способ изоляции неустойчивых и склонных к осыпанию пород при строительстве наклонно-направленных и горизонтальных скважин

Формула изобретения

Способ изоляции неустойчивых и склонных к осыпанию пород при строительстве наклонно-направленных и горизонтальных скважин, включающий промывку скважины, закачку тампонажного раствора, продавливание тампонажного раствора, расхаживание квадратной штанги на ее длину, отличающийся тем, что промывку скважины чередуют с закачкой глинистого раствора, делая выдержку на 3-5 мин, продавливание тампонажного раствора осуществляют на низких скоростях и до момента выхода его из бурильных труб производят вращение колонны бурильных труб, при этом расхаживание квадратной штанги производят с амплитудой 1-3 м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

В процессе строительства наклонно-направленных и горизонтальных скважин, при котором траектория ствола скважины в интервале прохождения неустойчивых и склонных к осыпанию пород верхних горизонтов имеет наибольший угол отклонения, происходит осыпание пород в стволе скважины. Это в свою очередь провоцирует возникновение аварийных ситуаций и, как следствие, дополнительное увеличение объема работ и стоимости строительства скважины. Как показывает опыт ранее построенных на Ромашкинском месторождении подобных скважин, изоляцию каверн и предотвращение осыпания пород в зонах залегания неустойчивых пород удается достичь после многократных изоляционных работ. Дополнительные работы приводят к осложнению скважины, значительному увеличению затрат материалов, техники и сроков строительства скважины, что влечет за собой значительное увеличение ее стоимости.

Известен способ изоляции поглощающих пластов (патент РФ № 2014433, МПК Е21В 13/13, опубликовано 15.06.1994 г.) путем закачки в пласт тампонажного раствора с устья скважины через свободный конец бурильных труб с поддержанием постоянного давления на пласт, причем с целью повышения эффективности и надежности изоляции перед закачкой тампонажного раствора осуществляют замену промывочной жидкости на рабочую, а закачку тампонажного раствора в поглощающий пласт осуществляют созданием давления на последний выше давления поглощения. Затем производят подъем бурильных труб на высоту выше уровня тампонажного раствора и увеличение гидростатического давления в стволе скважины осуществляют заменой рабочей жидкости на промывочную с большей плотностью.

Но данный способ не решает задачу изоляции неустойчивых и склонных к осыпанию пород, так как применим лишь для изоляции поглощающих пластов, причем создание давления на пласт тампонирующим материалом при осыпающихся породах может привести к интенсивному обваливанию пород.

Известен способ проходки неустойчивых пород при бурении скважин (патент РФ № 2344263, МПК Е21В 7/00, опубликован 20.01.2009 г.), включающий укрепление стенок скважины в указанном интервале профильными перекрывателями, причем углубление интервала с неустойчивыми породами и укрепление стенок скважины производят последовательными участками, а установку профильных перекрывателей производят с перекрытием внахлест с последовательным уменьшением внутреннего диаметра устанавливаемых профильных перекрывателей в рабочем положении при углублении с расширением ствола скважины на первом участке интервала пласта или встык при последовательном углублении с расширением всех участков ствола скважины.

Данный способ эффективен, но трудоемок, требует больших затрат времени на проведение работ и имеет высокую стоимость, в частности, материалов (труб).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, изложенный в РД 153-39.0-590-08 (разработан институтом «ТатНИПИнефть» ОАО «Татнефть», 2008 г., стр.65-66). Сущность способа заключается в последовательной установке цементных мостов от подошвы поглощающего пласта до кровли его, в результате чего происходит искусственное упрочнение пород, слагающих зону поглощения и имеющих низкую прочность.

Но известный способ не эффективен в случае, когда в зоне неустойчивых пород скважина имеет зенитный угол, равный 30 и более градусов, либо является горизонтальной. Недостатками данного способа применительно к строительству наклонно-направленных и горизонтальных скважин являются:

1. Некачественная промывка скважины, обусловленная возникающей разностью давлений в стволе скважины и в затрубном пространстве, вызывающая забивание каверн пласта шламом, что препятствует попаданию в них тампонажного раствора и укреплению неустойчивых пород пласта.

2. Неполное замещение тампонажным раствором промывочной жидкости в кавернах неустойчивых пород вследствие возникающего турбулентного течения тампонажного раствора в затрубном пространстве в результате ускоренного продавливания тампонажного раствора технологической жидкостью.

3. Ухудшение прочностных характеристик образующегося цементного камня вследствие разбавления и облегчения тампонажного раствора при вызове интенсивного притока жидкости из пласта в скважину, обусловленного расхаживанием квадратной штанги на ее длину (амплитуда 14-16 м). В предложенном изобретении решается задача изоляции неустойчивых пород при бурении в них наклонно-направленных и горизонтальных скважин путем наиболее полного очищения каверн от шлама и заполнения их тампонажным раствором.

Решение задачи достигается тем, что в способе изоляции неустойчивых пород при строительстве наклонных и горизонтальных скважин, включающем промывку скважины, закачку тампонажного раствора, продавливание тампонажного раствора, расхаживание квадратной штанги, согласно изобретению промывку скважины промывочной жидкостью приостанавливают, производят закачку глинистого раствора, делают выдержку для выравнивания давления в скважине и оседания оставшихся частиц шлама, а затем возобновляют промывку. При закачке тампонажного раствора до момента выхода его из бурильных труб в затрубье производят вращение колонны бурильных труб. С целью обеспечения ламинарного режима течения цементного раствора в затрубном пространстве, продавливание тампонажного раствора ведут на низких скоростях, а расхаживание квадратной штанги производится с амплитудой 1-3 метра.

Признаками изобретения являются:

1. Промывка скважины промывочной жидкостью, чередуемая с закачкой глинистого раствора и выдержкой на 3-5 минут для выравнивания давления в стволе скважины.

2. Закачка в скважину тампонажного раствора.

3. Вращение колонны бурильных труб.

4. Продавливание тампонажного раствора на низких скоростях во избежание возникновения турбулентного и создания ламинарного режима течения тампонажного раствора в затрубном пространстве.

5. Расхаживание квадратной штанги с амплитудой 1-3 метра.

Признак 2 является общим с прототипом, признаки 1, 4 и 5 существенно отличаются от прототипа, а признак 3 является новым.

Способ осуществляют следующим образом. Открытый конец бурильных труб (ОКБТ) устанавливают на 25-30 м ниже подошвы зоны осыпания пород. Цементировочный агрегат обвязывают жесткой линией с напорным трубопроводом и осуществляют промывку скважины промывочной жидкостью. Во время промывки из каверн неустойчивых осыпающихся пород вымываются наиболее крупные частицы шлама выбуренной породы. В силу того что в данном интервале пласта ствол скважины имеет отклонение от вертикали на 30 и более градусов, либо является горизонтальным, полное вымывание промывочной жидкостью из каверн мелкого шлама не происходит. Для устранения этого недостатка по способу производят закачку глинистого раствора в объеме 6-10 м³ и при выходе его на устье останавливают промывку, делая выдержку на 3-5 минут. Этого времени достаточно для выравнивания давления в скважине. При этом частицы глинистого раствора, попадая в каверны, связывают остатки шлама выбуренной породы и, из-за отсутствия разности давлений в стволе скважины и в затрубье, находятся во взвешенном состоянии. Затем, возобновляя промывку скважины, на поверхность вымываются налипшие на частицы глинистого раствора остатки шлама, что обеспечивает в последующем более полное заполнение каверн цементным раствором.

Далее осуществляют процесс закачки тампонажного раствора и продавливание его в скважину. Для создания ламинарного течения тампонажного раствора в затрубном пространстве продавливание его технологической жидкостью осуществляют на низкой скорости цементировочного агрегата, например на второй.

Во время закачки тампонажного раствора до наступления расчетного момента его выхода из бурильных труб в затрубье производят вращение колонны бурильных труб. Создаваемое дополнительное давление на столб тампонажного раствора в скважине в свою очередь создает давление в затрубье, способствуя более полному вытеснению из каверн промывочной жидкости, а ламинарный режим течения тампонажного раствора обеспечивает полное замещение в кавернах промывочной жидкости на цементный раствор.

Во избежание прихвата бурильных труб в стволе скважины производят их расхаживание путем спуска-подъема квадратной штанги. Сокращение амплитуды расхаживания квадратной штанги, например, до 1-3 м, обеспечивает избежание прихвата бурильных труб, при этом минимизируя зону смешивания тампонажного раствора со скважинной жидкостью и пластовой водой. Это предотвращает разбавление и облегчение тампонажного раствора, что способствует сохранению прочностных свойств образующегося цементного камня.

По завершении процесса продавливания тампонажного раствора производят подъем бурильной колонны, а затем осуществляют промывку ствола скважины технической водой.

Таким образом, применение описанного способа позволит осуществить качественную промывку ствола скважины, наиболее полное заполнение каверн неустойчивых пород пласта тампонажным раствором, что обеспечивает образование прочного цементного камня, изолирующего зону неустойчивых и склонных к осыпанию пород пласта.

Данный способ был успешно применен при строительстве наклонно-направленных скважин куста № 8 под город Азнакаево, а так же в других скважинах на площадях деятельности НГДУ «Азнакаевскнефть». Все скважины имели зенитный угол более 30 градусов и большое проектное смещение до 1400 м, при этом проектной программой строительства скважин и геолого-техническим нарядом была заложена вероятность изоляции осыпающихся пород установкой профильного перекрывателя ОЛКС. Применение предлагаемой технологии позволило значительно снизить затраты на строительство новых скважин и способствовало увеличению коммерческой скорости бурения данных скважин.