Способ цементирования обсадных колонн

 

Изобретение относится к области крепления скважин, в продукции которых содержится сероводород. Способ включает чередующую закачку тампонажного раствора с закачкой изолирующего состава, в качестве которого используют водную суспензию веществ, которые при взаимодействии с сероводородом образуют нерастворимые соединения с большим объемом по сравнению с первоначальным объемом твердых веществ, вступивших в химическую реакцию, например водный раствор гематита. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к строительству глубоких скважин, а именно креплению скважин, в продукции которых содержится сероводород.

Вопросы цементирования обсадных колонн в скважинах с сероводородсодержащей продукцией представляют большую сложность из-за высокой агрессивности сероводорода по отношению к цементному камню. Большинство применяемых в настоящее время тампонажных материалов в силу особенностей минералогического состава продуктов твердения являются нестойкими как к газообразному, так и растворенному сероводороду.

Наиболее близким к заявляемому объекту является способ цементирования обсадных колонн путем закачки цементного раствора, причем закачку цементного раствора чередуют с закачками жидкости затворения цементного раствора и вязко-упругого разделителя (см. а.с. СССР N 1454952, кл. E 21 B 33/13).

Недостатком известного способа является его недостаточная эффективность при действии пластовых флюидов, содержащих сероводород. Это обусловлено тем, что за счет контракции цементного раствора сероводород проникает из пласта в межколонное пространство и, попадая в раствор щелочи, диссоциирует в ней на сульфид-ионы или гидросульфиды в зависимости от pH щелочи. При этом диссоциированный на ионы сероводород находится в несвязанном состоянии и может взаимодействовать либо с металлом обсадной колонны, либо с цементным камнем.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества цементирования с сероводородсодержащей продукцией. Указанная цель достигается тем, что в известном изобретении способ осуществляют путем чередующейся закачки тампонажного раствора и изолирующего состава. В качестве изолирующего состава используют водную суспензию веществ, которые при взаимодействии с сероводородом образуют нерастворимые соединения, причем объем последних больше исходного объема твердых веществ, вступивших в химическую реакцию с сероводородом. В качестве изолирующего состава может использоваться суспензия гематита в воде или промывочной жидкости.

Сущность предлагаемого способа цементирования заключается в том, что через железосодержащую пачку изолирующего состава с железосодержащим веществом проходят пластовый флюид, содержащий сероводород. Последний вступает во взаимодействие с оксидом железа и образует сульфид железа, причем объем образовавшегося сульфида в 2,1 раза больше объема оксида железа. Увеличение объема железосодержащей порции раствора приводит к тому, что она перекрывает площадь затрубного пространства, образуя непроницаемый, прочный экран, плотно контактирующий с ограничивающими поверхностями (обсадной колонной и горной породой). Если сероводородсодержащий пласт находится в средней части разреза, то необходимо использовать две железосодержащие порции тампонирующей смеси. Указанный способ может также применяться при ликвидации межколонных давлений или межпластовых перетоков флюидов, содержащих сероводород.

Из литературно-патентных источников известно использование тампонажных расширяющихся композиций для повышения герметичности зацементированного заколонного пространства (см. Данюшевский В.С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам. М, Недра, 1987, с. 154 164). Однако в известных композициях получен эффект расширения за счет процессов гидратации цемента, а цементный камень при этом взаимодействует с сероводородом и разрушается. Т. е. при контакте с агрессивным пластовым флюидом герметичность затрубного пространства ухудшается, тогда как в предлагаемом способе при взаимодействии тампонажного материала герметичность возрастает.

Известно также применение железосодержащих веществ, увеличивающих свой объем при взаимодействии с сероводородом. Например, Ахметшин Э.А. Мавлютов М. Р. (Борьба с проявлениями сероводорода при бурении скважин. Обзор информ. сер. Бурение, М, ВНИИОЭЕГ, 1978) предлагают использовать добавку хлорного железа, которое, попадая в поры пласта и взаимодействуя с сероводородом, осаждаясь в виде сульфида железа, кольматирует поры пласта.

Однако данный способ не реализуем при креплении скважин, т.е. хлорное железо находится в виде раствора, а объем образовавшихся продуктов взаимодействия меньше, чем объем исходных веществ. Поэтому предлагаемый способ может быть реализован только при сочетании тех факторов, которые присущи заявляемому объекту. Это дает основание говорить о соответствии заявляемого способа критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Эффективность предложенного способа проверялась экспериментально на специально изготовленной установке.

Пример конкретного осуществления способа цементирования принадлежит обсадной колонне диаметром 178 мм, спущенной в скважину глубиной 4200 м и диаметром 215,9 мм. Предыдущая колонна диаметром 245 мм спущена на глубину 3900. Продуктивный пласт находится в интервале 400 4200, пластовый флюид содержит сероводород.

Цементирование обсадной колонны осуществляется прямым способом в одну ступень.

Предлагаемый способ осуществлялся следующим образом: закачиваются буферная жидкость, затем тампонажный раствор в количестве, достаточном для заполнения затрубного пространства в интервале от верхней расчетной границы до глубины 3870 м. После него, не допуская перерывов в работе насосов и разрыва сплошности потока, закачивается 1,5 2,0 м³ суспензии гематита воды. Затем закачивается оставшийся расчетный объем цементного раствора. После чего проводится продавка тампонажного раствора. В результате проведенных операций после получения сигнала "Стоп" суспензия гематика будет находиться в интервале 3870 4000 м, т.е. над продуктивным пластом и надежно защитит тампонажный цемент в затрубном пространстве от контакта с агрессивным сероводородом.

Для того чтобы гематит не выпал в осадок, можно готовить суспензию гематита не на воде, а на глинистом растворе плотностью 1050 1070 кг/м³.

Формула изобретения

1. Способ цементирования обсадных колонн в скважинах с сероводородсодержащей продукцией путем чередующейся закачки тампонажного раствора и изолирующего состава, отличающийся тем, что в качестве изолирующего состава используют водную суспензию веществ, которые при взаимодействии с сероводородом образуют нерастворимые соединения, причем объем последних больше исходного объема твердых веществ, вступивших в химическую реакцию сероводородом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве изолирующего состава используют суспензию гематита в воде или в промывочной жидкости.