Способ бурения скважины

 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и направлено на повышение качества разобщения пластов и снижение затрат времени на строительство скважин. Способ предусматривает бурение скважин до проектной глубины с промывкой забоя на естественной водной суспензии до кровли продуктивного пласта с последующей заменой естественной водной суспензии на глинистый раствор. При этом перед заменой естественной водной суспензии на глинистый раствор на стенках скважины формируют быстротвердеющую непроницаемую цементную корку прокачиванием цементного раствора, обработанного сополимером поливинилового спирта с винилацетатом, причем цемент до затворения смешивают с указанным сополимером, а в воду затворения дополнительно вводят водный раствор двухатомного спирта этиленгликоля. 3 табл.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при подготовке ствола к первичному цементированию нефтяных скважин для надежного разобщения пластов при строительстве скважин.

Известен способ бурения скважины [1] заключающийся бурением скважины до проектной глубины и формирование перед цементированием на стенках скважины быстротвердеющей непроницаемой цементной корки, прокачиванием цементного раствора, обработанного сополимером поливинилового спирта с винилацетатом в количестве 0,3 0,5 мас.

Недостатком этого способа является сложность технологии создания на проницаемых стенках скважины быстротвердеющей непроницаемой цементной корки, поскольку при этом предусматривается операция по удалению рыхлой фильтрационной глинистой корки со стенок скважины путем прокачивания моющей буферной жидкости, что связано с задалживанием техники, расходом реагентов, приготовлением буферной жидкости и затратами времени на промывку. Кроме того, как правило, отмыть глинистую корку полностью практически не удается, а оставшиеся на проницаемых стенках скважины гидратированные глинистые частицы ослабляют адгезию сформированной цементной корки с породой и снижают сопротивление контактной зоны порода-цементная корка" гидроразрыву.

При использовании известного способа не исключается возможность вспенивания раствора, что отрицательно влияет на технологию применения.

Известен также способ бурения скважины [2] заключающийся в бурении скважины до проектной глубины с промывкой на естественной водной суспензии с последующей заменой ее на глинистый раствор.

Однако известный способ при необходимости формирования на стенках скважины быстротвердеющей непроницаемой цементной корки требует использования технологии по [1] указанный в качестве аналога, следовательно, ему присущи все те же недостатки аналога.

Целью изобретения является снижение затрат времени и повышение качества разобщения пластов при бурении скважин.

Поставленная цель достигается описываемым способом, включающем бурение скважины до проектной глубины с промывкой на естественной водной суспензии с последующей заменой ее на глинистый раствор.

Новым является то, что на естественной водной суспензии бурят до кровли продуктивного пласта, при том перед заменой естественной водной суспензии на глинистый раствор на стенках скважины формируют быстротвердеющую непроницаемую цементную корку прокачиванием цементного раствора, обработанного сополимером поливинилового спирта с винилацетатом, причем цемент до затворения смешивают с указанным сополимером, а в воду затворения дополнительно вводят водный раствор двухатомного спирта этиленгликоля.

При этом компоненты берут в следующем соотношении, мас.ч.

Цемент 100 Сополимер поливинилового спирта с винилацетатом 0,3-0,5 Водный раствор 2-х атомного спирта этиленгликоля 0,075-0,1 Как показывает сопоставительный анализ, цементный раствор для образования быстротвердеющей непроницаемой корки в предлагаемом способе отличается от известного содержанием в нем добавки водного раствора двухатомного спирта этиленгликоля, например, тосола.

В настоящее время известно использование водного раствора этиленгликоля ля изготовления антифризов (например, тосола для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, см. Рекламный лист ТПУ "Татнефтепромхим", выпускается по ТУ 6-02-751-86).

В предлагаемом техническом решении тосол выполняет новую функцию - функцию упрочняющей добавки.

Лабораторными исследованиями установлено, что при добавлении тосола в рекомендуемых нами пределах (0,075-0,1 мас.ч. на 100 мас.ч. портландцемента тампонажного) достигается повышение сопротивления контактных зон порода-цементная корка гидроразрыву. При добавлении тосола в цементный раствор, обработанный сополимером поливинилового спирта в начальный период загустевания раствора и формирования цементного камня образуется однородная (бездефектная) структура, которая характеризуется большей равномерностью фазового состава системы и плотностью упаковки дисперсных частиц.

Таким образом, обработанная тосолом микроструктура цементного камня и обеспечивает его высокую прочность, при этом камень испытывает меньший сброс прочности вследствие внутренних напряжений при эксплуатации скважины.

Кроме того, в предлагаемом способе формирование быстротвердеющей цементной корки осуществляется перед заменой естественной водной суспензии на глинистый раствор, что предотвращает образование глинистой корки, а цемент перед его затворением перемешивают с сополимером поливинилового спирта с винилацетатом, тем самым исключается вспенивание раствора, что положительно сказывается на прочностных свойствах образуемой быстротвердеющей непроницаемой цементной корки.

По нашему мнению, отличительные признаки предлагаемого способа не являются идентичными и эквивалентными в сравнении со сходными признаками известных аналогичных способов и позволяет получить новый положительный эффект, выражающий в повышении качества разобщения пластов, сокращении сроков строительства скважины за счет исключения операции промывки скважины с целью удаления глинистой корки. Таким образом, выше отмеченное позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию "существенные отличия" изобретения.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Скважину бурят до кровли продуктивного пласта с промывкой на естественной водной суспензии. На этом процесс бурения временно приостанавливают и приступают к формированию на стенках скважины быстротвердеющей непроницаемой цементной корки.

Для этого сначала готовят раствор. В цементовоз затаривают портландцемент и сополимер поливинилового спирта в соотношении масс 100:1. Для равномерного их смешения сухую смесь перетирают в цементосмеситель и доставляют на скважину. Затем в емкости цементировочного агрегата приготавливают водный раствор тосола, на котором затворяют цемент, обработанный сополимером поливинилового спирта. Полученный цементный раствор закачивают в скважину по трубам и продавливают в заколонное пространство для формирования на стенках скважины быстротвердеющей непроницаемой цементной корки.

После ожидания затвердевания цемента качество цементирования оценивают геофизическими методами.

Далее скважину продолжают бурить, начиная с интервала продуктивного пласта, с промывкой на глинистом растворе до проектной глубины. После окончания бурения скважину промывают, спускают обсадную колонну и ее цементируют. На этом процесс строительства скважины заканчивается.

Эффективность тосола в качестве добавки, повышающей сопротивление контактных зон давлению гидропрорыва в начальный период твердения цементного камня, определяли в лабораторных условиях в следующей последовательности.

Готовили цементный раствор: в водопроводную (техническую) воду добавляли заданное количество тосола, затем на этом растворе затворяли цемент предварительно перемешанный с сополимером поливинилового спирта с винилацетатом при постоянном водоцементном отношении равном 0,5. Раствор перемешивали в течение 5 мин.

При испытании использовали: портландцемент тампонажный для нормальных температур ПЦТ-ДО-50, ГОСТ 1581-91; сополимер поливинилового спирта, порошкообразный материал белого цвета, выпускается по ТУ 6-05-041-587-75; тосол, однородная подвижная жидкость голубого цвета без механических примесей, выпускается по ТУ 6-02-751-86.

Для сравнительной оценки известного по а.с. N 834328 и предлагаемого способов определяли герметичность контактных зон "цементный камень-корка-проницаемая порода" по методике, описанной в тр. ТатНИПИнефть, вып. 31, Куйбышев, 1975 (с. 3-21).

Определение коркообразующих свойств цементного раствора по прототипу и предлагаемого способа проводили на установке типа УВЦ-1.

В качестве модели проницаемой породы использовали керны из солитового известняка с проницаемостью 300-500 мдарси. Испытания контактных зон на гидропрорыв проводили через 2, 7 и 28 суток (в начальный период твердения). При осуществлении предлагаемого способа на проницаемой породе (керн), помещенной в фильтрационную камеру, формировали корку из цементного раствора, обработанного сополимером поливинилового спирта с винилацетатом с добавкой тосола в количестве 0,075-0,1 вес.ч. к массе цемента. Зазор между породой и стенкой фильтрационной камеры заполняли обычным цементным раствором. Испытания контактных зон на гидропрорыв проводили в указанные выше сроки.

Результаты лабораторных испытаний приведены в табл. 1, 2 и 3.

Из данных таблиц следует, что при использовании цементного раствора, обработанного сополимером поливинилового спирта с добавкой тосола давление гидропрорыва контактных зон "цементный камень-корка-проницаемая порода" во все исследованные сроки выше, например через 2 сут твердения в 3 раза, а через 28 сут 11 раз по сравнению с прототипом, при использовании способа по [1] при этом сроки твердения цементной корки сокращаются на 2 часа, что свидетельствует о быстроте набора прочности сформированной цементной корки, способствующей надежному разобщению пластов.

Технико-экономическая эффективность от применения предлагаемого способа заключается в сокращении времени на строительство скважины, а именно исключаются операции по удалению со стенок скважины фильтрационной глинистой корки, задалживание техники, расход реагентов, приготовление буферной жидкости и затраты времени на промывку скважины. Так, при использовании предлагаемого способа сокращаются сроки твердения сформированной цементной корки, повышается давление гидропрорыва контактных зон, что улучшает качество разобщения пластов. В два раза сокращается время на борьбу с осложнениями и авариями в балансе календарного времени бурения, которое в 1993 году (год внедрения прототипа) составило соответственно 63080 и 13191 ч.

Все это в конечном счете повышает качество разобщения пластов при строительстве скважин и положительно скажется на экологию, т.е. охране недр.

Формула изобретения

Способ бурения скважины, включающий бурение скважины до проектной глубины с промывкой на естественной водной суспензии с последующей заменой ее на глинистый раствор, отличающийся тем, что на естественной водной суспензии бурят до кровли продуктивного пласта, при этом перед заменой естественной водной суспензии на глинистый раствор на стенках скважины формируют быстротвердеющую непроницаемую цементную корку прокачиванием цементного раствора, обработанного сополимером поливинилового спирта с винилацетатом, причем цемент до затворения смешивают с указанным сополимером, а в воду затворения дополнительно вводят водный раствор двухатомного спирта этиленгликоля.

РИСУНКИ

Рисунок 1