Неселективные методы ограничения притока пластовых вод

Наиболее распространено использование тампонажного цементного раствора — это типичный случай несе­лективной изоляции: цемент и вода взаимодействуют друг с другом и, затвердевая, их смесь принимает форму вмещающе­го сосуда. В табл. 10.0 приведены используемые в практике РИР тампонажные цементы.

В зависимости от конкретного назначения применяют раз­нообразные активные добавки, наполнители различной приро­ды, качества, размера зерен или пластин, глобул и т. д., а также химические реагенты: замедлители, ускорители, пластифика­торы, понизители водоотдачи, используют цементы различной тонины помола и т. д.

Понизители водоотдачи тампонажных растворов. Обычные чистые цементные растворы имеют очень высокую водоотда­чу, поэтому использование их для цементирования скважин связано с рядом трудностей и ограничений.

1. По лабораторным данным, при закачке обычного цементного раствора в пласты отфильтровывается около 20% воды, что влечет за собой существенное уменьшение объема цемен­тного раствора.

2. По мере потери воды раствор становится более вязким и для перемещения его в затрубном пространстве требуется более высокое давление. Вследствие этого может произойти раз­рыв пласта, а цементный раствор не достигнет заданной цели.

3. Появляется возможность быстрого схватывания раствора из-за потери воды.

4. Если проницаемость пород в зоне цементирования неодинакова, то неодинакова и степень обезвоживания цементного раствора в различные ее частях. Это усугубляет вызванную температурным градиентом неравномерность схватывания ра­створа и создает возможность формирования неоднородного камня плохого качества в отдельных частях зоны цементиро­вания. В результате разобщения пластов в данной части ство­ла скважины может оказаться ненадежным.

5. В интервалах залегания высокопроницаемых пород быстрое обезвоживание цементных растворов приводит к неполной изоляции водо-, нефте- или газоносных пластов из-за не­возможности закачать в них требуемое количество тампонажного раствора.

6. Вследствие высокой водоотдачи обычных цементных растворов происходит загрязнение приствольной зоны отфильтровавшейся водой, содержащей некоторое количество цементирующих материалов, которые, попадая в нефтеносные пласты, уменьшают их эффективную пористость.

В связи с указанным выше при проведении ответственных операций, связанных как с первичным, так и вторичным це­ментированием обсадных колонн, принимают меры по регули­рованию водоотдачи цементных растворов путем добавления к ним понизителей водоотдачи.

А. Во время первичного цементирования в целях:

защиты водочувствительных пород (сланцев) от воздействия пресноводного фильтрата цементного раствора;

сведения к минимуму возможности образования в пластах различных «барьеров» (водных и эмульсионных) в результате набухания глинистых частиц под воздействием фильтрата;

предотвращения преждевременного схватывания цемент­ного раствора в затрубном пространстве в процессе продавливания;

поддержания необходимой вязкости цементных растворов в период продавливания их за обсадную колонну.

Б. Во время вторичного цементирования в целях:

уменьшения или предотвращения преждевременного обез­воживания раствора в колоннах насосно-компрессорных и обсадных труб под давлением в период продавливания тампонажного раствора через перфорационные отверстия в обсад­ной колонне;

проведения цементирования под высоким давлением с вы­держкой во времени (при формировании цементной корки в перфорационных отверстиях обсадной колонны);

уменьшения количества фильтрата, поступающего в плас­ты, особенно если в их состав входят набухающие глины.

Лабораторными и промысловыми испытаниями установле­ны следующие основные преимущества тампонажных раство­ров с низкой водоотдачей:

сохранение раствором текучести в течение длительного времени, что способствует лучшему контакту цементного кам­ня с породой;

сохранение раствором практически своего первоначально­го объема благодаря резкому уменьшению потерь воды вслед­ствие образования плотной фильтрационной корки;

сведение к минимуму возможности схватывания раствора в трубах;

проникновение некоторого количества раствора (до его загустевания) в интервал поглощения бурового раствора, пред­ставленный мелкотрещиноватыми, а также высокопроницае­мыми гранулярными породами при его изоляции.

Тампонажные растворы с низкой водоотдачей рекоменду­ется применять для разобщенияа пластов, сложенных глинис­тыми сланцами или бентонитовыми песками, отличающимися повышенной чувствительностью к пресной воде.

В отечественной практике РИР используют высокомолеку­лярные реагенты (КМЦ), составы с бентонитом и другие ре­цептуры.

В США при проведении операций, связанных с вторичным цементированием, для снижения водоотдачи тампонажных ра­створов в настоящее время используют такие добавки, как На1аd-9, На1аd-14, На1аd-22А, Latех LA-2, Latех LАР-I, Diасе1-LWL, Aquatrol D-19.

Хэлэд-9 (На1аd-9)_, выпускаемый фирмой Halliburton, пред­назначен для первичного и вторичного цементирования сква­жин. Это полимер с длинными цепями молекул. Поставляется потребителю в виде порошка, который может быть добавлен непосредственно к сухому цементу, а также введен в воду, используемую для затворения тампонажного раствора. При этом водоотдача тампонажных растворов изменяется пропорциональ­но количеству добавки Хэлэд-9. Данная добавка совместима с большинством цементов.

Понизители вязкости тампонажных растворов. При РИР качество изоляции каналов, по которым происходит межпластовый переток флюидов (каналы перетока), во многом зависит от степени заполнения этих каналов тампонажным раствором.

Использование обычных тампонажных растворов при це­ментировании под давлением (особенно при небольшой при­емистости изолируемых пластов или в случае необходимости изоляции каналов перетока в пределах большого интервала) приводит к созданию значительного противодавления на стен­ки скважины вследствие сильного роста потерь давления на преодоление гидравлических сопротивлений во всей циркуляционной системе скважины. В результате этого возможны гид­равлический разрыв и загрязнение изолируемых (продуктив­ных) пластов, так же как и неполное вытеснение флюида в каналах перетока тампонажным раствором.

Для устранения этого очень эффективной оказывается об­работка тампонажных растворов пластификаторами и разжижителями.

Тампонажные цементы

№ п/п	Наименование	Обозначение	Стандарт
15 16 17	Портландцемент для холодных скважин Портландцемент для горячих скважин Утяжеленный портландцемент для холодных скважин Утяжеленный портландцемергт для горячих скважин Песчанистый портландцемент для холодных скважин Песчанистый портландцемент для горячих скважин Солестойкий портландцемент для холодных скважин Солестойкий портландцемент для горячих скважин Низкогигроскопичный портландцемент для холодных скважин Низкогигроскопичный портланд- цемент для горячих скважин Облегченный портландцемент для холодных скважин Облегченный портландцемент для горячих скважин Шлакопесчаный цемент совместного помола То же Утяжеленный шлаковый цемент Утяжеленный шлаковый цемент Утяжеленный шлаковый цемент Утяжеленный шлаковый цемент Утяжеленный цемент для горячих скважин То же Облегченный цемент для горячих скважин Цементно-глинистые составы Цемент тампонажный быстро- твердеющий расширяющийся Облегченный цемент для холод- ных скважин Цементно-смоляная композиция	ПЦХ   ПЦГ   УПЦХ   УПЦГ   ППЦХ   ППЦГ   СПЦХ   СПЦГ   НПЦХ   НПЦГ   ОПЦХ   ОПЦГ   ШПЦС-120   ШПЦС-200 УШЦ 1-120 УШЦ 2-120 УШЦ 1-200 УШЦ 2-200 УЦГ-1   УЦГ-2 ОЦГ   ЦГС   ЦТБР ОЦХ ЦСК	ГОСТ 1581-78   то же   --   --   --   --   --   --   --   --   ТУ 21-20-36-78   То же   ОСТ 39-017-80   То же ОСТ 39-014-80 То же -- -- ТУ 39-01-08-535—80   То же ТУ 39-01-08-469-80   ---- ТУ 21-32-61-74   ТУ 39-08-046-75 ----

Введение в тампонажный раствор ряда пластификаторов в небольшом количестве (около 1% от массы сухого цемента) приводит к быстрому диспергированию частиц цемента, как следствие, к резкому уменьшению динамического сопротивле­ния сдвигу и, как правило, к снижению структурной вязкости раствора. Это, в свою очередь, способствует снижению уров­ня критической скорости восходящего потока тампонажного раствора в затрубном пространстве до скорости, при которой происходит турбулизация потока раствора.

Указанное изменение реологических свойств тампонаж­ных растворов позволяет:

1) снизить объемный расход (объемную скорость течения) раствора, подаваемого в скважину в процессе цементирова­ния;

2) уменьшить потери давления на преодоление гидравли­ческих сопротивлений во всей циркуляционной системе (в частности, в затрубном пространстве скважины);

3) уменьшить суммарное противодавление в затрубном пространстве скважины;

4) снизить возможность произвольного гидравлического разрыва и загрязнения проницаемых (в том числе продуктивных) пластов тампонажным раствором;

5) получить более прочный, плотный и малопроницаемый цементный камень (даже при обычном водоцементном отно­шении), чем камень из необработанных тампонажных растворов;

6) значительно улучшить качество разобщения пластов (в частности, качество изоляции каналов перетока при цементировании под давлением) в нефтяных и газовых скважинах.

Кроме того, при использовании реагентов — понизителей вязкости уменьшается потребная суммарная гидравлическая мощность насосов цементировочных агрегатов, снижается об­щая стоимость цементирования, а также появляется возмож­ность приготовления тампонажных растворов с очень неболь­шим водоцементным отношением (0,30—0,35), но с нормаль­ной подвижностью, т. е. утяжеленных тампонажных раство­ров из однокомпонентного сухого материала — чистого цемента без применения утяжелителей, неблагоприятно влияю­щих на технологические и физико-механические свойства тампонажных растворов и цементного камня.

При проведении вторичного цементирования для пониже­ния вязкости тампонажного раствора, разжижения и турбулизации его потока в США применяют GFR-2, dIAGEL-LWL-plasticizer с низкой вязкостью, ТIС и др.

GFR-2 (Cement Friction Reducer-2) — диспергирующая до­бавка, разработанная фирмой Halliburton как понизитель вяз­кости. Данный реагент совместим со всеми тампонажными цементами. Добавление его не вызывает увеличения времени начала схватывания раствора. В отечественной практике для этой цели применяют ССБ, ПФЛХ и другие ПАВ. За рубежом находит широкое применение при выполнении работ, связан­ных с вторичным цементированием (цементированием под дав­лением), когда снижение вязкости тампонажного раствора осо­бенно необходимо, GFR-2.

Введение GFR-2 в тампонажный раствор способствует турбулизации восходящего потока, существенно снижая при этом критическую объемную скорость течения раствора по сравне­нию с соответствующей скоростью течения необработанного тампонажного раствора.

GFR-2 используют в скважинах с температурой на забое в пределах 16 —143°С. Для обработки тампонажных растворов при вторичном цементировании данный реагент добавляют в количестве 1,0—1,75% от массы сухого цемента.

Промысловые и лабораторные исследования, проведенные за последнее время специалистами США, показали, что до­бавки типа GFR-2 являются также хорошими понизителями водоотдачи цементных растворов, причем водоцементное от­ношение в этом случае практически можно свести к миниму­му (В/Ц - 0,30-0,35).