Способ цементирования скважин

 

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при цементировании скважин. Обеспечивает уменьшение толщины глинистой корки на стенке скважины и глинистой пленки на наружной поверхности обсадных труб и надежное обеспечение заявляемой величины редокс-потенциала +600 до +800 мВ на наружной поверхности обсадных труб и на стенке скважины. Сущность изобретения: обрабатывают цементный раствор и продавочную жидкость. Прокачивают цементный раствор в обсадную колонну и продавливают его продавочной жидкостью в затрубное пространство. Согласно изобретению перед прокачкой цементного раствора в обсадную колонну и последующей его продавкой продавочной жидкостью в затрубное пространство осуществляют промывку скважины промывочной жидкостью в количестве не менее двух объемов скважины. Причем промывочную жидкость предварительно обрабатывают в поле электрического тока диафрагменного электролизера в зоне положительного электрода до величины редокс-потенциала в пределах от +600 до +800 мВ.

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при цементировании скважин.

Известен способ цементирования скважин, при котором повышение прочности сцепления цементного камня с породой и обсадными трубами обеспечивается добавками песка (10-30%) или химических реагентов (0,5-1,0%). При этом достигается необходимая герметичность затрубного пространства. Прочность сцепления камня с породой и обсадной колонной возрастает в 1,5-2,0 раза [Вязельщиков В.М. Исследования по цементированию скважин в осложненных условиях Туркмении. В сб. Крепление скважин и разобщение пластов. - М.: Недра, 1964, с. 135-139].

Известен способ цементирования скважин, включающий обработку цементного раствора и продавочной жидкости, прокачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую продавку его продавочной жидкостью в затрубное пространство [Мариампольский Н.А. и др. Влияние активных добавок на сцепление цемента с обсадными трубами и породой стенок скважины. В сб. Промывка и цементирование скважин. - М.: Недра, 1973, с. 117-120].

Основным недостатком известных способов является то, что они практически не могут влиять на состояние глинистых корок на стенке скважины и поверхности труб, которые снижают прочность сцепления с цементным камнем.

Кроме того, добавки песка оказывают ощутимые результаты только в больших количествах (20-30 мас.%), снижая прочность цементного камня в "холодных" скважинах. Тампонажные растворы, содержащие песок, нестабильны. Песок из них выпадает. Химические реагенты в значительной степени влияют на сроки схватывания.

Известен способ цементирования скважин, выбранный в качестве прототипа, включающий обработку цементного раствора и продавочной жидкости последовательно в поле электрического тока диафрагменного электролизера, причем цементный раствор - в зоне отрицательного электрода до величины редокс-потенциала от -600 до -800 мВ, а продавочную жидкость - в зоне положительного электрода до величины редокс-потенциала от +600 до +800 мВ и последовательную прокачку их в скважину в течение времени, меньшего, чем время электрохимической релаксации цементного раствора [а.с. № 1134699, кл. Е 21 В 33/13].

Основным недостатком известного способа является то, что он не способствует разрыхлению, разжижению и гидродинамическому смыву глинистой корки на стенке скважины и глинистой пленки на поверхности обсадных труб, а также не обеспечивает заявляемую величину редокс-потенциала от +600 до +800 мВ на поверхности труб и на стенке скважины.

Это объясняется тем, что для используемых в буровой практике органических реагентов понизителей водоотдачи и разжижителей оптимальные значения рН должны составлять 8,5-9. А поскольку между ОВП системы (а значит, и ее окислительно-восстановительной способностью) и рН существует четкая корреляционная связь, то увеличение рН среды приводит к возрастанию окислительно-восстановительного потенциала.

Таким образом, в реальных условиях бурения между породой, слагающей стенки скважины, и буровым раствором всегда существует разность потенциалов. Причем ее величина определяется не разностью потенциалов, характеризующих диффузионно-адсорбционную активность горных пород и фиксируемых на кривых ПС при геофизических исследованиях, а разностью ОВП (по аналогии с гальваническим элементом) бурового раствора и пласта, не загрязненного фильтратом раствора.

Благодаря именно этой разности потенциалов через границу "скважина-пласт" протекает электрический ток в направлении от скважины в пласт, величина которого прямо пропорциональна величине разности ОВП скважины и пласта, происходит уплотнение и изменение проницаемости фильтрационной корки бурового раствора на стенках скважины. Величина изменения проницаемости фильтрационной корки, а значит, и ее плотность, под действием разности потенциалов, изменяющейся от 0 до 1000 мВ, может для буровых растворов на водной основе составлять 800-1000%, т.е. обуславливать 8-10-кратные изменения водоотдачи бурового раствора.

Перед закачкой цементного раствора в затрубное пространство скважина заполнена и при любой технологии цементирования промывается этим же раствором в количестве не менее двух ее объемов, обеспечивая (создавая) отрицательный редокс-потенциал на стенке скважины и поверхности обсадных труб. Длительный контакт заряженного бурового раствора с отрицательным редокс-потенциалом с породой стенок скважины приводит к образованию фильтрационной корки повышенной плотности за счет ее электрофоретического уплотнения на расстоянии от 0 до 15 мм от стенок скважины в глубь породы.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении качества цементирования скважин за счет увеличения силы сцепления цемента с породой стенок скважины и металлом обсадной колонны.

Технический результат заключается в уменьшении толщины глинистой корки на стенке скважины и глинистой пленки на наружной поверхности обсадных труб и надежного обеспечения заявляемой величины редокс-потенциала от +600 до +800 мВ на наружной поверхности обсадных труб и на стенке скважины.

Он достигается тем, что по способу цементирования скважин, включающему обработку промывочной жидкости, цементного раствора и продавочной жидкости, промывку скважины, прокачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую продавку его продавочной жидкостью в затрубное пространство, обработку промывочной жидкости, цементного раствора и продавочной жидкости последовательно осуществляют в поле электрического тока диафрагменного электролизера, причем промывочную жидкость для промывки скважины - в зоне положительного электрода до величины редокс-потенциала от +600 до +800 мВ, цементный раствор - в зоне отрицательного электрода до величины редокс-потенциала от -600 до -800 мВ, а продавочную жидкость для продавки цементного раствора в затрубное пространство - в зоне положительного электрода до величины редокс-потенциала от +600 до +800 мВ, и последовательно сначала промывают скважину промывочной жидкостью в количестве не менее двух ее объемов, а затем прокачивают цементный раствор и продавочную жидкость в течение времени, меньшего, чем время электрохимической релаксации цементного раствора.

Продолжительность времени закачки цементного раствора и продавки его продавочной жидкостью в соответствии с периодом электрохимической релаксации цементного раствора выбирают в пределах 10-180 мин.

Способ осуществляется следующим образом.

Промывочная жидкость в процессе промывки скважины на поверхности подвергается электрообработке в зоне положительного электрода диафрагменного электролизера при редокс-потенциале от +600 до +800 мВ.

Цементный раствор в процессе прокачки его в скважину на поверхности подвергается электрообработке в зоне отрицательного электрода диафрагменного электролизера при редокс-потенциале от -600 до -800 мВ.

Прокачиваемая вслед за цементным раствором продавочная жидкость подвергается на поверхности электрообработке в зоне положительного электрода диафрагменного электролизера при редокс-потенциале от +600 до +800 мВ.

Период прокачки цементного раствора в скважину и продавки его продавочной жидкостью до завершения процесса цементирования выбирают в соответствии с периодом электрохимической релаксации этого раствора в пределах 10-180 мин.

В качестве диафрагменного электролизера может быть использован любой из известных электролизеров.

Уменьшение толщины глинистой корки на стенке скважины и наружной поверхности обсадных труб достигается следующим образом.

Известно, что порода ствола скважины имеет положительный редокс-потенциал, равный +200-250 мВ. Контактирующая с породой и колонной в процессе промывки скважины перед цементированием промывочная жидкость после электрообработки в зоне положительного электрода диафрагменного электролизера приобретает редокс-потенциал от +600 до +800 мВ. Благодаря возникшей разности потенциалов через границу "скважина - пласт" протекает электрический ток в направлении от пласта к скважине. Это способствует электрофоретическому разуплотнению, разрыхлению, разжижению и гидродинамическому смыву глинистой корки на породе и глинистой пленки на обсадной колонне, а также приобретению обсадной колонной и стволом скважины заряда обработанной продавочной жидкости - положительного с редокс-потенциалом от +600 до +800 мВ.

Контактирующий с породой и колонной после обработки цементный раствор имеет редокс-потенциал от -600 до -800 мВ. Поверхность стенок скважины и обсадной колонны перед цементированием приобретают заряд продавочной жидкости, редокс-потенциал которой составляет от +600 до +800 мВ. Против них расположен цементный раствор, имеющий редокс-потенциал от -600 до -800 мВ.

При величине редокс-потенциала цементного раствора больше -600 мВ, а продавочной жидкости меньше +600 мВ разность потенциалов на контакте порода - цементный раствор, цементный раствор - обсадная колонна недостаточна для интенсификации протекающих здесь реакций, что приводит лишь к незначительному росту силы сцепления.

При величине редокс-потенциала цементного раствора меньше -800 мВ, а продавочной жидкости больше +800 мВ дальнейший прирост интенсификации реакций в контактной зоне незначителен и не оправдывается возрастающими затратами электроэнергии.

Благодаря электрофоретическому разуплотнению, разрыхлению, разжижению и гидродинамическому смыву глинистой корки на породе и глинистой пленки на обсадной колонне, приобретению обсадной колонной и стволом скважины заряда обработанной продавочной жидкости - положительного с редокс-потенциалом от +600 до +800 мВ, равномерному распределению зарядов по контактирующим поверхностям и возникновению дополнительных процессов взаимодействия увеличивается сила сцепления цементного камня с колонной и породой в сравнении с известными способами цементирования.

Формула изобретения

Способ цементирования скважин, включающий обработку цементного раствора и продавочной жидкости, прокачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую продавку его продавочной жидкостью в затрубное пространство, отличающийся тем, что перед прокачкой цементного раствора в обсадную колонну и последующей продавкой его продавочной жидкостью в затрубное пространство осуществляют промывку скважины промывочной жидкостью в количестве не менее двух объемов скважины, предварительно обработанной в поле электрического тока диафрагменного электролизера в зоне положительного электрода до величины редокс-потенциала в пределах от +600 до +800 мВ.