книги из ГПНТБ / Кравченко И.И. Изоляция вод в нефтяных скважинах

д) низкое качество тампонажного цемента и несоблюдение однородности консистенции цементного раствора в процессе це­ ментирования колонны.

При строительстве глубоких девонских скважин перечислен­ ные выше факторы отрицательно влияют на качество цементи­ рования колонны. Об этом свидетельствует практика работы треста Туймазабурнефть, в основном осуществляющего разбури­ вание девонских месторождений Башкирии.

Данные взяты из сводки Башкирского совнархоза.

Как видно из таблицы, около 25% из числа пробуренных сква­ жин оказались с неудачным цементированием, в результате чего 34 скважины дали при испытании пластовую воду.

На основании анализа большого количества скважин, обводнившихся из-за некачественного цементирования, нами выделены обводнения четырех разнохарактерных типов по следующим при­ чинам: '

1)несхватывания цементного раствора за колонной;

2)несхватывания или непрочного схватывания цемента против продуктивной части пласта;

3)образования трещин в цементном кольце после торпедной перфорации (перфораторами ТПК-22, ТПК-32 и ТПК-37);

4)отсутствия цемента в зоне продуктивного объекта, обусло­ вленного прилеганием эксплуатационной колонны к стенке сква­ жины.

При обводнении первого типа цемент за колонной совершенно не схватывается, представляя собой жидкую массу. В данном случае прорыв пластовых вод может быть получен в самом на­ чале испытания нефтеносного пласта. Если же скважиной не вскрыты нижележащие водоносные горизонты, а верхние воды

50

залегают намного выше продуктивного объекта и перекрыты значительной толщей водонепроницаемых пород, она может ра­ ботать и без воды. Но в процессе эксплуатации скважины обра­ зуется забойная пробка за счет выноса цементного раствора изза колонны через эксплуатационный фильтр. Подобное явление было отмечено на трех эксплуатационных скважинах Туймазин­ ского месторождения. Например, в скв. 512 в течение полутора лет эксплуатации периодически очищали цементно-глинистую пробку, которая иногда перекрывала фильтр колонны, в резуль­ тате чего дебит скважины снижался до нуля. Образование пробки прекратилось лишь после капитального ремонта скважины—на­ гнетания свежего цементного раствора за колонну. После капи­ тального ремонта скважина работает с устойчивым дебитом в те­

ментно-глинистая). Но здесь при бурении ошибочно вскрыли нижний водоносный горизонт, поэтому обводнение скважины на­ чалось через 4 месяца эксплуатации и постепенно прогрессиро­ вало по мере размыва цементного раствора за колонной. Поело производства капитального ремонта (забойной заливки с задавкой цемента за колонну гидравлическим прессом) скважина рабо­ тает с очень незначительным содержанием воды.

Несхватывапие цементной суспензии часто наблюдалось в 1956—1957 гг. в конторах бурения треста Туймазабурпефть,. когда Стерлитамакский завод поставлял на промыслы Башкирии, цементы весьма низкого качества.

Таким образом, обводнения этого типа связаны с низкими ка­ чествами тампонажного цемента или цементного раствора.

Обводнения второго типа происходят вследствие негерметич­ ности цементного кольца против нефтеносной части пласта.

Практика работ контор бурения, капитальных ремонтов сква­ жин, а также анализ фактического материала показывают, что обыч­ ный тампонажный цемент в пластовых условиях в нефтяной среде схватывается плохо пли вовсе не схватывается. Так, например, при капитальных ремонтах цементная заливка эксплуатационных отверстий фильтра часто никакого результата не дает — нефтяная часть пласта после цементирования остается неизолированной, иногда скважины после разбуривания цементного стакана начи­ нают работать без повторного прострела колонны. Это подтвер­ ждается проверкой качества цементирования колонны закачкой радиоактивных изотопов, когда активированная жидкость, за­

цементного кольца в результате торпедной перфорации колонньь или торпедирования забоя.

Влияние перфорации колонны различных типов на цементное кольцо проверили в стендовых условиях в Туймазинской геофи-

-Зической конторе треста Башнефтегеофизика. Опыты показали, 'что торпедная перфорация снарядами ТПК-22, 32, 37 дает ог­ ромные трещины в цементном кольце и даже в колонне, что при наличии подошвенной или нижней воды приводит к прорыву пла­ стовых вод. Пулевая перфорация с диаметром пуль 11—12 мм

.дает незначительные трещины, а кумулятивная перфорация сна­ рядами ПК-ЮЗ не нарушает цементное кольцо.

При освоении нагнетательных скважин в НПУ Туймазанефть нами было отмечено, что в ряде случаев снаряды ТПК-22-32-37

взрываются в цементном кольце, разрушая цементный камень

иколонну. В процессе промывки забоев скважин вместе с промы­ вочной жидкостью выносилось большое количество взорвавшихся

иневзорвавшпхся снарядов, а также кусков от колонны.

Нами выделено значительное количество эксплуатационных скважин, обводнившихся в результате торпедной перфорации. Например, большое количество приконтурных нефтяных скважин Александровской площади Туймазинского месторождения обвод­ нялось лишь из-за торпедной перфорации. При вступлении в экс­ плуатацию указанная группа скважин не имела подошвенную воду, а через год эксплуатации, когда подошвенная вода подошла к внешнему ряду скважин, последние в течение 1,5—2 месяцев полностью обводнялись, хотя к моменту обводнения из них до­ были не более 10—12% проектных запасов.

Обводнения четвертого типа происходят вследствие прилега­ ния колонны к стенке скважины и отсутствия цемента из-за не­ правильного установления центрирующих фонарей на колонне в зоне продуктивного горизонта.

Так, на скв. 1144, 733 установленные против продуктивных песчаников фонари попали в каверны. Скважины с первых же дней эксплуатации вместе с нефтью давали значительное коли­ чество пластовой воды, прорвавшейся через негерметичное це­ ментное кольцо. Закачка радиоактивных изотопов показала в этих скважинах некачественность цементирования колонны против нефтеносного песчаника.

В результате некачественного цементирования скважины мо­ гут обводняться: а) за счет проникновения за колонну нижних вод, т. е. вод нижележащего водоносного горизонта, разделенного от нефтеносного пласта глинистой перемычкой, и б) своей же по­ дошвенной водой, но поступающей за колонну через негерметич­ ный цементный камень.

Подобные обводнения очень распространены на девонских

.месторождениях Башкирии.

ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

На промыслах Башкирии качество цементирования скважины проверяют методом закачки в пласт радиоактивных изотопов, выполняемым в следующем порядке.

52

1. Снимают контрольную кривую ГК в масштабе 1 : 500 и 1 : 200 по всему стволу или продуктивной части.

2.Спускают в скважину насосно-компрессорные трубы до уровня верхних отверстий фильтра.

3.Добавляют в 2—3 м1*3 пластовой воды (или пресной обога­ щенной поверхностно-активными веществами) радиоактивные изотопы (цинк, цирконий или железо) и полученную активиро­ ванную жидкость закачивают в скважину.

4.После продавки активированной воды до башмака зали­ вочных труб закрывают затрубную задвижку и начинают задавку радиоактивной жидкости в эксплуатационные отверстия фильтра.

5.Через 3—4 часа после закачки радиоактивных изотопов приступают к интенсивной (24—48 час.) обратной промывке скважины (через межтрубное пространство).

Последние сутки промывку ведут с допуском труб до забоя.

6.Затем поднимают трубы и повторно снимают кривую ГК. Сопоставляя кривые ГК до и после закачки радиоактивных изо­ топов, определяют интервал проникновения последних.

53

Активированную жидкость можно закачивать и по другой тех­ нологии — не в интервал перфорации (фил-ьтр) колонны, а в во­ доносный горизонт (через специально прострелянные дыры). Закачку производят с пакером, установленным между интерва­ лами перфорации. Этот вариант применяют в том случае, когда пластовое давление водоносного горизонта выше давления выше­ лежащего нефтеносного пласта, вследствие чего активирован­ ная жидкость может проникнуть только в нефтеносный гори­

зонт.

При качественном цементировании скважины радиоактивные изотопы проникают только в интервал закачки (рис. 12), а при некачественном — до нижележащего водоносного горизонта или водоносной части однородного пласта (рис. 13).

Проникновение активированной жидкости по пласту на зна­ чительную глубину ниже интервала закачки (5—10 м) невоз­ можно ввиду очень низкой вертикальной проницаемости песча­ ников по сравнению с горизонтальной, тем более что процесс

ИСПРАВЛЕНИЕ НЕКАЧЕСТВЕННОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

Для исправления дефектов цементирования в нашей практике применялись следующие методы:

1)обычная цементная заливка забоя под давлением;

2)цементная заливка забоя с последующей задавкой цемент­ ного раствора в эксплуатационный фильтр колонны при помощи

гидравлического пресса; 3) гидроразрыв пласта с последующей задавкой в трещины

цементного раствора.

Обычная цементная заливка забоя под давлением (по методу Н. К. Байбакова) на нефтяных про­ мыслах применяется уже давно и выполняется в следующем по­ рядке.

1. В скважину спускают заливочные трубки с заливочной . -сеткой (0,8—1,0 м длиной) или со скошенным концом до забоя. Промывают забой скважины в течение 2—3 час. обратной промыв­ кой (через кольцевое сечение), затем конец труб приподнимают от забоя на 0,3—0,5 м.

2. Приготовляют расчетные количества цементного раствора

иодним цементировочным агрегатом ЦА-300 раствор закачивают

вскважину.

3.После прокачки в скважину цементного раствора тут же -приступают к закачке расчетного количества продавочной жид­ кости.

4.После того как раствор дойдет до забоя, заполнив до оди­ накового уровня кольцевое сечение и заливочные трубы, послед­ ние приподнимают до глубины его срезки.

54

Для успешного проведения закачки и продавки цементного рас­ твора необходимо бесперебойно и равномерно подавать цемент и соответствующее количество воды в цементомешалку и поршневым насосом закачивать его в скважину. Выход какого-либо звена из строя приводит к нарушению всего процесса заливки [2].

5. В течение 10—15 мин. на устье скважины создают давле­ ние до 70—80 ат, затем приступают к срезке цементного раствора обратной промывкой, закачивая воду в межтрубное простран­ ство. Если скважина имеет высокое пластовое давление, срезку цемента производят с противодавлением.

6. После удаления лишнего количества цементного раствора из колонны приподнимают трубы на 10—15 м выше глубины срезки во избежание прихвата конца заливочных труб цементом.

7. Скважину оставляют на затвердение цемента, загермети­ зировав устье ее на 32—48 час. В случае повышенных пластовых давлений при оставлении скважины на ожидание затвердения цемента (ОЗЦ) на устье создают избыточное давление до 50—

60ат.

Цементная заливка забоя при помощи

гидравлического пресса [9] последнее время ши­ роко применяется на промыслах НПУ Туймазанефть и Октябрьскнефть. Сущность ее заключается в следующем.

2.Затем заливочные трубы приподнимают на 15—20 лг выше столба цементного раствора в колонне.

3.К устью скважины подключают гидравлический пресс (на электрическом приводе).

4.Закрывают затрубную задвижку и начинают задавливать цементный раствор в эксплуатационный фильтр колонны при помощи гидравлического пресса.

При значительных поглощениях пластом вместо гидравличе­ ского пресса для задавки цементного теста применяют цементи­ ровочный агрегат с поддержанием начального давления на устье не более 15—25 ат и развитием в конце процесса до 60—70 ат.

Этим методом в отличие от обычной забойной заливки под давлением можно задавливать цемент в течение продолжитель­ ного времени вплоть до начала схватывания. Ввиду малой произ­ водительности гидравлического пресса (или заданной производи­ тельности цементировочного агрегата) давление в процессе за­ давки цемента поднимается очень медленно, благоприятствуя

постепенному заполнению цементным раствором водопрово­ дящих каналов за колонной. Конечное давление при этом не должно превышать 60—70 ат. Весь процесс обычно длится 3— 4 часа.

Гидроразрыв пласта с последующей за­ да в к о й в трещины цементного раствора. -Метод гидроразрыва пласта и создание цементной лепешки в мо-

55

нолитных водонефтенасыщенных песчаниках применяют на де­ вонских месторождениях с 1955 г. [16].

Искусственный водонепроницаемый экран из цемента создают в зоне ВНК однородного пласта.

Вначале цементный раствор задавливали в трещину с пакером непосредственно после гидроразрыва без предварительного за­ крепления песком образованной трещины. Однако такой способ задавки цемента оказался малоэффективным по следующим при­ чинам: а) заливочные трубы прихватывались цементным раство­ ром с пакером; б) при срыве пакер в большинстве случаев подни­ мался поршнем и вследствие образованного под пакером вакуума задавленный в трещину раствор вытеснялся обратно в ствол сква­ жины; в) пакер в стволе ограничивал задавку в трещину значи­ тельных количеств раствора ввиду опасности его прихвата.

Поэтому нами разработан несколько иной метод, обеспечиваю­ щий безопасное проведение процесса и позволяющий задавливать в трещину, образованную гидроразрывом, значительные объемы цементного раствора [5, 8].

В данном случае технология изоляционных работ следующая. 1. Производят полный комплекс исследовательских работ (проверяют забой, замеряют пластовое давление, отбирают за­

4.После твердения цемент разбуривают на 2—3 м ниже на­ меченного к гидроразрыву интервала пласта.

5.Затем производят уплотненную перфорацию колонны в уз­ ком интервале (0,5—1,0 м).

7. Производят опрессовку пакера и гидроразрыв пласта с за­ давкой в трещину песка фракции 0,5—0,8 и 1,2 мм в количестве

иосителем для контроля интервала гидроразрыва. Жидкостью разрыва служит пластовая вода или нефть.

9.Извлекают из скважины трубы с пакером по окончании гид­ роразрыва и спускают трубы со скошенным концом и без пакера* При наличии песчаной пробки на забое она вымывается нефтью или пластовой водой.

10.Снимают кривую ГК после промывки ствола скважины для регистрации образовавшегося интервала гидроразрыва.

11.Спускают в скважину 3" насосно-компрессорные трубы без пакера выше кровли пласта при условии образования трещин

внамеченном интервале; при открытом затрубном пространстве

56

в трубы закачивают расчетное количество цементного раствора. Затрубную задвижку закрывают в том момент, когда после за­ качки продавочной жидкости цементный раствор будет находиться на расстоянии 100—150 м выше башмака заливочных труб. В дальнейшем продавочную жидкость закачивают одним или не­ сколькими агрегатами в зависимости от приемистости скважины. Вначале из труб вытесняется столб воды, способствующий откры­ тию трещины, затем вслед за водой в трещину поступает цемент­ ный раствор.

В нашей практике в трещину залавливали до 5 т цемента. В конце задавки давление поднимается до 120—150 ат. После этого задавку цемента прекращают, его излишки вымывают, трубы приподнимают на 50—40 м выше глубины срезки и сква­ жину оставляют под давлением на затвердение цемента.

12. Разбуривают стакан до глубины на 1,0—0,5 м выше ин­ тервала гидроразрыва по истечении срока твердения цемента. Затем перфорируют колонну и пускают скважину в эксплуа­ тацию.

В табл. 8 представлен перечень наиболее характерных сква­ жин, где были проведены изоляционные работы по исправлению некачественного цементирования.

Как видно из табл. 8, методы цементирования с применением гидравлического пресса и гидроразрыва пласта с последующим введением в образованные трещины цементного раствора дают хороший эффект. Однако успешное проведение изоляционных ра­ бот, особенно при помощи гидравлического пресса, может быть достигнуто лишь в результате применения высококачественных тонкодисперсных цементов. Наша практика показывает, что обыч­ ный тампонажный цемент, состоящий из зерен крупного помола, подчас не проникает во все микроканалы и трещины за колонной, вследствие чего жидкость за колонной продолжает циркулировать.

Поскольку давление пласта Д[( было выше давления вышележа­ щего пласта Др активированную жидкость закачивали в кровлю

57

3 4

Э 50

^//7.

Время

Рис. 15. Изменения дебита нефти обводнения с начала возврата

Т.скв. 428 на пласт Дг

1 — изменение дебита нефти; 2 — изме­ нение обводнения; з — возврат на пласт aTj; 4 — проверка цементирова-

1 — контрольная кривая ГК; 2 — кри­ вая ГК после закачки изотопов; з —

грамма скв. 419.

1 — глина; 2 — известняк; 3 — алевролит; 4 — песчаник нефтяной; 5 — песчаник во­ дяной; в — интервал перфорации.

60