Технология изоляции притока пластовых вод установкой цементного моста

Водоизоляционные композиции для ремонтно-изоляционных работ

Анализ различных составов для водоизоляционных работ показал, что перспективными являются гидрофобизирующие составы на основе спиртов, в том числе поливинилового спирта [65].

Известные составы не лишены недостатков, особенно при изоляции пластовых вод в высокопроницаемых коллекторах, так называемых, «суперколлекторах», например в сеноманских отложения газовых месторождений Западной Сибири, в которых газопроницаемость промытых зон составляет несколько Дарси (от 1 до 5 и более), а расходы химических реагентов для выполнения одной операции по изоляции воды велики.

С учетом этого, авторами был разработан водоизоляционный состав для изоляции поступающих пластовых вод в «суперколлектора» путем увеличения его вязкости перед закачиванием и усиления закупоривающего эффекта после отверждения в водонасыщенном «суперколлекторе». Состав для ремонтно-водоизоляционных работ в скважинах включает кремнийорганическую жидкость (водно-щелочной раствор ГКЖ-11Н), водный раствор поливинилового спирта, а в качестве загустителя - алюмосиликатные микросферы при следующем соотношении компонентов, % об.: ГКЖ-11Н - 50,0; ПВС (5,0-10,0 %-ной концентрации) - 2,5-5,0 % (от веса) и АСМ - 50 [66]. Лабораторные исследования проводились совместно с сотрудниками ООО «ТюменНИИгипрогаз» в два этапа. Первый этап включал определение оптимального времени формирования и качественной характеристики изолирующего материала. Результаты приведены в табл. 3.1.

Лабораторные эксперименты по изучению влияния данных составов на проницаемость кернов проводили на стандартной установке УИПК-1М, результаты которых представлены в табл. 3.2.

Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемый состав для ремонтно-водоизоляционных работ прост в приготовлении и технологичен, а исходные материалы являются доступными и выпускаются отечественной промышленностью.

Технология изоляции притока пластовых вод установкой цементного моста

Для изоляции притока пластовых вод установкой цементного моста существует достаточно большое число технологий, например, по патентам РФ
№ 1698422, № 1803529. Наиболее близок для условий изоляции притока пластовых вод на месторождениях севера Западной Сибири способ по патенту РФ № 2010950.

Таблица 3.1

Состав рецептур и результаты определения времени

формирования и характеристики изолирующего материала

Таблица 3.2

Изменение относительной проницаемости кернов

при фильтрации исследуемых составов

на основе (ПВС + АСМ) и ГКЖ – 11Н

№ образца состава	Состав рабочего раствора, % (массовая доля)	Проницаемость по воде, мкм2 х 10-3	Коэффициент закупорки, доли ед.
до обработки, К1	после обработки, К2
	(5 %-ный раствор ПВС + 2,5 % АСМ) + ГКЖ-11Н	165,8	34,3	0,793
	(5 %-ный раствор ПВС + 2,5 % АСМ) + ГКЖ-11Н	161,3	17,7	0,850
	(7,5 % - ный раствор ПВС + 2,5 % АСМ) + ГКЖ-11Н	164,3	1,4	0,991 практически полная закупорка
	(7,5 % - ный раствор ПВС + 5,0 % АСМ) + ГКЖ-11Н	165,2	0,5	0,997 практически полная закупорка
	(10,0 %-ный раствор ПВС + 5,0 % АСМ) + ГКЖ-11Н	160,4	-	Полная закупорка

Прокачивание тампонажного раствора по данному способу осуществлялось через насадки, установленные под углом 90° к оси колонны труб с одновременным вращением гидромонитора.

Недостаток способа проявляется в недостаточно качественной установке цементного моста, так как не обеспечивается полная очистка стенок скважины от фильтрационной корки в интервале установки цементного моста, очистка каверн от шлама и застойных зон с промывочной жидкостью, не достигается одновременное очищающее воздействие струи гидромонитора по периметру скважины при его подъеме. Кроме того, не обеспечиваются вынос дезагрегированных частиц из интервала установки цементного моста (особенно при наличии каверн) и замещение промывочной жидкости тампонажным раствором. Указанные недостатки обусловлены конструктивными особенностями гидромонитора, влекущими за собой формирование множественных струй тампонажного раствора, не перекрывающих в одном сечении площадь кольцевого пространства между наружной поверхностью гидромонитора и стенками скважины.

Для улучшения качества установки цементного моста при условии эффективной очистки интервала его установки и полной замены промывочной жидкости на тампонажный раствор предлагается новая технология (патент РФ № 2170334) [67].

По рекомендуемой технологии предусматривается спуск гидромонитора на колонне труб в скважину, заполненную промывочной жидкостью, до нижней границы интервала установки цементного моста. Затем осуществляется продавливание промывочной жидкостью всей порции тампонажного раствора через гидромонитор с одновременным подъемом его на колонне труб к верхней границе интервала установки цементного моста с последующим отмывом излишков и ожиданием затвердевания. Монитор, конструкция которого была описана выше, формирует неразрывную струю из всей порции тампонажного раствора в направле­нии от оси колонны труб между наружной поверхностью монитора и стенками скважины. При этом неразрывную струю тампонажного раствора направляют из гидромонитора под углом β в сторону верхней границы интервала установ­ки цементного моста относительно оси колонны труб, величину которого определяют неравенством:

(3.1)

где А - коэффициент, характеризующий расширение неразрывной струи тампонажного

раствора по ее течению (табл. 3.3);

d_o - наружный диаметр щелевой насадки гидромонитора, м;

V_o - начальная скорость истечения неразрывной струи тампонажного раствора при

выходе из щелевой насадки, м/сек;

D - диаметр ствола скважины, м;

Q - расход промывочной жидкости при продавливании тампонажного раствора через

гидромонитор, м /сек;

V_Kp - критическая скорость неразрывной струи тампонажного раствора при контакте

со стенкой скважины, м/сек;

β - величина угла наклона начального участка неразрывной струи тампонажного

раствора к оси колонны труб, град.

Таблица 3.3

Значение коэффициента А, полученные в результате

экспериментальных замеров скоростных напоров в неразрывной струе

при различном удалении от щелевой насадки гидромонитора

Подъем гидромонитора на колонне труб из скважины осуществляют со скоростью, рассчитываемой с учетом следующего неравенства:

(3.2)

где V_п - скорость подъема гидромонитора на колонне труб, м/сек;

k - коэффициент, зависящий от формы шламовой частицы (табл. 3.4);

d_ч - диаметр шламовой частицы, м;

р_ч - плотность шламовых частиц, кг/м³;

р_тр - плотность тампонажного раствора, кг/м³.

Таблица 3.4

Значение коэффициента формы частиц шлама k

Качество установки цементного моста в значительной степени определяется подготовкой ствола скважины в интервале установки моста, включающей очистку ее стенок от фильтрационной корки и каверн от шлама и загустевших остатков промывочной жидкости при условии более полного замещения промывочной жидкости тампонажным раствором с минимальным временным разрывом, чтобы исключить повторное загрязнение пласта (интервала).

Реализация предлагаемой технологии возможна только в скважинах, заполненных жидкостью. В этом случае при продавливании тампонажного раствора щелевую насадку гидромонитора формируется затопленная неразрывная струя в направлении от оси колонны труб между наружной поверхностью гидромонитора и стенками скважины. При этом поверхности градиентного разрыва струи будут сформированы в виде конических поверхностей усеченных круглых прямых конусов, высоты которых совмещены с осью колонны труб, а большие основания ориентированы в сторону верхней границы интервала установки цементного моста.

Такая струя, при контакте с преградой в виде фильтрационной корки или шлама производит на нее силовое воздействие по пери­метру ствола скважины, в результате которого указанные скопления дезагрегируются на мелкие частицы. При этом интенсивности струи, как правило, недостаточно для разрушения горной породы очищаемых стенок скважины.

Струя тампонажного раствора, отражаясь от стенок скважины, ограничивающих ее затухающее распространение, формирует тороидальное вихревое движение жидкости (смеси тампо­нажного раствора и промывочной жидкости) в части кольцевого пространства скважины, расположенного выше щелевой насадки гидромонитора. Дезагрегированные частицы вовлекаются токами вихря в область интенсивного движения жидкости. Здесь часть частиц минимального размера в рассматриваемом конкретном интервале кольцевого пространства удаляется периферийными токами вихря в область над ним, где подхватывается сформировавшимся в кольцевом пространстве основным восходящим потоком и транспортируется вверх по стволу скважины. Частицы боль­шего размера остаются захваченными токами вихря в области интенсивного движения, где они рецеркулируют, не выпадая из области распространения тороидального вихря, ограниченной снизу интенсивным начальным участком струи.

При подъеме гидромонитора по ходу движения струи на всей площади поверхно­сти указанного интервала ствола скважины происходит дезагрегирование загрязняющих его материалов, перевод их во взвешенное состояние и перенос тороидальным вихрем крупных частиц до участка кольцевого пространства, где возникают условия их гидротранспортирования на дневную поверх­ность. Одновременно с указанным процессом происходит замещение промывочной жидко­сти тампонажным раствором. При этом тороидальный вихрь выполняет функцию гидравлического экрана (поршня) - разделителя между промывочной жидкостью и тампонажным раствором. Следует отметить, что зона смешения распола­гается выше начального участка струи и заполнение ствола осуществляется чистым тампонажным раствором, в то время как силовой контакт струи тампонажного раствора с очищаемой стенкой скважины обеспечивает в дальнейшем прочное сцепление формирующегося в период ОЗЦ цементного камня.

Исследования данного процесса показали, что для успешной его реализации указанных процессов неразрывная струя тампонажного раствора не должна отклоняться от оси колонны труб на угол более 90°, что предопределяет максимальное значение величины угла β. При величине угла отклонения 90° струя размывает застойные зоны со шламом в полостях каверн и фильтрационную корку на стенках скважины только на уровне щелевой насадки неподвижного гидромонитора. Таким образом, при β = 90° в процессе перемещения гидромонитора к верхней границе интервала установки цементного моста, фильтрационная корка и шлам будут «сбиваться» вниз за счет перераспределения скоростей потока в струе и аккумулироваться в тампонажном растворе, ухудшая тем самым качество формирующегося впоследствии цементного камня. При величине угла отклонения более 90° струя размывает загрязняющие скважину частицы ниже уровня щелевой насадки и «сбивает» их вниз как при неподвижном, так и при поднимаемом гидромониторе.

Минимальная величина угла β определе­на с учетом обеспечения критической скорости течения неразрывной струи тампонажного раствора у стенок скважины, достаточной для разрушения фильтрационной корки и удержания в тороидальном вихре дезагрегированных частиц. Уменьшение скорости по ходу течения струи определено с учетом сохране­ния расхода тампонажного раствора постоянным. При этом увеличение площади поперечного сечения струи принято прямо пропорциональным от начального сечения кольцевой щелевой насадки.

Формирование неразрывной струи тампо­нажного раствора под углом, меньшим расчетного предельного значения, не обеспечит достижения оптимального результата, т.к. не обеспечит очистку стенок скважины и вынос дезагрегированных частиц. В этом случае также снижается разделяющая способность струи.

Максимальная величина скорости подъ­ема гидромонитора обусловлена делением струи у стенки скважины на две составля­ющие, одна из которых обеспечивает заполнение ствола скважины тампонажным раствором ниже области действия струи, а другая - вынос дезагрегированных загрязняющих частиц. Превышение максимально допустимой скорости подъема гидромонитора не обеспечит своевременное заполнение ствола скважины, его очистку и полное замещение промывочной жидкости тампонажным раствором.