Введение к работе
Заколонные проявления и межпластовые перетоки возникают в различных геолого-технических условиях и при самом разнообразном сочетании технико-технологических параметров цементирования, в том числе и соблюдении требований современной технологии цементирования. Анализ промыслового материала по нефтегазодобывающим скважинам показывает, что число скважин, в которых возникают межколонные флюидопроявления, очень велико.
К настоящему времени решены многие проблемы формирования герметичного заколонного пространства, однако значительное количество скважин с заколонными проявлениями указывает на актуальность проблемы. Решению этой задачи и посвящена данная работа.
Цель работы: повышение качества цементирования скважин путем управления тиксотропными свойствами тампонажного раствора с помощью комплексных реагентов и исследование физико-химических процессов, происходящих при формировании цементного камня.
Основные задачи:
1. Анализ основных факторов, определяющих появление межколонных флюидопроявлений, выявление технологии первичного цементирования и материалов обеспечивающих изолирующую способность нефтяных, газовых и водоносных пластов.
2. Теоретический анализ механизма действия реагентов и их выбор с целью придания тампонажным растворам тиксотропных свойств, обеспечивающих предупреждение миграции пластового флюида в различных геолого-технических условиях.
3. Совершенствование и разработка тампонажных растворов с тиксотропными свойствами с применением реагентов, позволяющих управлять комплексом необходимых технологических свойств. Исследование влияния реагентов на технологические показатели растворов.
4. Разработка методики расчета процесса создания противодавления, учитывающей взаимосвязь между величиной противодавления и объемом подкачки продавочной жидкости.
5. Внедрение эффективных тампонажных составов и результаты их применения.
Научная новизна:
1. Выявлено существенное влияние технологии цементирования и применяемых материалов на миграцию пластовых флюидов по межколонному и заколонному пространствам. Дополнены требования к технологии и материалам, используемым при первичном цементировании и предотвращающим миграцию пластового флюида.
2. На основе теоретического анализа механизма действия реагентов, обеспечивающих тиксотропные свойства тампонажных растворов, подтверждена природа синергетического эффекта при их применении.
На основе синергетическиого эффекта комплексных реагентов за счет сочетаниия двух механизмов стабилизации – усиленного вытеснительного и электростатического – исследованы тиксотропных свойства тампонажных растворов (ТТР) и предложены их новые составы. Установлено:
- высокостабильную тиксотропную структуру, устойчивую к релаксации напряжений (степень релаксации СР = 0), способны образовывать только составы, содержащие дополнительно к полимерному компоненту реагент-стабилизатор серии "Крепь";
- ТТР, работающие по механизму усиленной вытеснительной стабилизации (на основе реагентов Сульфацелл и КРК), удовлетворяют требованию соответствия условию седиментационной устойчивости для цементирования пологих и горизонтальных стволов скважин в диапазоне температур 40-90С. При температурах 75 С и выше время существования устойчивой тиксотропной структуры, обеспечивающей предотвращение каналообразования и герметичность заколонного пространства при любом зенитном угле наклона ствола (СР < 79,5 %), ограничено вследствие химической и термической деструкции полимерных компонентов, в связи с чем, в каждом конкретном случае необходима проверка рабочей рецептуры на соответствие времени существования устойчивой тиксотропной структуры и сроков схватывания. Только в случае, если сроки схватывания не превышают времени существования устойчивой тиксотропной структуры, ТТР дают положительный эффект;
- ТТР на основе синергетического эффекта сочетания усиленного вытеснительного и электростатического механизмов стабилизации (реагентов Сульфацелл и КРК с реагентом Крепь-1), обладают значительно большим запасом устойчивости тиксотропной структуры, благодаря чему могут обеспечить предотвращение каналообразования и герметичность заколонного пространства в случаях, когда продолжительность процесса цементирования превышает допустимый предел для ТТР на основе только Сульфацелла и КРК.
- при использовании в качестве вяжущего высокотемпературных спеццементов – ТТР, стабилизированные только по механизму усиленному вытеснительному механизму (на основе реагентов Сульфацелла и КРК), удовлетворяют требованию соответствия условию седиментационной устойчивости до температуы 120 С. ТТР на основе реагента Крепь-В рекомендованы для применения в условиях температур выше 120 С, в которых остальные ТТР неспособны обеспечить предотвращение каналообразования и герметичность заколонного пространства вследствие быстрой деструкции и потери тиксотропных свойств.
3. Установлены эффективные способы растворения реагентов-струк-турообразователей, обеспечивающие стабильность ТТР, сохранение его тиксоропных свойств, надежную изоляцию пластов и предотвращение заколонных флюидопроявлений.
4. Предложен алгоритм расчета противодавления с учетом объема тампонажного раствора и установлена взаимосвязь между основными параметрами процесса создания противодавления.
Практическая значимость:
1. Разработаны составы ТТР, позволяющие на ранней стадии с достаточной степенью надежности обеспечить повышение качества цементирования скважин за счет предотвращения каналообразования в заколонном пространстве.
2. Разработаны рекомендации по применению технологичных комплексных реагентов для приготовления ТТР для различных условий применения.
3. Разработан алгоритм расчета процесса создания противодавления, использование которого позволяет оперативно вычислить значения параметров процесса, таких как объем фильтрации технологических жидкостей, объем и интенсивность возможного поглощения или проявления, своевременно проводить мероприятия, направленные на предотвращение осложнений и повышение качества крепления скважин.
4. Внедрены разработанные рецептуры на ряде месторождений, характеризующхся флюидопроявлениями и заколонными давлениями в скважинах в период ОЗЦ.
5. Получен патент РФ "Тиксотропный тампонажный раствор с нулевой степенью релаксации".
Апробация работы: Материалы диссертационной работы докладывались на межотраслевых научно-практических конференциях: "Комплексная технология и технические средства для заканчивания скважин с целью увеличения их продуктивности в 1,5-2 раза", 2008 г., Анапа; "Технологические средства и материалы для бурения и ремонта скважин в условиях АНПД" 20-24 мая, 2009 г., 17-20 мая 2010 г., Анапа. В полном объеме диссертационная работа докладывалась и обсуждалась на семинаре лаборатории крепления скважин ОАО НПО "Бурение".
Публикации: Результаты работы соискателя, отражающие основные положения диссертации, опубликованы в 9 научных трудах.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из вве-дения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего 121 наименований. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц, 10 рисунков,6 приложений. Автор благодарен научному руководителю, д.т.н. Рябовой Л.И. и своим коллегам к.т.н. Гринько Ю.В., к.т.н. Шляховому Д.С. за помощь в работе над диссертацией.
