Способ бурения скважины
Владельцы патента RU 2249089:
Общество с ограниченной ответственностью Когалымский научно-исследовательский и проектный институт нефти (ООО "КогалымНИПИнефть") (RU)
Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к способам предупреждения и ликвидации поглощений бурового раствора, газопроявлений, сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта в процессе строительства скважины. Техническим результатом является повышение эффективности изоляции поглощающих, газопроявляющих пластов, сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта, а также сохранение качества бурового раствора и возможности его дальнейшего использования. В способе бурения скважины, включающем бурение с промывкой забоя скважины полимерглинистым буровым раствором с последующим добавлением в него наполнителя с кольматирующими свойствами, в буровой раствор в качестве наполнителя с кольматирующими свойствами вводят 1-10% от объема раствора доломитовую, или кварцевую, или мраморную муку, содержащую равномерно распределенные в ней порошкообразные мелкие частицы размером от 0,001 до 1 мм, при этом одновременно с промывкой забоя стенки скважины обрабатывают высоконапорной струей бурового раствора, содержащего указанный наполнитель с кольматирующими свойствами, для чего в компоновку низа бурового инструмента включают переводник с боковой гидромониторной насадкой. 4 табл.
Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к способам предупреждения и ликвидации поглощений бурового раствора, газопроявлений, сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта в процессе строительства скважин.
Известен способ бурения скважины с промывкой забоя буровым раствором на водной основе с последующим добавлением в него наполнителя с кольматирующими свойствами, в качестве которого используется свежеприготовленная суспензия полисахарида, содержащая каустическую соду и полимеризованный диметилдиаллиламмонийхлорид. Способ предусматривает также использование в компоновке низа бурильного инструмента наддолотного кольматирующего устройства гидроструйного действия [1].
Этот способ может быть эффективен при бурении скважин на месторождениях Урало-Поволжья, где разрез представлен устойчивыми карбонатными породами, а промывка забоя осуществляется естественной водной суспензией. Однако этот способ не применим в условиях месторождений Западной Сибири, где разрез представлен малоустойчивыми глинистыми породами, вследствие чего бурение осуществляется глинистыми буровыми растворами.
Наиболее близким техническим решением к данному является способ бурения скважины, включающий бурение скважины с промывкой забоя глинистым буровым раствором с последующим добавлением в него наполнителя с кольматирующими свойствами с целью предупреждения и изоляции поглощений. При этом в качестве наполнителя с кольматирующими свойствами применяют, например, древесную стружку и опил, горох, рис, резиновую крошку, ореховую скорлупу, перлит, песок, кожу и другие материалы [2].
Этот способ эффективен при изоляции поглощающих пластов с большим раскрытием каналов и трещин, но недостаточно эффективен для изоляции мелкопористых гранулярных газопроявляющих и продуктивных пластов с перовыми каналами 10-120 мкм и поглощающих пластов с раскрытием трещин 0,3-3,0 мм, которыми представлены месторождения Западной Сибири. Этот недостаток обусловлен тем, что указанные наполнители имеют узкий крупноразмерный фракционный состав, частицы которого большей частью не проникают в поры и трещины, накапливаются в буровом растворе, ухудшают его свойства, прокачиваемость в циркуляционной системе, снижают показатели бурения. При этом значительная часть бурового раствора с такими наполнителями оказывается непригодной для дальнейшего бурения. Для изоляции зон осложнений приходится прерывать процесс бурения скважины на 1-5 суток, производить дорогостоящие изоляционные операции с использованием цементировочной техники, тампонажных цементов.
Целью изобретения является повышение эффективности изоляции поглощающих, газопроявляющих пластов, сохранение коллекторских свойств продуктивного пласта, а также сохранение качества бурового раствора и возможности его дальнейшего использования.
Поставленная цель достигается тем, что в полимерглинистый буровой раствор в качестве наполнителя с кольматирующими свойствами вводят 1-10% от объема раствора доломитовую, или кварцевую, или мраморную муку, содержащую равномерно распределенные в ней порошкообразные мелкие частицы размером от 0,001 до 1 мм, при этом одновременно с промывкой забоя стенки скважины обрабатывают высоконапорной струей бурового раствора, содержащего указанный наполнитель с кольматирующими свойствами, для чего в компоновку низа бурового инструмента включают переводник с боковой гидромониторной насадкой.
Новизна способа заключается в том, что в полимерглинистый буровой раствор перед вскрытием проницаемых пород дополнительно вводят 1-10% от объема раствора доломитовую, или мраморную, или кварцевую муку с частицами разного фракционного состава, в процессе бурения одновременно с промывкой забоя стенки скважин обрабатывают высоконапорной струей бурового раствора, содержащего указанный наполнитель с кольматирующими свойствами, для чего в компоновку низа бурового инструмента включают наддолотный переводник с боковой гидромониторной насадкой.
Достижение поставленной цели изобретения обеспечивается:
- добавлением в полимерглинистый буровой раствор наполнителей с кольматирующими свойствами с частицами разного фракционного состава и сохранения при этом высоких технологических свойств раствора;
- созданием в поровых каналах, трещинах и на стенке скважин плотного кольматационного экрана разноразмерными частицами кольматанта за счет их заклинивания, создания изоляционного экрана;
- интенсификацией кольматации поровых каналов и трещин в процессе их вскрытия одновременной обработкой высоконапорной струей бурового раствора;
- восстановлением проницаемости нефтяного пласта и растворимостью наполнителей (мраморной и доломитовой муки) в кислотах при освоении продуктивного пласта.
Из существующего уровня техники нам не известен способ, включающий совокупность указанных выше действий, обеспечивающий достижение поставленной цели, что позволяет нам сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.
Минеральные наполнители с кольматирующими свойствами выпускаются отечественной промышленностью по ТУ-571526-002-45588031-01. Наполнители не растворимы в воде. Мраморная и доломитовая мука растворимы в кислотах, поэтому при их использовании возможно не только изоляция проницаемых пород, но и восстановление первоначальных свойств пласта кислотной обработкой при освоении. Обработка стенок скважины высоконапорной струей бурового раствора, содержащего указанный наполнитель, интенсифицирует кольматацию и изоляцию проницаемых пород.
В процессе бурения мелкая фракция наполнителя кольматирует преимущественно мелкопористые гранулярные газонефтеводоносные пласты, а средняя и крупная фракции кольматируют трещиноватые поглощающие пласты.
При добавлении этих наполнителей грубого и тонкого помола в полимерглинистый буровой раствор увеличивается плотность и вязкость растворов, уменьшается показатель фильтрации, а толщина корок и стабильность растворов практически не меняются, табл. 1.
| Таблица 1 | ||||||
| №пп | Состав раствора | Свойства раствора | ||||
| плотность кг/м3 | вязкость с | показатель фильтрации см3/30 мин | толщи-на корки, мм | стабильность % | ||
| 1 | Исходный полимергли-нистый раствор | 1020 | 25 | 4.5 | 0,5 | 0 |
| 2 | №1+1% мраморной муки | 1030 | 28 | 4,4 | 0,5 | 0 |
| 3 | №1+4% мраморной муки | 1040 | 32 | 4,2 | 0,5 | 0 |
| 4 | №1+10% мраморной муки | 1095 | 45 | 3,7 | 0,5 | 0 |
| 5 | №1+1% доломитовой муки | 1030 | 28 | 4,4 | 0,5 | 0 |
| 6 | №1+4% доломитовой муки | 1040 | 33 | 4,2 | 0,5 | 0 |
| 7 | №1+10% доломитовой муки | 1097 | 38 | 3,7 | 0,5 | 0 |
| 8 | №1+1% кварцевой муки | 1030 | 28 | 4,4 | 0,5 | 0 |
| 9 | №1+4% кварцевой муки | 1040 | 31 | 4,1 | 0,5 | 0 |
| 10 | №1+10% кварцевой муки | 1095 | 35 | 3,7 | 0,5 | 0 |
Как видно из данных табл. 1, свойства бурового раствора изменяются в достаточно узком интервале показателей и отвечают технологическим требованиям по таким основным показателям, как плотность, вязкость, фильтрация и стабильность.
При необходимости в раствор могут быть введены реагенты, регулирующие реологические и триботехнические свойства.
Введение в раствор наполнителей менее одного процента не обеспечит необходимую изоляцию проницаемых пород, а добавление их в раствор более 10% приводит к существенному повышению плотности и вязкости раствора.
Способ осуществляется следующим образом.
Скважина, разрез которой представлен в верхней части малоустойчивыми глинистыми породами, бурится с промывкой забоя полимерглинистым буровым раствором. При этом раствор интенсивно нарабатывает глину. Чтобы обеспечить высокую скорость бурения, из раствора максимально удаляют твердую фазу, используя 4-ступенчатую систему очистки. Для бурения в нижней части разреза, представленного газопроявляющим, нефтяным и водоносным поглощающими буровой раствор пластами, перед вскрытием верхнего газоносного пласта в буровой раствор вводится 1-10% мраморной муки (или доломитовой, или кварцевой). В компоновку низа бурового инструмента над долотом устанавливают переводник с боковой гидромониторной насадкой. Дальнейшее углубление, промывка забоя, одновременно обработка стенок скважины гидромониторной высоконапорной струей и изоляция проницаемых газонефтеводоносных пластов осуществляется буровым раствором с наполнителем кольматирующего действия - мраморной мукой.
После перехода на бурение с промывкой забоя раствором с кольматирующими свойствами с одновременной обработкой стенок скважин высоконапорной струей раствора по мере вскрытия газопроявляющий, нефте- и водоносный пласты с гранулярными мелкопористыми коллекторами кольматируются преимущественно мелкой фракцией наполнителя. При этом в стенке скважин образуется кольматационный экран, а на поверхности стенок формируется малопроницаемая фильтрационная корка.
Результаты определения проницаемости фильтрационных корок бурового раствора без наполнителя и с ними, сформировавшихся на фильтре прибора ВМ-6, представлены в табл.2.
| Таблица 2 | ||||
| №пп | Буровой раствор | Объем профильтровавшейся воды, см3/30 мин | Коэффициент проницаемости корки. К·104, мкм2 | Снижение проницаемости корок,% |
| 1 | Полимерглинистый раствор | 6,5 | 5,52 | - |
| 2 | №1+4% доломитовой муки | 3,1 | 2,63 | 52,0 |
| 3 | №1+4% мраморной муки | 3,0 | 2,54 | 54,0 |
| 4 | №1+4% кварцевой муки | 2,7 | 2,29 | 59,0 |
Из данных табл. 2 видно, что при введении в буровой раствор наполнителя с кольматирующими свойствами проницаемость фильтрационной корки снижается более чем в 2 раза.
Исследования влияния растворов с наполнителем на фильтрационно-емкостные свойства, на кольматацию, декольматацию, восстановление проницаемости пород проведены на установке моделирования нарушений эксплуатационных качеств пласта FFES-655 канадской фирмы “Coretest” с использованием керна продуктивных пластов месторождений Западной Сибири. Результаты исследований представлены в табл. 3.
| Таблица 3 | ||||
| №пп | Буровой раствор | Коэффициент проницаемости керна К·103, мкм2 | Коэффициент восстановления проницаемости керна,% | |
| До воздействия бурового раствора | После воздействия бурового раствора | |||
| 1 | Полимерглинистый | 14,5 | 5,1 | 35,1 |
| 2 | №1+4% доломитовой муки | 1,02 | 0,63 | 61,5 |
| 3 | №2+4% мраморной муки | 22,57 | 16,16 | 71,6 |
| 4 | №3+4% кварцевой муки | 23,93 | 16,71 | 69,9 |
По результатам исследования фильтрации бурового раствора через керны песчаника видно, что при введении наполнителей снижается проницаемость кольматационной зоны, что свидетельствует об эффективной защите и изоляции проницаемой породы. Вместе с тем, при фильтрации керосина из “пласта в скважину” почти вдвое возрастает коэффициент восстановления проницаемости породы, следовательно, при использовании этих наполнителей повышается качество вскрытия продуктивных пластов.
При воздействии 10%-ной соляной кислоты на фильтрационные корки, образованные из бурового раствора с добавками заявляемых наполнителей, в течение 7-25 минут они разрыхляются, уменьшаются в объеме, теряют свои изолирующие свойства и отделяются от фильтра, табл.4.
| Таблица 4 | ||||
| № | Буровой раствор | Продолжительность реакции, мин | Уменьшение веса корки,% | Состояние корки после реакции |
| 1 | Полимерглинистый | 30 | 8,5 | Без внешних изменений |
| 2 | №1+4% мраморной муки | 25 | 67,5 | Рыхлая, несвязанная, отделяется от фильтра |
| 3 | №1+4% доломитовой муки | 7 | 44,2 | Рыхлая, несвязанная, отделяется от фильтра |
Следовательно, кислотная обработка скважины позволит восстановить проницаемость стенок скважин, обеспечить качественное освоение и высокий дебит нефти (газа).
Таким образом, по мере вскрытия с одновременной обработкой стенок скважины гидромониторной струей газопроявляющий, нефте- и водоносные пласты с гранулярными мелкопористыми породами более эффективно кольматируются буровыми растворами, содержащими указанные наполнители, с образованием менее проницаемой корки, с большим коэффициентом восстановления проницаемости продуктивных пластов при освоении, в том числе после кислотной обработки скважины.
При бурении в интервалах крупнопористых, кавернозных или трещиноватых пластов часть бурового раствора поглощается, образуя малоподвижный плотный экран за счет заклинивания в каналах поглощающего пласта крупнозернистой фракции наполнителя и снижения подвижности бурового раствора. В процессе обработки стенок скважины высоконапорной струей бурового раствора частицы наполнителя с большой скоростью попадают в поры и трещины, что повышает эффект заклинивания и кольматации, образования изоляционного экрана.
Известно, что по размеру гранулированные частицы, способные заклиниваться и образовывать перемычки (пробки) в поровых каналах и трещинах, должны быть не менее чем в 3 раза меньше последних. С учетом этого предлагаемые наполнители способны кольматировать поры и трещины с размерами от нескольких микрон до 3 мм.
Пример конкретного выполнения
Строительство скважин на Тальниковом нефтегазовом месторождении Западной Сибири осложнено наличием в разрезе высокопроницаемых газопроявляющих пластов и трещиноватых поглощающих пород коры выветривания, непосредственно подстилающих продуктивный нефтяной пласт. Из-за газопроявлений содержание газа в буровом растворе достигает 12%, интенсивность поглощений составляет 5-30 м3/ч и более при средней раскрытости трещин от 0,6 до 3,1 мм. Число поглощающих участков изменяется от 4 до 22. Изоляция поглощающих пластов с использованием в качестве наполнителя древесного опила ухудшает свойства бурового раствора и часто оказывается безрезультатной из-за того, что опил не проникает в поры и трещины, накапливается на стенке скважин. Для повышения эффективности изоляции поглощений проводятся изоляционные операции с использованием цементировочной техники, тампонажных цементов. Однако это требует больших затрат времени и материалов.
Способ бурения испытан при строительстве скважины 24 куста Тальникового месторождения. До кровли газопроявляющего пласта скважина бурилась с промывкой забоя полимерглинистым раствором плотностью 1050 г/см3. С целью предупреждения газопроявлений и поглощений в буровой раствор ввели 4% доломитовой муки. Бурение скважины в интервале газопроявляющего, продуктивного, нефтеносного и поглощающего водоносного пластов вели с промывкой забоя буровым раствором, содержащим наполнитель с кольматирующими свойствами. Одновременно в процессе промывки стенки скважины обрабатывались высоконапорной струей этого раствора при скорости истечения 74 м/с. Способ позволил предупредить и изолировать газопроявления, поглощения бурового раствора, по мере их вскрытия, без существенного ухудшения свойств раствора, снижения скорости бурения и коллекторских свойств нефтяного пласта. Буровой раствор сохранил технологические свойства и был использован при бурении следующей скважины куста. Не потребовалось проведения дорогостоящей изоляционной операции с использованием цементировочной техники и тампонажных материалов. Скважина была успешно освоена и пущена в эксплуатацию с дебитом нефти выше, чем по проекту и соседним скважинам, пробуренным по базовой технологии с использованием полимерглинистого раствора без добавок наполнителя с кольматирующими свойствами.
Следовательно, поставленная цель изобретения достигнута.
Источники информации
1. Патент №2146690, C 09 К 7/02, 1998 г. Способ бурения скважины. Галеев Р.Г., Катеев И.С., Катеев Р.И., Шакиров А.Н., Федоров В.А.
2. Крылов В.И. Изоляция поглощающих пластов в глубоких скважинах. - М.: Недра, 1980 (прототип).
Способ бурения скважины, включающий бурение с промывкой забоя скважины полимерглинистым буровым раствором с последующим добавлением в него наполнителя с кольматирующими свойствами, отличающийся тем, что в буровой раствор в качестве наполнителя с кольматирующими свойствами вводят 1-10% от объема раствора доломитовую, или кварцевую, или мраморную муку, содержащую равномерно распределенные в ней порошкообразные частицы размером от 0,001 до 1 мм, при этом одновременно с промывкой забоя стенки скважины обрабатывают высоконапорной струей бурового раствора, содержащего указанный наполнитель с кольматирующими свойствами, для чего в компоновку низа бурового инструмента включают переводник с боковой гидромониторной насадкой.
