Класифікація ремонтно-ізоляційних робіт

Класифікація ремонтно-ізоляиійних робіт за призначенням

Згідно з галузевим класифікатором ремонтних робіт у свердловинах (капітальних ремонтів свердловин) [230] до ремонтно-ізоляційних робіт (PIP) відносять (табл. 1.20):

1) відключення окремих обводнених (вироблених) інтервалів пласта і про-пластків об'єкта експлуатації, незалежно від їх місцезнаходження по товщині і характеру обводнювання (підошовна вода, контурна, запомповувана);

2) відключення окремих пластів;

3) відновлення герметичності цементного кільця за експлуатаційною

колоною;

4) нарощування цементного кільця за експлуатаційною або проміжною

колоною і кондуктором.

Мета виконання цих робіт полягає в усуненні обводнювання сверд­ловин діянням на продуктивний пласт чи пропласток та нафтогазово-допроявів на поверхні. Ці роботи розглядаються як боротьба і обвод-

Таблиця 1, 20- Класифікація капітальних ремонтів свердловин

нюванням свердловин, коли герметичність експлуатаційної колони труб не порушена.

Два останні види PIP пов'язані з повторним розмежуванням пластів (після первинного цементування), у результаті якого ізолюються наявні або потенційні канали перетікання пластових флюїдів заколонним просто­ром вздовж свердловини. Перетікання флюїдів заколонним простором можуть відбуватися як по всій площі поперечного перерізу кільцевого простору (у свердловинах, у яких цементний розчин не було піднято на проектну висоту), так і по його частині (у випадку, коли з ряду причин виникло порушення суцільності цементного кільця або є зазори між ним і

стінками обсадної колони труб та породою). У першому випадку вико­нують роботи четвертого виду, а в другому - третього.

Технологічно близькими до ремонтно-ізоляційних робіт є роботи з вирівнювання профілю приймальності в нагнітальних свердловинах, що відносяться до групи робіт з обробляння привибійної зони. Вирівнювання профілю приймальності в нагнітальних свердловинах, як і профілю при­пливу до видобувних свердловин, здійснюється шляхом обмеження ви­трати рідини через одні вузькі інтервали чи збільшення витрати через інші інтервали перфорованої товщини пласта, а найкращі результати досяга­ються в ході комплексного діяння обома методами. Технологічно і за своєю суттю близькими є також роботи із створення потокоскеровуваль-них бар'єрів у міжсвердловинних зонах пласта. Обмеження витрати рідини є роботами з відключення окремих обводнених інтервалів пласта, тому ці роботи розглядаємо в одному розділі.

Усунення негерметичності експлуатаційної колони (ремонтно-віднов-лювальні роботи), з якою пов'язане аварійне обводнення свердловин, також за отримуваними результатами відноситься до ремонтно-ізоля­ційних робіт і розглядається в даній роботі (див. табл. 1.20).

Призначення ремонтно-ізоляційних робіт - це забезпечення опти­мальних умов розробки продуктивного пласта (або декількох пластів) і роботи окремих свердловин, досягнення запроектованого (максималь­ного) вироблення запасів нафти (газу) [104].

Класифікація ремонтно-ізоляційних робіт

за вимогами раціонального природокористування

З урахуванням характеру невідповідності конструкції свердловини існуючим умовам її експлуатації і вимогам повноти вироблення про­дуктивних пластів PIP ділять на дві групи: технологічні і аварійно-відновлювальні (рис. 1.27).

До технологічних робіт відносимо PIP, які зумовлені вимогами технології розробки продуктивних пластів і родовища в цілому з позицій ресурсо- і енергоощадження, а саме:

1. PIP з відключення окремих обводнених (вироблених) інтервалів пласта у видобувних свердловинах незалежно від їх місцезнаходження по товщині і характеру обводнювання (підошовною водою, контурною, запомповуваною), з регулювання нагнітання води по товщині пласта у водонагнітальних свердловинах. Необхідність виконання цього виду робіт зумовлюється неоднорідною геологічною будовою і нерівномірним ви­робленням та обводненням продуктивних пластів по товщині. Робо ги виконують у неоднорідних пластах з метою забезпечення нормальних умов їх вироблення по всій товщині, повноти вилучення нафти і газу із надр.

2. PIP з відключення окремих пластів. Необхідність виконання PIP даного виду виникає у видобувних і водонагнітальних свердловинах, які одночасно експлуатують декілька пластів. Відмінності в геологічній будові пластів (товщина, колекторські властивості) зумовлює нерів­номірність їх вироблення (обводнення) і, таким чином, необхідність відключення кожного виробленого (обводненого) пласта з метою забез­печення нормальних умов вироблення решти пластів, енергоощадження при видобуванні обводненої продукції. Ізоляцію обводненого перфорова­ного пласта можна здійснювати тільки у випадках його повного обвод­нення, виснаження природних ресурсів нафти і газу і економічної недо­цільності на даному етапі подальшої експлуатації [168].

3. PIP із створення потоковідхилювальних бар'єрів у міжевердловин-них зонах пласта. Необхідність виконання таких робіт зумовлюється потребою забезпечення максимально можливої повноти вилучення нафти і газу із покладу (ресурсоощадження) і зменшення витрат та енергії, потрібних для видобування на поверхню, транспортування, підготовляння до кондиції і зворотнього запомповування води, яка нефективно і марно циркулює по промитих зонах продуктивного пласта (енергоощадження).

До аварійно-відновлювальних робіт відносяться PIP, які зумовлені аварійними ситуаціями в процесі експлуатації та ремонту свердловин, недоліками та дефектами в їх конструкції, вимогами з охорони надр і навколишнього середовища, а саме:

1. PIP з виправлення неякісного цементного кільця (з усунення між-пластових перетікань). Необхідність виконання PIP цього виду зумовлена невідповідністю якості тампонування обсадної колони умовам експлуа­тації свердловини, що є наслідком як одержання неякісного цементного кільця в ході проведення тампонування, так і руйнування кільця в процесі експлуатації свердловини.

2. PIP з усунення порушень герметичності обсадних колон. Необ­хідність виконання цих робіт зумовлена порушенням герметичності об­садної колони труб внаслідок невідповідності конструкції свердловини умовам її експлуатації (тампонування обсадної колони не по всій довжині, використання для заводнення корозійних стічних вод, підвищення тиску нагнітання і пластового тиску тощо).

3. PIP із нарощування (допіднімання) цементного кільця за обсадною колоною і кондуктором. Необхідність виконання цих робіт у першу чергу диктується вимогами з охорони надр і навколишнього середовища (запо­бігання перетікань пластових і запомповуваних рідин із пласта в пласт і виходу їх на поверхню). Іноді ці роботи виконують одночасно з усуненням порушень герметичності обсадної колони.

4. PIP із кріпленням слабкозцементованих порід у привибійнііі зоні пла­ста. Необхідність виконання таких робіт зумовлена механічним порушен-

ням стану привибійної зони пласта і порушенням нормального режиму експлуатації обводнюваних свердловин.

Селективні і неселективні методи ремонтно-ізоляційних робіт

За характером дії ізоляційного матеріалу всі методи обмеження припливу пластових вод із продуктивного пласта у свердловини умовно поділяються на селективні та неселективні [179].

До селективних відносять методи, які забезпечують вибіркове зни­ження проникності лише водонасичених інтервалів при надходженні ізоляційного матеріалу в пласт по всій його товщині [36]. Методи даної групи основані на використанні селективних властивостей самих ізо­ляційних реагентів відносно пластових вод і нафти та характеру наси­ченості породи нафтою, газом або водою (табл. 1.21).

Частина з них передбачає використання речовин, які в результаті хімічних і фізико-хімічних процесів вибірково закупорюють лише водона-сичений поровий простір завдяки їх розчинності в нафті і нерозчинності у воді (селективні матеріали). Більшість таких матеріалів - це перенасичені розчини з твердих вуглеводнів (парафін, церезин, озокерит) у гасі, стеа­ринова кислота, відходи виробництва поліетилену, смоляні полімери, мі-целла, полімери типу водних дисперсій латексу, милонафту, кополімерів акрилової і поліакрилової кислот або органічних сполук кремнію. Суть таких робіт базується на використанні полімерних матеріалів типу водних дисперсій латексу, милонафту, кополімерів акрилових і поліакрилових кис­лот або органічних сполук кремнію та інших речовин, які при контакту­ванні з мінералізованою пластовою водою, котра містить іони поліва­лентних металів, осаджуються та утворюють екран на шляху водо-припливів, а в нафтовому середовищі зберігають свої початкові фізичні властивості.

Друга частина методів цієї групи грунтується на використанні несе-лективних ізоляційних реагентів, які нерозчинні в нафті, але взаємодіють із водою або набухають у середовищі води і утворюють осади, котрі закупорюють породу лише у водонасичених інтервалах пласта (матеріа­ли селективного діяння). Тут вода є реагентом для утворення закупорю­вальної маси, а до таких матеріалів цієї частини відносяться солі трива­лентного заліза, водорозчинні натрієві солі КМЦ, двоокиси, водорозчинні натрієві солі органічних кислот [499]. Дія цих реагентів базується на проходженні обмінних реакцій з солями пластових вод, реакцій гідролізу, процесів каогуляції та флокуляції під час змішування з пластовою водою, висолюванні полімерів, набуханні матеріалів та зниженні розчинності.

В основі третьої частини селективних методів водоізоляційних робіт лежить так званий гідродинамічний фактор селективності (вибірковості),

Таблиця 1.21- Селективні методи ізоляції контурних і підошовних вод

*Спільний основний недолік –велика витрата матеріалів

коли неселективні матеріали, які добре фільтруються в пласт, проникають переважно у високопроникні, обводнені ділянки пласта.

Вибірковість надходження водоізоляційного матеріалу у водонасичену частину пласта пояснюється багатьма дослідниками [500] тим, що він є водним розчином, емульсією або суспензією, які споріднені з пла­стовою водою, і враховується прояв поверхневих та капілярних сил. Але, оскільки пряме контактування водоізоляційного матеріалу з різними пластовими флюїдами через попереднє запомповування порції буферної рідини (чи рідини глушіння) утруднене, вплив поверхневих сил є нестій­ким. Ефект Жамена також не може обмежити фільтрацію реагента в наф­товий інтервал, так як для цього необхідно виникнення розвинутого фунікулярного режиму фільтрації, що не проявляється в привибійній зоні при радіусах зони оброблення 1-10 м. Тиск запомповування на декілька порядків перевищує капілярний тиск, то і градієнт останнього не обмежує надходження реагенту в нафтову частину привибійної зони. Основними чинниками; які забезпечують проникання реагенту у водонасичений інтервал, є відмінності у в'язкостях (у т. ч. і структурно-механічних вла­стивостях) нафти і води та проникностях нафтової і водонасиченої товщ пласта (див. вище аналіз процесу витіснення нафти водою та умову стій­кості руху межі поділу). У будь-якому разі під час запомповування части­на реагенту неминуче потрапить у нафтові інтервали, які біля стовбура свердловини на момент оброблення обов'язково мають підвищену водо-насиченість. Тому неправомірною є надія на властивість водоізоляційного матеріалу не „схоплюватися" в нафтонасичених інтервалах, тобто не можна гарантувати збереження припливу нафти при запомповуванні не-селективних водоізоляційних реагентів. Вибірковість тампонування водо­провідних каналів визначається перш за все нерівномірністю проникання водоізоляційного матеріалу в нафто- і водонасичені інтервали, а також технологічними особливостями оброблення та освоєння свердловин.

Звідси слідує, що при радіусах оброблення водонасичених інтервалів до 0, 5-1 м можна очікувати майже повне поглинання водонасиченою частиною водоізоляційного матеріалу при відношенні динамічних коефі­цієнтів в'язкостей нафти і води μ ≥ 2 та в'язкості матеріалу, меншої за в'язкість нафти, особливо за умови співвідношення коефіцієнтів проник­ностей водяної і нафтової частин к_в/к_и > 1, що практично завжди вико­нується [500]. У випадку необхідності створити більшу зону оброблення рекомендовано [500] пуск свердловини в роботу після оброблення прово­дити в момент, коли в'язкість водоізоляційного матеріалу в пласті зросте в 10-100 раз, але текучість його ще збережеться, що забезпечить очи­щення нафтової частини пласта від водоізоляційного матеріалу і віднов­лення із неї припливу нафти. При цьому на момент закінчення витіснення

із нафтонасиченого інтервалу об'єм матеріалу (реагенту), який зали­шився у водонасиченій частині інтервалу продуктивного пласта, повинен стати нерухомим, а тому депресію тиску на пласт необхідно встановити таку, за якої не буде виноситися залишений матеріалу, що практично трудно піддається технологічному контролю. Об'єм реагенту, який вино­ситься із пласта у свердловину, можна зменшити за рахунок прояву різних початкових (граничних) перепадів тисків, які створює ізоляційний мате­ріал відповідно у водяній і нафтовій частинах інтервалу пласта, або розсіюванням ізоляційного матеріалу шляхом проштовхування його в глибину пласта (понад 2-3 м) [500].

Перспективним вважається напрямок, який оснований на викорис­танні тампонажного матеріалу, котрий володіє селективними власти­востями відносно нафти і пластових вод. Зниження проникності лише водонасиченої частини пласта при цьому передбачається за рахунок утворення закупорювальної маси в результаті взаємодії реагента з водою, яка міститься в пористому середовищі, або розкладання її в нафтовому середовищі, але реакція хімічних реагентів відбувається миттєво і тільки на контакті, що зумовлює безрезультатність.

Як селективний водоізоляційний матеріал можна використовувати реагенти, що володіють достатньою фільтрівністю в пори пласта. Поєд­нання селективності ізоляції тільки шляхів водоприпливів і фільтрівності тампонажного матеріалу дає змогу виключити велику кількість операцій, пов'язаних із дослідженнями свердловин для встановлення інтервалу обводнення, намиванням та розбурюванням тимчасових мостів для за­безпечення поінтервального запомповування, повторним розкриванням нафтонасиченої частини пласта, а у ряді випадків - з витягуванням підземного обладнання [408].

Недоліки селективних методів водоізоляції зумовлені самими прин­ципами, закладеними в їх основу, а саме:

1) для створення водоізолювальних екранів, пропластків, які забезпе­чують ефективну водоізоляцію, необхідно запомповувати великі об'єми ізоляційного реагенту, оскільки нагнітання передбачається загалом по всій товщині пласта;

2) при використанні селективних ізоляційних матеріалів відновлення про­никності нафтонасиченої частини пласта передбачається за рахунок роз­чинення осаду, що випав у пластовій нафті, а за умов повного закупорювання породи розчинення осаду буде визначатись повільними дифузійними про­цесами, які характеризуються виключно малими швидкостями перебігу:

3) при використанні неселективних ізоляційних реагентів випадання закупорювального осаду можливе лише на контакті їх з водою, а не по всьому об'єму запомповуваного реагенту;

4) при використанні цих же неселективних ізоляційних реагентів мож­ливим є зниження проникності і нафтонасичених частин пласта через на­явність у них води (залишкової чи тієї, яка проникла в процесі буріння, експлуатації, промивання свердловини і т. д.).

На неможливість ізоляції водоприпливів шляхом послідовного запом­повування в пористе середовище речовин, котрі реагують з пластовими водами або між собою з утворенням закупорювальних осадів, вказується в ряді робіт [5]. У роботі [407] на основі лабораторних досліджень показано „безперспективність розробки методів селективної ізоляції, основаних на використанні ізолювальних реагентів, котрі втрачають здатність закупорювання нафтонасичених інтервалів за рахунок їх змішу­вання з пластовою нафтою" (переклад наш).

Розглянуті методи ізоляції призначені, перш за все, для закупорювання проникних пластів, представлених пористими колекторами. Виходячи з цього, ізоляційні реагенти для здійснення цих методів повинні бути істин­ними або колоїдними розчинами, володіти здатністю фільтруватись у пористе середовище на великі відстані.

Використання таких реагентів для ізоляції тріщин (ізоляція проникних пластів, представлених тріщинуватими колекторами, виправлення неякіс­ного цементного кільця і т. д.) ускладнене у зв'язку з доброю їх філь­трівністю. За таких умов слід використовувати реагенти з обмеженою фільтрівністю - в'язкі рідини або зависі (табл. 1.22).

Методи ізоляції цієї групи, які зокрема, основані на використанні водних суспензій цементу, є першими серед методів ізоляційних робіт взагалі. З метою підвищення рухомості водоцементних суспензій прово­дили дослідження з вивчення можливості використання для їх приго­тування тонкодисперсного цементу, а також гідрофільної нафтової емуль­сії. Емульсійно-цементні суспензії на основі гідрофільної нафтової емульсії володіють найменшою водовіддачею. Цементний камінь із таких сус­пензій утворюється в результаті гідратації цементу за рахунок води, що входить до складу емульсії.

Відмінною особливістю цементних суспензій на вуглеводневій основі є їх селективність - утворення цементного каменю лише в умовах заміщення вуглеводневого дисперсійного середовища суспензії (нафта, дизельне пальне, гас) водою. Саме ця властивість послугувала основою постановки досліджень з вивчення можливості їх використання для виправлення неякісного цементного кільця, для ізоляції обводнених слабкозцементованих пластів, а також для створення водоізолювальних екранів-тріщин.

Неселективні методи грунтуються на одночасному або послі­довному запомповуванні в пласт декількох (два, три і т. д.) неселективних

Таблиця 1.22 - Методи виправлення неякісного цементного кільця та закупо­рювання тріщин

ізоляційних матеріалів і реагентів, здатних у результаті хімічної взаємодії між собою або фізико-хімічних перетворень отриманих сумішей (табл. 1.23) утворювати міцні і нерозчинні ні у воді, ні в нафті ізоляційні структури (осад) [36]. Застосовуються різні модифікації методів цементних зали­вань, створення пробок („мостів") та водоізоляційних екранів для запо­бігання проривань у свердловину конуса підошовної води і т. д.

Крім цементних суспензій, для реалізації цих методів використовують також різні смоли (ТСД-9, ТС-10, МФС), гіпано-формалінові суміші, суспензії глини та інш.

Перевага неселективних методів ізоляції над селективними перш за все полягає в зменшенні витрати ізоляційного реагента, оскільки його запомповування повинно проводитись у суворо вибраний інтервал пласта обмеженої товщини. Однак саме остання обставина визначає в даний час основні труднощі в здійсненні методів даної групи, котрі полягають в необ­хідності: 1) отримання точних даних про характер обводнювання пласта по його товщині; 2) наявності якісного цементного кільця за експлуатаційною колоною; 3) забезпечення запомповування ізоляційного реагента в чітко вибраний для ізоляції інтервал пласта, тобто необхідність забезпечення надійного відокремлення водо- і нафтонасиченого інтервалів [36].

Неселективні методи ізоляції, котрі передбачають закупорювання пористого середовища осадом, який утворюється в результаті змішу-

Таблиця 1.23 - Неселективні методи ізоляції контурних і підошовних вод

Принцип отримання закупорювального матеріалу в пласті	Закупорювальний матеріал	Основні недоліки*
Хімічна взаємодія послідовно запомповуваних реагентів при їх змішуванні	і т.д.	Утворення осаду лише на контакті між запомпову- ваними реагентами
Фізико-хімічна взаємодія реагентів після запомповування в пласт їх суміші (гомогенний розчин)	а) Гель кремнієвої кислоти, гелі металевих мил (смоли смоляних кислот) б) Полімери синтетичних смол: фенолоальдегідних; сечовино-меламіно- альдегідних; акрилових; епоксидних та ін.

* Спільний основний недолік: трудність виділення та відокремлення водо- і наф­тонасичених інтервалів

вання двох і більше реагентів при послідовному їх запомповуванні в пласт, характеризуються тим же недоліком, що і селективні методи, основані на отриманні осаду при змішуванні ізоляційного реагенту з пластовою водою, - утворення закупорювального осаду лише на контакті останніх, а не у всьому об'ємі.

Окрім того, об'єм отриманого осаду при застосуванні багатьох із таких методів є недостатнім для надійного закупорювання пористого середовища. За даними окремих робіт, для зниження коефіцієнта проник­ності породи до нуля об'єм закупорювального осаду повинен бути не меншим 30-35% об'єму порового простору породи.

З цієї точки зору перевага надається застосуванню методів, осно­ваних на використанні ізоляційних реагентів, які є гомогенними рідинами, що приготовлені на поверхні, запомповані в пласт у готовому вигляді та набувають неплинного стану по всьому об'єму. Серед методів цього напрямку найбільш прийнятними є методи, які основані на використанні золю кремнієвої кислоти і в ще більшій мірі синтетичних смол. Серед останніх найперспективнішими можуть бути визнані смоли, що воло­діють малим динамічним коефіцієнтом в'язкості під час запомповуван-ня їх у пласт, та тверднуть, перетворюючись з часом у твердий і міцний полімер.

Такі властивості синтетичних смол дають змогу використовувати їх в процесі виконання всіх видів ізоляційних робіт: створення водоізолювальних екранів-пропластків, екранів-тріщин, виправлення неякісного цементного кільця і т. д.

Суспензії на основі синтетичних смол перш за все призначені для використання як ізоляційний матеріал в умовах пластів з високою погли-нальною здатністю. Володіючи затверджуваним фільтратом, такі сус­пензії дають змогу підвищити якість робіт з розмежування пластів у ході первинного цементування експлуатаційних колон. Проводились дослід­ження з розробки рецептур суспензій: а) маршаліту, діатоміту, слюди, графіту, амінопласту та бентонітових глин на основі сечовино-меламіно-формальдегідної смоли ММФ-2; б) цементу на основі акрилових смол; в) цементно-піщаних сумішей і цементу на основі резорцино-формальде-гідної смоли ФР-12 та сланцевої смоли ТСД-9; г) глини, деревинних муки та тирси, кварцового піску та їх сумішей на основі сланцевої смоли ТСД-9.

Для створення водоізолювальних екранів-тріщин великого простя­гання запропоновано використати водні суспензії глини з домішкою кварцового піску і без нього. В обох випадках для цієї мети використо­вували глинистий розчин, а суспензію запомповували у відкриту тріщину, після змикання якої утворюється щільний непроникний пропласток.