Газонаполненные тампонажные системы для крепления скважин

Выбор комбинированной тампонажной смеси обуславливался необходимостью обеспечения минимального гидростатического давления на продуктивный пласт. Данные о давлениях ГРП имеются только прогнозируемые. Кроме этого в разрезе имеется сложный для бурения и цементирования участок в верхней части Покурской свиты (интервал 1060-1925 м) выраженный песчаниками и алевролитами. В этом интервале велика вероятность поглощения растворов и выброс газо-водяных пачек. Было принято решение использовать следующую комбинацию тампонажных растворов. С глубины 2505 до 1500 м - тампонажный раствор плотностью ρ = 1890 кг/м³. С глубины 1500 м (подошва Покурской свиты) и до устья- облегченный раствор ρ= 1560 кг/м³.

Этим добились следующих результатов:

Рпл = 1500∙1,0∙10^-2 = 15,0 МПа;

Рг.с =1560∙9,8∙1500 = 23,4 МПа;

Рг.р = 1500∙1,72∙10^-2 = 25,8 МПа.

Раствор в верхнем интервале удовлетворял равенству (1.1).

В нижнем интервале:

Рпл = 2505∙1,02∙10^-2= 25,5 МПа;

Рг.с = 1890∙9,8∙(2505-1500) = 18,9 МПа;

С учетом Рг.с верхнего интервала Рг.с = 18,9 + 23,4= 42,3 МПа;

Рг.р = 2505∙1,58∙10^-2 = 39,5 МПа.

Таким образом в верхнем интервале (0-1500) м при ρ= 1560 кг/м³ гидростатическое давление цементного раствора составляло Рг.с = 23,4 МПа, а давление гидроразрыва пласта ожидалось в пределах Рг.р = 25,8 МПа это было вполне приемлемым. Сложнее ситуация с нижним интервалом. Гидростатическое давление комбинированного столба цементного раствора (при его подъеме до устья) составляло Рг.с = 42,3 МПа. При этом давление гидроразрыва - Рг.р = 39,5 МПа. На тот момент этот вариант был единственным технически и экономически возможным, хотя и с определенной долей риска. В итоге цементирование эксплуатационных колонн производилось по данной схеме. Результаты были вполне удовлетворительными, хотя периодически происходил недоподъем цемента до устья скважины, из-за частичного поглощения в зоне продуктивных пластов. Для ликвидации недоподъема приходилось производить дополнительное встречное цементирование, что приводило к дополнительным затратам средств и времени. Применение облегчающих добавок таких, как вермикулит, глинопорошок снижали плотность до 1400 кг/м³ при этом увеличивалась В/Ц отношение, что влияло на качество раствора (камня) в процессе твердения.

Согласно данных таблицы 1.10 можно сказать, что снижение плотности облегчающими добавками такими, как вермикулит, глинопорошок лишь частично решают вопрос качества крепления скважин. Остается открытым вопрос связанный с поглощением тампонажного раствора, адгезионными свойствами, а также дальнейшими межколонными проявлениями в процессе эксплуатации скважин на Ваньеганском, Варьеганском месторождениях.

Приведем аналогичный анализ для условий цементирования скважин на Уренгойской группе месторождений. Цементирование эксплуатационной колонны диаметром 168 мм, продуктивный горизонт Тангаловской свиты, нижней части Готерив – Боремского яруса (85 м верхняя часть Валанжин) представлен БУ₈, БУ₉ (2760 -2950) м. Коллектор насыщен жидкими углеводородами с повышенным газовым фактором. В интервале 2950 - 2250 м (перекрытие Вартовской свиты) закачивается цементный раствор плотностью 1890 кг/м³ (тампонажный материал - ПЦТ-I-G-100-1 + ПМК + жидкость затворения 3 % NaCl. С 2250 м до устья облегченный цементный раствор плотностью 1400 кг/м³, тампонажный материал ПЦТ-I-G-100-1 с применением облегчающей добавки (алюмосиликатные полые микросферы МС до 15 %). Расчеты гидростатического давления сделаны на поглощающий интервал Покурской свиты и суммарного давления гидростатического столба тампонажного раствора на продуктивный горизонт БУ₉ (2950 м) с учетом перекрытия сеномана на интервале 1350 м технической колонной диаметром 244,5 мм.

Рассмотрим соответствие равенству (1.1) применение облегченного раствора плотностью 1400 кг/м³ изолирующего подошву интервала Покурской свиты (с учетом технической колонны 1350 – 2250 м) с подъемом тампонажной композиции до устья.

Рпл = 2250∙0,6∙10^-2 = 13,5 МПа;

Рг.с = 1400∙9,8∙2250 = 31,5 МПа;

Рг.р = 2250∙1,43∙10^-2 = 32,1 МПа.

Раствор в верхнем интервале удовлетворяет равенству (1.1), при этом разница давления гидроразрыва и гидростатического давления составляет всего 0,6 МПа. Разница в давлениях 0,6 МПа незначительна и может уменьшиться в процессе затворения (реологические свойства) и дальнейшем продавливании

(с учетом гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве) цементного раствора. С учетом указанных данных должно выполняться следующее условие:

, (1.2)

где - давление столба цементного раствора на подошву рассматриваемого горизонта, МПа;

При расчете - гидродинамического давления в кольцевом пространстве применялась формула структурного (ламинарного) течения тампонажного раствора (без изменения скорости подачи и отсутствия турбулизаторов на обсадной колонне) в виде

Данный факт подтверждает необходимость дополнительного снижения плотности тампонажного раствора при цементировании интервалов Покурской свиты Уренгойской группы месторождений с1400 до 1250 кг/м³.

Рассмотрим нижней продуктивный горизонт (интервал перфорации 2950 м.) Вартовской свиты (БУ₉).

Рпл = 2950∙1,2∙10^-2 = 35,4 МПа;

Рг.с = 1890∙9,8∙(2950 - 2250) = 13,5 МПа;

С учетом Рг.с верхнего интервала Рг.с= 13,5 + 31,5 = 45,0 МПа;

Рг.р = 2950∙1,6∙10^-2 = 47,2 МПа.

Плотности применяемых тампонажных растворов для нижнего интервала удовлетворяют выражению (1.1), т.е. вопрос применения облегченного цементного раствора плотностью 1400 кг/м³ остается открытым только в интервале Покурской свиты.

Проведенные расчеты показали, что в верхнем интервале (0 – 2250 м) необходимо применять тампонажный раствор плотностью ниже 1400 кг/м³. Проведен анализ качества крепи скважин Уренгойского и Восточно - Уренгойского месторождений. Качество крепи по Уренгойской группе месторождений представлены в таблице 1.11. Согласно проведенному анализу состояния крепи скважин можно сказать, что состояние крепи по Варьеганскому месторождению (тампонажный материал ПЦТ-I-50 изолирующий продуктивный интервал, ПЦТ-I-50 –75 % + глинопорошок – 25 %, время эксплуатации скважин 3 - 5 лет, давление межколонное от 0,1 - 1,85 МПа) можно считать по ряду скважин неудовлетворительное. Цементирование верхних интервалов облегченным раствором в состав которого входит 25 % бентонита, без дополнительных реагентов связывающих свободную воду в цементном тесте, дает отрицательный результат влияющий на физико - механические свойства камня в целом. Состояние крепи по Ваньеганскому месторождению возрастом 1 - 2 года удовлетворяют требованиям безопасности, при этом использование тампонажной композиции в составе которой ПЦТ-I-50 - 85 % и глинопорошок 15 % требуют дополнительного ввода реагентов влияющих на физико-механические свойства раствора(камня) с целью улучшения прочностных характеристик, суффузионной устойчивасти и адгезии.

Таблица 1.11 - Анализ качества цементирования эксплуатационных колонн по скважинам Уренгойской группы месторождений.