При закачке смолы через специальные отверстия в интервале между ними и перфорацией продуктивного пласта устанавливают пакер и вызывают затрубную циркуляцию.
В среднем успешность этого вида РИР составляет 49,1%, причем при использовании стакана из цемента цель проводившихся РИР ни в одном случае не была достигнута. Причиной этого может быть разбавление смолы или ее вытеснение из нарушений в процессе срыва и подъема пакера и контрольной срезки цементного раствора.
Отключение пласта. Во всех случаях при, отключении верхних пластов, нижние перекрываются песчаной пробкой или цементными мостами, при отключении нижних - верхние пласты перекрываются закачкой цементной суспензии.
Трудность этого вида работ обусловливается высокими величинами пластового давления и различием их величин в пластах.
Кроме того, при закачке смолы по всей толщине пласта она поглощается лишь отдельными наиболее проницаемыми его интервалами и при этом проницаемость значительной части пласта сохраняется.
Закачка цементного раствора после раствора смолы для предупреждения его выдавливания в ствол скважины повышает успешность проводимых РИР.
Расход смолы ТСД-9 при РИР. Смолу ТСД-9 используют при решении большого перечня задач. Успешность их решения определяется степенью заполнения отвержденной смолой пористой среды в пределах толщины отключаемых пластов или отдельных их интервалов, каналов, трещин и нарушений в призабойной зоне пласта, цементном кольце и теле труб.
Попытка выявления связи между расходом смолы и толщиной интервалов вскрытия пласта перфорацией (расход смолы на 1 м толщины) для РИР по отключению пластов и отдельных их интервалов, а также исправлению негерметичного цементного кольца обосновывается закачкой смолы при проведении всех видов РИР по схеме селективной изоляции. Однако по анализируемым данным на сегодня такой связи не установлено, возможно, из-за ограниченности объема проведенных РИР.
В то же время в одних и тех же условиях проведения РИР, выполненные с закачкой больших объемов растворы смолы, оказываются безуспешными. Наиболее распространенной причиной этого является продавка раствора смолы далеко в глубь пласта или потеря способности растворов к отверждению за счет дополнительного их разбавления. Вероятность первой и второй причин может быть уменьшена при использовании растворов смолы ТСД-9 с минимальным сроком отверждения, ограниченным лишь временем закачки растворов за обсадную колонну.
Увеличение объема закачиваемого раствора смолы без сокращения времени начала их отверждения в сложных гидродинамических условиях скважин может оказаться малоэффективным.
РИР по исправлению негерметичного цементного кольца (в том числе и перекрытие перетоков закачиваемой воды в непродуктивные пласты) с использованием смолы с малым сроком отверждения проведены в шести скважинах и все они оказались успешными.
Объединение Татнефть. Первые работы по ограничению притока воды с применением смолы ТСД-9 в скважинах объединения Татнефть были проведены с участием БашНИПИнефть. В последующем эти работы вели сами НГДУ, а с организацией специализированного Лениногорского управления по повышению нефтеотдачи пластов и капитальному ремонту скважин (ЛУПНП и КРС) масштабы применения смолы резко увеличились.
Основными объектами проведения РИР были скважины девонских залежей Ромашкинского, Ново-Елховского и Бондюжского месторождений. Наиболее типичным в указанной группе является Ромашкинское месторождение, в скважинах которого проведено наибольшее количество РИР с применением смолы ТСД-9.
Основным эксплуатационным объектом Ромашкинского месторождения является горизонт Дг пашийских отложений нижнефранекого подъяруса, залегающих на глубине 1700 м. Залежь нефти приурочена к терригенным породам, имеющим исключительно сложное геологическое строение. В разрезе горизонта Д, выделены шесть песчано-алевритовых пластов, отличающихся между собой как по толщине и коллекторским свойствам, так и по характеру их распространения по площади.
Нефти девонских залежей относятся к легким нефтям; величина их вязкости в пластовых условиях в пределах различных месторождений Татарии изменяется от 0,2 до 0,6 мПа-с при температуре 40°С. Величина пластовой температуры колеблется в пределах 35-40°С.
Все месторождения характеризуются упруговодонапорным режимом и разрабатываются с поддержанием пластового давления заводнением. Залежь нефти Ромашкинского месторождения разрезана на ряд площадей, разрабатывающихся самостоятельно. Все пласты эксплуатируются через общий фильтр.
Исправление негерметичного цементного кольца. Трудности проведения этого вида РИР обусловливаются сложными гидродинамическими условиями: наличием как минимум двух пластов с различным пластовым давлением и, как следствие этого, перетоком жидкости из одного пласта в другой.
Подавляющее большинство РИР выполнено с закачкой раствора смолы ТСД-9 по следующим технологическим схемам:
через интервал перфорации продуктивного пласта - по схеме селективной изоляции;
через интервал специальных отверстий в кровельной части пласта-обводнителя для ликвидации нарушений в цементном кольце и исключения, из разреза скважины водоносного пласта как коллектора вообще;
через интервал специальных отверстий в кровельной части пласта-обводнителя с отключением продуктивного пласта или его интервала (перенос фильтра),
При проведении РИР по второй и третьей схемам продуктивный пласт предварительно изолируют цементным раствором. Затем перфорируются специальные отверстия, через которые закачивают раствор смолы при посаженном между ними и продуктивным пластом пакера.
По всем схемам интервалы специальных отверстий и продуктивного пласта перекрывают мостом из смолы или цементного камня. Затем при проведении РИР по первым двум схемам мост разбуривают в интервале продуктивного пласта полностью, и пласт перфорируют в прежних интервалах. По третьей схеме мост разбуривают лишь в пределах интервала пласта, назначенного для перфорации. При переходе на другой пласт мост из смолы или цементного камня в пределах прежнего интервала перфорации можно не вскрывать.
В целом успешность проведенных работ также низка: из 62 скважиноопераций успешными оказались 25, или 40,3%.
Отключение продуктивного пласта. В объединении Татнефть это наиболее многочисленная группа РИР, выполняемых с использованием смолы ТСД-9 - 139 скважиноопераций. Средняя успешность проведенных работ - 61,2%.
В зависимости от расположения отключаемого пласта РИР этого вида делятся на две группы:
- отключение верхних и средних (промежуточных) пластов;
- отключение нижних пластов.
Технологически эти работы осуществляются по двум схемам:
- закачкой раствора смолы в интервал перфорации отключаемого пласта;
- установкой "летучки" и герметизацией ее растворами смолы. При отключении верхних пластов нижние, как правило, перекрывают песчаными пробками или цементными мостами, которые затем вымывают или разбуривают. При отключении нижних пластов верхние пласты предварительно изолируют закачкой цементного раствора для предупреждения проникновения в них растворов смолы.
3.5 Оборудование применяемое при ВИР
Цементировочная арматура
Для цементирования с заливочными трубами применяют цементировочную арматуру типа АЦ1-150, АЦ2-160 конструкции Азинмаша, цементировочную головку грозненского типа или нижнюю часть фонтанной арматуры. Это же оборудование используют при химическом тампонаже скважин, гидравлическом разрыве пласта, кислотной обработке призабойных зон, при определении места дефекта в эксплуатационной колонне пакером и других работах. Цементировочная арматура герметизирует кольцевое пространство между колонной заливочных труб и эксплуатационной колонной. Это позволяет выполнять прямую и обратную промывку, а также продавку жидкости в фильтр скважины через заливочные трубы или кольцевое пространство. На промыслах объединения Грознефть широкое распространение получила цементировочная головка грозненского типа. Она может быть установлена на 168-лш и 219-лш эксплуатационных колоннах. В средней части корпуса головки имеется патрубок, к которому присоединяют манометр для замера давления в затрубном пространстве. Герметизация затрубного пространства в головке грозненского типа осуществляется с помощью двух шарнирных колец, уплотняющего резинового элемента и резиновой зажимной гайки. Резиновый элемент головки (цилиндрической формы) разрезан так, что его можно надеть на колонну труб, спущенных в скважину. Каждая цементировочная головка имеет набор шарнирных колец и резиновых элементов для труб диаметром от 48 мм до 114 мм.
Цементировочная головка грозненского типа рассчитана на работу при давлении в колонне до 200 атм., она позволяет в процессе работ (при наличии давления в затрубном пространстве) расхаживать заливочные трубы в интервале, равном длине верхней трубы.
Заливочные трубы
При цементировании в качестве заливочных труб применяют насосно-компрессорные трубы диаметром от 60 мм и выше, бурильные трубы с высаженными наружу концами диаметром от 60 мм и выше и бурильные трубы с высаженными внутрь концами диаметром от 89 мм и выше. В 114-мм эксплуатационной колонне в виде исключения применяют 48-мм заливочные трубы. Применение в качестве заливочных труб 73-мм бурильных труб с высаженными внутрь концами связано с риском забить трубы цементным раствором.
На промыслах объединения Азнефть для цементирования применяют двухступенчатую колонку заливочных труб. Ее верхнюю ступень составляют из 114-мм насосно-компрессорных труб, а нижнюю ступень из 73-мм труб. В глубоких скважинах применяют трехступенчатую колонну труб, состоящую из 73-мм и 114-лш насосно-компрессорных труб и 89-мм бурильных труб (из стали марки Е).
На промыслах объединения Грознефть обычно используют двухступенчатую колонну заливочных труб. Нижняя ее часть состоит из десяти-пятнадцати 60-мм насосно-компрессорных труб, соединенных между собой муфтами со снятой фаской; эту часть колонны называют хвостовиком. Верхнюю часть колонны составляют из 89-мм бурильных труб. Многолетняя практика изоляционных работ подтвердила безопасность применения 89-мм бурильных труб в верхней части колонны при цементировании в скважинах глубиной 1000-2500 м.
Пакеры
При изоляционных работах применяют цементировочные пакеры, которые устанавливают на нижнем конце колонны заливочных труб. Назначение пакера - изолировать участок эксплуатационной колонны ниже башмака заливочных труб от кольцевого пространства между этими трубами и колонной.
По характеру изоляции кольцевого (затрубного) пространства цементировочные пакеры делятся на две группы. К первой группе относятся извлекаемые пакеры (поднимаемые из скважины вместе г колонной заливочных труб). Вторую группу составляют неизвлекаемые пакеры. По окончании цементирования они отделяются от колонны заливочных труб и остаются в скважине. При необходимости пакеры второй группы могут быть удалены из скважины путем фрезерования.
Извлекаемые пакеры
На промыслах Советского Союза в качестве цементировочных пакеров применяют пакеры, сконструированные для гидравлического разрыва пласта и эксплуатации скважин.
С начала внедрения цементирования с пакером применяют пакеры с опорой на забой конструкции ГрозНИИ, АзНИИ, типа ПМ конструкции ОКБ по бесштанговым насосам. Достоинством пакеров с опорой на забой является простота их устройства и легкость уплотнения в скважине. Однако для установки пакера необходимо иметь твердый забой на определенной глубине. Кроме того, при цементировании с пакерами этой конструкции возможен прихват хвостовика цементом. Пакеры висячего типа (без опоры на забой) могут быть установлены в любой точке ствола скважины. Для цементирования применяют шлипсовый пакер ПШ и гидравлический модернизированный пакер ПГ-500 конструкции ОКБ по бесштанговым насосам, шлипсовый пакер ЦРМЗ Грознефти и самоуплотняющийся (автоматический) пакер АзНИИ.
Рис. 6. Схема гидравлического модернизированного пакера ГП-500
Гидравлический модернизированный пакер ПГ-500 (см. рис.) состоит из головки 1, к верхней части которой присоединяется гидравлический якорь и колонна заливочных труб, а к нижней части шток 5 и опорное дюралюминиевое кольцо 2. На шток надеты ограничитель 4 с ограничительной манжетой 3, упор 6 и гидравлическая манжета 7., К нижней части штока присоединен корпус 8 фонаря закрытого типа. Фонарь 9 имеет три башмака, расположенные под углом 120° по окружности корпуса. Каждый башмак подпирается изнутри тремя цилиндрическими пружинами, находящимися в глухих отверстиях корпуса фонаря 8. Верхнее и нижнее упорные кольца предотвращают выпадение башмаков. К нижней части корпуса крепится клапан пакера с дроссельным штуцером 10. Для уплотнения пакера ПГ-500 в колонну заливочных труб закачивают жидкость с расходом 2-2,5 л/сек. При этом в штуцере возникает перепад давления 3,5-5 атм. Через отверстия в корпусе фонаря 8 жидкость проходит во внутреннюю полость гидравлической манжеты 7 и расширяет ее до сопротивления со стенкой колонны. Под влиянием перепада давления сжимается пружина клапана, открываются его прямоугольные окна и жидкость проходит в пространство под пакером. При дальнейшем повышении давления под пакером гидравлическая манжета расширяется и окончательно уплотняет затрубное пространство. В результате создания высокого давления под пакером он выталкивается вверх вместе с колонной заливочных труб, в связи, с чем нарушается его уплотнение. Для удержания пакера на месте применяют гидравлический якорь, который устанавливают непосредственно над пакером. На промыслах Советского Союза наибольшее распространение получили гидравлические якори конструкции ОКБ по бесштанговым насосам.
Указанные пакеры, применяемые в качестве цементировочных, обладают рядом недостатков. Они изготовляются из стали, вследствие чего в случае прихвата цементом их очень трудно фрезеровать. Пакеры не имеют циркуляционных клапанов, которые соединяют пространство выше и ниже пакера, в результате при срыве пакера уплотняющий элемент действует как поршень, что усиливает отдачу пласта.
Пакеры ПШП конструкции ОКБ по бесштанговым насосам и ПШУ-65/8" конструкции ЦРМЗ Грознефти имеют циркуляционный клапан для соединения пространства выше и ниже пакера. В пакере ПШУ-65/8// конструктивно соединены шлипсовый пакер и механический якорь. Уплотнение пакера достигается при натяжении заливочных труб вверх. Пакер состоит из муфты У, ствола, к верхнему концу которого прикреплен фонарь, а к нижнему -- конус циркуляционного клапана с манжетами. В корпусе фонаря укреплены плашки фонаря, плашки пакера и конус. К последнему в свою очередь прикреплены перфорированная труба, уплотнительная резиновая манжета и седло циркуляционного клапана.
Пакер спускают на заливочных трубах, которые затем поворачивают вправо на 1-2 оборота. При этом штифт выходит из зацепления с замком. Корпус фонаря удерживается плашками в эксплуатационной колоне, а их конус при подъеме заливочных труб тоже поднимается вверх. Теперь уже плашки удерживают корпус фонаря в колонне. При дальнейшем натяжении заливочных труб конус сжимает манжету и герметизирует кольцевое пространство скважины. Поток жидкости при обратном промывке проходит через перфорированную трубу, по кольцевому пространству внутри пакера, через открытый циркуляционный клапан входит в конус, ствол и поступает в заливочные трубы. Поскольку площадь сечения этого кольцевого пространства равна площади сечения заливочных труб в свету, давление при прохождении жидкости через пакер не повышается.
Неизвлекаемые пакеры
На рис. 7 показана схема неизвлекаемого пакера конструкции Азинмаша с циркуляционным приспособлением.
Пакер изготовляется из легко разбуриваемого материала (например, из модифицированного чугуна). Циркуляционное приспособление устанавливается над пакером и соединяется с ним посредством переводника 3, имеющего' левую цилиндрическую или круглую резьбу. Пакер с циркуляционным приспособлением (без шарика 18) спускают в скважину на колонне заливочных труб. На устье скважины устанавливают цементировочную головку грозненского типа, а верхний конец заливочных труб подвешивают на вертлюге. Между вертлюгом и заливочными трубами устанавливают глухой переводник и крестовину с двумя отводами для закачки жидкости в трубы и боковым отверстием. После установки пакера на заданной глубине заливочные трубы поднимают на 0,5-1 м вверх. При этом утолщение трубы 1 садится на резиновое седло 2, вследствие чего циркуляционное приспособление закрывается. Скважину промывают прямой промывкой. Затем через боковое отверстие крестовины в заливочные трубы бросают шарик 18, который проходит по трубам и садится в гнездо клапана 17, закрывая его отверстие. В трубах поднимают давление. Жидкость под давлением проходит в отверстия 11 и расширяет резиновую манжету 10, плотно прижимая ее к стенке эксплуатационной колонны. При дальнейшем расширении манжета 10 передвигает вверх верхний конус 8. При этом срезаются винты 5 и 7, а верхние плашки 4 прижимаются к стенке эксплуатационной колонны, препятствуя движению пакера вверх. Когда давление в трубах поднимается еще больше, отрезается винт 19 и гнездо 17 выпадает из пакера. Бакелитовый шар 16 освобождается и вступает в действие обратный клапан. Для жидкости открывается проход через пакер. Затем заливочные трубы натягивают, в результате чего срезаются винты 12 и 13, а нижние плашки 14 прижимаются к стенке эксплуатационной колонны. Манжета 10 еще больше деформируется, а коническое стопорное кольцо 6 попадает в прорезь корпуса пакера 9. Пакер оказывается надежно укрепленным в эксплуатационной колонне на заданной глубине. Заливочные трубы опускают вниз на 0,5-1 м (чтобы открыть циркуляционный клапан) и закачивают в них цементный раствор и продавочную воду. Когда столб цементного раствора будет находиться на расстоянии 100-150 м от пакера, натягивают трубы, закрывая циркуляционный клапан. Цементный раствор продавливают в пласт под давлением 250-300 атм. После этого процесса снижают давление в заливочных трубах, при этом шар 16 садится на резиновое уплотнительное кольцо 15 обратного клапана. Выход цементного раствора из-под пакера прекращается. Заливочные трубы снова опускают на 0,5-1 м, чтобы открыть циркуляционный клапан. Обратной промывкой вымывают из заливочных труб излишний цементный раствор. Вращая трубы вправо, вывинчивают переводник 3 из пакера. Заливочные трубы поднимают из скважины и оставляют скважину на период затвердения цемента. В случае необходимости пакер удаляют из ствола скважины путем фрезерования.
На промыслах США применяют неизвлекаемые пакеры различных: конструкций. Наибольшее распространение получили неизвлекаемые пакеры (цементировочные фонари, ритайнеры) фирмы «Baker».
Цементировочные желонки
Для установки цементных пробок и изоляционных работ в скважинах с малой поглотительной способностью без заливочных труб применяют цементировочные желонки.
Клапан цементировочной желонки устроен так, что после соприкосновения с забоем он открывается и остается открытым при подъеме желонки вверх. Применяют желонки с клапанами и различных конструкций. Из них наиболее совершенной является цементировочная желонка с отпадающим пластмассовым дном и шарнирным клапаном конструкции Стрыйской конторы бурения треста Львовнефтегазразведка. Диаметр и длину желонки выбирают согласно табл. 3.
Таблица 3
Условный диаметр эксплуатационной колонны, мм | Максимальный наружный диаметр желонки, мм | Диаметр тартального каната, мм | ||
При длине 10-12 м | При длине 18-25 м | |||
114 | 73 | 60 | 16 | |
146 | 89 | 60 | 16 | |
168 | 102 | 89 | 19 | |
194 | 114 | 102 | 19 | |
219 | 141 | 114 | 19 | |
273 | 168 | - | 22 |
3.6 Технология ремонтно-изоляционных работ по скважинам
Основные положения проблемы ремонтно-изоляционных работ в скважинах.
Основное назначение РИР - обеспечение оптимальных условий работы продуктивного пласта (или нескольких пластов) для достижения запланированного (максимального) извлечения запасов нефти.
По номенклатуре РИР относятся к работам по капитальному ремонту скважин (КРС) и, как все ремонтные работы, проводимые в скважинах, являются одним из основных средств реализации проектов разработки нефтяных месторождений.
B зависимости от цели все РИР делятся на следующие виды:
1. Отключение отдельных обводненных (выработанных) интервалов пласта в нефтяных скважинах, независимо от их местоположения по толщине и характера обводнения (подошвенная вода, контурная, закачиваемая). Регулирование закачки воды по толщине заводняемых пластов в нагнетательных скважинах.
Необходимость проведения работ этого вида обусловливается неоднородным строением и неравномерными выработкой и обводнением продуктивных пластов по толщине. Работы проводят в слоистых пластах. Для обеспечения нормальных условий их выработки по всей толщине»
2. Исправление негерметичного цементного кольца (в том числе ликвидация межпластовых перетоков),
Необходимость проведения этого вида РИР обусловлена несоответствием качества цементирования обсадной колонны условиям эксплуатации скважины и является как следствием получения негерметичного цементного кольца и разрушения его в процессе эксплуатации скважины.
Отключение отдельных пластов. Необходимость проведения данного вида РИР возникает в нефтяных и нагнетательных скважинах, одновременно эксплуатирующих несколько пластов. Различие в геологическом строении пластов (толщина, коллекторские свойства) обусловливает разновременность их выработки (обводнения) и, следовательно, необходимость отключения каждого выработанного (обводненного) пласта с целью обеспечения нормальных условий выработки остальных.
Ликвидация нарушений обсадных колонн. Необходимость в проведении этих работ обусловлена нарушением герметичности обсадной колонны вследствие несоответствия конструкции скважины условиям ее эксплуатации: цементирование обсадной колонны не по всей длине, использование для заводнения сточных вод, повышение давления нагнетания и пластового давления и т.д.
5. Наращивание (доподъем) цементного кольца за обсадной колонной и кондуктором.
Необходимость проведения работ в первую очередь диктуется требованиями охраны недр и окружающей среды: предотвращение перетока пластовых и закачиваемых жидкостей из пласта в пласт и выхода их на поверхность.
Иногда эти работы проводят одновременно с ликвидацией нарушений обсадной колонны, которые в основном являются следствием отсутствия цементного кольца за колонной или плохого его качества.
6. Перевод скважин на другие пласты и горизонты, временная консервация и ликвидация скважин. Эти работы осуществляются в соответствии с действующими положениями о порядке перевода скважин на другие горизонты, временной консервации и ликвидации скважин.
Ликвидация скважин к РИР отнесена условно, поскольку в ряде случаев прямого отношения к разработке основного пласта в данной скважине она не имеет. Включение этих работ в основной перечень РИР обусловлено выполнением этих работ бригадами капитального ремонта и использованием методов РИР.
К основным методам относятся: установка моста, летучки, пакера; перекрытие интервала перфорации взрывным пакером; создание непроницаемого экрана в призабойной зоне пласта; перекрытие нарушений в цементном кольце и обсадной колонне с помощью тампонажных материалов и т.д.
Учитывая принципиальные различия в механизме закупоривания пористой среды, методы создания непроницаемого экрана делятся на селективные и неселективные.
Каждый метод изоляции, равно как и каждый изоляционный реагент или конструкция разобщающего устройства, имеет свои области более эффективного применения при проведении определенного вида РИР. Вместе с тем каждый из них с успехом может быть применен и при ведении нескольких видов РИР. Так, установкой пакера отключают обводненный пласт, а также интервалы нарушения обсадной колонны. Цементные растворы используют для установки мостов при отключении нижних пластов и их нижних интервалов, для исправления некачественного цементного кольца, ликвидации нарушений обсадной колонны и т.д.
Наконец, каждую операцию РИР, осуществляемую с помощью данного метода, выполняют по определенной технологии. Перечень мероприятий и строгий порядок их проведения обеспечивают достижение поставленной цели.
Метод РИР, изоляционный реагент, конструкция разобщающего устройства и технология РИР взаимно обусловливают и определяют друг друга. В каждом отдельном случае их выбирают с учётом большего комплекса показателей: геолого-физических особенностей продуктивного пласта или пласта-обводнителя, гидродинамических условий, существующего опыта проведения РИР на данном месторождении, оснащенности техникой, материалами и т.д.
Технологическая схема РИР может быть разработана применительно к условиям каждой конкретной скважины.
Назначение изоляционных работ
Изоляционные работы, проводимые при восстановлении скважин, преследуют разнообразные цели.
Первое, основное их назначение, исправление негерметичного цементного кольца с целью изоляции посторонней воды, поступающей к фильтру из нижележащих или вышележащих пластов.
Второе назначение изоляционных работ состоит в том, чтобы устранить в эксплуатационной колонне дефекты, которые могут не только обусловить поступление воды в ствол, но и явиться причиной нарушения нормальной эксплуатации скважины.
