ВВЕДЕНИЕ
В процессе сооружения скважины возникают различного рода осложнения и аварии, приводящие к увеличению сроков бурения и удорожанию строительства объекта. Одним из наиболее часто встречающихся осложнений является поглощение бурового раствора. Поглощение промывочной жидкости объясняется превышением гидравлического давления над пластовым, а также геологической характеристикой рассматриваемой среды.
В настоящее время ассортимент решений по борьбе с поглощениями огромен, но универсального подхода не существует [1–10]. Решающим фактором при выборе методики ликвидации поглощения является характер данного осложнения. По различной степени интенсивности поглощения промывочной жидкости можно судить о применяемой технологии для ликвидации осложнения. Анализ современного состояния исследований в данной области показывает, что на сегодняшний день порядка 80 % поглощений бурового раствора интенсивностью до 15 м3/ч ликвидируются с помощью кольматационных материалов. Неправильный выбор способа ликвидации частичного поглощения или его игнорирование может привести к полному поглощению, что значительно усложнит процесс проводки скважины. Поэтому разработка алгоритма по изоляции поглощающего горизонта – одна из приоритетных задач проектной работы.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Разработка рецептуры состава следующая.
На первом этапом исследования подбирались реагенты и их процентное содержание для изолирующей смеси. За основу состава были выбраны тетраборат натрия и силикат натрия. Без добавления затвердителя, которым в данной композиции является полиакриламид, структурообразования не наблюдалось. На рис. 1 представлен вид состава после перемешивания тетрабората натрия и силиката натрия. Через 20 минут ожидания в покое состав обрел гелеобразный вид, но признаки затвердевания не выявились.
Далее научный интерес представлял вопрос о динамике затвердевания состава после добавления полиакриламида. По итогу тщательного перемешивания смеси из тетрабората натрия и силиката натрия в течение 20минут на ротационном вискозиметре OFITE 800 в исходную рецептуру был добавлен полиакриламид. Динамика структурообразования состава начала заметно возрастать. В результате после 30 минут перемешивания состав стал труднопрокачиваемым. Данные о измерениях можно наглядно увидеть в табл. 1.
На рис. 2 представлен график, в котором четко наблюдается момент добавления полиакриламида. При различных скоростях вращения ротора визкозиметра значение напряжения сдвига возрастает через 30 минут перемешивания в несколько раз.
После оставления кольматационного состава в покое на 30 минут у исследуемого материала появились признаки затвердевания. По своей структуре и форме состав способен изолировать проницаемые горизонты, что не будет приводить к поглощению бурового раствора. На рис. 3 показан кольматационный состав после полного затвердевания через 6 часов.
Расчет кольматантов в ПО «Бурсофтпроект»
В исследуемый кольматационный состав для улучшения закупоривающей способности необходимо добавить смесь кольматантов. В результате этого будет осуществляться следующая последовательность: первый компонет состава, смесь кольматантов, проникает в поровое пространство, перекрывает его, а второй компонент кольматационного состава дополнительно изолирует поглощающий горизонт, не позволяя проникать промывочной жидкости в пласт. ПО «Бурсофтпроект» выполняет автоматический подбор оптимальной смеси по теории «идеальной упаковки», разработанной Кауффером. Ниже представлен отчет по выбору кольматантов [10].
В данном случае в качестве кольматантов выступают мраморная стружка МИКРАБ-96 и микрокальцит КМ100. Отклонение от «идеальной упаковки» составляет 3,20%, что достаточно неплохо.
Расчет кольматантов в ПО «MarCS»
Расчет по теории «идеальной упаковки» подразумевает минимальный набор исходных данных для определения необходимой концентрации кольматантов в смеси. Для оценки точности подбора концентрации выбранных кольматантов был проведен дополнительный проверочный комплекс расчетов в ПО «MarCS», который включает в себя подбор гранулометрического состава кольматантов по теории Абрамса и Викерса [9].
Расчет по теории Абрамса
Необходимо задать: проницаемость и пористость пласта. Усредненный размер пор пласта в такой схеме рассчитывается как средний эквивалентный гидравлический диаметр пор. Предполагается, что пласт представляет собой упаковку шаров одинакового размера. Ниже представлен отчет по выбору концентрации кольматантов по схеме Абрамса:
Результат расчета:
Коэффициент множественной регрессии: R2 = 0.921
Среднеквадратичное отклонение: σ = 1.225
Количество вводимого кольматанта: 0.14 т
Таким образом, исходя из расчетов по теории Абрамса, для качественной кольматации поровых каналов необходимо 46 % микрокальцита КМ-100 и 54 % мраморной стружки МИКРАБ-96.
Расчет по теории Викерса
Необходимо задать: квантиль распределения пор пласта d10, d50 и d90. Квантиль d50 также называют медианой распределения пор по размерам. При отсутствии подробного распределения пор по размерам минимальный наблюдаемый размер пор можно записать в поле d10, средний размер пор можно записать в поле d50, а максимальный наблюдаемый размер пор в поле d90.
Критерий оптимизации смеси в данной расчетной схеме – это минимум суммы модулей отклонений E. Отклонения считаются по пяти указанным выше точкам как разница значений функции распределения смеси и значения в модельной точке.
Ниже представлен отчет по выбору концентрации кольматантов по схеме Викерса:
Результат расчета:
Сумма модулей отклонений: E = 0.297
Количество вводимого кольматанта 0.14 т
Таким образом, исходя из расчетов по теории Викерса, для качественной кольматации порововых каналов необходимо 86 % микрокальцита КМ-100 и 14 % мраморной стружки МИКРАБ-96 в исходной смеси кольматантов.
Подводя итог, можно сделать вывод о том, что обладая различным набором данных о проницаемом пласте, можно использовать три методики подбора концентрации кольматантов в двух программных продуктах (ПО «Бурсофтпроект» и ПО «MarCS»): Кауффера, Абрамса и Викерса. Разумеется, более правильный расчет осуществляется при более полном наборе данных о характеристике пор пласта.
Разработка способа прокачки двухкомпонентного состава
Рассмотрим технологическую схему доставки двухкомпонентного кольматационного состава в изолируемый интервал [4]. На бурильных трубах устанавливают пакер и втулку. В скважину, заполненную раствором глушения, производят спуск бурильных труб в интервал на 30 м выше кровли поглощающего горизонта. Затем насосом цементировочного агрегата последовательно закачивают по бурильным трубам буферную жидкость, первый компонент, буферную жидкость, второй компонент до момента полного выхода первого компонента в кольцевое пространство. Производят посадку пакера.
Далее этим цементировочным агрегатом продолжают продавку второго компонента по бурильным трубам, одновременно вторым цементировочным агрегатом плавно повышают давление в кольцевом пространстве, при этом пачка с первым компонентом попадает в поток второго компонента через втулку. Продавку кольматационного состава осуществляют с помощью двух цементировочных агрегатов тремя порциями. После выхода последней порции кольматационного состава из бурильных труб параллельную продавку прекращают. Лишь после этого продавливают кольматационный состав продавочной жидкостью по бурильным трубам с учетом оставления в скважине 20 м моста из кольматационной смеси. Оставляют скважину на реагирование в течение 6 ч.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить эффективность ремонтно-изоляционных работ за счет увеличения глубины охвата, образования однородной, плотной изолирующей массы, а также за счет равномерного распределения и перемешивания закачиваемых компонентов.
На рис. 7 представлена технологическая схема прокачки двухкомпонентного кольматационного состава в поглощающий горизонт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, для ликвидации поглощения бурового раствора разработан способ ликвидации поглощения бурового раствора с применением двухкомпонентного кольматационного состава, способным перекрывать поглощения малой и средней интенсивности.
Для этого были рассмотрены взаимодействия различных компонентов при варьируемой концентрации, т.е. осуществлялся опытный подбор необходимых реагентов состава.
После этого были проведены исследования на приборах OFITE 800 и PPA, результаты которых подтвердили технологическую эффективность кольматационного состава.
Был выполнен комплекс расчетов, необходимых для осуществления прокачки кольматационного состава в изолируемый пласт. В том числе, представлена методика расчетов кольматантов в ПО «Бурсофтпроект» и в ПО «MarCS».
Кроме того, рассмотрен вопрос о прокачке состава в зону поглощения бурового раствора. Для этого была проработана технологическая схема закачки и необходимые условия для ее выполнения.
