Результати розробки та впровадження удосконаленої технології установлення ізоляційних мостів

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 622.245.428

РЕЗУЛЬТАТИ РОЗРОБКИ ТА ВПРОВАДЖЕННЯ УДОСКОНАЛЕНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ УСТАНОВЛЕННЯ ІЗОЛЯЦІЙНИХ МОСТІВ

Б.А. Тершак

ІФНТУНГ; 76019, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15; тел. (03422) 42153;

Изложены результаты разработки усовершенствованной технологии установки изоляционных мостов, конструкция технических средств, пример ее внедрения на скважине № 100 Гадячского газоконденсатного месторождения, а также результаты реализации при бурении глубоких нефтегазовых скважин.

ізоляційний міст свердловина нафтогазовий

The results of elaboration of improved technology of insulating bridges installation, hardware design, the example of its application at the bore-hole №100 og hadiach gas distillate deposit as well as the results of implementation at deep drilling of oil and gas bore-holes have been set out.

Установлення ізоляційних мостів є одним з різновидів технології цементування свердловин. Мостом називають розташований всередині стовбура свердловини, стійкий, флюїдонепроникний екран, сформований, як правило, з суспензій в'яжучого матеріалу. Мости в глибоких свердловинах установлюють з метою:

- розмежування флюїдонасичених пластів (зміна об'єктів експлуатації, випробування свердловин, їх тимчасова консервація та ліквідація);

- створення штучної опори (забурювання нового стовбура, цементування потайних колон, випробування свердловин);

- ізоляції ділянок з ускладненими умовами буріння (поглинання, флюїдопроявлення, порушення цілісності стінок свердловини і т.д.);

- відновлення герметичності елементів кріплення свердловини;

- виконання спеціальних робіт.

Таблиця 1 -- Орієнтовані величини і

До моста як інженерної споруди залежно від конкретних геолого-технічних умов та призначення висуваються певні вимоги щодо герметичності, міцності, довговічності та конструктивних параметрів. Як правило, вони відповідають рівню вимог до кріплення свердловини. У той же час можливий акцент на певному параметрі. Так, згідно з даними [1] на мости можуть створюватись перепади тиску рм до 85 МПа, осьові навантаження Qм до 2100 кН, а напруження зсуву на одиницю довжини моста сягати 30 МПа.

У зв'язку з цим верхню межу моста Нм рекомендується визначати так:

(1)

(2)

де: Dс - діаметр свердловини;

Но - глибина установлення нижньої частини моста.

рм - максимальна величина перепаду тисків, які діють на міст при його експлуатації;

- допустимий градієнт тиску гідропрориву через зону контакту моста зі стінкою свердловини.

З двох значень, визначених за умовами (1) і (2) вибирають більше. Орієнтовані величини і при установці мостів через підвіску труб з застосуванням в'яжучої суспензії на базі тампонажного портландцементу наведено в таблиці 1.

На сьогоднішній день у промисловій практиці виділяють такі способи установлення цементних мостів:

за допомогою тампонажних снарядів (желонок);

за допомогою підвіски труб;

комбінований спосіб, що передбачає використання тампонажних снарядів разом з підвіскою труб.

Перший та третій способи установки мостів широко використовується при спорудженні неглибоких свердловин переважно на воду або тверді корисні копалини. Однак у глибоких

нафтогазових свердловинах вони практично не знайшли застосування.

Установлення цементних мостів за допомогою підвіски труб може відбуватись так званими “балансовим” або “контрольованим” способами. “Балансовий” спосіб базується на використанні лише підвіски бурильних або насосно-компресорних (НКТ) труб. В цьому випадку операція здійснюється у такому порядку. До нижньої межі потенційного моста опускають підвіску труб та промивають свердловину до вирівнювання параметрів бурового розчину. Далі замішують та протискають через труби у заданий інтервал необхідний об'єм тампонажної суспензії. При цьому необхідною умовою є обов'язкова адекватність властивостей технологічних рідин, завдяки чому досягається баланс тиску відповідно у трубах та затрубному просторі. Після завершення протискування труби підіймають до верхньої межі моста, а свердловину промивають прямим чи зворотним методами.

Особливості балансового способу установлення мостів:

1) використовується невеликий об'єм тампонажної суспензії;

2) розділюючі пробки не застосовуються;

3) підвіска труб не обладнується «стоп-кільцем»;

4) знизу міст нічим не обмежений і може розпливатися під дією сил гравітації.

Відомо, що успішність установлення мостів у глибоких свердловинах залежить від комплексного впливу таких факторів:

- природні фактори: термобаричні умови, склад та властивості пластових флюїдів;

- технологічні фактори: конфігурація стовбура та стінок свердловини, хімічний та мінералогічний склад в'яжучого матеріалу, фізико-механічні властивості суспензії в'яжучого матеріалу та цементного каменю, швидкість руху потоків технологічних рідин у трубах та у затрубному просторі, реологічні властивості розчинів, різниця густин, коагуляція бурового розчину при змішуванні його з цементним, величина кільцевого зазора та ексцентриситет труб у свердловині, тривалість взаємодії буферної рідини і цементного розчину з глинистою кіркою тощо;

- суб'єктивні фактори: використання непридатних для даних умов тампонажних матеріалів, неправильний підбір рецептури тампонажної суспензії, недостатня підготовка стовбура свердловини та використання бурового розчину з високими значеннями в'язкості, СНЗ та фільтрації, помилки при визначенні кількості протискувальної рідини, дозуванні реагентів для приготування цементного розчину на свердловині, застосування недостатньої кількості цементу, технологічні порушення тощо.

Така різноманітність означених факторів визначає стохастичну природу кінцевого результату. Слід зазначити, що середня успішність операцій щодо установлення цементних мостів балансовим способом у глибоких свердловинах родовищ України не перевищує 50%. Аналогічні результати спостерігаються у більшості нафтогазовидобувних регіонів країн СНД, про що свідчить ретроспективний аналіз, виконаний авторами [1] на основі родовищ Північного Кавказу, Казахстану, Західного

Сибіру, Бєларусі. За даними, опублікованими у США та наведеними у [2] проф. М.О. Ашрафьяном, із 143 операцій щодо установлення мостів з застосуванням латекс-цементів тільки 89 (62,3%) виявились успішними. Характерно, що частка невдалих операцій велика при проведенні робіт як у відкритому, так і в обсадженому стовбурах свердловини.

Причому аварії, що виникають під час установлення мостів в обсадних колонах, як правило, призводять до значних матеріальних затрат, а іноді і до ліквідації свердловин.

В таблиці 2 наведено характерні приклади ускладнень під час установки мостів у свердловинах України балансовим способом.

Аналіз балансу витрат на установку мостів у свердловинах ВАТ “Укрнафта” (таблиця 3) свідчить, що максимальні втрати пов'язані з простоями бурового та промислового обладнання в період ОЗЦ. Відповідно 71,17% в бурінні та 83,21% під час капітального ремонту свердловин. В елементі витрат, пов'язаних безпосередньо з самою операцією установки моста найбільш затратною є робота тампонажної спецтехніки, а також використання бурового та нафтопромислового обладнання. У той же час витрати на тампонажні матеріали незначні. Відповідно резерви підвищення ефективності операцій щодо установлення мостів слід шукати перш за все у скороченні непродуктивних витрат як за рахунок оптимізації технологічної операції, так і скорочення, по можливості, термінів ОЗЦ. При цьому себе виправдало б навіть незначне збільшення вартості матеріалів.

Враховуючи складність та багатоплановість операцій щодо установки цементних мостів, нами розроблено комплект технічних засобів [3] до складу якого входять: цементувальна головка (ГК - 1), вибійний пристрій УКЗЦ - 1Н, кульові еластичні пробки (КРП), герметизуюча пробка.

Цементувальна головка касетного типу (ГК-1) (рис. 1) складається з корпусу 1, що має різьбу у верхній частині для з'єднання з ведучою трубою, а в нижній - з насосно-компресор-ними трубами; заглушки 5, обладнаної краном високого тиску 6 та двох касет 2 для розміщення в кожній з них двох КРП 3, що утримуються за допомогою ножових стопорів 7. Обидві касети закриваються кришкою 8 з гвинтом 4. Головку накручують на верхню трубу підвіски. Залежно від плану робіт закачування рідини здійснюють через квадратну штангу, з'єднану з головкою, або через кран високого тиску, до якого приєднано нагнітальну лінію від насосних агрегатів.

Таблиця 2 -- Характерні ускладнення під час установки мостів

Таблиця 3 -- Баланс витрат на установлення моста у свердловинах ВАТ “Укрнафта”

Пристрій УКЗЦ - 1Н використовується для багаторазового контрольованого установлення мостів, а також для контролю за транспортуванням у необхідну ділянку свердловини технологічних рідин при різноманітних технологічних операціях, наприклад, кислотному обробленні привибійної зони, установці рідинних ванн, і т.п. Складається (рис. 2) з корпусу 1, в щілинних пазах якого містяться один або два ряди опорних ножових пластин 2, розташованих через 120 по твірній (перетин А-А та В-В). Принцип його роботи базується на отриманні сигналу у вигляді імпульсу тиску про проходження кульової пробки КРП 3 через ножову опору 2. Імпульс тиску регулюється зміною геометричних параметрів ножових опорних пластин і становить 8... 10 МПа.

Кульові пробки (КРП) використовуються для розмежування контактуючих рідин під час їх руху в колоні НКТ та отримання сигналу про закінчення процесу протискування. Пробки мають діаметр 80 мм, виготовлені з гуми типу 54-23 (2Ф-77) або 54-40-39 (ТУ 38-105-1563-83). Умовна міцність гуми на розтяг 8...10 МПа, відносне подовження при розриві становить 350...450%, твердість за Шором (А) 50...70 ум.од., еластичність за відсотком 65%, температура крихкості - 50°С, термостійкість 150...200 °С.

Рисунок 1 -- Цементувальна головка ГК-1

Рисунок 2 -- Пристрій УКЗЦ - 1Н

Герметизуюча пробка циліндричної форми діаметром 150 та довжиною 500 мм виготовляється з пористого матеріалу, здатного до пружної деформації (поролон, гума ИРП 1036-38 і т.п.) та перед пуском у свердловину заповнюється технологічною рідиною з в'язкопружними властивостями. Виконує функцію герметизуючого та утримуючого елемента в конструкції моста.

Технологію контрольованого установлення ізоляційних мостів розглянемо на прикладі свердловини № 100 Гадяцького газоконденсатного родовища. У вказаній свердловині глибиною 5806 м передбачалось позачергове випробування чотирьох перспективних об'єктів в інтервалах: 5510-5506; 5480-5374; 5285-5278; 4740-4722 м. Після випробування кожна ділянка перфорації перекривалась ізоляційним мостом. Згідно з попереднім розрахунком за мето-дикою [2] висота цементного моста повинна бути 36 м. При складанні плану робіт її було уточнено, виходячи з компоновки колони труб, тому фактично міст установлювався в інтервалі 5529-5489 м.

На рис. 3 зображено суміщену діаграму станції контролю цементування СКЦ-2М. До нижньої межі інтервалу установлення моста на глибину 5529 м спустили підвіску труб такої компоновки: НКТ 73x5,5 - 5540 м; ТБНК 89x9,35 - 89 м. Нижню НКТ обладнали пристроєм УКЗЦ-ІН. На верхній трубі установили цементувальну головку з попередньо розміщеними в ній кульовими пробками (КРП). Послідовність проведення операції показано на суміщеній діаграмі станції контролю цементування СКЦ-2М. На етапі підготовчих робіт здійснили контрольну пуск однієї пробки з метою перевірки прохідності компоновки труб та встановлення фактичного їх об'єму з врахуванням коефіцієнта стискування промивальної рідини.

Після опресування нагнітальних трубопроводів у свердловину закачали розрахункову кількість першої порції буферної рідини (0,7 м3), провели пуск першої пробки (КРП), приготували та закачали розрахункову кількість (2,1 м3) тампонажної суміші, замішаної з цементом ШПЦС-120. Далі провели пуск ще двох КРП та приступили до нагнітання другої порції буферної (0,3 м3) і протискувальної рідини. Після закачування 15,2 м3 бурового розчину на 27-й хвилині операції було отримано сигнал про проходження першої кулі через ножову опору УКЗЦ-ІН. Закачавши після цього ще 2,1 м3 протискувальної рідини, зафіксували сигнал "стоп" (32-а хвилина операції). В подальшому підняли зі свердловини 43 м труб ТБНК 89x9,35 та здійс-нили її зворотне промивання для видалення за-лишків тампонажної суспензії, закачавши 25,1 м3 бурового розчину (58-80 хвилини операції).

Далі здійснили активацію структуроутворення тампонажної суміші за методикою [4]. Всього провели вісім циклів обробки тампонажної суспензії надлишковим тиском Р=7,08,0 МПа (з 83 по 162 хвилину операції) та залишили свердловину на ОЗЦ.

Таблиця 4 -- Результати установлення мостів на свердловині 100 Гадяцького ГКР

1 - Р, МПа; 2 - q 103, м3/с

Рисунок 3 -- Установлення ізоляційного моста, св. №100 Гадяцького ГКР (суміщена діаграма станції СКЦ-2М)

За аналогічною методикою провели операції установки ще трьох ізоляційних мостів (таблиця 4).

Вказані технічні засоби пройшли широкі промислові випробування (понад 300 свердловин) у свердловинах родовищ України, Росії, Бєларусі, Казахстану, Таджикистану, Туркменії. Успішність операцій перевищила 90%.

Література

1. Булатов А.И. Теория и практика закан-чивания скважин. Т 5. - М. Недра, 1998. - 374 с.

2. Ашрафьян М.О. Технология разобщения пластов в осложненных условиях. - М.: Недра. - 227 с.

3. РД 39-0135-391-015-87. Технология контролируемой установки цементных мостов при бурении и капитальном ремонте скважин в ПО «Укрнефть». - К., 1986. - 39 с.

4. Тершак Б.А., Гуць А.Ю., Сенюшкович М.В. Перспектива підвищення надійності ізоляційних екранів // Матер. наук.-практ. конф. Буріння і розкриття пластів. - Полтава, 2000.

Размещено на Allbest.ru