Способ ликвидации скважин

Изобретение относится к области горного дела, а именно к ликвидации скважин различного назначения. Технический результат - повышение надежности ликвидации скважин различного назначения за счет возможности создания прочного водоупорного экрана как внутри скважины, так и за ее пределами - в затрубном пространстве и водоупорном слое. Способ включает установку цементного моста, перфорацию обсадной колонны, закачку тампонажной смеси под давлением ниже давления гидроразрыва для создания изолирующего экрана. При ликвидации нефтяных и газовых скважин, а также скважин с радиоактивными, опасными отходами изолирующий экран сооружают в интервале залегания водоупора посредством перфорации обсадной колонны перфоратором, обеспечивающим создание в горных породах каналов диаметром до 2 см, длиной до 1 м. В последующем осуществляют закачку пластичной твердеющей тампонажной смеси, содержащей в качестве основы 70-75 мас. % порошка бентонитовой глины, при давлении, равном 0,8-0,9 давления гидроразрыва пласта. В процессе закачки пластичной твердеющей тампонажной смеси на нее воздействуют механическими колебаниями в диапазоне 18-27 кГц. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области горного дела, а именно к ликвидации скважин различного назначения.

Госгортехнадзором России, упраздненным 20.05.2004 г., определен способ ликвидации скважин, включающий установку цементных мостов в стволе скважины и оборудование устья скважины заглушкой или колонной головкой с задвижкой (Инструкция о порядке ликвидации, консервации скважин и оборудовании их устьев и стволов. РД 08-347-00. Утв. постановлением Госгортехнадзора России от 22.03.2000, №10).

Недостаток известного способа заключается в том, что не исключается возможность образования заколонных перетоков пластовых флюидов. Известно, что со временем металл обсадной колонны и цементный стакан за колонной постепенно разрушаются из-за коррозии, механических нагрузок и других причин. Разрушение этих искусственных материалов и появление в скважинах открытых каналов является неизбежным. Поскольку приведенные давления в пластах различаются практически всегда, то в результате образования в ликвидированной скважине открытого канала создаются условия для экологически опасных перетоков пластовых флюидов (Смирнов В.И. Ликвидированные нефтяные скважины - глобальная экологическая угроза природной среде // Геоэкология. 2000. №4. С. 331-333).

Особую опасность представляют межпластовые перетоки флюидов в скважинах, на забое которых были проведены подземные ядерные взрывы в мирных целях в различных областях горной промышленности (Мирные ядерные взрывы: обеспечение общей и радиационной безопасности при их проведении: монография / Колл. авторов под рук. В.А. Логачева. - М.: Изд. AT, 2001. - 519 с.). В данном случае опасность усугубляется тем, что под воздействием ударной волны возможно растрескивание цементного камня за обсадной колонной. Кроме того, при возникновении межпластовых перетоков возможен вынос радиоактивных продуктов из зоны взрыва, как в другие водоносные горизонты, так и на земную поверхность. В результате для будущих поколений могут быть безвозвратно утеряны углеводороды или минеральное сырье, произойдет изменение сложившегося природного поля давлений в недрах с вероятными неблагоприятными последствиями, загрязнение природной среды и другое.

Отмеченные недостатки частично устранены в способе ликвидации скважин, включающем установку трех цементных мостов, перфорацию колонны в интервале залегания высокопластичной породы и понижение давления в стволе скважины для заполнения ствола скважины высокопластичной породой (RU 2074308, МПК Е21В 33/13, опубл. 27.02.1997).

Недостатками известного способа ликвидации скважин являются ограниченная область его использования, недостаточная эффективность в ряде геологических условий, кроме того во многих случаях способ не может быть использован вследствие необходимости создания в скважине очень больших (невыполнимых) депрессий для обеспечения затекания в скважину пластичных пород.

Известен способ ликвидации скважин, в котором определяют величины вертикального и бокового горного давления в пластах по глубине скважины. Определяют размеры поровых каналов пластов и размеры частиц твердых природных материалов, которые могут быть внедрены в поровые каналы пластов, и их количество. Воссоздают условия на отметках размещения пластов, идентичные условиям в неразбуренных окружающих недрах путем заполнения ствола скважины вместо цемента смесями из пластичных природных материалов и частиц твердых природных материалов, инертных по отношению к продукции и породе пластов с объемной плотностью, обеспечивающей формирование давления в стволе скважины, равным горному давлению в пластах за стенкой скважины (RU 2282712, МПК Е21В 33/13, опубл. 27.08.2006).

Недостатком известного решения является отсутствие прямой связи между материалами внутри скважины и в пласте, а также неизбежная деградация стенки обсадной трубы и цемента в затрубье, который всегда присутствует там, особенно в скважинах для проведения мирных взрывов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ ликвидации заколонных перетоков газа в нефтедобывающей скважине, включающий геофизические исследования, перфорацию колонны, закачивание под давлением через перфорационные каналы изолирующего состава, создание в газонасыщенном пласте газоизолирующего многослойного экрана радиусом до 15 м и более, для чего под давлением более 7 МПа, но меньше давления гидроразрыва пласта в газонасыщенный пласт последовательно закачивают в расчете на 1 м толщины пласта воду в количестве, большем или равном 100 м³, затем водный раствор водоизолирующей жидкости, подогретой до температуры 30-50°С, в количестве, большем или равном 3 м², и цементный раствор в количестве, большем или равном 0,5 м² (RU 2261981, МПК Е21В 33/13, Е21В 43/32, опубл. 10.10.2005).

Основные недостатки прототипа заключаются в следующем:

Во-первых, поскольку газоизолирующий многослойный экран создается в проницаемом пласте, то флюиды через некоторое время обойдут этот экран. В результате переток пластовых флюидов будет приостановлен на некоторое время, но не прекращен полностью. Кроме того, цемент созданного экрана со временем может утратить свои прочностные и изолирующие свойства.

Во-вторых, отсутствует четкое обоснование давления нагнетания тампонажной смеси. Так, в некоторых скважинах (в зависимости от глубины) давление более 7 МПа может превышать давление гидроразрыва, а в других скважинах, напротив, будет недостаточным для продавливания тампонажной смеси в пласт.

В-третьих, при давлении нагнетания более 7 МПа в некоторых скважинах может произойти разрыв обсадной колонны в произвольном месте с уходом тампонажной смеси в незапланированном интервале.

В-четвертых, не предусматривается размещение тампонажной смеси внутри обсадной колонны, через которую также может происходить переток пластовых жидкостей.

Технический результат заключается в повышении надежности ликвидации скважин различного назначения за счет заполнения пластичной тампонажной смесью каверн и отверстий в водоупорной толще, пустот и трещин в цементном стакане в затрубном пространстве и ствола скважины на высоту не менее 25 м.

Сущность изобретения заключается в том, что способ ликвидации скважин включает установку цементного моста, перфорацию обсадной колонны, закачку тампонажной смеси под давлением ниже давления гидроразрыва для создания изолирующего экрана, который сооружают в интервале залегания водоупора посредством перфорации обсадной колонны перфоратором, обеспечивающим создание в горных породах каналов диаметром до 2 см, длиной до 1 м, с последующей закачкой пластичной тампонажной смеси при давлении равном 0,8-0,9 давления гидроразрыва пласта. Для повышения плотности перфорационных отверстий по окружности обсадной колонны перфоратор спускают многократно с поворотом на заданный угол. Закачку пластичной тампонажной смеси проводят через колонну насосно-компрессорных труб, оборудованную пакером, башмак которой размещают на расстоянии не менее 25 м от интервала перфорации колонны, с вытеснением тампонажной смеси ниже башмака насосно-компрессорных труб. В качестве пластичной тампонажной смеси используют водный раствор смеси, при следующем соотношении компонентов, % от массы сухой смеси:

порошок бентонитовой глины	70-75
цемент	остальное

В процессе закачки пластичной тампонажной смеси на нее воздействуют механическими колебаниями в диапазоне 18-27 кГц ультразвуковых колебаний.

Способ осуществляют следующим образом. В скважине, предназначенной к ликвидации, у подошвы водоупора устанавливают цементный мост. После затвердевания цементного моста в скважине в выбранном интервале водоупора посредством перфоратора (например, с помощью высокоэффективного кумулятивного перфоратора многократного использования (RU 98113630, МПК Е21В 43/117, опубл. 20.04.2000) проводят круговую перфорацию обсадной колонны высотой не менее 5-10 м. С целью повышения плотности перфорационных отверстий по окружности обсадной колонны перфоратор спускают многократно с поворотом на заданный угол в зависимости от конкретных геологических условий (свойства породы в пласте, глубина залегания и давления в пласте). Перфоратор из скважины извлекают и спускают в нее колонну насосно-компрессорных труб, оборудованную пакером, башмак которой размещают на расстоянии не менее 25 м выше интервала перфорации, а также с колонной насосно-компрессорных труб спускают ультразвуковой излучатель. Использование насосно-компрессорных труб с пакером необходимо, чтобы предотвратить разрыв обсадной колонны в произвольном месте при высоких давлениях нагнетания тампонажной смеси. Через колонну насосно-компрессорных труб в образовавшиеся отверстия закачивают пластичную тампонажную смесь при давлении равном 0,8-0,9 Рг. При давлении значительно меньше давления гидроразрыва пласта проникновение тампонажной смеси будет недостаточно глубоким, а при давлении свыше давления гидроразрыва пласта может произойти гидроразрыв пласта и образуется лишь один экран малой толщины. Пластичную тампонажную смесь продавливают водой до выхода из башмака насосно-компрессорных труб.

В процессе нагнетания на тампонажную смесь воздействуют механическими колебаниями в диапазоне 18-27 кГц ультразвуковых колебаний. Это позволяет изменить реологические свойства смеси, снизить ее вязкость и тем самым обеспечить наиболее оптимальные условия нагнетания тампонажной смеси в поры пласта.

В результате осуществления способа пластичной тампонажной смесью будут заполнены отверстия в водоупорной толще, пустоты и трещины, образовавшиеся в цементном стакане в затрубном пространстве, и ствол скважины на высоту не менее 25 м. Таким образом, будет обеспечена герметичность как затрубного, так и трубного пространства скважины, что позволит надежно исключить межпластовые перетоки в ликвидированной скважине.

В качестве пластичной тампонажной смеси используется водный раствор смеси порошка бентонитовой глины 70-75% и цемента 25-30% (от сухой смеси). Подбор состава зависит от температуры воды, воздуха и породы.

Небольшое количество цемента в смеси позволит убрать излишнее количество воды из раствора при его затвердевании с образованием монолитного пластичного материала.

Необходимо отметить, что бентонитовая глина характеризуется очень высокими сорбирующими свойствами для радионуклидов, что является существенным при ликвидации скважин, в которых были проведены подземные ядерные взрывы, или скважины, через которые проводилось подземное захоронение радиоактивных отходов.

Добавление воды необходимо для осуществления прокачки, а использование ультразвуковых колебаний позволяет добиться максимальной пластичности.

По сравнению с известным решением заявленное изобретение повышает надежность ликвидации скважин различного назначения за счет того, что создается прочный водоупорный экран как внутри скважины, так и за ее пределами в затрубном пространстве и водоупорном слое.

1. Способ ликвидации скважин, включающий установку цементного моста, перфорацию обсадной колонны, закачку тампонажной смеси под давлением ниже давления гидроразрыва для создания изолирующего экрана, отличающийся тем, что при ликвидации нефтяных и газовых скважин, а также скважин с радиоактивными, опасными отходами изолирующий экран сооружают в интервале залегания водоупора посредством перфорации обсадной колонны перфоратором, обеспечивающим создание в горных породах каналов диаметром до 2 см, длиной до 1 м, с последующей закачкой пластичной твердеющей тампонажной смеси, содержащей в качестве основы 70-75 мас. % порошка бентонитовой глины, при давлении, равном 0,8-0,9 давления гидроразрыва пласта, при этом в процессе закачки пластичной твердеющей тампонажной смеси на нее воздействуют механическими колебаниями в диапазоне 18-27 кГц.

2. Способ ликвидации скважин по п. 1, отличающийся тем, что для повышения плотности перфорационных отверстий по окружности обсадной колонны перфоратор спускают многократно с поворотом на заданный угол.

3. Способ ликвидации скважин по п. 1, отличающийся тем, что закачку пластичной тампонажной смеси проводят через колонну насосно-компрессорных труб, оборудованную пакером, башмак которой размещают на расстоянии не менее 25 м от интервала перфорации колонны, с вытеснением тампонажной смеси ниже башмака насосно-компрессорных труб.