Технологические приемы, рекомендуемые при тампонажных работах в скважинах

 

Результаты РИР во многом зависят от свойств используемого тампонажного материала. Однако качество ма­териала само по себе еще не определяет результативность изо­ляционных работ. Нередко тампонажный материал, прошед­ший успешные лабораторные испытания в условиях, модели­рующих забойные, попав в скважину, не выполняет своего назначения. Видимо, технологические приемы, используемые при его доставке в изолируемую зону, не могут обеспечить условия, при которых данный материал проявляет все прису­щие ему полезные свойства. Поэтому вопросам управления технологическим процессом тампонирования следует уделять самое серьезное внимание. Следует отметить, что влияние уп­равляющих воздействий на механизм формирования изоляци­онных экранов изучено недостаточно. В то же время анализ результатов РИР позволяет выделить ряд технологических при­емов, эффективность которых подтверждена накопленным опытом.

1. Приготовление тампонирующей смеси следует производить в осреднительной емкости, положение которой обеспечи­вает работу насосов ЦА под залив. При этом повышается ко­эффициент наполнения насосов, что благотворно влияет на режим работы агрегатов, достигается гомогенность тампони­рующей смеси при колебаниях плотности раствора по объему не более 0,02 г/см³, уменьшается содержание атмосферного воздуха в системе, подсасываемого при затворении цемента в гидросмесителе. Это позволяет транспортировать к изолируе­мой зоне тампонирующую смесь, практически идентичную использованной при лабораторных испытаниях.

2. В процессе закачивания и продавливания тампонирую­щей смеси высокой плотности в трубах наблюдается вакуум. При этом возможен подсос атмосферного воздуха через не ­плотности запорной арматуры и аэрация закачиваемых жид­костей (тампонажной и продавочной), значтельное опережение головной пачки тампонирующей смеси по сравнению с расчетным ее положением из-за разрыва потока. Часть соста­ва может оказаться за НКТ до закрытия выкида из трубного пространства; возможны ошибки в расчетных параметрах про­цесса вследствие аэрации жидкости.

Поэтому при транспортировании тампонирующей смеси по НКТ следует штуцеровать выкид из затрубного пространства. Наличие некоторого избыточного давления в трубном простран­стве исключит явление вакуума, что обеспечит необходимый контроль за движением тампонажной смеси.

3. При тампонировании под давлением в незаполняющихся скважинах после закачивания продавочной жидкости в НКТ рекомендуется делать паузы от 3 до 10 мин. При этом происхо­дит выравнивание гидростатических давлений в трубном и затрубном пространствах, равномерное распределение тампони­рующей смеси в заколонном пространстве самотеком, деаэра­ция жидкости в НКТ.

4. При нагнетании не следует допускать высоких скорос­тей подачи жидкости. Даже если приемистость нарушения ко­лонны хорошая, необходимо планировать минимальную пода­чу жидкости. Следует помнить, что конечной целью работ яв­ляется не только заполнение каналов утечки тампонажной сме­сью, но и формирование на их стенках прочной фильтрацион­ной корки в результате кольматации твердой фазой раствора. Поэтому целесообразно периодически прекращать подачу жид­кости. Продолжительность остановок зависит от интенсивнос­ти поглощения раствора и может составлять от 1 до 10—15 мин. и более.

Каждая очередная остановка стимулирует наращивание фильтрационной корки, вследствие чего каналы утечки сужа­ются. При этом наблюдается постепенный рост давления на­гнетания, что способствует уплотнению фильтрационной кор­ки. В некоторый момент каналы утечки оказываются перекры­тыми фильтрационной коркой, на что указывает резкий рост давления нагнетания. Если достигнутое давление неустойчиво, то периодическим подкачиванием добиваются его стабилиза­ции.

Снижение эффективности работ при очень высоких давле­ниях нагнетания связано, по-видимому, с выдавливанием сфор­мированной корки из каналов утечки. Другой возможной при­чиной могут быть необратимые процессы в окружающих ко­лонну цементном кольце и горных породах — гидроразрывы, раскрытие трещин и др.

При использовании химически не обработанных цемент­ных растворов на стенках каналов утечки формируется тол­стая рыхлая фильтрационная корка. При хорошей приемисто­сти и высокой скорости нагнетания такая корка легко разру­шается потоком цементного раствора. Если она все же пере­крывает каналы утечки, то затвердевший камень характеризу­ется невысокими физико-механическими показателями (осо­бенно при низких температурах), не всегда отвечающими тре­бованиям качественной изоляции.

Цементные растворы с пониженной водоотдачей обеспечи­вают формирование тонкой и прочной фильтрационной корки. Периодическими остановками процесса при низких скоростях нагнетания наращивание корки ускоряется. И в конечном счете каналы утечки оказываются надежно изолированными.

Таким образом, если при низкой приемистости скважины использование цементных растворов с пониженной водоотда­чей обязательно, то при хорошей приемистости — всегда же­лательно.

5. Многолетняя практика цементирования под давлением свидетельствует о том, что лучшие результаты получают в том случае, когда давление нагнетания, достигнув планируемого значения, не снижается после прекращения подачи жидкости в течение 5—10 мин. Тенденция к повышению давления нагне­тания не всегда оправдана.

Высокие давления планируют, как правило, при низкой приемистости скважины или тогда, когда последняя практи­чески отсутствует. Утечка жидкости из колонны в этих случа­ях происходит по микроканалам, проникнуть в которые твер­дая фаза раствора зачастую не может даже при высоких дав­лениях. Кроме того, частичному заполнению канала утечки способствует высокая водоотдача цементного раствора, вслед­ствие чего подвижность раствора резко снижается и твердая фаза закупоривает зону ввода.

В указанных случаях, когда приемистость скважины меньше , целесообразно использовать цементные растворы с пониженной водоотдачей. При этом задавливание следует вес­ти при минимальной подаче ЦА с перепуском части продавочной жидкости в мерную емкость агрегата.

6. Расположение НКТ в зоне фильтра или дефекта колонны при задавливании водоцементных растворов в пласт недопус­тимо. При наличии перепада давления в поглощающей части скважины из тампонирующей смеси интенсивно отфильтро­вывается жидкая фаза. При использовании водоцементных растворов это приводит из-за снижения В/Ц к резкому сокращению сроков схватывания смеси, что в совокупности с дру­гими факторами (температура, давление, время проведения операции) может служить причиной прихвата НКТ.

В случае применения цементных растворов, затворенных на дизтопливе, процесс отфильтровывания жидкой фазы идет еще интенсивнее. В интервале перфорации образуется плот­ная спрессованная пробка из обезжиженного цемента, кото­рая также может стать причиной прихвата НКТ.

7. Изоляцию сквозных дефектов обсадных колонн следует проводить, оставляя цементный мост против зоны ввода там­понирующей смеси за колонну. Накопленный опыт работ с вымыванием тампонажного раствора из зоны дефекта свиде­тельствует о низкой эффективности РИР. Это, повидимому, связано с тем, что при вымыве тампонажного раствора промы­вочная жидкость под перепадом давления (нередко значитель­ного) фильтруется в зону дефекта и частично размывает фор­мирующийся экран.

8. На ОЗЦ, особенно при ремонте колонн, скважину следует оставлять под избыточным давлением, что исключает отда­чу задавленного за колонну цементного раствора и обусловливает напряженное состояние стенок скважины под действием внутреннего давления и упругого сопротивления горных по­ род. При этом затвердевший тампонажный экран будет испы­тывать дополнительное сжатие от воздействия массива горных пород, окружающих колонну. Поэтому допускаемая нагрузка при опрессовке возрастет на величину давления, необходимо­ го для снятия напряжения сжатия с изоляционного экрана.

9.Следует иметь в виду, что в обсадных колоннах диаметром 214 мм и более, заполненных водой, происходит интенсив­ное гравитационное оседание цементных растворов. Поэтому под дефектом колонны или нижней границей устанавливаемо­ го разделительного моста рекомендуется устанавливать взрыв­ной пакер или другие несущие устройства.

10. Избыточное давление в колонне при ОЗЦ имеет неко­торое экстремальное значение, превышение которого снижает качество работ. Объясняется это, по-видимому, тем, что при разрядке скважины после ОЗЦ вследствие упругой деформа­ции обсадных труб происходит отрыв колонны от окружаю­щего цементного кольца. Образующаяся кольцевая щель мо­жет служить каналом для жидкости в колонне, допускаемый объем утечки которой при опрессовке строго регламентиро­ван. Можно также предположить, что при разрядке скважины происходит разрушение экрана под воздействием упругих деформаций горного массива.

Ориентировочно величину избыточного давления при ОЗЦ следует устанавливать в пределах от 40 до 60% от достигнутого при цементировании.

Опыт исправительного цементирования свидетельствует о том, что наилучшие результаты получают в том случае, когда достигнутое при нагнетании цементного раствора давление не сбрасывают (для вымыва излишка цемента и подъема НКТ в безопасную зону), а плавно снижают до некоторого значения, при котором скважину оставляют на ОЗЦ.

Этот прием возможен, когда башмак НКТ устанавливают над интервалом нарушения колонны на расстоянии, вмещаю­щем расчетный объем тампонажной смеси, или при комбини­рованном способе цементирования. Необходимость разбури­вания в некоторых случаях цементных стаканов несколько большей протяженности не должна сдерживать применение этого способа, так как в общем балансе времени на разбуривание цемента приходится незначительная доля, вполне оправ­данная благодаря полученному результату работ.

Однако необходимо иметь в виду, что при использовании комбинированного способа цементирования необходимо при­менять пластифицирующие и стабилизирующие добавки, обес­печивающие в течение расчетного времени исходную подвиж­ность раствора. Следует учитывать, что закачанный в скважи­ну необработанный раствор во время подъема НКТ находится в покое и в результате структурообразования может превра­титься в непрокачиваемую или малоподвижную массу.

11. При изоляции сквозных дефектов обсадных колонн продолжительность ОЗЦ должна составлять не менее 3 сут. Ис­следования свидетельствуют о том, что к этому времени проч­ность цементного камня достигает удовлетворительных значе­ний (при температурах 80° С и выше время ОЗЦ может быть снижено).

Через сутки после окончания цементирования в скважине можно проводить необходимые работы. Однако от разбурива­ния цементного моста в непосредственной близости к интер­валу нарушения колонны (от 15 до 20 м) следует воздержаться до истечения запланированного времени во избежание нару­шения цементного кольца от ударов долота и труб о колонну.

12. Перед опрессовкой колонны необходимо тщательно промыть скважину. Нежелательно попадание в жидкость, заполняющую колонну, воздуха, который может исказить резуль­тат испытания на герметичность. Поэтому перед установкой опрессовочной головки устье скважины должно быть доступно для визуального контроля.

Не следует сразу поднимать давление до требуемого значе­ния. Подавать жидкость рекомендуется при минимальном рас­ходе с периодическими остановками, способствующими рав­номерному распределению давления на цементный экран.

При выдержке колонны под давлением в течение конт­рольного времени нагнетательную линию следует отсоединить от опрессовочной головки для визуального контроля за утечка­ми из запорной арматуры.

Если в колонне был установлен разделительный мост (взрывной пакер) и расстояние до искусственного забоя п₃ значи­тельно меньше расстояния до забоя скважины Н, то герметич­ность колонны следует оценивать по формуле:

 

 

где ∆Р_ф — фактическое снижение давления в колонне при опрессовке, МПа;

∆Р_н — наблюдаемое снижение давления, МПа.

Если ∆Р_ф согласуется с нормативными требованиями, то после разбуривания искусственного забоя герметичность ко­лонны контролируют повторной опрессовкой.

14. В соответствии с действующими правилами избыточное давление на устье при опрессовке колонны должно на 10% пре­вышать максимальное пластовое давление в разрезе скважины. Тем самым исключается возможность пропуска жидкости (газа) через колонну в наиболее жестких режимах эксплуатации или при прорыве флюида из наиболее активного пласта. Одновре­менно обеспечиваются условия для РИР, связанные с создани­ем в колонне значительных избыточных давлений (цементиро­вание под давлением, кислотные обработки и др.).

Однако нередко при цементировании под давлением для изоляции дефектов в верхних интервалах обсадных колонн, приуроченных к слабосцементированным высокопроницаемым участкам разреза, РИР носят затяжной характер, связаны с многократным повторением операций и не обеспечивают тре­буемой степени герметичности колонны после ремонта. Это объясняется тем, что тампон из цементного камня не имеет прочной опоры, так как подстилается горными породами с низкими значениями давления гидроразрыва и при опрессов­ке колонны разрушается. Для формирования в таких условиях высокопрочных экранов необходимы тампонажные материа­лы с пределом текучести, близким к давлению опрессовки об­садной колонны.

Если использование других методов РИР, связанных с из­менением конструкции скважины (спуск дополнительной ко­лонны и др.), по условиям эксплуатации скважины невозмож­но, то рекомендуется после согласования с геолого-техничес­кой службой предприятия-заказчика, как исключение, снизить требования к герметичности отремонтированной колонны.

Действительно, фактический перепад давления на отремон­тированный дефект при прорыве флюида из наиболее актив­ного пласта разреза определяется как разность между внут­ренним и наружным давлением на колонну.

С учетом принятого коэффициента запаса прочности на­дежность изоляции будет обеспечена, если сформированный тампонажный экран будет отвечать нормам герметичности при избыточном давлении в колонне для опрессовки, равном:

где Р_пл — пластовое давление проявляющего пласта;

Р_н — поровое (пластовое) давление горизонта, к которому приурочен дефект колонны.

Так, при наличии в разрезе скважины газового пласта, ха­рактеризующегося Р_пл = 12 МПа, обсадная колонна в соответ­ствии с действующими правилами должна быть герметична при Р_оп = 15 МПа. Если отремонтированный дефект колонны при­урочен к горизонту, где Р_н = 5,0 МПа, то при прорыве газа перепад давления на тампонажный экран составит Р - Р_н = 8МПа.

Переток газа за колонну будет исключен, если тампонаж­ный экран будет герметичен при

 

 

Подобные скважины при эксплуатации должны находить­ся под специальным контролем.

При последующих технологических операциях в стволе, связанных с высокими перепадами давления на колонну, дефект может быть изолирован с помощью пакерующих уст­ройств.