Способ временной изоляции призабойной зоны скважины

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и предназначено для изоляции призабойной зоны скважины на время ее консервации или проведения в ней ремонтных работ. Обеспечивает сохранение проницаемости призабойной зоны пласта для обеспечения максимальной производительности скважины, а также упрощение технологии запуска скважины в работу после ее расконсервации или капитального ремонта. По способу закачивают вяжущий материал в скважину и обеспечивают его затвердевание с образованием изолирующей непроницаемой массы. Перед закачкой вяжущего материала призабойную зону скважины заполняют углеводородной жидкостью до заданного уровня. На ее поверхности размещают слой плавающего материала с плотностью меньше плотности углеводородной жидкости. Плавающий слой размещают в таком количестве, чтобы его выталкивающая сила превосходила силу тяжести вяжущего и плавающего материалов вместе взятых. 1 з.п.ф-лы., 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и предназначено для изоляции призабойной (фильтровой) зоны скважины на время ее консервации или проведения в ней ремонтных работ.

Известны способы изоляции фильтровой части скважины путем глушения, т.е. заполнением скважины жидкостью, создающей гидростатическое давление на забое больше пластового. Недостатком этого способа является снижение проницаемости призабойной зоны пласта (ПЗП) в результате загрязнения ее жидкостью глушения и, как следствие, снижение продуктивности скважины. (В.А. Блажевич. В.Г. Уметбаев. Справочник мастера по капитальному ремонту скважин.- М.: Недра, 1985, с. 185-186).

За прототип заявляемого способа принят способ закупорки скважины, заключающийся в следующем: приготовляют цементный раствор, плотность которого равна или меньше плотности находящейся в скважине жидкости. Вводят этот раствор в скважину так, чтобы он плавал на поверхности указанной жидкости или около ее поверхности. Дают цементному раствору возможность затвердеть с образованием плотной непроницаемой массы (Способ закупорки скважин. Патент США N 3844351, кл. E 21 B 33/13).

Недостатками этого способа являются: а) цементный раствор невозможно использовать при заполнении призабойной зоны скважины углеводородной жидкостью (наиболее подходящей для этой цели), т. к. приготовить цементный раствор с плотностью меньше плотности углеводородных жидкостей невозможно. Наибольшее снижение плотности цементных растворов обеспечивается их аэрированием, введением в них газа (воздуха). Самый легкий пеноцементный раствор, полученный таким путем и известный под названием "Аэротам", имеет плотность 800 кг/м³. (Подгорнов В.М., Ведищев И.А. Практикум по заканчиванию скважин. - М.: Недра, 1985, с. 165-166), что не меньше плотности углеводородной жидкости. Более того при закачивании в скважину аэрированный раствор, вследствие большого гидростатического давления, будет сжиматься, а плотность его возрастет. По данным Булатова А.И., плотность аэрированных цементных растворов увеличивается в скважине на 20-30%. Это означает, что плотность раствора "Аэротам" в скважинных условиях увеличится до 960-1040 кг/м³.

Следовательно, цементный раствор не может держаться на поверхности углеводородной жидкости, которой наиболее желательно заполнять призабойную зону скважины на время ее ремонта или консервации. Кроме того, одновременно с увеличением плотности увеличивается пластическая вязкость раствора, он густеет, становится труднопрокачиваемым. (Булатов А.И. Формирование и работа цементного камня в скважине. - M.: Недра, 1990, с. 86-87).

б) Согласно формуле патента, плотность жидкости, находящейся ниже устанавливаемой пробки и заполняющей призабойную зону скважины, должна быть не ниже плотности закачиваемого цементного раствора. Следовательно, при этом способе для заполнения призабойной зоны скважины использовать углеводородную жидкость нельзя и недостатком метода является снижение коэффициента восстановления проницаемости призабойной зоны пласта и ее продуктивности. (Соловьев В.М. Заканчивание скважин. - М.: Недра, 1979, стр. 41).

Целью изобретения является: сохранение проницаемости ПЗП и повышение ее продуктивности до максимальной, т.е. потенциально возможной, после ее ремонта или расконсервации путем заполнения призабойной зоны углеводородной жидкостью на это время; упрощение технологии запуска скважины в работу после выполнения в ней ремонтных работ или расконсервации за счет исключения операции интенсификации притока, т.к. при заполнении призабойной зоны углеводородной жидкостью не происходит ее загрязнения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу временной изоляции призабойной зоны скважины, включающему закачку вяжущего материала в скважину и его затвердевание с образованием изолирующей непроницаемой массы, перед закачкой вяжущего материала призабойную (фильтровую) зону скважины заполняют ее же пластовой или углеводородной жидкостью (нефть, керосин, газовый конденсат и т.п.), а лучше всего жидкостью изолируемого пласта (Сухоносов Г. Д. Испытание необсаженных скважин. - М.: Недра, 1992, стр. 78) и на ее поверхность засыпают через колонну труб или доставляют контейнером легкий, с плотностью меньше плотности углеводородной жидкости, материал (керамзит, пемза, вспученный перлит, пенопласт, микробаллоны и т.п. ), способный плавать на ее поверхности и нести на себе дополнительный груз. Выступающая над поверхностью жидкости часть этого легкого материала служит основанием для изолирующего моста, удерживает его от погружения в углеводородную жидкость до отверждения и сцепления вяжущего материала с колонной или со стенками скважины, Для того чтобы вяжущий материал, предназначенный для создания изолирующего моста, не погрузился в углеводородную жидкость, плавающий материал загружается в таком количестве, чтобы его выталкивающая (архимедова) сила превосходила силу тяжести вяжущего и плавающего материалов вместе взятых. При таком подходе (или поэтому) плотность вяжущего материала не зависит от плотности жидкости, заполняющей призабойную зону скважины, и может быть больше ее.

В настоящее время для снижения плотности вяжущего в него вводят облегчающие добавки - вещества меньшей плотности (бентонит, газосодержащие гранулы, газообразную фазу. Подгорнов В. М., Ведищев И.А. Практикум по закачиванию скважин. - М.: Недра, 1985, 122 с.). Но все эти методы, во-первых, не позволяют получить вяжущее с плотностью меньше плотности углеводородных жидкостей, во-вторых, введение в вяжущее этих наполнителей затрудняет регулирование технологических свойств (вязкость, время отверждения, газонепроницаемость, прочность и пр.) вяжущего, предназначенного для создания изолирующей перегородки.

Предлагаемый метод отличается от известных тем, что облегчающие добавки, вводимые в вяжущее для снижения его плотности, доставляются в скважину раздельно от самого вяжущего. Последнее доставляется в скважину после облегчающего материала и помещается на нем, как на основании. Их средняя плотность, вместе взятых, должна быть меньше плотности жидкости и поэтому архимедова сила удерживает их на поверхности этой жидкости.

Раздельная доставка позволяет легко регулировать технологические свойства вяжущего и физико-механические свойства конечного продукта (отвердевшей массы), образующего изолирующий мост или пробку. Кроме того, изолирующий мост создается в газовой среде. Последнее обстоятельство позволяет его создавать не сразу, не за один прием, а наращивать постепенно, по частям. Причем газовая среда более благоприятна для формирования более прочного камня, образования прочного контакта и сцепления между последовательно доставляемыми в скважину порциями вяжущего и стенками скважины или обсадной колонны.

На фиг. 1 показана фильтровая часть 1 скважины, заполненная углеводородной жидкостью 2. Остальная часть скважины заполнена сжатым газом 3 (природным, отработанным в двигателях внутреннего сгорания или азотом). Если гидростатическое давление, создаваемое столбом жидкости, меньше пластового и уровень ее находится выше заданного, то для уравновешивания пластового давления гидростатическое давление этой жидкости дополняется давлением газа, закачиваемого в скважину через герметизированное устье, и углеводородная жидкость оттесняется к заданному уровню, т.е. к запланированному месту установки изолирующего моста. На поверхность углеводородной жидкости (фиг. 2) засыпается в виде гранул (доставляется контейнером) легкий с плотностью меньше плотности углеводородной жидкости материал (загрузка) 4 (керамзит, пемза, вспученный перлит, газонаполненные баллоны, пенопласт, и т.п.), способный плавать на поверхности жидкости 2 и удерживать на себе дополнительный груз. На поверхность плавающей загрузки 4 (фиг. 3) заливается через колонну или доставляется контейнером вяжущий материал 5 (тампонажный цемент, минеральная или синтетическая смола или какой-либо другой полимерный отверждающийся материал), предназначенный для создания закупоривающей пробки (моста). Плавающая загрузка 4 удерживает вяжущий материал 5 от погружения в углеводородную жидкость 2. В свою очередь вяжущий материал 5, проникая в верхнюю часть плавающего материала (загрузки) 4, связывает его, при своем отверждении превращает в монолит и повышает несущую способность пробки.

Глубина проникновения вяжущего материала в плавающие гранулы зависит от крупности этих гранул, вязкости (консистенции) вяжущего и времени его загустевания. Все перечисленные параметры поддаются регулированию и задаются заранее в соответствии с технологическими требованиями на установку изолирующего моста (пробки) и условиями в скважине (давление, температура, состав окружающей среды и др.).

Таким образом, плавающая загрузка 4 является основанием, удерживающим вяжущий материал 5 над жидкостью 2 до его отверждения и сцепления с обсадной колонной. Сам же мост образуется из вяжущего материала (плотность которого может превышать плотность углеводородной жидкости) и, частично, из загрузки 4, сцементированной вяжущим материалом.

Пример. Выталкивающая (архимедова) сила, действующая на погруженный в жидкость материал, определяется по формуле F = G · U = G · (М : К), кгс, где G - плотность жидкости, кг/м³; U - объем вытесненной жидкости, м³; M - масса погруженного в жидкость тела, кг; K - плотность погруженного в жидкость тела.

В таблице приведены результаты расчетов необходимого количества пористого материала для удержания над жидкостью, имеющей плотность 700 кг/м³, груза весом 100 кг в зависимости от плотности пористого материала.

Количество вяжущего материала берут такое, чтобы изолирующий мост выдержал пластовое давление, а легкого, чтобы его выталкивающая сила была не меньше веса вяжущего материала. При этом на забое поддерживают с помощью сжатого газа давление не менее пластового до тех пор, пока не затвердеет вяжущий материал, после чего давление снимают и приступают к запланированным работам в скважине.

Чтобы не загружать скважину большим количеством легкого плавающего материала, а также с целью экономии этого материала и затрат времени на выполнение этих работ, изолирующий мост можно наращивать постепенно по частям, т. е. вначале можно установить пробку небольшой высоты, а после ее отверждения и сцепления со стенками обсадной колонны она будет служить опорой для следующей порции вяжущего материала, залитого на нее для дальнейшего наращивания моста до достижения им необходимой прочности, способной выдержать пластовое давление.

Также с целью экономии вяжущего и затрат времени на наращивание изолирующего моста для увеличения его прочности и способности противостоять пластовому давлению, после снятия давления сжатого газа в скважине, поверх этой пробки можно закачать жидкость, которая будет дополнять противодавление на пласт. В этом случае пробка будет выполнять в основном только роль изолирующей газонепроницаемой перегородки.

По окончании ремонтных работ мост разбуривают. Чтобы не вытеснить углеводородную жидкость с призабойной зоны и не загрязнить эту зону промывочным агентом, плотность последнего должна быть меньше плотности углеводородной жидкости. Такими промывочными агентами могут быть, например, пена или газ естественный или полученный в результате работы двигателей внутреннего сгорания.

Технические преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом:
- обеспечивается полная сохранность первоначальной естественной проницаемости ПЗП, изолируемой на время ремонта или на время консервации скважины, сохраняется ее потенциальная продуктивность, существенно сокращается время на освоение скважины после ее ремонта и расконсервации;
- упрощаются технология приготовления вяжущего материала и доставки его к месту установки моста. В способе, принятом за прототип, материал, снижающий плотность цементного раствора, вводится в него перед транспортировкой в скважину. Все это усложняет обеспечение требуемых технологических свойств цементного раствора. Подгорнов В.М., Ведищев И.А. Практикум по закачиванию скважин. - М. : Недра, 1985, с. 176). В заявляемом способе материал меньшей плотности доставляется к месту установки моста отдельно от вяжущего и, следовательно, упрощается технология приготовления вяжущего, из которого формируется изолирующий мост;
величина плотности цементного раствора (или другого вяжущего), используемого для создания изолирующего моста, может быть любой и даже больше плотности жидкости, находящейся ниже моста в изолируемой части скважины;
обеспечиваются условия безопасного выполнения ремонтных работ в скважине;
создается возможность использования для выполнения ремонтных работ в скважине любых рабочих жидкостей со свойствами, полностью соответствующими технологическим требованиям выполняемого ремонта, не опасаясь воздействия этих жидкостей на проницаемость продуктивного пласта призабойной зоны скважины;
метод обладает универсальностью, так, его можно использовать при любых пластовых давлениях и температуре, при наличии или отсутствии в скважине лифтовой колонны.

Метод особенно эффективен при ремонте и консервации скважин с низким пластовым давлением, когда малейшее загрязнение призабойной зоны пласта может резко снизить продуктивность скважины.

Формула изобретения

1. Способ временной изоляции призабойной зоны скважины, включающий закачку вяжущего материала в скважину и его затвердевание с образованием изолирующей непроницаемой массы, отличающийся тем, что перед закачкой вяжущего материала призабойную зону скважины заполняют углеводородной жидкостью до заданного уровня и на поверхности углеводородной жидкости размещают слой плавающего материала с плотностью меньше плотности углеводородной жидкости, при этом плавающий материал размещают в таком количестве, чтобы его выталкивающая сила превосходила силу тяжести вяжущего и плавающего материалов вместе взятых.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плотность вяжущего материала принимают независимо от плотности жидкости, на поверхности которой устанавливают изолирующий мост, и она может быть больше плотности жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4