Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Исследование изменений температуры в период ОЗЦ и их влияние на качество разобщения пластов



 

В процессе проводки скважины вследствие циркуляции бурового раствора нарушается естественное тепловое поле горных пород вблизи ствола. Теплообменные процессы, происходящие при цементировании обсадной колонны, ана­логичны процессам при промывке с той лишь разницей, что после предварительной промывки буровым раствором в скважину закачивают сравнительно холодный тампонажный раствор с несколько иными теплофизическими свойствами.

Тампонажный раствор, который на поверхности имел какую-то начальную температуру, закачивают в обсадную колонну. Температура пород с глубиной возрастает, поэтому растет и температура тампонажного раствора, движущегося вниз по колонне. Выйдя из-под башмака колонны, он поднимается по затрубному пространству к устью, соприкасаясь со стенками скважины и одновременно омывая трубы снаружи. Поднимаясь вверх по кольцевому пространству, тампонажный раствор некоторое время будет продолжать нагреваться за счет тепла пластов, одновременно отдавая часть энергии нисходящему потоку. На определенной глубине температура восходящего потока тампонажного раствора становится равной температуре горного массива. При движении далее вверх тампонажный раствор отдает свое тепло не только нисходящему потоку, но и окружающим породам, имеющим меньшую температуру. Вследствие этого обычно в нижней части ствола скважины к концу продавливания тампонажного раствора температура ниже, а в верхней - выше естественной температуры пород. В связи с тем, что цементирование занимает сравнительно немного времени и выходящий из скважины тампонажный раствор не закачивают обратно, стабилизации теплообмена не происходит. Тепловой режим в скважине в рассматриваемом случае является неустановившимся.

В момент окончания продавливания тампонажного раствора в заколонном пространстве скважины в течение определенного времени происходят температурные изменения, обусловленные, с одной стороны, восстановлением естественной температуры в массиве горных пород, а с другой - выделением тепла при экзотермических реакциях минералов, составляющих основу тампонажного раствора, с жидкостью затворения (водой). В зависимости от интенсивности происходящего тепловыделения результирующая кривая, отражающая изменения температуры в скважине при твердении тампонажного раствора, будет больше или меньше отличаться от термограммы, зарегистрированной после закачки бурового раствора, не являющегося дополнительным тепловым источником. Поэтому неоднократный термокаротаж ствола скважины в период ОЗЦ должен являться эффективным способом исследования ее термического режима после окончания цементировочных работ, который согласно теоретическим и промысловым данным существенно изменяется.

Временные температурные исследования, проведенные в скв. 14 Юбилейной площади в течение 18 ч после цементирования (см. рис.27), показали, что за первые 14 ч температура возрастала приблизительно на 1 °С/ч, а в последующие 4 ч снижалась с интенсивностью около 0, 5 °С/ч.

Усредненные для определенных интервалов значения изменений температуры в колонне в период ОЗЦ, полученные по данным временных замеров, приведены в табл. 8, причем знак " минус" означает падение температуры.

Из представленных (см. табл.8) данных видно, что температура в колонне в период ОЗЦ может изменяться на несколько десятков градусов Цельсия.

Таблица 8

 

Исходя из результатов исследований, можно выделить два основных типа (I и II) кривых восстановления температуры в скважине в период ОЗЦ: первый тип - температура моно­тонно растет, приближаясь к статической ( ); второй тип - температура сначала растет, но, превысив статическую, монотонно снижается (рис.29).

По характеру изменения температуры восстановление ее до естественной в первых трех скважинах (см. табл.8) относится к первому типу, а в четвертой скважине - ко второму.

Если в таких или аналогичных скважинах в период восстановления температуры часть внутреннего объема обсадной колонны окажется герметично изолированной, например под муфтой ступенчатого цементирования, то в ней произойдут изменения давления, пропорциональные изменению температуры (изохорический процесс).

При ступенчатом цементировании после окончания цементирования верхней ступени посаженная в седло муфты уп­равляющая пробка герметично закрывает внутренний объем нижней части обсадной колонны. Эта пробка будет прижиматься к седлу избыточным давлением жидкости в колонне. После окончания цементирования верхней ступени над посаженной в седло управляющей пробкой образуется цементный стакан, поэтому, даже при значительном повышении давления в нижней части колонны в результате увеличения температуры, в большинстве случаев не будет приподнята прижатая к седлу управляющая пробка, т.е. не нарушится герметичность изоляции внутреннего объема нижней части колонны.

Рис. 29. Типовые кривые восстановления температуры в период ОЗЦ в обсадной колонне

 

В связи с тем, что значение изменения давления в изолированном объеме колонны зависит не только от изменения температуры, но и от свойств находящейся в этой части колонны жидкости, на стендовой скв. 3 Суздальской площади были проведены соответствующие исследования. Для этой цели заполненные буровым раствором плотностью 1500 - 1700 кг/м3 и условной вязкостью около 30 с/ч по СПВ-5 изолированные отрезки обсадной колонны длиной 200 - 500 м, в которые помещали автономные термоманометры, спускали на бурильных трубах до глубины 2000 м, где температура достигала 70 °С. Повышение давления в изолированных объемах колонны при увеличении температуры на 1 °С составляло 0, 6 - 0, 7 МПа. В случае заполнения изолированного объема колонны чистой водой давление в нем при аналогичных условиях изменялось на 0, 5 МПа при изменении температуры на 1 °С.

Если бы такие изолированные объемы имелись в колоннах, спущенных в перечисленные в табл.8 скважины, то при образовании изолирующего данный объем экрана через 8 ч (см. рис.29, точки А и Д ) за счет влияния температуры давление могло увеличиться на 19 МПа (скв. 1 площади Южный Озек-Суат) или на 10 МПа с последующим снижением на 8, 5 МПа (скв. 5 площади Русский Хутор).

Образование изолирующего экрана в колонне через 16 ч (см. рис. 29, точки В и К) привело бы, при повышении температуры на 12 °С, к увеличению давления на 6 МПа (скв. 38 Мирненской площади) или, при снижении температуры на 10 °С, к уменьшению его на 5 МПа (скв. 1 площади Южный Озек-Суат).

При возникновении изолирующих экранов в колонне в начале периода ОЗЦ в скв. 38 Мирненской площади, 37 площади Русский Хутор, 1 площади Южный Озек-Суат, 5 площади Русский Хутор давление в колоннах могло бы возрасти соответственно на 32, 5; 23, 5; 30, 0 и 14, 5 МПа.

Поэтому при ступенчатом цементировании подобных скважин, вследствие существенных изменений внутреннего давления в период формирования цементной оболочки, возможна значительная деформация обсадных колонн и цементного кольца в пределах нижних ступеней, обусловливающая ухудшение качества их цементирования, вплоть до прорыва пластовых флюидов.

Изменение давления в колонне при ступенчатом цементи­ровании обусловлено изменением температуры, происходящим после возникновения экрана в колонне (т.е. после цементирования верхних ступеней). Важным фактором при этом является не только диапазон изменения температуры, но и длительность этого процесса.

В целях изучения характера изменения во времени темпе­ратуры в период ОЗЦ были проведены неоднократные временные исследования с помощью каротажного электротермометра в стволе скв. 182 Мирненской площади, в которую до глубины 2755 м была спущена 140-мм обсадная колонна. За эту колонну был закачан раствор из 15 т чистого и 60 т облегченного тампонажных цементов. Сразу после получения сигнала о давлении " стоп" и снятии цементировочной головки в колонну был спущен электротермометр ТЭГ-2 и начаты временные замеры температуры по стволу, проводимые в течение 53 ч. Данные, полученные при временных температурных исследованиях скважины 182 Мирненской площади, сведены в табл.9.

Анализ приведенных данных показывает, что изменение температуры за период исследования в призабойной зоне превышало 40 °С. При этом максимальные значения ее изменения в интервале 1500 - 2740 м зарегистрированы через 26, 5 ч после окончания цементирования, а интенсивность последующего падения температуры в интервале 1500 - 2250 м даже между замерами № 13 и 14 составила 0, 5 - 0, 8 °С/ч. Таким образом, установлены не только значительные (по амплитуде) колебания температуры (в несколько десятков градусов Цельсия), но и длительность протекания этого процесса (несколько суток).

Таблица 19

 

Восстановление температуры в данной скважине не является монотонным процессом. Непрерывный рост температуры сменяется ее падением с последующим повторением этого цикла (см. табл.9).

В скважинах с аналогичным характером изменения температуры, при возникновении изолирующих экранов в колонне в начале периода ОЗЦ (например, через 6 - 8 ч после цементирования) под экранами будет происходить интенсивное повышение внутреннего давления вследствие роста температур, а позднее - через 26 - 28 ч снижение температуры, которое вызовет падение давления и, следовательно, расширение зазора между цементным кольцом и колонной. Образование такого зазора (например, в пределах нижней ступени) в период твердения тампонажного раствора может привести к перетокам между пластами и передаче давления высокопарных пластов на значительные расстояния по заколонному пространству.

Таким образом, одной из основных причин перетоков в заколонном пространстве при ступенчатом цементировании можно считать снижение качества разобщения пластов за нижней ступенью колонны. Качество разобщения пластов ухудшается в основном вследствие значительных изменений давления в период ОЗЦ в замкнутом объеме колонны ниже изолирующей его муфты ступенчатого цементирования.

Такие изменения давления вызываются интенсивными колебаниями температуры в процессе восстановления ее до естественной в период ОЗЦ. Следовательно, для повышения качества цементирования нижней ступени необходима разработка эффективных способов предотвращения значительных изменений давления в замкнутых объемах колонны при изменении температуры.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 668; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.015 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь