Производственно-технический нефтегазовый журнал
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru

Опыт применения солей алюминия для ликвидации проницаемых зон при бурении

В процессе строительства скважин может возникать множество видов осложнений, ликвидация которых приводит к увеличению стоимости бурения скважины. В данной статье авторами проанализированы основные затраты на ликвидацию осложнений при бурении скважин в ПАО «Оренбургнефть» и приведены результаты опытно-промысловых испытаний составов на основе солей алюминия, подтвердившие их экономическую эффективность и универсальность при ликвидации проницаемых зон при бурении скважин.

26.10.2017 Инженерная практика №08/2017
Федянин Артем Александрович Начальник отдела инжиниринга Управления по технологиям и инжинирингу ПАО «Оренбургнефть»
Фомичев Владимир Евгеньевич Главный специалист отдела РС ПАО «Оренбургнефть»
Галиев Наиль Амирович Менеджер отдела управления проектами новых технологий ПАО «Оренбургнефть»
Ардалин Алексей Анатольевич Главный специалист отдела внедрения новых технологий и инжиниринга добычи ООО «СамараНИПИнефть»

К числу главных проблем при бурении эксплуатационных и разведочных скважин на месторождениях Урало-Поволжского бассейна относятся частичные или полные поглощения бурового раствора и дифференциальные прихваты бурильного инструмента (рис. 1, 2). Наибольшее число зон с интенсивным поглощением бурового раствора приходится на интервалы трещиноватых пород. Среди активов ПАО «Оренбургнефть» данная проблема характерна для Гаршинского, Покровского, Шулаевского, Кодяковского и Лебяжинского месторождений, где при вскрытии турнейского, заволжского, фаменского и франкского горизонтов бурение сопровождается поглощением бурового раствора интенсивностью от 10 м3/ч до полной потери циркуляции.

Рис. 2. Динамика распределения причин возникновения ННВ при строительстве скважин в ПАО «Оренбургнефть»
Рис. 2. Динамика распределения причин возникновения ННВ при строительстве скважин в ПАО «Оренбургнефть»

В 2016 году с частичным или полным поглощением бурового раствора были пробурены 105 скважин. Данное осложнение приводит к увеличению сроков строительства скважин и дополнительным затратам. В 2016 году временные и финансовые затраты на ликвидацию поглощений в ПАО «Оренбургнефть» по сравнению с 2015 годом выросли на 3 и 10% соответственно.

В настоящее время в ПАО «Оренбургнефть» применяется комплекс методов борьбы с поглощением бурового раствора в процессе бурения, в состав которого входят включение в бурильную колонну кольматационных переводников MOCS, PBL; снижение механической скорости бурения в зоне поглощения; прокачка кольматирующих составов в процессе бурения; закачка вязкоупругих составов (ВУС) и установка цементных мостов в зоне поглощения; снижение производительности буровых насосов в зоне поглощения; и снижение плотности бурового раствора (в пределах допуска).

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРИХВАТЫ

Проблема с дифференциальными подлипаниями бурильного инструмента – наиболее частой причиной дифференциальных прихватов – характерна для Гаршинского, Бобровского, Покровского, Сорочинско-Никольского месторождений, разрабатываемых ПАО «Оренбургефть». Обусловлено данное осложнение большими перепадами между гидростатическим (гидродинамическим) и пластовым давлениями, которые чаще всего формируются в горизонтах, представленных карбонатными проницаемыми коллекторами. При разбуривании месторождений Оренбургской области репрессии на пласт зачастую составляют более 70 атм.

Образование липкой фильтрационной корки на стенке скважин в сочетании с прижимающей силой бурильного инструмента и осмотическим давлением, а также большими репрессиями на пласт создают благоприятные условия для возникновения дифференциальных прихватов, которые становятся причиной увеличения сроков строительства скважин и дополнительных финансовых затрат.

С целью снижения затрат на ликвидацию поглощений и дифференциальных прихватов бурильного инструмента в процессе бурения скважин специалисты ПАО «Оренбургнефть» предложили использовать следующие составы с применением солей алюминия:

  • бентонитово-меловая смесь (БМС) и сернокислый алюминий;
  • бентонитово-меловая смесь и полиоксихлорид алюминия (ПОХА);
  • сернокислый алюминий в сочетании с полиакриламидом (ПАА).

Специалисты ПАО «Оренбургнефть» и ООО НПП «БУРИНТЕХ» совместно провели лабораторное тестирование, анализ и подбор оптимальных концентраций компонентов данных составов с целью дальнейшего проведения их опытно-промысловых испытаний (ОПИ).

БЕНТОНИТОВО-МЕЛОВАЯ СМЕСЬ И СЕРНОКИСЛЫЙ АЛЮМИНИЙ

Бентонитово-меловая смесь в сочетании с сернокислым алюминием (рис. 3) служит для изоляции трещиновато-кавернозных коллекторов с интенсивными (катастрофическими) поглощениями в вертикальных неглубоких (до 2000 м) скважинах в диапазоне температур 40-60°С.

Рис. 3. Компоненты технологии с применением бентонитово-меловой смеси и сернокислого алюминия
Рис. 3. Компоненты технологии с применением бентонитово-меловой смеси и сернокислого алюминия

Закачка реагентов в пласт производится последовательно с последующим смешением. В качестве первого реагента используют бентонитово-меловой раствор, который дополнительно содержит хлорид натрия. Вторым реагентом служит раствор сульфата алюминия.

По затрубному пространству закачивают расчетный объем бентонитово-мелового раствора, который размещают в стволе скважины выше зоны поглощения. После этого по бурильным трубам в зону поглощения закачивают раствор сульфата алюминия. При достижении раствором сульфата алюминия зоны поглощения, дальнейшую закачку и продавку обоих реагентов производят одновременно по затрубному и трубному пространствам.

При взаимодействии этих реагентов в пласте в результате бурной химической реакции в короткий срок образуются нерастворимый осадок сульфата кальция (CaSO4 – гипс) и гелеобразующие соединения гидроксида алюминия (Al(ОН)3), которые обеспечивают быстрое образование прочного тампона, способного надежно закупорить околоскважинное пространство в зоне поглощений:

Гелеобразующие соединения гидроксида аллюминия

Преимущества данного способа состоят, во-первых, в повышении надежности блокирования призабойной зоны поглощающих пластов за счет образования тампона с высокой пластической прочностью; во-вторых, в сокращении сроков проведения изоляционных работ; и, в-третьих, в сокращении материальных затрат.

Способ изоляции зон поглощений с применением БМС и сернокислого алюминия в 2016 году прошел ОПИ на одной из скважин Лебяжинской площади при ликвидации катастрофического поглощения в турнейском горизонте, где неоднократные попытки ликвидации поглощения с помощью установки цементных мостов с наполнителями и ускорителями сроков схватывания результатов не дали. Благодаря применению предлагаемой технологии поглощение ликвидировали за одну операцию.

БЕНТОНИТОВО-МЕЛОВАЯ СМЕСЬ И ПОЛИОКСИХЛОРИД АЛЮМИНИЯ

Бентонитово-меловая смесь в сочетании с полиоксихлоридом алюминия (рис. 4) применяется для ликвидации зон интенсивных (катастрофических) поглощений и повышения эффективности изоляции скважин при повышенных температурах (до 90°С при применении БМС и ПОХА, либо до 160-180°С при применении БМС + крахмал + феррохромлигносульфонат (ФХЛС) и ПОХА) и значительных глубинах скважин (4000 м и более).

Рис. 4. Компоненты технологии с применением бентонитово-меловой смеси и полиоксихлорида алюминия
Рис. 4. Компоненты технологии с применением бентонитово-меловой смеси и полиоксихлорида алюминия

Состав для изоляции зон поглощений включает два реагента: бентонитово-меловой раствор, содержащий бентонит, мел технический, хлорид натрия и воду, и водный раствор ПОХА. Бентонитово-меловой раствор дополнительно может содержать крахмал и ФХЛС.

ФХЛС более прочно связывает гидроксид алюминия Al(ОН)3 и гидроаргиллит Al2O3·3H2O, вновь образующиеся в процессе реакции ПОХА с бентонитово-меловым раствором, и тем самым способствует повышению пластической прочности тампона. Кроме того, крахмал и ФХЛС снижают водоотдачу бентонитово-мелового раствора (БМР) и придают ему свойства (прокачиваемость), позволяющие закачивать состав в глубокие и сверхглубокие скважины с высокими забойными температурами.

В трубное пространство закачивают расчетный объем БМР, который размещают в стволе скважины выше зоны поглощения. Затем в зону поглощения по трубному пространству закачивают буферную жидкость, раствор ПОХА, буферную жидкость, цементный раствор, продавочную жидкость. При достижении раствором ПОХА кровли зоны поглощения одновременно по трубному и затрубному пространствам закачивается продавочная жидкость.

Одновременное закачивание продавочной жидкости производится до момента выхода из открытого конца бурильных труб раствора ПОХА. Далее при интенсивном перемешивании и в процессе химического взаимодействия ПОХА с компонентами БМР образуются нерастворимые гелеобразующие осадки гидроксида алюминия Al(ОН)3 и хлористого кальция CaCl2 с выделением углекислого газа CO2, который обеспечивает более интенсивное перемешивание состава и способствует ускорению реакции.

Реакция происходит с поглощением воды, что в свою очередь способствует получению более прочного тампона, который закупоривает зону поглощения. После этого в стволе скважины в интервале зоны поглощения размещается цементный раствор, который взаимодействует с оставшимся непрореагировавшим раствором ПОХА, образуя цементный камень.

Способ изоляции зон поглощений с применением БМС и ПОХА прошел ОПИ в 2016 году на одной из скважин Кодяковской площади при ликвидации катастрофического поглощения во франкском горизонте, где неоднократные попытки ликвидации поглощения с помощью установки цементных мостов с наполнителями и ускорителями сроков схватывания результатов не дали. В результате применения БМС и ПОХА удалось восстановить циркуляцию с нуля до 80% и произвести докрепление.

СЕРНОКИСЛЫЙ АЛЮМИНИЙ С ПОЛИАКРИЛАМИДОМ

Механизм действия сернокислого алюминия в сочетании ПАА (рис. 5) в качестве эффективного средства кольматации проницаемых коллекторов основан на создании (диспергировании и стабилизации) плотной вспененной массы из пузырьков воздуха (газа) в результате химической реакции компонентов состава с карбонатной породой и с образованием плотной полимерно-гипсовой корки.

Рис. 5. Компоненты технологии с применением сернокислого алюминия совместно с полиакриламидом
Рис. 5. Компоненты технологии с применением сернокислого алюминия совместно с полиакриламидом

Цель применения состава состоит в значительном снижении фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) вскрываемых карбонатных пород, что позволяет обеспечить эффективную борьбу с подлипанием (дифференциальным прихватом) бурильного инструмента и поглощениями бурового раствора.

Состав включает в себя смесь солей, сернокислый алюминий, ПАА и хлористый кальций.

Прокачка данной системы может производиться как через воронку, так и через роторную компоновку, и компоновку с ВЗД в зависимости от концентрации сернокислого алюминия. Для предотвращения реакции системы с буровым раствором используются разделительные буферы на водной основе, предотвращающие коагуляцию пограничных зон с буровым раствором.

Способ изоляции зон поглощений с применением сернокислого алюминия совместно с ПАА прошел ОПИ в 2016 году на двух скважинах Гаршинского и Бобровского месторождений (рис. 6).

Рис. 6. Результаты ОПИ технологии с применением сернокислого алюминия совместно с полиакриламидом в 2016 году на двух скважинах Гаршинского и Бобровского м/р
Рис. 6. Результаты ОПИ технологии с применением сернокислого алюминия совместно с полиакриламидом в 2016 году на двух скважинах Гаршинского и Бобровского м/р

В результате применения состава на скважине Гаршинского месторождения был обеспечен спуск компоновки низа бурильной колонны (КНБК) без посадок до глубины 4290 м (проект – 4290-4495 м) со свободным хождением инструмента и подъемом КНБК без «затяжек». Операция по предотвращению дифференциальных прихватов с использованием сернокислого алюминия и ПАА оказалась в пять раз менее затратной по времени и расходам денежных средств, чем предшествующие операции.

Применение состава из сернокислого алюминия  и ПАА на скважине Бобровского месторождения позволило спустить КНБК до проектного забоя (2650 м) без посадок со свободным хождением инструмента. Спуск и цементирование обсадной колонны диаметром 168 мм прошли штатно.

Операция на скважине оказалась в четыре раза экономичнее по затратам и в 3,6 раза короче по времени, чем предшествующие по типовой технологии.

Стоит отметить, что после использования состава посадок и затяжек при СПО не наблюдалось.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог проведенных испытаний, можно сделать следующие выводы.

Разработаны и испытаны составы, позволяющие расширить ассортимент изолирующих материалов, применяемых для ликвидации зон катастрофических поглощений в широком температурном интервале и при значительных глубинах.

Разработан и испытан состав для ликвидации проницаемых горизонтов, способствующих образованию дифференциальных прихватов.

Данные составы могут эффективно использоваться на месторождениях Урало-Поволжского бассейна (хорошая адгезия как к песчаникам, так и к карбонатным породам). Все реагенты легкодоступны, имеются у подрядчика по буровым растворам, а соли алюминия служат универсальным, эффективным средством в борьбе с осложнениями при проводке ствола скважины.

Применяемые составы позволяют сократить сроки строительства скважин и снизить затраты при ликвидации осложнений, связанные с поглощениями промывочной жидкости, и дифференциальными подлипаниями инструмента.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Проектная работа «Применение солей алюминия для ликвидации проницаемых зон при бурении» // Х Кустовая научно-техническая конференция молодых специалистов ПАО «НК «Роснефть», Анапа, 2017.
  2. Способ изоляции зон полгощений: пат. 2277574 РФ: МПК C09K 8/467 / С.Н. Горонович, П.Ф. Цыцымушкин, В.Н. Степанов, А.В. Ефимов, Н.П. Кобышев, П.В. Овчинников; заявитель и патентообладатель ООО «ВолгоУралНИПИгаз». №2004131406/03; заявл. 27.10.2004; опубл. 10.06.2006, Бюл. № 16.
  3. Рязанов Я.А. Энциклопедия по буровым растворам / Я.А. Рязанов, – Оренбург: Изд-во «Летопись», 2005. 664 с.
Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
Опыт применения ВЗД с инновационным профилем рабочих органов производства АО «Пермнефтемашремонт» на объектах ПАО «Оренбургнефть»
Применение эластомеров в рецептуре тампонажных смесей
Реклама
Свежий выпуск
Инженерная практика №05/2018

Инженерная практика

Выпуск №05/2018

Промысловые трубопроводыМеханизированная добыча
Особенности и нормативная база в области эксплуатации и ремонта подводных трубопроводовДиагностика, мониторинг и обеспечение безаварийной эксплуатации промысловых трубопроводов, защитные покрытияПроектирование, строительство и ремонт стальных и полимерных трубопроводовОПИ глубинно-насосного оборудования и НКТ с защитными покрытиями, эксплуатация неметаллических НКТРеагенты и внутрискважинное оборудование для механизированной добычи нефти в осложненных условияхПодготовка нефти. Внедрение ГИС
Ближайшее совещание
Механизированная добыча, Трубопроводный транспорт
Коррозия 2018
Международная производственно-техническая конференция

КОРРОЗИЯ – 2018: Эффективные методы работы с фондом скважин, осложненным коррозией, эксплуатация промысловых нефтегазопроводов и водоводов в условиях высокой коррозионной активности

27-29 августа 2018 г., г. Казань, конференц-зал «Габдулла Тукай»
Задачей Конференции является обмен опытом и определение наиболее экономически и технологически эффективных решений и технологий в области работы с фондом скважин, осложненных коррозионным фактором и анализ применения современных методов и технологий для сокращения аварийности промысловых трубопроводов различного назначения в условиях высокой коррозионной активности.
Ближайший тренинг
Механизированная добыча
Эффективность механизированного фонда – июль 2018
Тренинг-курс

Повышение эффективности эксплуатации механизированного фонда скважин

23 – 27 июля 2018 г., г. Москва
Цель курса состоит в создании у слушателей комплексного и разностороннего представления о современной теории и практике работы с механизированным фондом скважин при решении ряда основных производственно-технических задач. Занятия проводятся с использованием новейших презентационных материалов и программных комплексов экспертами-практиками с большим производственным и научным опытом.