Изоляция поглощающих зон цементными растворами

 

Под оперативным тампонированием скважин подразумевается беструбная изоляция зон поглощений очистного агента, зон водопритоков и поддержания устойчивости горных пород на контуре открытого ствола скважины.

Для изоляции неглубоко залегающих поглощающих горизонтов применяют способ цементирования через устье скважины. На уровень промывочной жидкости в скважине устанавливают деревянную разделительную пробку. Диаметр пробки должен обеспечивать свободное перемещение по стволу скважины. Иногда такие пробки оснащают резиновыми манжетами. После установки пробки в скважину через ведущую трубу закачивают принятый объем цементного раствора, а затем продавочную жидкость. Объем продавочной жидкости рассчитывают из условия равновесия между стволом скважины и пластом после цементирования:

,

где – площадь забоя скважины, м²; h – высота столба жидкости в скважине от кровли зоны поглощения до статического уровня, м; h ₀ – высота цементного стакана над кровлей зоны поглощения, м; , –удельный вес цементного раствора и промывочной жидкости, Н/м³.

Если при заполнении скважины до устья давление оказывается недостаточным для вытеснения цементного раствора в зону поглощения, необходимо создать избыточное давление с помощью насоса. Для этого нужно предусмотреть возможность установки на кондукторе простейшего герметизатора устья.

Для повышения эффективности работ перед продавкой цементного раствора в зону поглощения рекомендуется оставить его в покое на 30-40 мин, в течение которых он приобретает повышенные вязкопластичные свойства. Допускается и повышенное содержание в растворе наполнителей.

Этот способ рекомендуется для устранения частичных поглощений промывочной жидкости. Дополнительным условием, определяющим возможность применения этого способа, является состояние ствола скважины, которое должно обеспечить беспрепятственное продвижение пробки.

Наиболее распространено цементирование зон поглощения через бурильные трубы. Место установки конца бурильных труб и технология цементирования определяются интенсивностью поглощения, глубиной залегания поглощающего интервала и т.д. Технология цементирования должна обеспечить доставку цементного раствора в зону поглощения без ухудшения его параметров по пути следования. Закачанный объем цементного раствора также продавливается в пласт продавочной жидкостью.

Один из важнейших факторов эффективности цементирования зон поглощения через бурильные трубы – расстояние нижнего конца бурильных труб от кровли проницаемого интервала (А.А. Гайворонский). Вода, вытесняемая цементным раствором из бурильных труб, отчасти поглощается, а отчасти, если проницаемость поглощающей зоны невелика, поступает в скважину, поднимая динамический уровень. Чем больше будет скорость закачки цементного раствора, тем больше при прочих равных условиях динамический уровень.

При истечении цементного раствора из бурильных труб в ствол скважины возникает аналогичная картина: часть раствора движется к зоне поглощения, а часть поднимается выше конца бурильных труб, подпирая снизу вытесненную воду. Перепад давления в зоне поглощения увеличивается, что приводит к увеличению объема поглощаемого раствора.

При увеличении расстояния от конца труб до кровли поглощающей зоны и проницаемости зоны динамический уровень цементного раствора в скважине может не доходить до нижнего конца труб, и тогда раствор будет смешиваться с промывочной жидкостью. Опускание труб ниже подошвы поглощающей зоны приведет к резкому увеличению потребного объема цементного раствора и при определенной проницаемости также не исключает разжижения за счет пластовых вод. Чтобы провести качественную изоляцию в процессе закачки и продавки, нужно знать расположение динамического уровня цементного раствора и обеспечить его отметку выше конца бурильных труб. Так как выполнить подобные измерения в процессе цементирования трудно, можно принять расстояние от конца труб до кровли зоны поглощения равным 3-10 м. Чем выше интенсивность поглощения, тем ближе нужно устанавливать трубы к кровле проницаемой зоны.

Этап продавки цементного раствора является не менее важной операцией, чем закачка раствора. Как правило, задавливание раствора в пласт происходит в процессе продавки. Поэтому основные наблюдения в скважине при цементировании поглощающей зоны следует производить при продавливании. Режимы продавки определяют собственно процесс цементирования и, следовательно, уровень цементного раствора над проницаемой зоной.

Косвенно о величине столба цементного раствора над кровлей поглощающей зоны можно судить по величине динамического уровня жидкости в скважине в процессе продавливания. Если поглощающий горизонт имеет значительную проницаемость, то этот уровень будет меньше, чем при меньшей проницаемости поглощающего пласта. Если в процессе цементирования не удается повысить уровень жидкости в скважине, то успешной изоляции не получить. В то же время, когда цементация оказалась эффективной, измеряя положение статического уровня после завершения работ, можно определить высоту над зоной поглощения цементного стакана в стволе скважины.

С целью предупреждения прихвата после цементирования трубы обычно поднимают. При этом равновесие в системе пласт – скважина нарушается, что может вызвать поступление в скважину пластовой воды и выливание цемента из трещин. Если породы устойчивы и нет опасности прихвата, то не следует торопиться с подъемом всех труб до затвердевания цемента. Обычно поднимают несколько свечей, а остальные трубы оставляют в скважине до конца схватывания раствора. Если колонну нельзя оставить в скважине, то ее медленно поднимают, одновременно доливая в скважину воду.

Изоляционные работы завершаются ожиданием затвердевания цементного раствора (ОЗЦ), которое при использовании обычных цементных растворов без ускорителей схватывания может достигать 24 ч.

Применение ускорителей схватывания при прочих равных условиях позволяет проводить изоляционные работы более эффективно и существенно сократить время ОЗЦ. Однако при этом повышается опасность прихвата бурильных труб затвердевшим раствором и схватывания раствора в насосах и трубах при неполадках в процессе цементирования.

Далеко не всегда цементирование успешно даже при благоприятных условиях, иногда его приходится повторять с тем же составом раствора. Но эта операция имеет смысл, если предыдущее цементирование привело к уменьшению проницаемости поглощающей зоны.

Режимы нагнетания цементного раствора в процессе изоляции определяются величиной расхода нагнетания. Для успешной изоляции необходимо создать напорный режим течения раствора в трещинах. Чем выше проницаемость поглощающей зоны, тем больше должна быть подача.

Меньшее распространение получил способ нагнетания цементного раствора с помощью съемных пакеров. Этот способ применяют в слабопроницаемых поглощающих зонах, когда гидравлического давления столба цементного раствора в скважине оказывается недостаточно для продавливания в трещины. Основные трудности здесь связаны с установкой и снятием пакера.

Использование разбуриваемых пакерующих устройств уменьшает риск, связанный со спуском в скважину металлоемких конструкций, но появляется дополнительная операция – разбуривание пакера.