производят подкачку жидкости в НКТ 3. Поддерживание давления в названных пределах нужно, чтобы пластовым давлением не выдавило обратно изоляционный материал (раствор 8), закачанный в зону изоляции.

После выдержки под давлением указанное выше время давление в эксплуатационной колонне 2 снижают до нуля и производят работы по ликвидации цементного стакана, оставленного на 2-5 м выше верхних отверстий перфорации 7 и еще в этот момент не затвердевшего (простым допуском колонны НКТ 3 с промывкой и вращением). После затвердевания цементного раствора проверяют качество произведенной изоляции известными методами (опрессовкой и, если нужно, то и понижением уровня жидкости в колонне 2).

П р и м е р. В скважину на глубину 4540 м спущена эксплуатационная колонна ⊘ 145 мм. Продуктивный горизонт 6 мощностью 11 м перфорирован от кровли до подошвы в интервале 4479-4490 м. В процессе освоения скважины при понижении уровня до 2000 м получен приток пластовой воды из вышележащего водоносного горизонта 5, где пластовое давление составляет 470 кгс/см². Подсчитывают максимальный перепад давления Р_mах, который действовал на цементное кольцо 4 между водоносным 5 и продуктивным 6 горизонтами (ствол скважины 1 заполнен пресной водой).

Δ Р=Р_в.г.-Р_скв=470-247,9=223 кгс/см² С учетом превышения давления в 30 кгс/см² давление закачки изоляционного материала (раствора 8) составит Δ Р_mах+30=223+30=253 кгс/см².

Превышение в 30 кгс/см² выбирают по результатам практических работ в различных скважинах.

Величина 30 кгс/см² и более будет способствовать "укреплению" изоляционной перемычки (за счет лучшего проникновения изоляционного раствора 8 в более мелкие каналы и трещины, по которым прорвалась посторонняя вода, и большему уплотнению изоляционной корочки.

После определения давления закачки (253 кгс/cм²) определяют приемистость при разных давлениях, в том числе и при 253 кгс/см². Приемистость оказалась равной 5,9 л/с. За максимальную величину давления закачки изоляционного раствора 8 принимают давление в 260 кгс/см². Приемистость для этого давления равна 6 л/с. Эта величина принята за максимальную производительность насосных агрегатов в момент закачки изоляционного раствора 8 в зону изоляции под давлением. С учетом давления (260 кгс/см²) и производительности выбирают два агрегата ЦА-320 с диаметром цилиндровых втулок 100 мм и один агрегат запасной.

После этого НКТ 3 допускают до глубины 4490 м и после промывки скважины 1 закачивают в колонну НКТ 3 цементный раствор из ШПЦС-120 в объеме 1,5 м³ и продавливают на забой на принципе равновесия. После этого НКТ 3 поднимают до глубины 4370 м (верхняя отметка цементного раствора 8 в этот момент была на 4390 м). Герметизируют вверху затрубное пространство 9 и начинают закачивать изоляционный раствор 8 под давлением в зону изоляции с произодительностью 6 л/с. Давление при этом составляет 260 кгс/см². При производительности до 5,1 л/с стабилизируют давление закачки цементного раствора 8. В дальнейшем снижают производительность агрегатов, чтобы стабилизировать возрастающее давление закачки. Операцию заканчивают с производительностью 2,1 л/с. При этом в эксплуатационной колонне 2 оставляют стакан цементного раствора 8 высотой 30 м (в интервале 4460-4490 м), который был ниже нижнего конца НКТ 3 на 90 м, т.е. в безопасной зоне. Скважину оставляют на ОЗЦ под давлением, которое может через 9 мин снизиться до 210 кгс/см².

Предварительно определяют минимальную величину давления, допустимого во время ОЗЦ, и время снижения давления до нуля.

Данные по схватыванию цементного раствора: начало схватывания 2 ч 50 мин, конец схватывания 3 ч 20 мин. Период схватывания 30 мин. Две трети периода схватывания составляют 20 мин.

Минимально допустимое избыточное давление в скважине в момент стояния под давлением во время ОЗЦ определяют по формуле (2).

Р_доп=Р_в.г.-Р_скв1=470-448=22 кгс/см² В процессе ОЗЦ давление может постепенно снизиться и через 2 ч составит 40 кгс/см². Из описания, чтобы не снизилось давление до нуля, в колонну НКТ 3 подкачивают 55 л/с. Давление после этого составит 160 кгс/см². Через 1 ч 10 мин, т.е. через 3 ч 10 мин после окончания закачки изоляционного материала в НКТ 3, давление в скважине 1 разрежают полностью. Давление перед этим составляло 50 кгс/см². В момент стравливания из скважины 1 может быть стравлено 12 л жидкости (воды). Это указывает на то, что цементный раствор 8 из каналов изоляции не выходит, т.е. изоляция осуществлена.

После окончания ОЗЦ НКТ с промывкой допускают до забоя и вымывают цементный стакан, находящийся в зоне перфорации 7.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ПРИТОКА ПОСТОРОННИХ ВОД ИЗ ЗАКОЛОННОГО ПРОСТРАНСТВА СКВАЖИНЫ, включающий спуск в эксплуатационную колонну насосно-компрессорных труб до зоны изоляции, подачу изоляционного материала в насосно-компрессорные трубы, закачку изоляционного материала под давлением в заколонное пространство и выдержку скважины под давлением во время ожидания затвердевания цемента, отличающийся тем, что закачку изоляционного материала осуществляют с производительностью, обеспечивающей давление его закачки на уровне зоны изоляции, величина которого превышает величину ожидаемой максимальной депрессии в процессе освоения или эксплуатации скважины не менее чем на 3 МПа, а при выдержке скважины под давлением величину его поддерживают не менее разницы между пластовым давлением и давлением в эксплуатационной колонне, при этом время выдержки скважины под давлением принимают не менее времени начала схватывания изоляционного материала, но не более 2/3 времени от периода схватывания изоляционного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1