Высокоструктурированные тампонажные смеси

 

По современным представлениям полное (катастрофическое) поглощение бурового раствора возникает в основном при разбуривании пластов, обладающих развитой естественной кавернозностью и трещиноватостью, которая образует разветвленную сеть наклонных и вертикальных трещин большого простирания.

Гидроразрыв пласта также может быть причиной катастрофического поглощения бурового раствора.

В процессе гидроразрыва пластов образуется сеть искусственных трещин, причем, значительная часть всего объема трещин приходится на долю вертикальных трещин, длина, высота и ширина (раскрытость) которых могут достигать значительных размеров (длина от 50 до 100 м, раскрытость от 1 - 2 до 80 - 100 мм и более).

Причем, трещины в интервале зоны поглощения по величине могут распределяться произвольно, одновременно могут быть представлены трещины крупные, средние и мелкие.

Решить задачу изоляции таких зон катастрофического поглощения методом простого заполнения таких трещин тампонажными материалами технически и экономически не рационально.

Исходя из этих представлений о природе поглощений, институтом «Гипровостокнефть» предложена технология по ликвидации катастрофических поглощений бурового раствора, в основу которой положена концепция создания надежного изолирующего экрана в приствольной части поглощающего пласта:

· путем удержания тампонажной смеси от растекания под действием гравитационных сил, межпластовых перетоков и других гидродинамических воздействий при выполнении различных технологических операций;

· путем формирования каркаса намывом твердых и плотных, а также волокнистых наполнителей с последующей укрепляющей заливкой твердеющими смесями.

Для реализации предложенной концепции изоляции катастрофических поглощений институтом разработано два типа высокоструктурированных тампонажных смесей:

· смеси с комплексными свойствами (нетвердеющие и твердеющие);

· предельно структурированные смеси для намыва твердых и плотных наполнителей, а также волокнистых материалов.

Высокоструктурированные тампонажные смеси получают путем добавки в жидкость-носитель наполнителей или, как правило, композиции наполнителей, причем, один из компонентов выполняет роль регулирующей добавки по плотности и подвижности.

В качестве жидкостей-носителей применяют буровой, цементный или гельцементный растворы.

Содержание наполнителей в жидкости-носителе определяют в % массовых к объему жидкости-носителя.

Подвижность смеси замеряют пластометром (конусом погружения) в сантиметрах.

В основу проектирования высокоструктурированных тампонажных смесей положен принцип удержания смеси от растекания по каналам поглощающего пласта под действием гравитационных сил и предотвращения разбавления пластовой жидкостью.

Поставленная цель достигается путем придания тампонажной смеси в процессе проектирования и приготовления одновременно ряда заданных технологических свойств:

· заданное предельное значение начальной подвижности;

· плотность смеси, близкую к плотности жидкости в поглощающем пласте (для условий Самарской области 1120 - 1170 кг/м³);

· повышенная кольматирующая способность;

· стабильность параметров и однородность.

Для определения параметров тампонажной смеси (на базе данной композиции наполнителей) проводят лабораторные эксперименты с целью получения трех графиков зависимостей (рис. 1):

· изменение подвижности тампонажной смеси от содержания наполнителей (рис. 1а);

· изменение плотности тампонажной смеси от содержания наполнителей (рис. 1б);

· изменение кинетики структурообразования для различных начальных подвижностей (рис. 1в).

На рис. 1 приведены кривые для следующей композиции наполнителей:

· жидкость-носитель: гельцементный раствор r _гц = 1535 кг/м³;

· композиция наполнителей: 8 % (мас.) кордного волокна + 8 % (мас.) резиновой крошки + % (мас.) дробленки бамперной (остальное).

Рис. 1

 

Регулирование подвижности смеси осуществляется выбором типа наполнителя и его массовым содержанием. Здесь основным регулирующим компонентом является дробленка бамперная.

Регулирование плотности смеси осуществляется выбором типа жидкости-носителя, типа наполнителя и его массовым содержанием.

Плотность тампонажной смеси с комплексными свойствами выбирают близкой к плотности пластовой жидкости.

Содержание наполнителей в смеси выбирают из диапазона от 6 % до 100 % (мас.) и более с целью получения необходимой начальной подвижности со значением от 5 до 25 см.

Регулирование кольматирующей способности тампонажной смеси производят выбором типа и фракционного состава наполнителей. Размер фракций может изменяться от 0, 1 до 40 мм.

Методику выбора необходимых параметров тампонажной смеси покажем на примере смеси, состоящей из гельцементного раствора и вышеприведенной композиции наполнителей (8 % (мас.) кордного волокна плюс 8 % (мас.) резиновой крошки плюс % (мас.) регулирующая добавка - дробленка бамперная, которая вводится до получения предельной подвижности, равной 4 см).

Подвижность 4 см - это предел прокачиваемости автобетононасоса по бетону.

Для рассматриваемой композиции инертных наполнителей, согласно рис. 1в, при заданном времени проведения операции по приготовлению и закачке смесей в зону поглощения ( t_з) выбираем начальную подвижность тампонажной смеси (П_н).

В конкретном примере t_з = 4, 5 ч, П_н = 13 см.

Указанная смесь с начальной подвижностью, равной 13 см через 4, 5 ч, т.е. в момент окончания продавки смеси в поглощающий пласт, приобретет подвижность с предельным значением, равным 4 см. Далее на рис. 1а по значению П_н = 13 см определяют общее содержание наполнителей в смеси, которое составляет 30 % (мас.), в т.ч. 14 % (мас.) будет приходиться на дробленку бамперную.

По рис. 1б определяется плотность смеси, содержащей 30 % (мас.) наполнителей, которая составляет 1475 кг/м³.

Совместное рассмотрение графиков Рис. 1а, 1б, 1в позволяет оперативно принимать решения в зависимости от конкретных условий на скважине по выбору плотности и подвижности тампонажной смеси, представленной данной композицией инертных наполнителей.

Максимальную крупность частиц наполнителя с точки зрения наибольшего кольматационного эффекта выбирают на основании сведений о характере поглощающего пласта, результатов пробных закачек в зону поглощения тампонажных смесей с различной крупностью частиц гранулярных наполнителей. Фракционный состав наполнителей устанавливают также из условия прокачиваемости тампонажной смеси по каналу доставки (линия обвязки автобетононасосов, промывочная головка, бурильные трубы, открытый конец или пакер). С этой точки зрения соотношение между диаметром канала (в наиболее суженной части) и наибольшим размером зерен наполнителей принимается 3: 1. Количество зерен наибольших размеров не должно превышать 15 % по массе.

Так, допускаемая предельная крупность зерен наполнителя составит при прокачке:

· по буровому шлангу с внутренним диаметром 76 мм - 35 мм;

· по бурильным трубам диаметром 127 мм (с внутренним диаметром 107 мм) - 30 - 35 мм.

Продолжительность приготовления тампонажной смеси устанавливается из условия получения однородной смеси по параметру подвижность.

Рецептуры высокоструктурированных тампонажных смесей приведены в таблице 3а.

Высокоструктурированные тампонажные смеси (нетвердеющие и твердеющие) с подвижностью ниже 12 см названы «малоподвижными» смесями и предназначены для ликвидации зон поглощения III категории. Рецептуры малоподвижных тампонажных смесей приведены в таблице 3б.

 

Таблица 3а. Высокоструктурированные тампонажные смеси

№п/п	Состав наполнителя, % (мас.)						Параметры смеси
	Всего		КВ	РК	ДБ	rсм, кг/м3	Подвижность, см
							П	П*через 2 ч	П*Через 4 ч
1	2		3	4	5	6	7	8	9
	1. Тампонажные смеси на базе глинистого раствора (нетвердеющие)
1.	ИГР: Н2О + 9 % бентонита + 0, 2 % Na2CO3; r = 1065 кг/м3, УВ = 26 с.
	70		10	60	-	940	15
	80		10	70	-	925	13
	90		10	80	-	880	12
	100		10	90	-	850	10
	2. Тампонажные смеси на базе гельцементного раствора (твердеющие)
2.	ИГР: r = 1070 кг/м3, УВ = 19 с; ГЦ: ИГР + 90 % цемента, r = 1530-1535 кг/м3.
	50		8	8	34	1415	9, 5
	55		8	8	39	1385	8, 5
	60		8	8	44	1380	7
	70		8	8	54	1350	6
	80		8	8	64	1320	4, 5-5
Обозначения:		r - плотность; УВ - условная вязкость; мас. - массовое; ГЦ - гельцементный раствор; ИГР - исходный глинистый раствор; КВ - кордное волокно; РК - резиновая крошка; ДБ - дроблёнка бамперная; П - подвижность смеси; * - подвижность определяется в статическом состоянии (без перемешивания смеси).

 

Таблица 3б. Малоподвижные тампонажные смеси

№п/п	Состав наполнителя, % (мас.)						Параметры смеси
	Всего		КВ	РК	ЦС	ДП	rсм, кг/м3	Подвижность, см
								П	П*через 2 ч	П*Через 4 ч
1	2		3	4	5	6	7	8	9	10
	1. Тампонажные смеси на базе глинистого раствора (нетвердеющие)
1.1	ИГР: Н2О + 8% бентонита + 0, 2% Na2CO3; r = 1060 кг/м3, УВ = 20 с.
	23		8	8	7	-	895	12
	24		8	8	8	-	885	10
	25		8	8	9	-	875	9
	26		8	8	10	-	820	6
1.2	ИГР: Н2О + 8% бентонита + 0, 2% Na2CO3 + 0, 2% КМЦ; r = 1070 кг/м3, УВ = 29 с.
	70		5	50	3	12	970	11
	80		5	60	3	12	885	9
	90		5	70	3	12	895	7-8
	2. Тампонажные смеси на базе гельцементного раствора (твердеющие)
2.1	ИГР- r = 1065 кг/м3, УВ = 25 с; ГЦ: ИГР + 95% цемента, r = 1500 кг/м3.
	60		8	8	-	44	1435	10-11
	90		8	8	-	74	1365	8
	3. Тампонажные смеси на базе цементного раствора (твердеющие)
3.1	ИЦР: m = 0, 6; r = 1740 кг/м3.
	35		8	27	-	-	1510	12	6
	45		8	37	-	-	1450	9, 5
	55		8	47	-	-	1410	7
Обозначения:		РК - резиновая крошка; КВ - кордное волокно;; ЦС - целлофановая стружка; ДП - дроблёнка пластмассовая; УВ - условная вязкость; r - плотность; ИГР - исходный глинистый раствор; ГЦ - гельцементный раствор; ИЦР - исходный цементный раствор; m - водоцементное отношение; мас. - массовое; П - подвижность смеси; * - подвижность определяется в статическом состоянии (без перемешивания смеси).

Для создания дополнительного удерживающего эффекта и оттеснения пластовой жидкости могут быть использованы буферные жидкости - вязкоупругие смеси, которые подаются в зону поглощения перед тампонажными смесями. Рецептуры вязкоупругих смесей приведены в таблице 3в.

 

Таблица 3в. Вязкоупругие смеси

	Жидкость-носитель (гедь): ПР (Н2О + % ПАА) + сшиватель (Н2О + % ХКК)				Наполнитель, % (от объёма ПР			Параметры смеси				Визуальное описание смеси
	ПАА, %	Время, прошедшее после приготовления раствора ПАА, сут.	ХКК, %	Объёмное соотношение раствора ПАА к раствору ХКК	С, %	КВ	РК	rсм, кг/м3	Псм, см	Vсм, л
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1.1	1	0	2	8: 1	40	20	20	790	15	14	1, 56	Однородный сильный гель с наполнителем. Разрывается средне.
1.2	1	0	2	8: 1	50	20	30	875	17-18	17	1, 89	Смесь наполнителя, зашитая средним гелем. Разрывается легко.
1.3	1	1	2	8: 1	60	20	40	875	13-15	18, 5	2, 06	Смесь наполнителя, зашитая сильным гелем. Разрывается средне.
2.1	0, 8	0	2	8: 1	60	20	40	700	13	17	1, 89	Густая смесь наполнителя, зашитая средним гелем. Разрывается средне.
2.2	0, 8	0	2	8: 1	40	20	20	800	16-17	16	1, 78	Смесь наполнителя, зашитая средним гелем. Разрывается средне.
3.1	1	0	2	8: 1	30	10	20	690	23	17, 5	1, 94	Сильный гель с наполнителем. Разрывается трудно.
3.2	1	1	2	8: 1	40	10	30	690	20	18	2, 00	Вспененный сильный гель с наполнителем. Разрывается трудно.
3.3	1	0	2	8: 1	50	10	40	650	20	25	2, 78	Вспененный сильный гель с наполнителем. Разрывается средне.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: