способ ремонта скважин подземных резервуаров

Формула изобретения

1. Способ ремонта скважин подземных резервуаров, предусматривающий определение негерметичности цементного кольца в заколонном межтрубном пространстве скважины, установку пакера, очистку образовавшихся каналов в цементном кольце, заполнение их тампонажным раствором и выдержку его под давлением до затвердевания, отличающийся тем, что предварительно определяют интервал расположения вязкопластичных горных пород в заколонном пространстве скважины, в качестве рабочего раствора для тампонирования заколонного пространства используют нагретый концентрированный рассол, например раствор NaCI, при этом температура нагревания рассола выше температуры пород, залегающих над сводом подземного резервуара, и предпочтительно составляет 60-90^oС, нагретый рассол прокачивают в заколонном пространстве скважины до уровня расположения вязкопластичных пород, а выдержку тампонажного раствора под давлением осуществляют до кристаллизации соли из рассола и проникновения вязкопластичных пород в зону трещинообразований в заколонном цементном кольце.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что закачку нагретого рассола в скважину осуществляют по межтрубью рабочей и основной обсадной колон труб с одновременным отбором рассола из подземного резервуара.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в нагретый рабочий рассол добавляют механические примеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области эксплуатации подземных резервуаров, созданных в каменной соли, и может быть использовано в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности.

Известны способы ремонта затрубного пространства эксплуатационных обсадных колонн труб с использованием обратной циркуляции тампонажных растворов, ступенчатого цементирования с разрывом во времени между ступенями, замедленного цементирования, цементирования неодновременно схватывающимися тампонирующими растворами с быстросхватывающимся основанием, разделяющим и перекрывающим газоносные пласты (А.И. Булатов. Технологические цементирования нефтяных и газовых скважин. "Недра", М., 1973).

Наиболее близким к предлагаемому является способ ремонта нефтяных и газовых скважин путем цементирования под давлением, включающий обнаружение дефектного участка цементного кольца обсаженной скважины, установку цементного моста или пакера, очистку образовавшихся каналов в цементном камне от грязи, заполнение их тампонажным раствором через башмак обсадной колонны или перфорационные отверстия, выдержку тампонажного раствора под давлением до момента его отверждения (А. И. Серенко, Н.А. Сидоров, А.Г. Кошелев и др. Вторичное цементирование нефтяных и газовых скважин. "Нефтяная промышленность". Обзорная информация, серия "Бурение", вып. 4 (22), М., 1982).

Недостатком указанных способов является трудоемкость их осуществления и высокая стоимость.

Решаемая задача заключается в повышении эффективности ремонта скважин.

При этом снижаются трудоемкость и затраты при проведении восстановительных работ по герметизации заколонного пространства скважины подземного резервуара, созданного в растворимых горных породах. По данным технико-экономического анализа заявленный способ примерно в 10 раз экономичнее способов, использующих в этих условиях тампонажные цементные растворы.

Указанная задача решается при использовании известного способа ремонта скважины подземных резервуаров, предусматривающего определение негерметичности цементного кольца в заколонном межтрубном пространстве скважины, установку пакера, очистку образовавшихся каналов в цементном кольце, заполнение их тампонажным раствором и выдержку его под давлением до затвердевания. В соответствии с предлагаемым способом предварительно перед тампонированием обнаруженных каналов в цементном камне определяют интервал расположения вязкопластичных горных пород в заколонном пространстве скважины. При тампонировании заколонного пространства в качестве тампонажного рабочего раствора используют нагретый концентрированный рассол, например раствор NaCl. Температура нагревания рассола должна быть выше температуры пород, залегающих над сводом подземного резервуара, и предпочтительно составляет 60-90^oС. Нагретый рассол прокачивают в заколонном пространстве скважины до уровня расположения вязкопластичных пород. Выдержку тампонажного раствора под давлением осуществляют до момента кристаллизации соли из рассола и проникновения вязкопластичных пород в зону трещинообразований в заколонном цементном кольце.

Отличием способа является также то, что закачку нагретого рассола в скважину подземного резервуара осуществляют по межтрубному пространству рабочей и основной обсадной колонн труб с одновременным отбором рассола из подземного резервуара.

Другое отличие способа заключается в том, что в нагретый рассол добавляют механические примеси.

Во избежание гидроразрыва окружающих горных пород величина давления на устье скважины не должна превышать максимально допустимое значение, определяемое глубиной спуска обсадной колонны труб, свойствами залегающих пород над кровлей подземного резервуара, плотностью рассола и другими показателями.

Определение интервала залегания вязкопластичных пород в заколонном пространстве скважины обусловлено необходимостью повышения их пластичности для сцепления их с колонной, с целью исключения перетоков жидких или газообразных продуктов в заколонном пространстве.

Использование нагретого рассола при тампонировании трещин (каналов) цементного кольца способствует образованию . прочных кристаллизационных структур. Добавление в рассол механических примесей ускоряет процесс кристаллизации соли.

Температурный интервал нагревания рассола обусловлен осуществлением процесса кристаллизации соли в заколонном пространстве скважины.

Прокачка рассола в заколонном пространстве скважины до интервала расположения вязкопластичных пород способствует увеличению их пластичности и текучести за счет смачиваемости, при этом повышается сцепление этих пород с обсадной колонной труб, цементным кольцом и стенками скважины.

Выдержка раствора NaCl при тампонировании под давлением до момента кристаллизации соли и проникновения вязкопластичных пород в зону трещинооб-разований в цементном кольце связана с обеспечением надежности процесса герметизации заколонного пространства основной обсадной колонны труб.

Закачка нагретого рассола в скважину с одновременным его отбором из подземной выработки ускоряет подвод рассола к месту образования коагуляционно-кристаллизационных структур в заколонном пространстве, снижая тем самым тепловое воздействие на обсадные колонны труб и цементное кольцо.

Предлагаемый способ ремонта скважин подземных резервуаров поясняется схемами, представленными на фиг. 1 и 2. На фиг. 1 показана общая схема осуществления способа. На фиг. 2 - вариант осуществления способа на фиг. 1.

На фиг. 1, 2 представлены подземная выработка 1, созданная геотехнологическим способом в залежах каменной соли 2. Сообщение подземной выработки 1 с дневной поверхностью осуществляется скважиной 3, обсаженной основной колонной труб 4, зацементированной до устья цементным кольцом 5. В основную обсадную колонну труб 4 спущена рабочая колонна труб 6. Для подачи концентрированного рассола на промышленную площадку служит рассолопровод 7, по которому его подают в резервуар 8 с нагревателем. Из резервуара 8 рассол подают к насосу 9 для закачки его по трубопроводам 10 в скважину 3.

Для регулирования производительности и режима закачки рассола используют запорные устройства 11. Отбор рассола из скважины 3 осуществляют с использованием рассолоотстойника 12, из которого рассол удаляют с промплощадки по рассолопроводу 13. Для восстановления герметичности скважины 3 используют вязкопластичные породы 14. Для ликвидации трещин (каналов) 15 в цементном кольце 5 используют коагуляционно-кристаллизационные структуры. При сложности прокачки нагретого рассола под башмак (фиг. 2) устанавливают межколонный пакер 17 и рассол закачивают через отверстия 18, образованные в колонне труб 3 и цементном кольце 5. Способ осуществляют следующим образом.

На основе геологических данных по скважине 3 определяют интервалы расположения вязкопластичных пород 14, например глинистых включений, в промежутке от устья скважины 3 до свода подземной выработки 1. Анализируют свойства вязкопластичных пород 14. В частности, устанавливают по керновому материалу изменение их пластичности во времени при различной смачиваемости. Затем выбирают место сообщения внутреннего пространства основной обсадной колонны труб 4 с ее заколонным пространством в выбранном интервале вязкопластичных пород. Оптимальным является сообщение указанных пространств при закачке концентрированного рассола под башмак 16 основной обсадной колонны труб 3. Осуществимость этого возможна при значительной трещиноватости цементного камня 5 в заколонном пространстве и незначительной удаленности интервала вязкопластичных пород 14 от башмака 16 основной обсадной колонны труб 4.

В противном случае сообщение указанных пространств производят, например, пескоструйным методом или кумулятивной перфорацией. При этом в межтрубном пространстве 4-6 устанавливают пакер 17. Наличие гидравлической связи в сообщенных пространствах проверяют путем закачки и продавливания рассола через колонну труб 4 и ее отверстия 18 в заколонное пространство, производя частичное отмывание от остатков углеводородов, попавших в результате их утечки из подземной камеры 1. Отмывание можно производить также горячей водой или паром. После установления гидравлической связи заколонное пространство отмывают специальной промывочной жидкостью, например спиртокислотной эмульсией.

Затем в заколонное пространство нагнетают насосом 9 предварительно нагретый, например, в баке 8 концентрированный рассол с добавкой механических примесей. Рассол можно закачивать и без мехпримесей, если в заколонном пространстве существует достаточное количество неровностей за счет растрескивания цементного камня 15, которые служат зародышами для образования кристаллов.

Температура нагревания рассола должна быть выше температуры пород, расположенных в окрестностях свода подземной выработки 1.

Для скважин подземных резервуаров предпочтительная температура нагревания рассола составляет 60-90^oС. Процесс нагнетания подготовленного рассола в скважину 3 осуществляют по межтрубью 4-6 между основной обсадной колонной труб 4 и рабочей колонной труб 6, при котором рассол из подземной выработки 1 одновременно отбирают по центральной рабочей колонне 6. Отбор рассола из подземной выработки 1 на этапе его закачки осуществляют с целью ускорения доставки подготовленного рассола к месту сообщения его с заколонным пространством, например к башмаку основной обсадной колонны труб 4. Количество отбираемого рассола должно быть не менее объема межтрубья, в которое осуществляют закачку подготовленного рабочего рассола, в интервале от устья скважины и до башмака основной обсадной колонны труб 4. Кроме того, ускоренная подача нагретого рассола в заколонное пространство смягчает тепловое воздействие на обсадные колонны труб и цементный камень.

По достижении рассолом участка, сообщенного с заколонным пространством, запорные устройства 11 на выходе рассола из скважины 3 закрывают и продолжают нагнетать рабочий рассол в межтрубье 4-6.

Во избежание гидроразрыва окружающих пород величина давления на устье скважины не должна превышать максимально допустимого значения, определяемого конструктивными элементами подземного резервуара, геологическими характеристиками вмещающих подземный резервуар горных пород, а также свойствами испытательного флюида.

После стабилизации давления на устье скважины 3 нагнетание рассола прекращают, закрывают запорные устройства 11 и подземный резервуар 1 оставляют под давлением на необходимое время, проводя систематические наблюдения за состоянием всей системы обеспечения эксплуатации подземного резервуара 1.

Время выдержки подземного резервуара 1 под давлением, в первую очередь, определяется скоростью кристаллизации соли из раствора, а также проникающей способностью вязкопластичных пород в микро- и макротрещины заколонного пространства, которая, в свою очередь, зависит от физико-химических свойств пород, глубины залегания, температуры вмещающих выработку пород и т.д.

При контакте концентрированного рассола с вязкопластичными породами 14, например глинами, последние по мере увеличения смачиваемости приобретают большую пластичность. В результате под влиянием горного давления увеличиваются текучесть и их проникающая способность. Происходит процесс образования коагуляционных структур в результате коагуляционного сцепления частиц глины с прослойками цементного камня, породой и частицами каменной соли. Кроме того, происходит процесс кристаллизационного структурообразования, вследствие срастания множества мелких кристаллов соли, выпадающих из раствора за счет охлаждения нагретого рассола в заколонном пространстве. Интенсификации процесса коагуляционно-кристаллизационного структурообразования способствует и сам процесс заполнения пустот заколонного пространства концентрированным рассолом, являющимся хорошим электролитом, в результате чего определенные поверхностные электрические заряды, имеющиеся на обсадной колонне труб 4 и цементном кольце 5, способствуют увеличению заряженных глинистых частиц, ускоряя в целом их седиментацию в микро- и макротрещинах. Глинистые частицы, обволакивая обсадную колонну труб 4 и цементный камень 5, повышают также их коррозионную устойчивость.

При наличии в заколонном пространстве нескольких пластов вязкопластичных пород выбирают пласт, наиболее близкий к башмаку 16 обсадной колонны труб 4, с целью сохранности колонны по ее длине, поскольку созданные в ней отверстия 18 будут находиться в нижней части колонны труб 4. Наиболее удобным является способ ремонта скважины, при котором сообщение с заколонным пространством осуществляется через башмак 16 основной обсадной колонны труб 4.

При отсутствии в заколонном пространстве вязкопластичных пород ремонт скважин производят только с использованием концентрированного рассола путем создания кристаллизационных структур за обсадной колонной труб 4.

Герметичность подземного резервуара 1 определяют по стабилизации давления в системе.

На отверстия 18 в обсадной колонне труб 4 накладывают стальные пластыри либо опускают дополнительную колонну труб меньшего диаметра с цементацией ее до устья скважины 3 в случае сильного износа основной обсадной колонны труб 4.

После закрытия отверстий 18 в обсадной колонне труб 4 ее промывают пресной водой. Окончательным этапом при проведении ремонтных работ служит гидравлическое испытание системы хранимым продуктом.

Пример осуществления способа.

Иллюстрирует предлагаемый способ ремонта скважин подземных резервуаров применительно к ремонту подземного резервуара объемом 16,8 тыс. м³, расположенного в интервале 1309,8-1320,3 м, сообщающегося с дневной поверхностью скважиной с основной обсадной колонной труб 219 и 324 мм. Ремонтные работы на подземном резервуаре осуществляются с использованием нагретого концентрированного рассола, давление рассола на устье скважины - 3 МПа.

Рассол, находящийся в резервуаре при температуре 18,5^oС, содержит 315,6 кг соли в кубическом метре. Нагретый до 60^oС рассол, закачиваемый в скважину, содержит 346,9 кг соли в кубическом метре. Следовательно, при прокачивании одного кубического метра рассола в заколонное пространство в нем выкристаллизовалось более 31 кг соли.

В результате проведенных испытаний на герметичность отремонтированный резервуар по предлагаемой технологии оказался герметичным и успешно эксплуатируется в течение трех лет.