Способы борьбы с поглощением

Предупреждение и борьба с поглощениями бурового раствора

Поглощение буровых растворов является одним из самых рас­пространенных видов осложнений при бурении скважин. Ежегод­ные затраты времени на ликвидацию этого вида осложнений по стране и за рубежом составляют многие тысячи часов, несмотря на разработку и применение различных способов предупреждения и борьбы с поглощениями буровых и цементных растворов при бурении и креплении скважин.

Основные причины поглощения бурового раствора.Поглощение бурового раствора объясняется превышением давления столба жид­кости в скважине над пластовым давлением (чем больше эта раз­ность, тем интенсивнее поглощение) и характером объекта погло­щения.

Факторы, влияющие на возникновение поглощений промывоч­ной жидкости, можно разделить на две группы:

геологические факторы — тип поглощающего пласта, его мощ­ность и глубина залегания, недостаточность сопротивления пород гидравлическому разрыву, величина пластового давления и харак­теристика пластовой жидкости, а также наличие других сопутству­ющих осложнений (обвалы, нефте-, газо- и водопроявления, пе­реток пластовых вод и др.);

технологические факторы — количество и качество подаваемо­го в скважину бурового раствора, способ бурения, скорость про­ведения спускоподъемных операций и др. К этой группе относятся также такие факторы, как техническая оснащенность и организа­ция процесса бурения.

Исследования зон поглощений.Данные о строении поглощающего пласта, его мощности и местоположении, интенсивности погло­щения (водопроявления), величине и направлении перетоков мо­гут быть получены различными методами исследований: гидроди­намическими, геофизическими и с помощью отбора керна или шлама.

В зависимости от степени изученности разбуриваемого место- ? рождения (или его части) применяют оперативный или деталь­ный комплекс исследований.Оперативный комплекс исследований включает в себя: опре­деление границ поглощающего пласта (горизонта), его относи­тельной приемистости и наличия перетоков жидкости по стволу скважины из одного пласта (горизонта) в другой (гидродина­мические исследования); измерение фактического диаметра сква­жины в интервале поглощающего пласта (горизонта) с помо­щью каверномера; замер пластового давления глубинным мано­метром.

Детальные исследования включают в себя оперативный комп­лекс и промыслово-геофизические методы: гамма-каротаж, ней­тронный гамма-каротаж и акустический каротаж.

Методы предупреждения и ликвидации поглощений.Среди суще­ствующих методов предупреждения и ликвидации осложнений в скважине при различной интенсивности поглощений или пол­ном прекращении циркуляции бурового раствора выделяются следу­ющие основные мероприятия: предупреждение осложнения путем снижения гидростатического и гидродинамического давлений на стенки скважины, изоляция поглощающего пласта от скважины закупоркой каналов поглощений специальными цементными ра­створами и пастами, бурение без выхода бурового раствора с по­следующим спуском обсадной колонны.

Мероприятия по снижению гидростатического и гидродинами-₄ ческого давления сводятся к обеспечению минимального избы­точного давления на поглощающий пласт и предотвращению рез­ких колебаний давления в стволе скважины.

Лучшим средством борьбы с поглощением бурового раствора является его предупреждение. Для предупреждения поглощений на основании многолетнего отечественного и зарубежного опыта раз­работаны следующие рекомендации:

регулировать свойства бурового раствора, прежде всего его плот­ность;

регулировать скорость спускоподъемных операций и других тех­нологических операций, проводимых в скважине (скорость прора­ботки, промежуточные промывки и др.);

определять оптимальный зазор между бурильными трубами и стенками скважины. За счет этого уменьшается перепад давления в затрубном пространстве и возможность сужения ствола скважин;

изменять конструкции скважины в целях избежания воздействия Утяжеленного раствора на необсаженную часть горных пород, склон­ных к гидроразрыву.

Различают три категории поглощений: малой интенсивности (до 10. 15 м 3 /ч), средней интенсивности (до 40. 60 м 3 /ч) и высо­коинтенсивные (более 60 м 3 /ч).

Рассмотрим методы ликвидации поглощений малой и средней интенсивности. Одним из видов закупорки поглощающих каналов является способ закачки в пласт структурированного тиксотроп-ного раствора, создающего с течением времени в проводящих ка­налах поглощающего пласта жесткую структурированную сетку. Заливка поглощающего пласта специальными тампонажными сме­сями является наиболее распространенным способом ликвидации поглощений (рис. 6.2).

Тампонажные смеси должны быть в достаточной мере структу­рированными и иметь необходимое время схватывания и затверде­ния. Этим требованиям удовлетворяют гальцементные пасты (ГЦП), специальные растворы и быстросхватывающиеся смеси (БСС).

Галъцементами называются цементные пасты, приготовленные на глинистом растворе. Параметры ГЦП зависят от соотношения цемента и глинистого раствора. Для ее получения сухой тампонаж -ный или глиноземистый цемент затворяют на заранее приготов­ленном растворе из бентонитовой глины.

Сроки схватывания цементных растворов регулируются добав­ками реагентов-ускорителей, в качестве которых наиболее ши­рокое применение получили жидкое стекло, хлористый кальций и кальцинированная сода. Смеси цемента и других материалов, резко уменьшающих сроки схватывания раствора, закачиваемого в зоны поглощения, называются быстросхватывающымися смесями. Применяются и быстросхватывающиеся нефтецементные смеси, в состав которых входят цемент и дизельное топливо.

В каждом отдельном случае рецептуру ГЦП или БСС разраба­тывает лаборатория. Время от момента затвердения до начала схва­тывания БСС должно быть рассчитано так, чтобы можно было успеть выполнить все операции от начала приготовления смеси до конца продавки ее в скважину. Гальцементные пасты и быст­росхватывающиеся смеси можно закачивать в скважину через бу­рильные трубы. Конец бурильных труб следует устанавливать выше кровли поглощающего пласта (горизонта). Количество продавоч-ной жидкости принимается равным внутреннему объему опущен­ных бурильных труб, соответствующему их длине, за вычетом по­ложения статического уровня и еще 50 м. Во избежание прихвата бурильных труб во время заливки их надо все время расхаживать.

Для борьбы с поглощениями промывочной жидкости широко применяют пакеры различных конструкций, которые герметизи­руют и разобщают затрубное пространство в целях:

предотвращения разбавления тампонирующих смесей;

возможности применения БСС с небольшими сроками схваты­вания;

задавливания тампонирующих смесей в поглощающие каналы;

определения места расположения пласта, поглощающего жид­кость, методом последовательных опрессовок ствола скважины;

определения возможности замены воды глинистым раствором (особенно при бурении на площадях с повышенным пластовым дав­лением) при создании различных перепадов давления на пласты поглощающие жидкость.

Кроме того, если вскрыто несколько поглощающих пластов (го­ризонтов) на различных глубинах, применение пакера позволяет пос­ледовательно заливать цементный раствор снизу вверх без затраты времени на ожидание затвердения цемента (ОЗЦ). При этом предот­вращается влияние поглощающих пластов (горизонтов) друг на дру­га. Пакеры, применяющиеся при изоляции зон поглощений промы­вочной жидкости, подразделяются на две группы: многократного и разового действия (разбуриваемые). Пакеры разового действия ос­тавляются в скважине на время твердения цемента или его смеси и затем разбуриваются вместе с цементным мостом.

По принципу действия пакеры многократного действия делят­ся на гидравлико-механические, гидравлические и механические. Устройство и принцип действия пакеров гидравлико-механи-ческого действия рассмотрим на примере пакера конструкции ТатНИПИ ГМП-2 (рис. 6.3). Промывочные отверстия переводника 7 перед спуском пакера в скважину перекрывают­ся поршнем 2, фиксируемым в нужном положе­нии винтами. Вывод плашек в рабочее положе­ние осуществляется давлением жидкости, а сжа­тие резинового элемента — массой колонны бу­рильных труб. Четыре плашки 8 насажены на общем кольце 9, которое опирается на четыре кулачка 17. Каждый кулачок крепится к плунже­ру 11 двумя винтами. Плашка удерживается в транспортном положении двумя пружинами 10. Нижняя часть плунжера вставлена в цилиндр 12 и закреплена штифтами 13, которые предотвра­щают движение плунжера вверх при спуске паке­ра в скважину. Снизу в ствол пакера ввинчивает­ся обратный клапан, предотвращающий обрат­ное движение цементного раствора (смеси) пос­ле закачки его в зону поглощения под давлением. После спуска пакера в скважину до нужной глубины в бурильные трубы закачивается про­мывочная жидкость. Центральное отверстие кла-

16

15

Рис. 6.3. Гидравлический механический пакер ГМП-2: 7 — переводник; 2 — поршень; 3 — винт; 4 — головка; 5 — резиновый элемент; 6 — конус; 7 — ствол; 8 — плашка; 9 — кольцо; 10 — пружина; 77 — плунжер; 12 — цилиндр; 13 — штифт; 14— корпус клапана; 15 — переводник; 16 — шар; 77— кулачок

пана, создавая сопротивление движению жидкости, вызывает повышение давления в стволе пакера. Под действием давления цггифты 13 срезаются, плунжер с плашками движется вверх. Ко­нус отжимает плашки к стенам скважины и при посадке (подаче вниз) бурильных труб плашки окончательно заклинивают пакер, а резиновый элемент сжимается, разобщая зону поглощения от затрубного пространства. Цементный раствора (смесь) закачивают в пласт, поглощающий жидкость, а пакер извлекают на поверх­ность. При подъеме его конус освобождает плашки, которые пру­жиной возвращаются в транспортное положение.

В случае высокоинтенсивного поглощения возможно бурение без выхода бурового раствора на поверхность. Оно целесообразно в твердых породах (известняках, доломитах, песчаниках и т.п.). После вскрытия всей зоны поглощения бурение немедленно пре­кращают. Далее проводят заливки ГЦП или БСС до полной ликви­дации поглощения. При бурении без выхода промывочной жидко­сти разбуриваемый шлам поднимается с забоя и уходит в каналы поглощения вместе с промывочной жидкостью. Во избежание при­хвата бурильной колонны необходимо тщательно следить за стрел­кой индикатора массы. Экономически целесообразно применять бурение без выхода циркуляции только при использовании воды в качестве промывочной жидкости. Для ликвидации сильных погло­щений (более 200 м 3 /ч) снижают их интенсивность путем намыва в зону поглощения песка или шлама выбуренной породы или забра­сывания и продавки инертных материалов (глины, торфа, соломы и т. п.). Затем зону заливают цементным раствором. После затверде­вания цемента скважину прорабатывают и продолжают углубление.

Для ликвидации высокоинтенсивных поглощений бурового раствора, приуроченных к большим трещинам и кавернам, во ВНИИБТ были разработаны специальные перекрывающие уст­ройства. Перекрывающее устройство представляет собой эластич­ную сетчатую оболочку (капроновую, нейлоновую, капроновый эластик, металлическую специального плетения и др.). Установ­ленная в интервале поглощения сетчатая оболочка под действием закачиваемой тампонажной смеси с наполнителем расширяется и заполняет трещины и каверны. Расширение сетчатой оболочки происходит вследствие закупорки ее ячеек наполнителем, находя­щимся в тампонажной смеси. При твердении тампонажная смесь связывает оболочку с породой.

Известны и другие способы ликвидации высокоинтенсивных поглощений: спуск «летучки» (кассеты), замораживание зоны поглощения, изоляция зон поглощения с помощью взрыва и др. Но все они весьма трудоемки, не всегда дают положительный ре­зультат, поэтому применяются в буровой практике редко. Крайняя мера борьбы с поглощением промывочной жидкости — спуск про­межуточной обсадной колонны.

Источник

Способы борьбы с поглощением

Поглощение буровых растворов является одним из самых распространенных видов осложнений при бурении скважин. Ежегодные затраты времени на ликвидацию этого вида осложнений по стране и за рубежом составляют многие тысячи часов, несмотря на разработку и применение различных способов предупреждения и борьбы с поглощениями буровых и цементных растворов при бурении и креплении скважин.

Основные причины поглощения бурового раствора. Поглощение бурового раствора объясняется превышением давления столба жидкости в скважине над пластовым давлением (чем больше эта разность, тем интенсивнее поглощение) и характером объекта поглощения.

Факторы, влияющие на возникновение поглощений промывочной жидкости, можно разделить на две группы:

геологические факторы — тип поглощающего пласта, его мощность и глубина залегания, недостаточность сопротивления пород гидравлическому разрыву, величина пластового давления и характеристика пластовой жидкости, а также наличие других сопутствующих осложнений (обвалы, нефте-, газо- и водопроявления, переток пластовых вод и др.);

технологические факторы — количество и качество подаваемого в скважину бурового раствора, способ бурения, скорость проведения спускоподъемных операций и др. К этой группе относятся также такие факторы, как техническая оснащенность и организация процесса бурения.

Исследования зон поглощений. Данные о строении поглощающего пласта, его мощности и местоположении, интенсивности поглощения (водопроявления), величине и направлении перетоков могут быть получены различными методами исследований: гидродинамическими, геофизическими и с помощью отбора керна или шлама.

В зависимости от степени изученности разбуриваемого месторождения (или его части) применяют оперативный или детальный комплекс исследований.

Оперативный комплекс исследований включает в себя: определение границ поглощающего пласта (горизонта), его относительной приемистости и наличия перетоков жидкости по стволу скважины из одного пласта (горизонта) в другой (гидродинамические исследования); измерение фактического диаметра скважины в интервале поглощающего пласта (горизонта) с помощью каверномера; замер пластового давления глубинным манометром.

Детальные исследования включают в себя оперативный комплекс и промыслово-геофизические методы: гамма-каротаж, нейтронный гамма-каротаж и акустический каротаж.

Методы предупреждения и ликвидации поглощений. Среди существующих методов предупреждения и ликвидации осложнений в скважине при различной интенсивности поглощений или полном прекращении циркуляции бурового раствора выделяются следующие основные мероприятия: предупреждение осложнения путем снижения гидростатического и гидродинамического давлений на стенки скважины, изоляция поглощающего пласта от скважины закупоркой каналов поглощений специальными цементными растворами и пастами, бурение без выхода бурового раствора с последующим спуском обсадной колонны.

Мероприятия по снижению гидростатического и гидродинамического давления сводятся к обеспечению минимального избыточного давления на поглощающий пласт и предотвращению резких колебаний давления в стволе скважины.

— Лучшим средством борьбы с поглощением бурового раствора является его предупреждение. Для предупреждения поглощений на основании многолетнего отечественного и зарубежного опыта разработаны следующие рекомендации:

— регулировать свойства бурового раствора, прежде всего его плотность;

— регулировать скорость спускоподъемных операций и других технологических операций, проводимых в скважине (скорость проработки, промежуточные промывки и др.);

— определять оптимальный зазор между бурильными трубами и стенками скважины. За счет этого уменьшается перепад давления в затрубном пространстве и возможность сужения ствола скважин;

— изменять конструкции скважины в целях избежания воздействия Утяжеленного раствора на необсаженную часть горных пород, склонных к гидроразрыву.

Различают три категории поглощений: малой интенсивности (До 10. 15 м 3 /ч), средней интенсивности (до 40. 60 м 3 /ч) и высокоинтенсивные (более 60 м 3 /ч).

Рассмотрим методы ликвидации поглощений малой и средней интенсивности. Одним из видов закупорки поглощающих каналов является способ закачки в пласт структурированного тиксотропного раствора, создающего с течением времени в проводящих каналах поглощающего пласта жесткую структурированную сетку. Заливка поглощающего пласта специальными тампонажными смесями является наиболее распространенным способом ликвидации поглощений (рис. 6.2).

Тампонажные смеси должны быть в достаточной мере структурированными и иметь необходимое время схватывания и затвердения. Этим требованиям удовлетворяют гальцементные пасты (ГЦП), специальные растворы и быстросхватывающиеся смеси (БСС).

Гальцементами называются цементные пасты, приготовленные на глинистом растворе. Параметры ГЦП зависят от соотношения цемента и глинистого раствора. Для ее получения сухой тампонажный или глиноземистый цемент затворяют на заранее приготовленном растворе из бентонитовой глины.

Сроки схватывания цементных растворов регулируются добавками реагентов-ускорителей, в качестве которых наиболее широкое применение получили жидкое стекло, хлористый кальций и кальцинированная сода. Смеси цемента и других материалов, резко уменьшающих сроки схватывания раствора, закачиваемого в зоны поглощения, называются быстросхватывающимися смесями. Применяются и быстросхватывающиеся нефтецементные смеси, в состав которых входят цемент и дизельное топливо.

В каждом отдельном случае рецептуру ГЦП или БСС разрабатывает лаборатория. Время от момента затвердения до начала схватывания БСС должно быть рассчитано так, чтобы можно было успеть выполнить все операции от начала приготовления смеси до конца продавки ее в скважину. Гальцементные пасты и быстросхватывающиеся смеси можно закачивать в скважину через бурильные трубы. Конец бурильных труб следует устанавливать выше кровли поглощающего пласта (горизонта). Количество продавоч-ной жидкости принимается равным внутреннему объему опущенных бурильных труб, соответствующему их длине, за вычетом положения статического уровня и еще 50 м. Во избежание прихвата бурильных труб во время заливки их надо все время расхаживать.

Для борьбы с поглощениями промывочной жидкости широко применяют пакеры различных конструкций, которые герметизируют и разобщают затрубное пространство в целях:

предотвращения разбавления тампонирующих смесей;

возможности применения БСС с небольшими сроками схватывания;

задавливания тампонирующих смесей в поглощающие каналы;

определения места расположения пласта, поглощающего жидкость, методом последовательных опрессовок ствола скважины;

определения возможности замены воды глинистым, раствором (особенно при бурении на площадях с повышеннвш пластовым давлением) при создании различных перепадов давления на пласты, поглощающие жидкость.

Кроме того, если вскрыто несколько поглощающих пластов (горизонтов) на различных глубинах, применение пакера позволяет последовательно заливать цементный раствор снизу вверх без затраты времени на ожидание затвердения цемента (ОЗЦ). При этом предотвращается влияние поглощающих пластов (горизонтов) друг на друга. Пакеры, применяющиеся при изоляции зон поглощений промывочной жидкости, подразделяются на две группы: многократного и разового действия (разбуриваемые). Пакеры разового действия оставляются в скважине на время твердения цемента или его смеси и затем разбуриваются вместе с цементным мостом.

По принципу действия пакеры многократного действия делятся на гидравлико-механические, гидравлические и механические. Устройство и принцип действия пакеров гидравлико-механического действия рассмотрим на примере пакера конструкции ТатНИПИ ГМП-2 (рис. 6.3). Промывочные отверстия переводника 1 перед спуском пакера в скважину перекрываются поршнем 2, фиксируемым в нужном положении винтами. Вывод плашек в рабочее положение осуществляется давлением жидкости, а сжатие резинового элемента — массой колонны бурильных труб. Четыре плашки 8 насажены на общем кольце 9, которое опирается на четыре кулачка 17. Каждый кулачок крепится к плунжеру 77 двумя винтами. Плашка удерживается в транспортном положении двумя пружинами 10. Нижняя часть плунжера вставлена в цилиндр 12 и закреплена штифтами 13, которые предотвращают движение плунжера вверх при спуске пакера в скважину. Снизу в ствол пакера ввинчивается обратный клапан, предотвращающий обратное движение цементного раствора (смеси) после закачки его в зону поглощения под давлением. После спуска пакера в скважину до нужной глубины в бурильные трубы закачивается промывочная жидкость. Центральное отверстие клапана, создавая сопротивление движению жидкости, вызывает повышение давления в стволе пакера. Под действием давления штифты 13 срезаются, плунжер с плашками движется вверх. Конус отжимает плашки к стенам скважины и при посадке (подаче вниз) бурильных труб плашки окончательно заклинивают пакер, а резиновый элемент сжимается, разобщая зону поглощения от затрубного пространства. Цементный раствора (смесь) закачивают в пласт, поглощающий жидкость, а пакер извлекают на поверхность. При подъеме его конус освобождает плашки, которые пружиной возвращаются в транспортное положение.

Рис. 6.3. Гидравлический механический пакер ГМП-2:

Источник