Способ изоляции зон поглощений в скважинах

 

1. СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЙ В СКВАЖМАХ, включающий введение в воду или глинистый раствор крупных частиц с плотностью, превышающей плотность воды или глинистого раствора, отличающийся тем, что,с целью повьш1ения эффективности изоля ции зон поглощения за счет закупорирования порового цространства между частицами , заполняющими трещины или каверны, и создания прочной и непроницаемой структуры, в качестве крупных частиц вводят гранулир ованный материал, обезвоживающий глинистый раствор с образованием закупоривакяцего осадка гидроксида (Л и глинистой корки.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PEGflYS JINK

359 E 21 В 33 138

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И QfHPbfTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

? 1, 1". c .л rg

hN@g g j, g 4

see аю

3 +оп

200

2+ В 72 у

8рехе, час

Фаз. 1 (21) 3552462/22-03 (22) 16.02.83 (46) 30.05.84. Бюл. У 20 .(72) В.М. Дорошенко, Г.Д. Савенков, Л.П. Гринкевич и Г.А. Лесовой (71) Ивано-Франковский .институт нефти и газа (53) 622.245.42 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 108835, кл. Е 21 В 33/138, 1957.

2. Щербанин А.А. Борьба с поглощениями промывочной жидкости на

Арланском месторождении. — "Бурение", 1967, к- 9, с. 10-11.

3. Патент США 9 3347316, кл. 166-29, опублик. 1967 (прототип) .

„SU„„1 94946 А (54) (57) 1. СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН

ПОГЛОЩЕНИЙ В СКВАЖИНАХ, включающий введение в воду или глинистый раствор крупных частиц с плотностью, .превышающей плотность воды или глинистого раствора, о т л и ч а юшийся тем, что,с целью повышения эффективности изоляции зон поглощения за счет закупорирования порового пространства между частицами, заполняющими трещины или каверны, и создания прочной и непроницаемой структуры, в качестве крупных частиц вводят гранулированный материал, обезвоживающий глинистый раствор с образованием закупоривающего осадка гидроксида и глинистой корки.

2. Способ по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что в качестве гранулированного матери1094946 ала используют гранулированный магний или его смесь с песком.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам изоляции зон поглощений .при бурении сквйкин.

Известен способ изоляции зон поглощений с закачкой в поглощающий интервал цементных суспензий 1,1).

Недостатком этого способа является то, что в процессе доставки цементной суспензии в поглощающий пласт происходит ее разжижение, вызывающее снижение тампонирующей способности. Твердение же цементных суспензий сопровождается уменьшением их объема.

Кроме того, в крупных каналах пласта имеет место растекание, гравитационное опускание тампонирующей смеси, что весьма нежелательно при изоляции эон поглощений.

Известен способ изоляции зон поглощений путем закачки в пласт цементного раствора, содержащего наполнитель, частицы которого имеют крупные размеры. В качестве наполнителя используют сухую древесную стружку, которая, впитывая воду, уменьшает ее содержание в тампонажной смеси, выполняя роль каркаса, повышающего устойчивость цементного камня t.2)

Недостатком способа является то, что введение в цементный раствор

"облегчителя" и поглотителя воды: (древесной стружки) способствует снижению подвижности раствора и механической прочности камня.

Недостатком является также то, что распределение стружек в объеме цементного раствора не будет равномерным, учитывая условия приготовления и закачки, а значит и физико-химические свойства цементного камня, не будут одинаковыми по всему объему трещины или каверны.

Кроме того, использование цементных растворов, в том числе и с древесной стружкой, для изоляции пог5

15 лощающих трещин или каверн значительных размеров, требует полной остановки процесса бурения, использования специальной техники и оборудования для приготовления и закачки цементных растворов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ изоляции зон поглощений в скважинах путем введения в воду или глинистый раствор крупных частиц (4 0,1-1,5 мм) с плотностью, превышающей плотность воды или глинистого раствора (барит, гематит, ильменит, гравий). Проникнув с раствором в трещину, эти частицы перекрывают ее. В дальнейшем на поверхности закачанной "пробки" образуется глинистая корка, которая перекрывает

gp утечку промывочной жидкости из скважины (3).

Недостатком известного способа является создание в трещинах или кавернах высокопроницаемого пористо. 25 ro скелета. Кроме того, глинистая корка обладает низкими проыностными свойствами, так как она образуется только на поверхности поглощающей формации или на очень небольшой глу3ц .бине внутри трещин и пор, в местах, где задерживаются лишь частицы небольшого размера. Глинистый раствор в этом случае выполняет, главным образом, роль жидкости-носителя.Поэтому в данном случае, после заполнения зоны поглощения крупными частицами, рекомендуется последующая закачка цементного раствора.

Целью изобретения является повы4О шение эффективности изоляции зон поглощения за счет закупоривания порового пространства между частицами, заполняющими трещины или каверны, и создание прочной и непрони45 цаемои структуры

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изоляции зон поглощений в скважинах, включающему

1094946

3 введение в воду или глинистый раствор крупных частиц с плотностью, превышающей плотность воды или глинистого раствора, в качестве крупных частиц используют гранулироваиный материал, обеэвоживающий глинистый раствор с образованием закупоривающего осадка гидроксида и глинистой корки.

Кроме того в качестве гранули- 10 рованного материала используют гранулированный магний или его смесь с песком.

Использование для изоляции зон поглощения гранулированного материала, обезвоживающего глинистый раствор с образованием закупоривающего осадка, позволяет эффективно изолировать зоны поглощения (трещины, каверны) за счет заполнения их гранулированным материалом, поровое пространство между частицами которого закупоривается продуктами реакции, образующимися в результате обезвоживания (реакции магния с водой) и остающейся глинистой коркой.

В качестве такого материала можно использовать, например, гранулированный магний, выпускаемый металлургической промышленностью с диаметром гранул 0,5-1,6 мм.

Эффективность применения гранулированного магния достигается совокупностью проявления следующих основных 5 свойств: размер, форма и хорошая сыпучесть гранул обеспечивают заполнение поглощающих каналов с различными величи- " нами раскрытия и направлением прости40 рания, реакционная способность по отношению как к пресной, так и к минерализованной воде с образованием закупоривающего осадка гидроксида магния

45 и глинистой корки вследствие дегидратации (обезвоживания) глинистого раствора, нетоксичность; устойчивость физико-химического состава в процессе транспортирования; отсутствие возможности образования кислых побочных продуктов и токсичных веществ в поглощающих каналах, способность эакупоривать поглощающие каналы независимо от температуры и давления в геологической формации",„

4 минимальная абразивность и хорошая прокачиваемость, исключающая закупорку циркуляционной системы, плотность (1740 кг/м ), превышающая плотность применяемого на практике глинистого раствора.

Сущность изобретения состоит в том, что гранулированный магний, вводимый на поверхности в закачи-. ваемый в скважину глинистый раствор, заполняет зоны поглощения (трещины или каверны), образуя в них прочную изоляционную структуру, проницаемость которой через 48-60 ч реакции гидролиза снижается практически до нуля.

Гранулироваиный магний реагирует с водой, образуя малорастворимый осадок гидроксида, о уравнению

М +2Н О=Мф(ОН) >3 +Н 1 +354,3 1 кД

При насыпной плотности гранулированного магния 960 кг/м, например, в 1 м трещины или каверны содержится 960 кг гранул магния, занимающего объем, равный 0,55 м . Остальная часть объема трещины (0,45 м ) составляет объем порового пространства между гранулами, заполненный глинистым раствором. При плотности глинистого раствора, например,1250 кг/м в объеме порового пространства будет содержаться 0,1 м глинопорошка и

0,35 м воды. Согласно стехиометрического уравнения с таким количеством воды может вступить в реакцию лишь 235 кг магния. Оставшиеся

725 кг магния будут представлены в гранулированном виде, а.поровое пространство между ними — заполнено осадком гидроксида и глинистой коркой, образованной вследствие дегидратации или обезвоживания глинистого раствора.

Процесс изоляции зоны поглощения осуществляется путем ввода в закачиваемый в скважину глинистый раствор гранулированного магния или его смеси с песком и заполнения трещины или каверны. Скорость потока глинистого раствора в стволе скважины должна быть больше скорости падения гранул магния и частиц песка в нем.

Учитывая, что плотность кварцевого песка (2600 кг/м ) значительно выше плотности магния (1740 кг/м ),можно ориентироваться на .Удерживающую спо1094946 собность глинистого раствора по отношению к песку.

Допустимые концентрации песка в зависимости от вязкости жидкостиносителя приведены в таблице.

Вязкость,10- Па,с Концентрация песка кг м !

40-60

60-200

200-300

300-700

1-2

3-50

50-100

100-500

Так, например в 1 м глинистого раствора плотностью 1400 кг/м и вязкостью 20 10 Па с можно вводить порядка 100 кг гранулированно- 2О го магния или такое же количество смеси его с песком .

Результаты исследований (фиг.1) свидетельствуют о том, что через

48-60 ч реакции гидролиза проницаемость системы, заполненной гранулами магния, снижается практически до нуля ° С целью экономиии материала, обезвоживающего глинистый раствор, гранулированный магний целесообразно закачивать в смеси с кварцевым песком. В этом случае, при содержании магния в смеси до 507., время, потребное для образования изоляционной структуры, несколько увеличи35 вается, но прочностные ее свойства не снижаются. На фиг.2 приведена графическая зависимость кратности изменения проницаемости элемента трещины, заполненного гранулированным магнием и его смесью с песком, в зависимости от содержания магния в смеси после 48,ч реакции гидролиза (время, потребное для образования непроницаемой структуры при 100Х, 45 содержании гранул магния в трещине, фиг.1). Кратность изменения проницаемости определяется отношением проницаемости элемента трещины, заполненного чистым песком, к проницаемости того же элемента, заполненного смесью песка и гранулированного магния с различным содержанием магния в смеси, через 48 ч реакции гидролиза. Анализ данных иссле дований, представленных в графическом виде на чертежах, показывает, что допустимое содержание гранул магния в смеси составляет от 100 до

15Х по массе или долевое содержание по массе гранул магния в смеси составляет 0,15-1,0.

Повышение эффективности изоляции о зон поглощения в скважинах согласно предлагаемому способу в отличие от известных состоит в том, что при появлении в процессе бурения зоны поглощения, сопровождающейся нарушением циркуляции глинистого раствора, в него с поверхности вводятся, например, гранулы магния или их смесь с песком. Глинистый раствор, являющийся в данном случае жидкостью-носителем, переносит эти гранулы в зону поглощения (трещину или каверну), где они его обезвоживают (реагируют с водой) с образованием закупоривающего осадка гидроксида и глинистой корки. Осадок заполняет поровое пространство между частицами, обеспечивая снижение проницаемости слоя практически до нуля во всем его объеме. Образование гидроксида магния. сопровождается увеличением объема системы. Однако, учитывая, что гранулы магния или их смесь с песком находятся в трещине в стесненном состоянии, увеличение объема компенсируется уплотнением осадка гидроксида магния и глинистой корки в порах между частицами и образованием непроницаемой изоляционной структуры. Следует отметить, что образование закупоривающей структуры по предлагаемому способу в отличие от известного в значительной степени не зависит от количества глины, содержащейся в растворе,так как основной закупоривающей массой является осадок гидроксида магния.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример. При проводке скважины на глубине 1647 м отмечено полное поглощение бурового раствора.По результаФ ам кратковременных гидродинамических исследований гидропроводность поглощающего пласта равна

1667 Дж см/сП. Величина раскрытия каналов при этом составляет 6,64 мм.

С целью изоляции зоны поглощения открытий конец бурильных труб приподнимают до глубины 1632 м, т.е. на 15 м выше кровли поглощающего интервала, а на устье скважины ус1094946

7 танавливают воронку. Одновременно с подачей буровыми насосами глинистого раствора с расходом 72 м /ч (1,2 м /мин) засыпают 700 кг смеси гранулированного магния с песком, выдерживая концентрацию смеси в глинистом растворе на уровне 100 кг/м, т.е. в течение f мин в воронку засыпают 120 кг смеси. При этом исходное количество смеси будет закачано в скважину за 58,2 мин (7000:120 58,2). Содержание гранул магния в смеси составляет 207. (1400 кг магния и 5600 кг песка фракции 0,5-1,6 мм).

При снижении интенсивности поглощения на 30-403 от первоначальной, скважину промывают и закрывают на

48 ч, потребных для образования прочной и непроницаемой изоляционной структуры в зоне поглощения.

По истечении этого времени бурильные трубы опускают до подошвы поглощающего пласта и продолжают процесс бурения.

По технологии известного способа полной изоляции поглощающего интервала достичь невозможно ввиду отсутствия материала, закупоривающего поровое пространство межцу частицами, заполняющими зону поглощения. Это вызывает необходимость последующей закачки тампонажной смеси (цементного раствора) в зону поглощения и, зачастую, разбуривания оставшегося и затвердевшего в стволе скважины цементного камня.

Предлагаемый способ имеет следую5 щие преимущества по сравнению с известными: простота и технологичность проведения работ по изоляции зон поглощения; отсутствие необходимости приготовления и закачки цементных растворов, высокие изолирующие свойства структуры, образуемой в зоне поглощения крупнозернистыми частицами, поровое пространство между которыми заполнено осадком гидроксида магния и глинистой коркой; повышается эффективность изоля-. ционных работ в скважинах со сложными гидродинамическими условиями (высокая поглотительная способность,вы20 сокие пластовые температуры, высокая минерализация пластовой воды и др ), возможность использования способа при различных условиях бурения скважин как неутяжеленным так и утяжеленным буровым раствором, содержащим . в своем составе воду, значительно сокращаются время и расходы на изоляцию 1 зоны поглощения.

ЗО Все указанные особенности и преимущества проведения изоляции зон поглощения обеспечивают высокую экономическую и технологическую эффективность предлагаемого способа.

1094946

О,б

Фиг.й

Редактор А. Шандор

Заказ 3556/19

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная,4

И

3 Ь фф

К

0,2

qg gg 700

Садержание магния 8 смеси %

Составитель Е. Тангалычев

Техред Л.Мартяшова КорректорВ. Иванова

Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5