Тампонажные материалы и технологические решения для цементирования эксплуатационных колонн в высокопроницаемых горизонтах Усинского месторождения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тампонажные материалы и технологические решения для цементирования эксплуатационных колонн в высокопроницаемых горизонтах Усинского месторождения

Ю. Угольников

Аннотации

В статье рассматривается разработанный компаниями "Буртехнологии" и Norsk Bronnservice AS комплекс буферных жидкостей и тампонажных материалов, а также технологические решения для цементирования эксплуатационных колонн в условиях высокопроницаемых горизонтов на Усинском нефтяном месторождении.

The article examines complex of spacers and plugging materials (developed by"Burtechnologii" and Norsk Bronnservice AS Companies) and technologic solutions for cementing of pay stringsunder presense conditions of highly permeable horizons at Usinskoe field.

Особенностью Усинского нефтяного месторождения (Коми) является наличие в интервале эксплуатационной колонны высокопроницаемых, склонных к поглощению горизонтов с низким давлением ГРП.

Конструкция скважины по проекту предусматривает мощность интервала открытого ствола, перекрываемого эксплуатационной колонной длиной не более 200 м, однако при бурении даже такого небольшого интервала встречаются поглощения с частичной и полной потерей циркуляции.

Применение в таких условиях традиционных тампонажных составов для цементирования эксплуатационной колонны в одну ступень не представляется возможным, так как во время процесса цементирования уже при минимальной гидродинамической нагрузке происходит превышение давления столба жидкостей, находящихся в заколонном пространстве, над давлением гидроразрыва пород.

Альтернативой традиционному способу цементирования может быть двухступенчатый метод с применением МСЦ. Однако в этом случае существенно увеличиваются затраты как на материалы, так и на дополнительное оборудование. тампонажный обсадной колонна

Рациональное технологическое решение, обеспечивающее безопасный процесс и получение необходимого уровня качества в сочетании с оптимальными затратами, является снижение удельного веса тампонажного материала. В то же время снижение удельного веса тампонажного раствора любым из известных способов гарантированно повлечет за собой падение физико-прочностных характеристик цементного камня и на порядок снизит надежность крепи скважины.

Для обеспечения необходимого уровня качества цементирования обсадной колонны, а также высокой степени безопасности процесса, применяемый тампонажный материал должен отвечать одновременно нескольким требованиям, практически несовместимым друг с другом:

1. Высокая прочность цементного камня при низком удельном весе тампонажного раствора.

2. Высокая седиментационная стабильность при большом количестве наполнителя.

3. Низкая фильтратоотдача при повышенном водотвердом отношении.

В ходе изыскательских лабораторных исследований ООО "ПСК "Буртехнологии" совместно с норвежской компанией "Norsk Bronnservice AS" (NBSAS) был создан облегченный тампонажный материал, отвечающий всем вышеуказанным требованиям.

В качестве основного наполнителя был применен материал Super-K, представляющий собой фракционированные гранулы на основе увеличенного в объеме вторичного стекла, удельным весом 1,0 г/см 3. Особенностью данного наполнителя является наличие эффективных пор, которые при создании избыточного давления заполняются тампонажным раствором. По истечении времени схватывания тампонажный раствор, попавший в поры гранул, формирует цементный камень в этих порах с такими же деформационно-прочностными характеристиками, как и окружающий гранулы материал. Таким образом, наполнитель не формирует в цементном камне отдельные конгломераты, отличающиеся на несколько порядков более низкой прочностью, а наоборот, создает почти монолитную структуру камня (рис. 1).

Рис.1. Отдельная гранула в тампонажном растворе после воздействия давлением

Рис. 2. Сцепление цементного камня с обсадной колонной и горной породой в интервале открытого ствола

Для регулирования реологических, фильтрационных и технологических свойств тампонажного раствора специалистами компании ООО "ПСК "Буртехнологии" разработан комплекс добавок, обеспечивающий высокую стабильность, технологически необходимые сроки загустевания, а также минимальную фильтрацию тампонажного раствора. С целью повышения адгезии цементного камня к окружающим поверхностям в заколонном пространстве специально для условий низких и нормальных температур была разработана комплексная сульфоаллюминатно-оксидная расширяющая добавка, которая гарантированно обеспечивает увеличение объема цементного камня в пределах 1,0 - 2,0%, даже в условиях межколонного пространства.

По итогам окончательных лабораторных исследований были получены тампонажные материалы для цементирования продуктивной и надпродуктивной части разреза. Некоторые значения показателей свойств тампонажного раствора приведены в табл. 1.

Табл. Показатели свойств тампонажных материалов

Хорошо известно, что применение тампонажных материалов с требуемыми свойствами, но без предварительной подготовки стенок скважины, значительно влияет на конечный результат, снижает качество цементирования. Бурение интервала эксплуатационной колонны в скважинах Усинского месторождения осуществляется на калий-хлор полимерном буровом растворе, обеспечивающим близкий к номинальному диаметр ствола скважины и необходимую устойчивость стенок скважины в интервалах терригенных отложений. Несмотря на то что сроки строительства скважины относительно коротки, под действием перепада давления на поверхности стенок скважины образуется рыхлая фильтрационная корка значительной толщины в проницаемых интервалах, которая препятствует прямому контакту цементного камня, как с породой, так и с обсадной колонной. Удаление фильтрационной корки непосредственно перед процессом цементирования возможно при применении эффективной отмывающей буферной жидкости. Данная жидкость будет наиболее эффективна в случае приготовления на водной основе, но тогда существует вероятность нарушения фильтрационного экрана на границе с интервалами, склонными к поглощению, в результате чего после прохождения буферной жидкости может существенно увеличиться проницаемость данных интервалов.

Также совместно с компанией "Norsk Bronnservice AS" (NBSAS) был разработан комплекс буферных жидкостей, позволяющих исключить связанные с нарушением фильтрационного экрана осложнения, но при этом обеспечить качественную очистку поверхностей. В комплекс жидкостей входят отмывающая и кольматирующая системы, которые закачиваются последовательно. Отмывающая система представляет собой водный раствор нескольких ПАВ, которые не только эффективно очищают поверхности, но и разрушают структуру бурового раствора, тем самым способствуя его замещению тампонажным. Кольматирующая система - это комплекс кольматирующих и стабилизирующих добавок SafeCemSpacer, которые при наличии зон с повышенной проницаемостью обеспечивают их мгновенную микрокольматацию.

На сегодняшний день весь комплекс технологических жидкостей, включающий отмывающую буферную жидкость, кольматирующую буферную жидкость, облегченный тампонажный материал для надпродуктивной части разреза и расширяющийся тампонажный материал нормальной плотности для продуктивной части разреза, был реализован на 5 скважинах Усинского нефтяного месторождения. Все работы по приготовлению и закачке технологических жидкостей проводились с использованием стандартной тампонажной техники. Во всех случаях в процессе цементирования наблюдалась полная циркуляция до момента "СТОП", даже при реализации турбулентного режима течения жидкостей и наличии частичных поглощений в процессе бурения.

"Буртехнологии" - российская компания, осуществляющая сервис технологических жидкостей для строительства скважин. Основными направлениями деятельности компании являются разработка, внедрение и сопровождение технологического комплекса, включающего в себя эффективные технологические решения по промывке, цементированию и вторичному вскрытию продуктивных горизонтов при строительстве нефтяных и газовых скважин различной конструкции. При оказании инженерно-сервисных услуг компания осуществляет поставки необходимых реагентов для растворов непосредственно на скважины. Для производства химических реагентов используется лучшее российское и импортное сырье. В настоящее время компания сотрудничает на постоянной основе с нефтяными компаниями Пермского региона, Удмуртии, Башкортостана, Татарстана, Западной Сибири, Республики Коми, Казахстана и Узбекистана.

Размещено на Allbest.ru