способ создания обсадной колонны жидкой

Формула изобретения

Способ создания обсадной колонны жидкой, включающий добавление к буровому раствору молотой скорлупы ореха, отличающийся тем, что используют молотую скорлупу кедрового ореха с размером частиц 150 мкм и 500 мкм и дополнительно - гидролизный лигнин при суммарной их концентрации в буровом растворе 75-210 кг/м³ и следующем соотношении компонентов, кг/м³:

Указанная скорлупа с размером частиц 150 мкм	5-70
Указанная скорлупа с размером частиц 500 мкм	5-100
Гидролизный лигнин	25-70,

указанное добавление осуществляют последовательно - указанной скорлупы с размером частиц 150 мкм, указанной скорлупы с размером частиц 500 мкм, гидролизного лигнина, и предварительно осуществляют обработку бурового раствора 2% от его объема гидрофобизатором ГКЖ-11Н и доведения его pH до 9,5 каустической содой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и ремонта нефтяных и газовых скважин в части применения промывочных и технологических жидкостей и, в частности, может иметь применение при процессах:

- первичное вскрытие продуктивных горизонтов;

- строительство горизонтальных и наклонно-направленных скважин с большими отходами ствола от вертикали;

- вскрытие пластов с аномально низким пластовым давлением - АНПД;

- бурение многозабойных скважин;

- освоение скважин;

- глушение скважин с применением блокирующих составов;

- капитальный ремонт скважин;

- проведение гидроразрыва пласта;

- повышение эффективности отбора керна;

- роторное бурение совместно с гидроизлучателем;

- бурение неглубоко залегающих водоносных интервалов, имеющих хозяйственно-бытовое значение;

- строительство скважин на шельфе.

Уровень техники,

Технология обсадной колонны жидкой (ОКЖ) представляет собой создание низкопроницаемой корки на горной породе в стенках скважины, препятствующей возникновению и развитию осложнений в процессе бурения, и осуществляется путем введения в используемый буровой раствор материалов, к которым относятся различные виды наполнителей для бурового раствора: асбест хризотиловый, слюда молотая флогопит, дробленая резина (Иогансен К.В. Спутник буровика: Справочник. - 3-е изд., Москва, Недра, 1990, с.108-109). В частности, таким материалом, применяемым в технологии ОКЖ дисперсной, является слюда молотая флогопит различных марок. Марки флогопита классифицируются по размерам частиц: 60, 125, 160, 315, 630 микрон. Наименование марки совпадает с размером составляющих ее частиц. Марки 160 и 630 используемы в технологии ОКЖ (размеры частиц 150 и 500 микрон), но их плотность достаточно высока, что снижает эффективность их использования. Типичная практика применения различных наполнителей предполагает добавление в буровой раствор только одного наполнителя по всему объему и в малых концентрациях - 10-20 г/л.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ снижения потери циркуляции бурового раствора герметизацией пористых подземных пластов - создания ОКЖ путем добавления, по крайней мере, к части бурового раствора молотых сердцевин кукурузных початков с, по крайней мере, двумя разными фракционными составами, где размеры частиц менее и более 420 мкм, причем одна часть из них имеет размер в 3-5 раз больше размера частиц другой части, размер частиц которой в 3-5 раз больше размера частиц следующей части, например, предусмотрено в смеси таких частиц следующее распределение по размерам, мас.%:, 8000-1400 мкм 10-60, 1400-400 мкм 10-60, 400-75 мкм 10-60, причем отмечено и сочетание указанных сердцевин и/или молотой скорлупы грецкого ореха при количестве добавки 3500 г на см³ бурового раствора (Патент США № 4247403, опубл. 27 янв. 1981).

Недостатком этого способа является недостаточная его эффективность.

Задачей заявленного изобретения является повышение эффективности блокирования поровых каналов и трещин в горной породе.

Указанная задача решается тем, что в способе создания обсадной колонны жидкой, включающем добавление к буровому раствору молотой скорлупы ореха, используют молотую скорлупу кедрового ореха с размером частиц 150 мкм и 500 мкм и дополнительно гидролизный лигнин при суммарной их концентрации в буровом растворе 75-210 кг/м³ и следующем соотношении компонентов, кг/м ³:

Указанная скорлупа с размером частиц 150 мкм	5-70
Указанная скорлупа с размером частиц 500 мкм	5-100
Гидролизный лигнин	25-70,

указанное добавление осуществляют последовательно - сначала указанной скорлупы с размером частиц 150 мкм, затем указанной скорлупы с размером частиц 500 мкм и гидролизного лигнина, а перед ним осуществляют обработку бурового раствора 0,2% от его объема гидрофобизатором ГКЖ-11Н и доведение значения его pH до 9,5 реагентом.

Сущность технологии ОКЖ заключается в получении бурового раствора, способного блокировать проницаемые интервалы горных пород, вскрытые скважиной. Существенные признаки изобретения следующие: обработка пачки бурового раствора гидрофобизатором, обладающим бактерицидными свойствами, с концентрацией 2% по объему пачки, доведение pH раствора до 9,5 путем добавки каустической соды, последовательное добавление в буровой раствор помола скорлупы кедровых орехов с размером частиц 150 мкм, помола скорлупы кедровых орехов с размером частиц 500 мкм и гидролизного лигнина ТУ 64-11-05-87. Минимальная суммарная концентрация трех этих компонентов в буровом растворе должна быть 75 кг/м³ (г/л). В зависимости от целей применения и горно-геологических условий скважины концентрация может изменяться от 75 до 210 кг/м³. После приготовления бурового раствора в соответствии с указанными требованиями пачка прокачивается по стволу скважины, не останавливая процесс бурения периодически в зависимости от цели применения.

Результатами применения технологии ОКЖ является:

- снижение проницаемости фильтрационной корки;

- изоляция истощенных коллекторов;

- закупоривание каналов поглощения в пористых и трещиноватых породах;

- предотвращение загрязнения приствольной зоны пласта фильтратом бурового раствора;

- снижение скорости фильтрации жидкости в пласт;

- снижение вероятности затяжек и прихватов инструмента;

- обеспечение безаварийного проведения геофизических исследований в скважине и спуска обсадных колонн;

- повышение качества цементирования обсадных колонн;

- предотвращение поглощений бурового раствора;

- снижение сил трения при вращении инструмента и спускоподъемных операциях;

- повышение устойчивости стенки скважины.

Главной задачей, на решение которой направлено изобретение является блокирование поровых каналов и трещин в горной породе. Решение этой задачи обеспечивается последовательностью действий технологии ОКЖ и применением смеси материалов, произведенных из скорлупы кедровых орехов и гидролизного лигнина. Достижение эффекта обеспечивается за счет взаимодействия лигнина скорлупы кедровых орехов как природного полимера с гидролизным лигнином на микронном уровне.

Осуществление изобретения.

Реализация изобретения производится в следующей последовательности.

1. Обеспечить наличие на буровой емкости для приготовления раствора по технологии ОКЖ объемом не менее 30 м³, оборудованной механическими и гидравлическими перемешивателями, а также гидроворонкой для ввода сыпучих материалов, - гидросмесителя.

2. Предусмотреть прямую - независимую обвязку буровых насосов и указанной емкости с возможностью быстрого переключения приема насосов от рабочих емкостей на емкость с раствором, приготовленным по технологии ОКЖ.

3. Перекачать в емкость для приготовления раствора по технологии ОКЖ расчетный объем бурового раствора из рабочей емкости.

4. Запустить в работу перемешиватели.

5. Обработать пачку рабочего раствора гидрофобизатором с концентрацией 2% от объема бурового раствора (20 г/л) и довести уровень pH до значения 9,5.

6. Ввести в раствор расчетное количество помола скорлупы кедровых орехов с размером частиц 150 мкм через гидроворонку.

7. Ввести в раствор расчетное количество помола скорлупы кедровых орехов с размером частиц 500 мкм через гидроворонку.

8. Ввести в раствор расчетное количество гидролизного лигнина через гидроворонку.

9. Ввести в раствор расчетное количество химреагента, необходимое для обеспечения pH=9,5, через гидроворонку.

10. Переключить прием буровых насосов на емкость с раствором ОКЖ.

11. Замерить и записать в журнал промывочных жидкостей параметры раствора ОКЖ - плотность, условная вязкость, водоотдача, pH, СНС - статическое напряжение сдвига.

12. Не останавливая бурение/промывку скважины, закачать приготовленную пачку раствора ОКЖ в скважину в рабочем режиме работы насосов.

13. Переключить прием буровых насосов на рабочую емкость.

14. При прокачке ОКЖ возможны кратковременный рост давления на насосах, а также поглощение бурового раствора. В случае поглощения продолжать работу насосов в течение 15-20 мин, наблюдая за выходом раствора из скважины. Если поглощение не прекращается, остановить работу, поднять инструмент в башмак и далее работать по плану ликвидации поглощения.

15. Наблюдать за выходом пачки ОКЖ из скважины. Записать в журнал промывочных жидкостей фактическое время циркуляции, давление на насосах в течение цикла и параметры раствора ОКЖ на выходе - плотность, условная вязкость, водоотдача, pH, СНС. На выходе из скважины перед пачкой ОКЖ в растворе будет наблюдаться повышенное содержание шлама в буровом растворе и соответственно более высокая плотность - это нормально и не требует проведение дополнительных мер.

16. Повторить процедуру приготовления и закачки раствора ОКЖ по пп.3-14 - в случае необходимости.

Не допускать смешивания потоков из емкости для работы с ОКЖ и других емкостей на приеме насоса, т.к. это может привести к снижению концентрации компонентов ОКЖ в приготовленной пачке, а значит и низкой эффективности от применения технологии. В случае превышения объема исходного раствора для приготовления одной пачки ОКЖ над объемом глиномешалки закачка приготовленных порций производится по мере их приготовления с минимальными интервалами. Не допускается приготовление раствора заранее и его хранение по причине биоразложения.

Компоненты, используемые по заявленному способу, представляют собой материалы органической природы различной дисперсности. Формула ОКЖ в смеси трех компонентов в сухом виде может быть представлена в следующем виде:

ОКЖ=А150+В500+L70,

где А150 представляет собой многократный помол скорлупы кедровых орехов до размера частиц 150 микрон. Процесс перемалывания осуществляется в специальных мельницах вальцового типа;

В500 представляет собой многократный помол скорлупы кедровых орехов до размера частиц 500 микрон. Процесс перемалывания осуществляется в специальных мельницах вальцового типа;

L70 - гидролизный лигнин ТУ 64-11-05-87. Гидролизный лигнин - побочный продукт гидролизного производства. Гидролизный лигнин представляет собой трехфазную полидисперсную систему, состоящую из твердого вещества, воды и воздуха, и является комплексом веществ, различных по своей химической природе. В него входят: собственно лигнин растительной клетки, часть полисахаридов, вещества лигногуминового комплекса, минеральные и органические кислоты. Минимальный размер твердых частиц гидролизного лигнина составляет 70 микрон.

Преимущества технологии ОКЖ:

- не увеличивает продолжительность строительства скважины, так как применяется без остановки процесса бурения;

- может применяться в буровом растворе как на водной, так и на углеводородной основе;

- не требует спуска в скважину дополнительного оборудования;

- не влияет на работу бурового оборудования, турбобуров, телесистем;

- может применяться в солевых растворах.

Методика применения технологии ОКЖ разрабатывается для каждой скважины или группы скважин и предусматривает выполнение следующей процедуры.

1. Определение концентрации компонентов ОКЖ.

Определение концентрации каждого компонента ОКЖ в зависимости от стадии строительства скважины, литолого-стратиграфической характеристики горных пород и опыта бурения на конкретном месторождении. Применение технологии ОКЖ с целью предупреждения поглощений бурового раствора предусматривает периодические прокачки раствора ОКЖ через каждые 48 часов бурения скважины. В зависимости от горно-геологических условий проводки скважины периодичность и концентрации компонентов ОКЖ могут изменяться.

2. Выбор периодичности прокачек ОКЖ.

Выбор периодичности прокачек ОКЖ определяется исходя из прогнозной интенсивности поглощений и средней скорости проводки конкретного интервала скважины.

Периодичность прокачек ОКЖ с целью предупреждения поглощений бурового раствора должна осуществляться не реже 48 часов с учетом средней скорости бурения интервала. При высоких скоростях бурения интервалов, склонных к поглощению промывочной жидкости, периодичность прокачек ОКЖ уменьшается. То есть чем выше средняя скорость бурения интервала, тем чаще необходимо применять ОКЖ. Зависимость периодичности применения технологии ОКЖ от средней скорости бурения приведена в таблице 1.

Таблица 1
Средняя скорость бурения, м/сут.	Свыше 100	80-100	50-80	25-50	25-15	15-0
Периодичность прокачек ОКЖ, час	9	18	36	48	60*	72*
* - при наличии в геологическом разрезе интервалов возможных поглощений прокачку ОКЖ необходимо осуществлять каждые 48 часов.

3. Расчеты объемов исходных растворов для приготовления пачек ОКЖ и выбор рационального метода определения потребностей в компонентах ОКЖ для конкретных горно-геологических условий проводки скважины.

Существует два метода расчета объема исходного раствора в зависимости от степени риска возникновения поглощений бурового раствора.

Метод № 1

Может применяться при строительстве поисково-оценочных скважин, высоком риске возникновения поглощений, наличии интервалов несовместимых условий бурения, возможных поглощениях высокой интенсивности. Объем исходного бурового раствора, необходимого для приготовления пачки ОКЖ зависит от соотношения диаметров бурильных труб и открытого ствола, определяется в общем случае из расчета перекрытия пачкой ОКЖ не менее 300 метров кольцевого пространства в открытом стволе.

Пример № 1

Фиг.1 - схема применения технологии ОКЖ по методу № 1.

Метод № 2

Может применяться при высокой степени изученности геологического разреза и невысоком риске возникновения поглощений, а также в случае возможных поглощений низкой интенсивности. С целью снижения затрат на ОКЖ при бурении интервалов большого диаметра объемы пачек, используемых в процессе бурения, определяют исходя из времени воздействия ОКЖ на стенку скважины с учетом скорости восходящего потока в кольцевом пространстве, при этом минимальное время воздействия должно быть не менее 4 минут. Периодичность прокачек ОКЖ - не реже 48 часов, с учетом средней скорости бурения интервала. Указанный метод расчета не гарантирует высокой эффективности применения технологии ОКЖ с целью предупреждения поглощений в проблемных интервалах, является более рискованным, но менее затратным по отношению к первому.

Пример № 2

Фиг.2 - схема применения технологии ОКЖ по методу № 2.

Минимальная потребность в компонентах ОКЖ определяется для каждого интервала в соответствии с конструкцией скважины, зная суммарный объем пачек и минимальную концентрацию каждого компонента (таблица № 2).

Технология применения раствора ОКЖ на различных стадиях строительства скважины.

1. В процессе бурения.

При бурении скважины обеспечить периодические прокачки раствора ОКЖ. В интервалах бурения непродуктивных проницаемых пластов не менее чем через каждые 48 часов с учетом средней скорости бурения, а в интервалах бурения продуктивных пластов - сразу после их вскрытия и через каждые 24 часа. Объем каждой пачки зависит от соотношения диаметров бурильных труб и открытого ствола и определяется из расчета перекрытия не менее 300 метров кольцевого пространства в открытом стволе (таблица № 2). В случае обработки ОКЖ небольших интервалов открытого ствола, например при бурении продуктивных пластов под хвостовик, объемы пачек зависят от времени воздействия ОКЖ на стенку скважины и могут быть также определены расчетным путем (метод № 2).

Таблица № 2
Соотношение между размером кольцевого пространства и объемом исходного раствора для приготовления раствора по технологии ОКЖ
Диаметр бурильных труб, м	Диаметр скважины, м	Объем исходного раствора, требуемый для перекрытия 300 м КП (не менее), м3
0,127	0,191	5
0,127	0,216	7,5
0,127	0,295	17
0,127	0.393	36
0,140	0,490	52
0,114	0,191	6
0,114	0,216	8
0,114	0,295	17,5
0,089	0,191	7
0,089	0,14	3

2. Приготовление пачки.

2.1. Взять объем исходного бурового раствора исходя из таблицы № 1 с параметрами в соответствии с ГТН (геолого-техническим нарядом на строительство скважины).

2.2. Обработать пачку взятого бурового раствора гидрофобизатором с бактерицидными свойствами - ГКЖ-11Н с концентрацией по объему пачки 2%. Измерить pH обработанной пачки;

2.3. Если значение pH менее 9,5; то довести уровень pH до 9,5 путем добавления каустической соды в исходную пачку бурового раствора.

2.4. Ввести в буровой раствор компоненты ОКЖ в соответствии с концентрациями, указанными в таблице № 3, и процедурой приготовления. Суммарная концентрация по трем компонентам в сухом виде должна быть не менее 75 кг/м ³. При этом концентрация каждого компонента ОКЖ зависит от глубины залегания интервала обработки. Допускается повышение плотности полученной пачки на 4% от плотности исходного бурового раствора. В зависимости от параметров применяемого бурового раствора полученный раствор ОКЖ может достигать нетекучего состояния при измерении условной вязкости по воронке Марша.

2.5. Не останавливая бурение скважины, прокачать приготовленную порцию раствора ОКЖ (пачку) в необходимом объеме по стволу скважины в соответствии с режимом промывки, указанном в ГТН.

3. Перед проведением каротажа.

1. В аналогичной последовательности (п.2.1.-2.3.) обеспечить приготовление раствора с суммарной концентрацией по трем компонентам ОКЖ в сухом виде 84 кг/м³ (таблица № 3).

2. Прокачать приготовленную порцию раствора ОКЖ перед проведением каротажа.

4. Перед спуском обсадной колонны.

1. В аналогичной последовательности (п.2.1.-2.3.) обеспечить приготовление объема раствора в соответствии с суммарной концентрацией по трем компонентам ОКЖ в сухом виде 96 кг/м³ (таблица № 2).

2. Прокачать приготовленную порцию раствора ОКЖ перед спуском обсадной колонны.

Таблица № 3.
Минимальная концентрация компонентов ОКЖ в обрабатываемой пачке бурового раствора.
Стадии строительства скважины	Концентрация компонентов ОКЖ, кг/ м3	Суммарная концентрация компонентов ОКЖ, кг/м3
А150	В500	L70
Бурение в интервалах со средним линейным размером поровых каналов более 1 мм	5	45	25	75
Бурение в интервалах со средним линейным размером поровых каналов менее 1 мм	25	25	25	75
Перед каротажем в интервалах со средним линейным размером поровых каналов более 1 мм	6	50	28	84
Перед каротажем в интервалах со средним линейным размером поровых каналов менее 1 мм	28	28	28	84
Перед спуском обсадной колонны в интервалах со средним линейным размером поровых каналов более 1 мм	5	57	32	96
Перед спуском обсадной колонны в интервалах со средним линейным размером поровых каналов менее 1 мм	32	32	32	96

Применение ОКЖ на всех стадиях строительства скважины с вышеуказанной периодичностью не требует использование в буровом растворе графита, других смазывающих добавок, а также поверхностно-активных веществ - ПАВ.

4. Ликвидация поглощений бурового раствора.

Маловероятно, что применение технологии ОКЖ с целью предупреждения поглощений промывочной жидкости приведет к возникновению последних. В случае возникновения поглощений бурового раствора в процессе бурения необходимо с максимальной точностью определить интенсивность поглощения. Концентрация компонентов ОКЖ в пачке бурового раствора зависит от интенсивности поглощения и определяется из таблицы 4.

Таблица 4
Интервал бурения скважины, м	Интенсивность поглощений бурового раствора, м3/час	Концентрация компонентов ОКЖ, кг/ м3	Суммарная концентрация компонентов ОКЖ, кг/м3
A150	B500	L70
Средний линейный размер порового канала более 1 мм	5-10	20	80	50	150
10-20	25	85	55	165
Свыше 20	25-40	85-100	55-70	165-210**
Средний линейный размер порового канала менее 1 мм	5-10	50	50	50	150
10-20	55	55	55	165
Свыше 20	55-70	55-70	55-70	165-210**
** - определяется экспериментально в ходе работ непосредственно на буровой в зависимости от условной вязкости получаемых пачек ОКЖ.

5. Сохранение фильтрационно-емкостных свойств коллекторов.

Применение технологии ОКЖ с целью защиты продуктивных пластов от загрязнения их фильтратом бурового раствора в процессе первичного вскрытия предусматривает периодические прокачки раствора ОКЖ через каждые 5-10 м проходки, в зависимости от геологических условий, но не реже, чем один раз в 24 часа. При этом минимальная суммарная концентрация компонентов ОКЖ составляет 75 кг/м ³ в соотношении A150/B500/L70=45/5/25.