Эксплуатационная колонна предназначена для перекрытия продуктивного горизонта и разобщения вышерасположенных пород разреза, а также для обеспечения транспортирования скважинных и закачиваемых жидкостей. Решение о глубине спуска эксплуатационной колонны принимать лишь после вскрытия продуктивных пластов и проведения геофизических работ в связи с возможным наличием обвалов или отсутствием продуктивных пластов.
С целью уменьшения негативных последствии тампонажного раствора и высокой репрессии выше открытого ствола над башмаком эксплуатационной колонны необходимо установить ПДМ( пакер двухступенчатого и манежного цементирования), либо другое устройство, позволяющее герметично разобщить открытый ствол от тампонажного раствора и репрессии, в период крепления скважины.
Эксплуатационную колонну рекомендуется цементировать до устья, При наличии гидродинамической связи между башкирским и серпуховским ярусами, в процессе строительства скважин с открытым забоем имеет место передачи репрессии, по этому высоту подъема цемента над кровлей продуктивных пластов необходимо ограничить до 150 м, что не противоречит правилам безопасности нефтяной промышленности.
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
3.1 Виды и причины обводнения скважин
В период работы залежи на водонапорном режиме отборы нефти могут удерживаться на одном уровне. Пластовое давление вначале немного снижается, а затем держится на одном уровне выше давления насыщения, поэтому газовые факторы низки и не изменяются во времени. Под действием постоянного напора краевых вод, происходит постепенные подъёмы водонефтяного контакта и обводнение добывающих скважин.
С момента ввода скважин в эксплуатацию вокруг забоя образуется зона пониженного давления. В этой зоне нефть, связанная вода и зёрна породы под действием упругих сил начинают расширятся, создавая дополнительное давление, способствующее движению нефти к забоям скважин. Продолжающийся отбор нефти расширяет зону пониженного давления, освобождая другие силы на значительных расстояниях от добывающих скважин. Постепенно зона снижения давления распространяется на водоносную часть пласта, вследствие чего происходит высвобождение упругих сил расширяющейся воды и зерён породы на огромной площади. Создаваемый ими напор способствует движению воды в направлении зоны отбора. В результате начинается внедрение воды в залежь и неравномерное перемещение водонефтяного контакта. В связи с резкой неоднородностью продуктивного пласта вода по наиболее проницаемым каналам прорывается к забоям скважин, способствуя их преждевременному обводнению. Вследствие этого возрастает процент обводнённости продукции.
При разработке нефтяных месторождений посторонняя вода может поступать в скважину в период её освоения, по окончании бурения, после непродолжительной или длительной эксплуатации.
Причины прорыва посторонних вод: недоброкачественное цементирование эксплуатационной колонны, вследствие чего не достигается полного разобщения нефтеносных горизонтов от водоносных;
Нарушение цементного кольца в заколонном пространстве или цементного стакана на забое скважины; обводнение через соседнюю скважину, эксплуатирующую тот же горизонт; дефект в эксплуатационной колонне, вследствие недоброкачественного металла (наличие в теле обсадных труб трещин, раковин);
Разрушение колонны в процессе освоения скважины, повреждение колонны при текущем и капитальных ремонтах.
Определяющую роль при разработке залежей массивного типа имеет вертикальная трещиноватость.
рис.1 Возможные пути движения пластовых вод при эксплуатации скважины.
I - продукция скважины;
II - вода;
III - нефть в изолированном пласте;
IV - вода в изолированном пласте;
А - переток воды между пластами;
B - прорыв верхних вод через дефект в эксплуатационной колонне;
C - прорыв верхних вод через дефект в цементном камне:
D - подошвенные воды;
E - нижние воды, поступающие через дефект в цементном стакане.
3.2 Обследование и исследование скважин
До проведения КРС в скважине проводят исследования и обследования.
Исследования проводят с целью установления интенсивности притока посторонних вод в скважину через фильтровую зону, т. е. из продуктивного пласта, в зависимости от забойного давления, с целью определения характера притока жидкостей или газов через нарушения в обсадной колонне, с целью определения технического состояния обсадной колонны, а также цемента за колонной.
Скважину исследуют также для:
Выявления и выделения интервалов негерметичности в обсадной колонне и цемента за колонной.
Для изучения гидродинамических и температурных условий ремонтируемого участка.
Для выявления положения муфт обсадной колонны, интервалов перфорации, положения искусственного забоя, для определения положения инструмента, спущенного для ремонтных операций.
Для определения качества промежуточных операций и ремонта в целом
Перед началом ремонта необходимо остановить скважину, замерить затрубное давление и давление на устье скважины. Затем открыть выкидную линию и из межколонного пространства уменьшить давление до атмосферного или до некоторого значения. Закрыть выкидную линию и определить время восстановления давления в этом пространстве от атмосферного до первоначального значения. После этого следует заглушить скважину и следить за изменением давления. Если в этот момент будет проявление между колоннами и в затрубном пространстве, то это укажет на наличие негерметичности в колонне.
Место положения каналов утечек пластовой жидкости и газов определяют геофизическими методами исследования (дебитомером, электротермометром).
Данные исследования используются также при выборе композиции тампонажных материалов, которые реагируют на температурные изменения в скважине и в пласте. От этих изменений зависит срок схватывания тампонажных материалов.
Обследование скважины
Обследование скважин проводят после установления герметичности колонной головки с целью определения глубины забоя, уровня жидкости, проверки состояния эксплуатационной колонны, ствола скважины, наличия в ней дефектов, аварийного оборудования и посторонних предметов.
Обследуют скважину печатями, которые могут опускать на трубах или на канате.
Печать состоит из корпуса, стакана и оболочки (свинцовой, гудронной или алюминиевой), которая наплавляется на стакан.
Печать опускают на бурильных трубах или на НКТ, с промером длины спускаемых труб.
Когда печать достигает верхнего конца аварийного инструмента, то весом труб печать создаёт нажим. На оболочке получается отпечаток, по которому судят о характере смятия колонны или оставленного в скважине постороннего предмета.
По количеству спущенных труб определяется глубина нахождения аварийного инструмента.
Скважину обследуют для того, чтобы:
а) установить место и характер смятия, слома или продольного разрыва эксплуатационной колонны;
б) определить местоположение и состояние труб, оборудования, различных приспособлений, а также посторонних предметов в стволе скважины;
в) выявить в скважине песчаные и цементные пробки, а также различные отложения на стенках эксплуатационной колонны;
г) проверить состояние фильтра скважины.
Обследование начинают с проверки состояния эксплуатационной колонны и ствола скважины при помощи шаблона. Он представляет собой металлический цилиндр, нижняя поверхность которого покрыта слоем свинца толщиной 15 мм. На боковой поверхности шаблона имеется желоб, заливаемый свинцом. Желоб предотвращает заклинивание шаблона при попадании на него мелких металлических предметов. Через шаблон проходит сквозное промывочное отверстие. Диаметр шаблона соответствует диаметру эксплуатационной колонны (табл. 1).
Таблица 1
Диаметр обсадной колонны, мм | Наружный диаметр шаблона, мм | Диаметр обсадной колонны, мм | Наружный диаметр шаблона, мм | |
127 | 95 | 219 | 190 | |
146 | 115; 118 | 273 | 240 | |
168 | 135; 140 | 325 | 290 | |
194 | 160 | 377 | 340 |
Шаблон на бурильных или насосно-компрессорных трубах медленно спускают в скважину, обязательно наблюдая за нагрузкой по индикатору веса. Если шаблон останавливается на какой-либо глубине и под нагрузкой (2-3 деления по индикатору веса) вниз не проходит, его поднимают из скважины. В зависимости от состояния залитой свинцом поверхности шаблона составляют план дальнейшего обследования.
При спуске шаблона и всех других инструментов следует принимать меры к тому, чтобы в скважину не попали посторонние предметы (сухари от машинных ключей, плашки от цепных ключей и др.), которые могут вызвать заклинивание инструмента в эксплуатационной колонне.
Для определения местоположения в скважине постороннего предмета, формы его верхнего конца, а также характера слома пли смятия эксплуатационной колонны служат свинцовые печати. Они бывают плоские и конусные. Плоская печать с торца и с боковой поверхности покрыта слоем свинца толщиной 15-25 мм. Конусная печать имеет такой же слой свинца. Наличие большой массы свинца делает возможным получение глубоких отпечатков, по которым судят о форме поверхности, соприкасавшейся с печатью. Наружные диаметры печатей такие, как у шаблонов (см. табл. 1). По оси симметрии печати делается сквозное отверстие для промывки. При помощи плоской печати выясняют положение предмета в скважине. Конусная печать дает возможность получить отпечаток стенки эксплуатационной колонны в фильтровой части и на участке с нарушениями. Печати спускают на бурильных или насосно-компрессорных трубах. При обследовании верхних концов насосных штанг, находящихся в скважине с исправной эксплуатационной колонной, печать спускают на тартальном канате с грузовой штангой длиной 12-14 м. Это предотвращает слом верхних концов штанг. Печати спускают медленно, непрерывно наблюдая за показаниями индикатора веса. Перед посадкой печати скважину промывают, чтобы очистить поверхность, с которой будет соприкасаться печать. На обследуемое место печать ставят только один раз. Величина посадки печати зависит от глубины скважины, ее кривизны, а также от диаметра эксплуатационной колонны и колонны бурильных труб.
На промыслах объединения Азнефть с целью экономии свинца применяют печати типа АС и печати типа ПУ2-65/8/7 конструкции Азинмаша. В печати типа АС свинец заменен более дешевым и менее дефицитным сплавом, состоящим из 98% алюминия и 2% сурьмы. С помощью печати ПУ2-65/8" оттиски получаются на поверхности алюминиевой оболочки, надетой на резиновый стакан.
Для обследования неглубоких скважин используют печати с деревянным или металлическим корпусом, заливаемые киром (асфальтом). Применяют также печати, корпус которых заливают мастикой из мыла и канифоли. Кировые и мастичные печати спускают в скважину на тартальном канате с грузовой штангой или на насосных штангах.
Обследование при помощи печатей во многих случаях не дает точного представления о состоянии ствола скважины, так как отпечатки можно расшифровать по-разному. Более совершенным способом обследования является фотографирование глубинным фотоаппаратом. В 1953 г. группой грозненских инженеров был сконструирован глубинный фотоаппарат, предназначенный для фотографирования предметов в стволе скважины. Аппарат состоит из корпуса, внутри которого находится источник света в виде расположенных по окружности шести электрических лампочек, фотообъектив, фотокамера, катушка для фотопленки размером 24X36 мм и лентопротяжный механизм. Корпус вставлен во внешний, герметичный, цилиндрический кожух. С нижнего конца кожух закрыт прозрачным органическим стеклом. Фотоаппарат спускают в скважину на трехжильном кабеле. Прибор выдерживает наружное давление не более 90 атмосфер.
В институте ВНИИгеофизика сконструирован скважинный фотоаппарат ФАС-1, предназначенный для фотографирования стенок скважины и обследования ствола скважины перед капитальным ремонтом.
Основными узлами скважинного фотоаппарата являются осветитель, фотообъектив, лентопротяжный механизм и электрическая схема. Эти узлы помещены в герметичный стальной цилиндрический кожух с наружным диаметром 102 мм. В нижней части кожуха имеется иллюминатор -- круглое отверстие диаметром 70 мм, через которое ведется фотографирование. В иллюминаторе установлено и закреплено стальной муфтой закаленное стекло марки К-8 толщиной 13 мм. Герметизация стекла обеспечивается двумя резиновыми кольцами. Максимальное допустимое давление на кожух скважинного прибора составляет 250 кГ/см2, максимальная допустимая температура окружающей среды + 60° С. Осветитель аппарата состоит из двух импульсных ламп типа ИС-20, каждая из которых расположена в отдельном кожухе. В аппарате применен короткофокусный объектив «Юпитер-12» с главным фокусным расстоянием 35 мм и светосилой 1:2,8. Наводка объектива на резкость постоянная. Диафрагма объектива обычно устанавливается на 22. Фотографирование ведется на стандартную фотопленку шириной 35 мм с чувствительностью 90 единиц ГОСТа. Емкость кассеты составляет 3,5 м пленки, что позволяет за один спуско-подъем получить 280 кадров. Количество экспонированных кадров отсчитывается счетчиком типа МЭС-54. Лентопротяжный механизм аппарата аналогичен лентопротяжному механизму фотоинклинометра ИФ-4. Электрическая схема аппарата состоит из цепи электродвигателя, цепи осветителя и цепи реле. Питание аппаратуры осуществляется переменным током частотой 50 Гц, напряжением 220 или 380 в. Фотоаппарат ФАС-1 спускают в скважину на одножильном бронированном кабеле.
Глубинный фотоаппарат позволяет определить положение и очертания в скважине предметов сложной формы. Однако фотографирование возможно только в скважинах, не заполненных жидкостью или заполненных прозрачной водой.
В США сконструированы глубинные приборы, позволяющие производить фотографирование в скважинах, заполненных непрозрачной жидкостью (мутной водой, глинистым раствором, нефтью). Один из них (глубинный фотоаппарат) спускают в скважину на трубах. Перед глубинными съемками заменяют непрозрачную жидкость в зоне фотографирования на прозрачный раствор, который подают с поверхности по трубам. Фотоаппарат может быть снабжен компасом для ориентирования фотоснимков. Компас устанавливают так, чтобы вместе с основным объектом на снимок попал и циферблат компаса. Другой прибор для фотографирования в скважине спускают на каротажном кабеле. Он состоит из узла пакера и фотоаппарата, насоса для надувания пакера, блока питания постоянного тока, управляющего устройства и емкости для прозрачной жидкости. Перед глубинными съемками фотографируемую часть скважины изолируют с помощью гидравлического пакера, который наполняется жидкостью, нагнетаемой насосом. Изолированное пространство скважины заполняют прозрачной жидкостью из емкости прибора и производят фотографирование, включая вспышку перед объективом. Фотоаппарат прибора снабжен беззатворным стереоскопическим широкоугольным объективом с углом охвата 18°, позволяющим получать два изображения диаметром 17,5 мм. В кассете аппарата помещается 7,6 м пленки, на которой размещается 100 стереоскопических снимков. Наружный диаметр прибора 101,5 мм, длина -- 9,5 м, объем прозрачной жидкости в емкости -- 23,5 л, вес прибора--185,6 кг. Прибор выдерживает наружное давление до 700 атм. при температуре до 79° С.
Для визуального обследования забоя и стенок обсадной колонны в сухих скважинах можно использовать фототелевизионную скважинную установку ФТСУ, сконструированную Ленинградским электротехническим институтом связи им. М. А. Бонч-Бруевича. Установка состоит из скважинного прибора и приемного устройства, соединенных кабелем-тросом КГТ-4 длиной до 3000 м. Скважинный прибор представляет собой передающую телевизионную камеру на трубке ЛИ-23, совмещенную с фотоаппаратом и осветителем. Цилиндрический корпус скважинного прибора имеет длину 1690 мм, наружный диаметр - 60 мм, вес - 16 кг. Приемное устройство имеет трубку 18ЛК5Б (размер экрана 100X100 см) и совмещено с элементами управления и питания скважинного прибора. Четкость телевизионного изображения ФТСУ-300 строк, число телевизионных кадров - 50 кадров в секунду.
3.3 Подготовительно-заключительные работы
Подготовительные работы перед цементированием скважины
Подготовительные работы перед цементированием проводят с целью определения источника обводнения, путей поступления воды в скважину и получения данных для выбора способа цементирования.
После появления воды в скважине ее останавливают на время Т, которое должно быть не меньше времени То, по истечении которого в пласте наступает установившееся состояние.
Через Т ч после остановки в скважине определяют пластовое давление и отбирают пробу воды на уровне интервала перфорации обсадной колонны для химического анализа и определения содержания взвешенных частиц (ВЧ).
Анализ воды выполняют согласно руководству по гидрохимическому опробованию подземных вод. При анализе определяют следующие свойства воды: удельный вес при 20°С, сухой остаток в г/л, содержание ионов С1 SO4" НСО3, СО" Са", Mg" Na + К в мг/экв на 100 см3 воды, содержание J, Br, B2O3, NH4, SiO2, Ре2Оз + А12О3 в мг/л, общая минерализация в мг/экв на 100 см3.
Затем возобновляют отбор жидкости (воды или воды с нефтью) из скважины. После отбора жидкости в объеме, равном объему обсаженной скважины, отбирают пробу воды для химического анализа и определения содержания ВЧ. Отбор жидкости из пласта прекращают после того, как три последовательно взятые пробы воды будут иметь одинаковый химический состав и одинаковое количество ВЧ. Постоянство состава воды будет показывать, что скважина обводнилась посторонней пластовой водой.
Физико-химические свойства воды, отбираемой из скважины, сопоставляют с анализами вод, приведенными в нормальном типовом гидрохимическом разрезе нефтяного месторождения. В результате этого устанавливают источник обводнения скважины. Для уточнения источника поступления воды и выбора способа цементирования исследуют скважину на приток посторонней воды. С этой целью отбирают нефть и воду на трех установившихся режимах. Длительность отбора воды на каждом режиме Т должна быть не меньше времени То. Для каждого из трех режимов определяют забойное давление и соответствующий им отбор воды. Составляют три уравнения типа
