книги / Справочник мастера по сложным буровым работам

вания смеси без применения специальных реагентов-ускорителей, высокая фильтрационная способность смеси, что способствует изоляции мелкопо­ ристых поглощающих пластов; нейтральность пластмассового шлама к глинистому раствору; высокая прочность и стойкость пластмассового камня в забойных условиях.

Смеси на основе мочевиноформальдегидных смол с отвердителем.

Смешивание мочевиноформальдегидной смолы с отвердителем вызывает реакцию полимеризации, оканчивающуюся образованием твердого водо­ непроницаемого камня. Время отвердения смеси зависит от температуры среды, вида, объема и концентрации раствора отвердителя. В качестве отвердителя можно применять растворы щавелевой кислоты или хлори­ стого аммония, керосиновый контакт Петрова, соляную кислоту и рас­ твор кислого гудрона.

Смесь можно приготовлять на поверхности с последующим закачи­ ванием ее по бурильным трубам непосредственно в скважину путем по­ следовательного закачивания компонентов с помощью забойных смеси­ телей.

Смеси на основе резорциноформальдегидной смолы ФР-12 с отверди­ телем. Для отверждения смолы ФР-12 можно использовать формалин и параформ. Время отверждения смолы ФР-12 определяется степенью раз­ бавления ее водой, применяемым отвердителем, его качеством и концен­ трацией в растворе, температурой среды, способом и временем перемеши­ вания смолы с отвердителем (для параформа).

Отвержденная смола в течение первых 2—3 сут хранения ее в воде увеличивается в объеме, что отличает ее от мочевиноформальдегидных смол, уменьшающихся в объеме при отверждении.

Смеси на основе резольной фенолоформальдегидной смолы марки Б с отвердителем (керосиновым контактом Петрова). Смола марки Б и ке­ росиновый контакт Петрова могут быть смешаны в различных объемных соотношениях в зависимости от требуемых сроков отвердения. Прочность получаемой пластмассы при вводе 30—50 % контакта Петрова находится в пределах 0,2—0,4 МПа через 4 ч с момента смешивания исходных про­ дуктов.

Для увеличения закупоривающих свойств в смолу рекомендуется вводить наполнители.

Смесь на основе фенолформальдегидных смол с отвердителем. Высо­ кие тампонажные свойства и значительную прочность имеют цементно­ полимерные растворы, состоящие из цемента и фенолформальдегидных смол (ТСД-9, ФР-12) с отвердителями. Фильтраты этих растворов об­ ладают крепящими свойствами, а сами растворы очень чувствительны к изменению окружающей среды. При повышении температуры сроки их схватывания сокращаются.

Гипсополимерные смеси. Для повышения водостойкости гипсового камня при сохранении достаточной прочности его на ранней стадии твер­ дения в гипсовые растворы можно вводить фенолоформальдегндные н другие смолы. Чтобы получить технологически приемлемые сроки схваты­ вания, в воду затворения гипса вводят замедлители сроков схватывания (трнполнфосфат натрия н др.).

221

Особенность гипсополимерных смесей заключается в высокой ско­ рости структурообразования с момента начала загустевания.

Высокими тампонирующими свойствами обладают смеси на основе гипса н резорциноформальдегидной смолы ФР-12 с отвердителем-форма- лином. Смолу ФР-12 и формалин (до 15 %) вводят в воду затворения.

5.5.9. Отверждаемые смеси на основе глинистого раствора

Тампонажные составы получают путем смешивания в определенной

предназначен для тампонирования зон водопроявлений и поглощений бу­ рового раствора при бурении скважин с забойной температурой от 15 до 80°С.

ФФГС обладает по сравнению с растворами минеральных вяжущих веществ (цемента или гипса) следующими преимуществами:

1) способностью фильтрата отверждаться в пластмассу, что при его проникновении в глинистую корку и породу обеспечивает сцепление фенолоформальдегидглинистой пластмассы (ФФГП) со стенками скважины; 2) плотностью, равной или несколько меньшей, чем плотность исходного глинистого раствора; 3) высокой седиментационной устойчивостью и спо­ собностью жидкой фазы отверждаться в пластмассу; 4) малой водогазопроницаемостью пластмассового камня; 5) отсутствием контракционных процессов в период твердения.

ФФГС состоит из 58—65 % глинистого раствора, 10—16 % форма­ лина и 25—26 % ТС-10. При применении ФФГС в скважинах с темпе­

ТС-10 и формалина (уротропина) вследствие поликонденсации образуется ФФГП, в которой глинистый раствор выполняет роль наполнителя. Время с момента приготовления ФФГС до начала его загустевания и отвердения зависит от количества и соотношения фенола и формалина, температуры окружающей среды, а также способа обработки исходного глинистого раствора.

5.5.10. Коагулированные смеси

Коагулированные глинистые смеси на основе полиакриламида пред­ ставляют собой резиноподобную массу, отличающуюся высокой упру­ гостью. Полиакриламид — желеобразная масса, получаемая в результате полимеризации акриламида 10% -ной концентрации в присутствии пер­ сульфата калия и гидросульфата натрия.

В структуре полиакриламида имеются высокоактивные боковые амидные группы, которые в минерализованных глинистых растворах активно омыляются с выделением аммиака и сшиваются ионами каль­ ция, образуя объемно-структурированный продукт.

222

Коагулированная глинистая резинообразная масса высокой упругости образуется при смешивании одного объема раствора полиакриламида 1 % -ной концентрации с тремя объемами минерализованного глинистого раствора, приготовленного из бентонитового глинопорошка, вязкостью 26 с по СПВ-5. Пластическая прочность этой массы не превышает 150— 200 Па при нахождении в течение 6—10 ч во влажной среде. Поэтому данную смесь применяют для изоляции зон поглощения в пористо-кавер­ нозных породах при последующем закачивании цементного раствора с ус­ корителем схватывания.

Коагулированные цементно-глинистые смеси на основе полиакрила­

0,3 %-ной концентрации, и глинистого раствора вязкостью 45 с по СПВ-5 при их объемном отношении, равном 1. Пластическая прочность смеси не превышает 200—300 Па.

Практически коагулированные смеси получают непосредственно в сква­ жине. При этом цементный раствор с полиакриламидом подают по бу­

чить путем смешивания 15—30 %-ного водного раствора хлористого каль­ ция с гипаном (гидролизованным полиакрилнитрилом) в объемном соот­ ношении 1:1. Однако применение таких смесей ограничено вследствие потребности большого количества гипана. В практике высоковяэкую смесь получают из гипана и минерализованного бурового раствора. В емкости одного цементировочного агрегата приготовляют 15—20 %-ный водный раствор хлористого кальция и на нем затворяют необходимое количество глинистого раствора с наполнителем. Плотность этого раствора должна быть такой же, как и бурового раствора в скважине. В емкости второго цементировочного агрегата готовят раствор гипана 8—10 %-ной кон­ центрации.

После спуска в скважину колонны бурильных труб без долота и ус­ тановки его на 15—20 м и выше кровли поглощающего пласта осуще­ ствляют одновременное закачивание в трубы приготовленных растворов. При смешивании этих растворов образуется высоковязкая смесь, которую затем продавливают в пласт.

Пластическая прочность коагулированной глинистой смеси не превы­ шает 200—300 Па.

Расход компонентов на одну операцию составляет: 4—6 м3 гипана, 5—7 м3 минерализованного бурового раствора, 100—210 кг наполнителя. Наполнитель выбирают из расчета 20—30 кг на 1 м3 бурового рас­ твора.

Смеси на основе латекса. Синтетический латекс, представляющий со­ бой многокомпонентную систему, является продуктом промышленности синтетического каучука. Это молочно-белая жидкость с желтым, розовым или сероватым оттенком плотностью 974—960 кг/м9, состоящая из 52—

223

Свежий латекс имеет щелочную реакцию, а при добавлении кислот или солей двух- и трехвалентных металлов коагулирует. Латекс обладает также способностью самопроизвольно коагулировать, причем особо бы­ стро коагуляция происходит под действием тепла, поэтому хранить его надо в закрытом холодном помещении.

Применение латекса для изоляции зон поглощения основано на коа­ гуляции его при смешивании с солями двух- и трехвалентных металлов, в результате чего образуется эластичная и плотная каучуковая масса, перекрывающая поры, трещины и другие каналы ухода в пласт раствора.

Во ВНИИБТ разработана тампонажная смесь на основе малокон­ центрированных латексов. Эти латексы содержат 25—30 % сухого веще­ ства и выпускаются заводами синтетического каучука под шифром ДВХБ-70, ДМВП-ЮХ, СКС-ЗОШХП и СКМС-ЗОАРК.

Перед закачиванием в скважину малоконцентрированному латексу придают структуру вводом в него КМЦ (0,5—1,0 % порошка или 10 % 5—7 %-ного водного раствора КМЦ). Для повышения закупоривающей способности смеси в нее вводят различные наполнители (древесные опилки, стружку, кордовое волокно, мелкий керамзит, перлит, мелкие резиновые крошки и др.). Оптимальная добавка наполнителя составляет 100—120 кг на 1 м3 латекса.

Малоконцентрированный латекс хорошо коагулирует в водном рас­ творе хлористого кальция, образуя плотную резиноподобную массу. Плот­ ность раствора малоконцентрированного латекса как в нескоагулированном, так и в скоагулированном виде ниже плотности воды.

Газоглинистая смесь. Ликвидация поглощений путем создания в ка­ налах пласта глинистых тампонов, насыщенных газом, заключается в том, что в зону поглощения вводят буровой раствор с добавкой карбонатов (молотого мела, известняка) и водного раствора сернокислого алюми­ ния. В водной среде сернокислый алюминий А1г(804)з подвергается гид­ ролизу:

А1а (S04)3 + Н20 = 2А1 (ОН)3 + 3HaS04.

При контакте с буровым раствором А12(ОН)3 коагулирует, обра­ щаясь в объемную студенистую массу — гель. При коагуляции гель за­ хватывает твердые частицы бурового раствора. В результате протекания описанного процесса в каналах ухода бурового раствора и в стволе скважины образуется высоковязкая нетекучая глинистая масса.

Полученная в результате гидролиза серная кислота вступает в реак­ цию с карбонатом кальция:

H4S04 + СаС03 = CaS04+ СО* + НаО.

Так как процессы образования геля, коагуляции бурового раствора и реакция между серной кислотой и карбонатом кальция протекают одно­ временно, то полученная при этом глинистая масса будет насыщена вы-

224

Являющимся при реакции углекислым газом. Пузырьки углекислого газа повышают вязкость и структурную прочность глинистой массы, образуя в стволе скважины и в каналах ухода бурового раствора достаточно прочные непроницаемые тампоны.

Для более полного протекания реакции в водный раствор сернокис­ лого алюминия следует ввести примерно 1,5% сернокислого натрия N2SO4. В его присутствии реакция ускоряется, увеличивается выход сер­ ной кислоты, а следовательно, и углекислого газа.

Повысить стойкость и жесткость пузырьков газа в глинистом тампоне можно путем ввода в буровой раствор водорастворимых полимеров (на­ пример, КМЦ, поливинилового спирта), а также пенообразующих ПАВ (например, сульфонола, неонола).

В связи с тем что процесс коагуляции и реакция между серной кис­ лотой и карбонатом кальция протекают очень быстро, доставку в зону поглощения водного раствора сернокислого алюминия с добавкой серно­ кислого натрия необходимо производить отдельно от бурового раствора, содержащего молотый мел, КМЦ и ПАВ-пенообразователи.

Зоны поглощения можно изолировать и без добавок в водный рас­ твор сернокислого алюминия сернокислого натрия, а в буровой раствор — водорастворимых полимеров и ПАВ.

Основные преимущества предложенного способа следующие: низкая плотность компонентов, высокая их текучесть, мгновенное протекание реакций и образование в каналах стабильных, прочных и непроницаемых тампонов.

Низкая плотность компонентов предотвращает дополнительный гид­ роразрыв трещиноватых пород, высокая текучесть позволяет проникнуть им в мелкие поры и трещины породы, а мгновенное протекание реакции вызывает образование тампонов также и в приствольной зоне пласта.

5.5.11. Метасоцементные пасты

Метас является сополимером метакриловой кислоты и метакрила­ мида. Это термостойкий защитный реагент, выпускаемый в виде белого

и соды, равном 3—6 . Такой раствор чувствителен к действию хлоркальциевой агрессии, вследствие чего метас начинает проявлять себя как пастообразователь [28].

Тестообразные однородные метасоцементные пасты получают смеши­ ванием водного раствора метаса 10—15 %-ной концентрации с цементной суспензией, приготовленной на водном растворе хлористого кальция при водоцементном отношении 0,4 : 0,5.

Тестообразные полимерцементные пасты с повышенной консистен­ цией, которые? прокачиваются через бурильные трубы, можно получить путем ввода в цементную суспензию вначале полимера, а затем хлори­ стого кальция.

2 2 5

Для исходных цементных суспензий с водоцементным отношением, равным 0,50; 0,45 и 0,40, оптимальные добавки метаса равнялись соот­ ветственно 0,30; 0,40 и 0,50. При этом получают однородные тестообраз­ ные пасты.

Промысловые исследования показали, что вязко-упругие метасоцементные пасты можно применять при изоляции зон поглощения в каче­ стве буфера перед закачкой однородных тестообразных паст или быстросхватывающихся смесей.

Технология приготовления метасоцементных паст. Вначале готовят водный раствор метаса 10 %-ной концентрации. Для этого в одну из мер­ ных емкостей цементировочного агрегата заливают 5 % воды и 0,13 % кальцинированной соды. Затем в этом растворе растворяют 0,5 % сухого порошкообразного метаса при непрерывной круговой циркуляции по схеме мерная емкость —- насос — мерная емкость в течение 3—4 ч с контроль­ ными замерами вязкости раствора по СПВ-5 через каждые 30 мин. При вязкости раствора 270 с получают водный раствор метаса 10 %-ной кон­ центрации.

В двух емкостях второго цементировочного агрегата приготовляют раствор хлористого кальция. На полученном растворе хлористого кальция с помощью цементировочного агрегата и цементно-смесительной машины затворяют цементный раствор н закачивают через цементировочную го­ ловку в бурильные трубы. Одновременно первым цементировочным агре­ гатом на первой скорости (подача 8—10 л/с) закачивают водный рас­ твор метаса 10 %-ной концентрации также в бурильные трубы через сме­ сительную камеру (тройник), в которой цементный раствор смешивается с водным раствором метаса. Для лучшего перемешивания водного рас­ твора метаса с цементным раствором первый попадает в смесительную камеру через сменную штуцерную шайбу, которая служит «распылителем» раствора метаса в цементный раствор.

5.5.12.Техника безопасности при работе

стоксичными материалами

Сводный фенол и фенол, входящий в состав ТС-10, ТСД-9, ФР-12, а также формальдегид, содержащийся в формалине, являются токсич­ ными веществами. Поэтому к работам, связанным с приготовлением и

226

применением тампонирующих составов на их основе, допускаются рабо­ чие, снабженные индивидуальными средствами защиты, прошедшие меди­ цинский осмотр и инструктаж по технике безопасности.

Все работающие, связанные со сливом и наливом жидкого фенола, ТС-10, ТСД-9, ФР-12 и формалина на открытом воздухе, должны быть снабжены комбинезонами из водоотталкивающего материала, резиновыми рукавицами, резиновыми фартуками, сапогами и специальными защит­ ными очками.

Машиниста-оператора цементировочного агрегата, кроме того, надо снабдить промышленным фильтрующим противогазом марки А. При сливе и наливе указанных материалов в закрытом помещении противогазы обя­ зательны для всех работающих.

При расфасовке и засыпке уротропина, помимо защитных очков, ре­ зиновых перчаток и сапог, необходимы также респираторы.

Лабораторные анализы по определению сроков загустевания тампо­ нирующих составов на основе фенолоформальдегидного связующего должны производиться в помещениях, оборудованных принудительной вентиляцией (под тягой) или вытяжным шкафом. Предельно допустимая концентрация фенола в помещении 0,005 мг/л, формальдегида 0,0005 мг/л. Их фактическое содержание должна определять санэпидстанция.

После перекачивания отдельных компонентов и закачивания тампо­ нирующего состава все емкости, агрегаты и коммуникации должны быть промыты водой, которую потом собирают в специальную емкость с по­ следующей утилизацией в поглощающих ловушках. Разлитые компоненты после окончания изоляционных работ должны быть засыпаны землей.

Для изоляции зон поглощения, приуроченных к источникам водо­ снабжения, ие разрешается применять токсичные смолы и другие ток­ сичные материалы.

6.6. ДОСТАВКА ИЗОЛЯЦИОННЫХ СМЕСЕЙ В ЗОНУ ПОГЛОЩЕНИЯ

Доставка изоляционных смесей в зону поглощения может произво- 'Диться по стволу скважины, по колонне бурильных труб с пакером и без него, с помощью специальных желонок и контейнеров. Объем тампонаж­ ной смеси, необходимый для изоляции зоны поглощения, зависит от кон­ струкции скважин, интенсивности поглощения, мощности поглощающего пласта, коэффициента приемистости, типа смеси и др. Обычно объем смеси принимают равным 3—5-кратному объему ствола скважины в ин­ тервале поглощающего пласта. В связи с потерями при движении по колонне бурильных труб объем тампонирующей смеси увеличивается на 0,7 м3 на 1000 м длины [7].

Если изоляционные работы ведутся без пакера, то во время цемен­ тирования бурильные трубы рекомендуется расхаживать на длину ква­ дратной штанги. Разбуривать цементный мост в необсаженном стволе скважины следует бурильным инструментом с той же компоновкой низа, с которой бурили этот интервал. Если вскрыто -несколько зон поглоще­ ния, то закачивание в них тампонажной смеси производят снизу вверх с установкой пакера над кровлей поглощающего пласта.

2 2 7

5.6.1. Закачивание тампонажной смеси по стволу скважины

Закачивать тампонажную смесь в зону поглощения по стволу сква­ жины рекомендуется в тех случаях, когда интенсивность поглощения не менее 30 м3/ч, зона поглощения расположена на глубине не более 2000 м, выше зоны поглощения нет высокопроницаемых пластов, необсаженный ствол скважины сложен устойчивыми породами, в зоне поглощения от­ сутствует шламовый стакан [7].

Тампонажную смесь подают в скважину через спущенную в нее трубу или отвод превентора. Для предупреждения разбавления тампонажной смеси водой перед/ смесью и после нее в скважину закачивают вязкоупругий разделитель, объем которого равен объему 50—100 м ствола сква­ жины. В качестве вязко-упругого разделителя могут быть использованы высоковязкий глинистый раствор, смесь на основе бентонита и полиакри­ ламида и др.

Тампонирующую смесь закачивают в скважину полностью, а в пласт задавливают в несколько приемов. Объем первой порции продавочной жидкости рассчитывают из условия, что третья часть объема тампонаж­

ческий уровень раствора в скважине после полного вскрытия зоны по­ глощения, м; р — плотность бурового раствора, кг/м3.

Если в скважине вскрыто несколько зон поглощений, то пластовое давление в каждой зоне находят с помощью двух пакеров, спускаемых на колонне бурильных труб [7].

После закачивания первой порции продавочной жидкости новый рас­

Действительный установившийся уровень жидкости в стволе сква­ жины Н'ст замеряют с помощью электроуровнемера или другим спосо­ бом. При этом возможны два случая.

I. (Н"ст — Я/от)>0. Наличие избыточного давления после задавливания в зону поглощения ‘/з объема тампонажной смеси показывает, что

228

а затем задавливают в пласт, оставляя мост высотой 20—30 м над кров­

Рис. 5.11. Схема закачивания тампонажной смеси в зону поглощения:

в стволе. Продолжительность остановки зависит от характеристики выше­ лежащих пород, скорости изменения пластической прочности смесн, кон­ тролируемой по пробе, диаметра скважины и высоты столба тампонаж­ ной смеси.

Объем второй порции продавочной жидкости рассчитывают нз усло­ вия продавливания в пласт смеси в объеме, соответствующем объему два­ дцатиметрового ствола скважины. После этого опять замеряют уровень жидкости в скважине, сопоставляя его с расчетным, и определяют избы­ точное давление на пласт. Если оно превысит 0,5 МПа, то тампонажную

229

5.6.2. Закачивание тампонажной смеси по колонне бурильных труб

При закачивании тампонажной смеси через бурильные трубы их уста­ навливают обычно выше кровли поглощающего пласта с целью преду­ преждения прихвата (см. рис. 5,11). Объем продавочной жидкости Vnv (в м*) выбирают из условия уравновешивания гидростатического давле­ ния в трубах и затрубном пространстве

ственно бурового раствора в затрубном пространстве, тампонажной смеси и продавочной жидкости, кг/м3.

При установке бурильных труб выше кровли поглощающего пласта тампонажная смесь, плотность которой, как правило, выше плотности бурового раствора в скважине, перемешивается с последним, что снижает качество изоляционных работ. Для предотвращения разбавления смеси необходимо устанавливать бурильные трубы ниже подошвы зоны погло­ щения. С целью предотвращения прихвата нижнюю часть бурильной колонны рекомендуется компоновать хвостовиком из легкосплавных (алю­ миниевых) бурильных труб. Нижний конец хвостовика должен устанав­ ливаться на 5—10 м ниже подошвы зоны поглощения.

Объем продавочной жидкости, определенный из условия уравновеши­ вания давления растворов в трубах и в затрубном пространстве, рассчи­

Рпр

где Л** — длина хвостовика, м; Fxm — площадь проходного отверстия хвостовика, м2.

5.6.3. Закачивание тампонажной смеси по колонне бурильных труб с пакером

Для предотвращения разбавления тампонажной смеси буровым рас­ твором и пластовой водой, поступающей из вышележащих горизонтов, а также создания возможности задавливания тампонажной смеси в пласт изоляционные работы проводят с установкой на бурильных трубах пакера.

230