Поглощение бурового раствора

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

Раздел 1. Основные условия и причины возникновения поглощений

Раздел 2. Характеристика поглощающих пластов

Раздел 3. Требования к тампонажным материалам

Раздел 4. Составы и свойства тампонажных смесей

Раздел 5. Кольматанты для предупреждения и ликвидации поглощений бурового раствора

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Поглощения в скважинах  буровых растворов и других жидкостей  – один из основных видов осложнений. Ежегодные затраты времени на их ликвидацию по предприятиям нефтегазовой промышленности составляют 500 - 6000 тыс. ч. Однако, эти затраты существенно увеличиваются в связи с тем, что из-за поглощений цементного раствора не обеспечивается проектная высота его подъема, что приводит к необходимости проводить ремонтные работы; кроме того при освоении скважин (первичном и после капитального ремонта) происходит снижение проницаемости продуктивных пластов и т.д.

Поэтому одним из путей  сокращения цикла строительства  скважин на 25-30 % и уменьшения времени  освоения скважин после капитального ремонта(особенно на последней стадии разработки месторождения) является совершенствование способов и средств борьбы с поглощениями буровых растворов и иных жидкостей в скважинах. Подход к решению проблемы вскрытия поглощающих горизонтов при бурении и освоении продуктивных горизонтов после капитального ремонта должен быть индивидуальным.

Методика выбора мероприятий по предупреждению и борьбе с поглощениями жидкостей основана на количественных критериях, отражающих геологическое строение и гидродинамическую характеристику пластов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 1 ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ И ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ  ПОГЛОЩЕНИЙ

 

Поглощение бурового раствора – это осложнение в скважине, характеризующееся полной или частичной  потерей циркуляции бурового раствора в процессе бурения.

Поглощение промывочной  жидкости объясняется, во-первых, превышением  давления столба жидкости в скважине на пластовым давлением (чем больше эта разность, тем интенсивнее  поглощение) и, во-вторых, характером объекта поглощения.

Поглощение буровых растворов и иных жидкостей в поглощающие пласты обусловлены наличием пор, каналов, трещин, пустот в проходимых скважиной породах и (или) недостаточной устойчивостью (сопротивляемостью) пород давлению столба жидкости в скважине, в результате чего возникает гидроразрыв пород и в щели проникает жидкость.

Факторы, влияющие на возникновение  поглощений бурового раствора, можно  разделить на две группы:

1.Геологические факторы  – тип поглощающего пласта, его  мощность и глубина залегания,  недостаточность сопротивления пород гидравлическому разрыву, пластовое давление и характеристика пластовой жидкости, а также наличие других сопутствующих осложнений (обвалы, нефтегазоводопроявления, перетоки пластовых вод и др.)

2.Технологические факторы  – количество и качество подаваемого в скважину бурового раствора, способ бурения, скорость проведения спуско-подъемных операций и др. К этой группе относятся такие факторы, как техническая оснащенность и организация процесса бурения.

При поглощении многократно  увеличивается расход промывочной жидкости, необходимый для проходки скважины; замедляется темп углубления, так как буровая бригада вынуждена расходовать часть рабочего времени на приготовление и обработку значительного объема промывочной жидкости. В результате возрастает стоимость бурения.

   При поглощении  уровень промывочной жидкости  устанавливается на несколько  десятков и даже сотен метров  ниже уровня скважины. Вследствие  этого снижается противодавление  на стенки скважины и может  начаться приток пластовых жидкостей  и газа  из горизонта с более высоким коэффициентом аномальности. Иногда при снижении уровня жидкости обнажаются стенки скважины, сложенные неустойчивыми породами. Колебание противодавления на стенки и периодическое осушение и вновь увлажнение неустойчивых пород, вызванные изменением положения уровня промывочной жидкости могут быть причиной их осыпания  или обвала.

Поглощение может быть вызвано следующими причинами:

а)  увеличением плотности  промывочной жидкости выше предела;

б) чрезмерно высоким  гидродинамическим давлением возникающим при промывке скважины на участке от поглощаемого горизонта до устья и   обусловленным большой скоростью течения, малой величиной зазора между колонной труб и стенкой скважины либо неудачным выбором реологических свойств промывочной жидкости;

в)  высоким гидродинамическим  давлением в момент восстановления циркуляции, обусловленным большой  величиной статического напряжения сдвига промывочного раствора;

г) высоким гидродинамическим  давлением, возникающем при спуске колонны труб с большой скоростью либо с большим ускорением;

д) высоким гидродинамическим  давлением, возникающем при промывке скважины или в период СПО, если на колонне труб или долоте образовался  сальник.

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОГЛОЩАЮЩИХ ПЛАСТОВ

 

По современным  представлениям зоны полного поглощения бурового раствора возникают, в основном, при разбуривании кавернозных пластов, обладающих развитой естественной трещиноватостью, которая образует сеть наклонных и вертикальных трещин большого простирания. Указанные трещины, как правило, заполнены минерализованной водой плотностью 1120-1170 кг/м³. Значительная часть всего объема трещин и каверн приходится  на долю  вертикальных  трещин,  длина,   высота  и ширина (раскрытость) которых может достигать больших размеров (длина - от 50 до 100 и более метров, раскрытость - от 1-2 до 80-100 мм и более).

Все зоны поглощения условно разделены на три категории  по величине раскрытия каналов поглощения. Зоны I категории представлены мелкотрещиноватой и пористой средой с раскрытием каналов до 5 мм. Зоны II категории представлены среднетрещиноватой средой с раскрытием каналов в диапазоне 5-100 мм. Зоны III категории представлены крупнотрещиноватой и кавернозной средой с раскрытием каналов более 100 мм.

В зонах I категории возникают, как правило, частичные поглощения, которые поддаются ликвидации методами профилактики. В зонах II и III категорий возникают полные (катастрофические) поглощения.

Поглощающие пласты в  бурящихся скважинах могут быть представлены пористыми, трещины и обладают поровой и  трещинной проницаемостью, трещиноватые породы характеризуются межзерновой пористостью, а кавернозные породы разбиты микротрещинами различной раскрытости.

Проницаемость песчано-глинистых  пород зависит от размеров пор, которые  могут быть субкапиллярными, капиллярными и сверхкапиллярными. Соединяющиеся между собой поры образуют поровые каналы, которые служат путями движения жидкостей и газа. В субкапиллярных каналах жидкости удерживаются силами притяжения на поверхности минеральных зёрен, и в природных условиях жидкости в них перемещаются очень медленно. В капиллярных каналах движение жидкостей происходит только при приложении силы большей, чем противодействие капиллярных сил. По сверхкапиллярным каналам жидкости (вода, нефть и пр.) движутся свободно. К субкапиллярным каналам относятся каналы диаметром меньше 0,0002 мм, к капиллярным – 0,508 – 0,0002 мм и к сверхкапиллярным – больше 0,508 мм.

В трещиноватых мелко  – и среднезернистых песчаниках и алевролитах интенсивные поглощения буровых растворов не происходят, так как образуются при фильтрации раствора в пласт глинистая корка скважины имеет низкую проницаемость и препятствует проникновению раствора в пласт. В крупнозернистых песчанистых и алевролитах раствор фильтруется с большой скоростью. Ещё интенсивнее раствор проникает в пласты конгломератов, имеющих каналы диаметром 1-5 мм и более.

Наиболее часто буровой  раствор поглощается в карбонатных (обычно известняки) породах.

Различаются известняки с первичной или вторичной  пористостью и трещиноватые. К  первым относятся мел, раковинные и коралловые известняки. Ко вторым – все известняки и доломиты, пористость которых является результатом последующего выщелачивания. Третью группу составляют известняки и доломиты, трещиноватость которых обусловлена процессами доломитизации, вызывающими сокращение объема породы, или тектоническими причинами.

Раковинные, коралловые известняки и мел имеют высокую  пористость, но их пустоты не все  сообщаются между собой, что снижает  их проницаемость. Известняки со вторичной  пористостью являются хорошими коллекторами. Различаются известняки мелкопористые, крупнопористые и кавернозные. Трещиноватые известняки также обладают высокой проницаемостью.

Проницаемость К_т  трещиноватых пород зависит от коэффициента их трещинной пористости и степени раскрытия трещин. Наиболее часто величину К_т  рассчитывают по формуле

К_{т =} а ^.10⁶·δ² ·m_т,

где а - безразмерный коэффициент, который по данным различных исследователей колеблется в пределах 8,35 – 8,50; δ – величина раскрытия трещин, см; m_{т –} коэффициент трещинной пористости.

На интенсивность поглощений влияют также пересекаемые скважинами тектонические нарушения и гидравлические разрывы пластов. Тектонические нарушения разбирают пласты пород на блоки, которые могут быть смещены относительно друг друга до 1000 м и более. В зонах дробления пород в области тектонических нарушений нередко возникают интенсивные поглощения без выхода циркуляции. При гидравлическом разрыве пласта интенсивность поглощения резко возрастает за счет увеличения площади контакта бурового раствора с породой по поверхностям трещины.

По размерам поглощающих  каналов выбирают материал для изоляции поглощающих горизонтов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 3 ТРЕБОВАНИЯ К ТАМПОНАЖНЫМ МЕТАРИАЛАМ

 

Для перекрытия поглощающих  каналов применяют различные  тампонажные  смеси. В большинстве случаев их приготавливают на поверхности с применением оборудования, а затем  по колонне бурильных труб или по стволу скважины доставляют к зоне поглощения. Для обеспечения возможности прокачивания смеси к зоне поглощения и для качественного перекрытия поглощающих каналов смесь должна иметь определенные физико-механические свойства и отвечать технологическим требованиям проведения тампонажных работ.

Сроки схватывания, пластическая прочность и загустевание должны легко регулироваться применительно к конкретным геолого-техническим условиям. Начало схватывания смеси после окончания продавливания ее в пласт должно быть не менее 10-15 мин, но не более 25-30 мин. Тампонажная смесь должна быть устойчивой к разбавлению буровым раствором или пластовой водой, быстро наращивать структурно-механические свойства после продавливания в поглощающий пласт. Тампонажный камень должен иметь прочность на сжатие не менее 0,5-1 МПа через 8-16 ч твердения и не разрушаться под действием агрессивных пластовых вод, температуры и давления.

Перед закачкой смеси  следует провести экспресс-анализ ее при температуре и давлении данного  поглощающего пласта с использованием контактных материалов и реагентов, которые будут применяться при  тампонажных работах.

Для изоляции зон поглощений используют смеси на основе вяжущих веществ, полимеров и на глинистой основе. В зависимости от начальных структурно-механических свойств смеси условно подразделяют на растворы и пасты. К растворам относят смеси с незначительной начальной прочностью структуры (до 0,3 - 0,8 кПа), имеющие хорошую текучесть (растекаемость не менее 13-15 см) и прокачиваемость. Тампонажные  растворы наиболее эффективны для изоляции пластов, представленных пористыми и мелкотрещиноватыми коллекторами малой и средней интенсивности поглощения. К тампонажным пастам относятся нерастекаемые, но прокачиваемые массы, характеризующиеся начальной пластической прочностью свыше 0,8 кПа. Хорошую прокачиваемость по бурильным трубам и высокую эффективность при тампонировании зон интенсивных поглощений имеют пасты с начальной пластической прочностью 1,8 - 2,5 кПа. Пасты эффективны при изоляции интенсивных поглощений, приуроченных к крупнотрещиноватым и кавернозным породам.

В зависимости от компонентного  состава тампонажные смеси могут быть твердеющими и нетвердеющими. Твердеющие смеси на основе вяжущих и полимеров в результате отверждения в поглощающем пласте образуют тампонажный камень, обладающий достаточной механической прочностью. Нетвердеющие смеси на глинистой основе представляют собой высоковязкие изолирующие тампоны, обладающие высокой конечной пластической прочностью.                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ 4 СОСТАВЫ И СВОЙСТВА ТАМПОНАЖНЫХ СМЕСЕЙ

 

Успех работ по борьбе с поглощениями в значительной мере определяется качеством применяемых тампонажных смесей.

Тампонажная смесь должна обладать рядом особенностей. Она должна оставаться текучей в процессе транспортирования ее к месту поглощения и быстро схватываться, превращаясь в камень за короткое время. Камень не должен разрушаться под действием пластовых вод, температуры и давления. Выбирать компоненты тампонажной смеси и устанавливать ее свойства следует с обязательным учетом конкретных условий скважин.