Назначение РИР

Основное назначение РИР – обеспечение оптимальных условий работы продуктивного пласта (или нескольких пластов) для достижения запланированного (максимального) извлечения запасов нефти.

По номенклатуре РИР относятся к работам по капитальному ремонту скважин (КРС) и, как все ремонтные работы, проводимые в скважинах, являются одним из основных средств реализации проектов разработки нефтяных месторождений.

B зависимости от цели все РИР делятся на следующие виды:

1. Отключение отдельных обводненных (выработанных) интервалов пласта в нефтяных скважинах, независимо от их местоположения по толщине и характера обводнения (подошвенная вода, контурная, закачиваемая). Регулирование закачки воды по толщине заводняемых пластов в нагнетательных скважинах.

Необходимость проведения работ этого вида обусловливается неоднородным строением и неравномерными выработкой и обводнением продуктивных пластов по толщине. Работы проводят в слоистых пластах. Для обеспечения нормальных условий их выработки по всей толщине»

2. Исправление негерметичного цементного кольца (в том числе ликвидация межпластовых перетоков),

Необходимость проведения этого вида РИР обусловлена несоответствием качества цементирования обсадной колонны условиям эксплуатации скважины и является как следствием получения негерметичного цементного кольца и разрушения его в процессе эксплуатации скважины.

Отключение отдельных пластов. Необходимость проведения данного вида РИР возникает в нефтяных и нагнетательных скважинах, одновременно эксплуатирующих несколько пластов. Различие в геологическом строении пластов (толщина, коллекторские свойства) обусловливает разновременность их выработки (обводнения) и, следовательно, необходимость отключения каждого выработанного (обводненного) пласта с целью обеспечения нормальных условий выработки остальных.

Ликвидация нарушений обсадных колонн. Необходимость в проведении этих работ обусловлена нарушением герметичности обсадной колонны вследствие несоответствия конструкции скважины условиям ее эксплуатации: цементирование обсадной колонны не по всей длине, использование для заводнения сточных вод, повышение давления нагнетания и пластового давления и т.д.

5. Наращивание (доподъем) цементного кольца за обсадной колонной и кондуктором.

Необходимость проведения работ в первую очередь диктуется требованиями охраны недр и окружающей среды: предотвращение перетока пластовых и закачиваемых жидкостей из пласта в пласт и выхода их на поверхность.

Иногда эти работы проводят одновременно с ликвидацией нарушений обсадной колонны, которые в основном являются следствием отсутствия цементного кольца за колонной или плохого его качества.

6. Перевод скважин на другие пласты и горизонты, временная консервация и ликвидация скважин. Эти работы осуществляются в соответствии с действующими положениями о порядке перевода скважин на другие горизонты, временной консервации и ликвидации скважин.

Ликвидация скважин к РИР отнесена условно, поскольку в ряде случаев прямого отношения к разработке основного пласта в данной скважине она не имеет. Включение этих работ в основной перечень РИР обусловлено выполнением этих работ бригадами капитального ремонта и использованием методов РИР.

К основным методам относятся: установка моста, летучки, пакера; перекрытие интервала перфорации взрывным пакером; создание непроницаемого экрана в призабойной зоне пласта; перекрытие нарушений в цементном кольце и обсадной колонне с помощью тампонажных материалов и т.д.

Учитывая принципиальные различия в механизме закупоривания пористой среды, методы создания непроницаемого экрана делятся на селективные и неселективные.

Каждый метод изоляции, равно как и каждый изоляционный реагент или конструкция разобщающего устройства, имеет свои области более эффективного применения при проведении определенного вида РИР. Вместе с тем каждый из них с успехом может быть применен и при ведении нескольких видов РИР. Так, установкой пакера отключают обводненный пласт, а также интервалы нарушения обсадной колонны. Цементные растворы используют для установки мостов при отключении нижних пластов и их нижних интервалов, для исправления некачественного цементного кольца, ликвидации нарушений обсадной колонны и т.д.

Наконец, каждую операцию РИР, осуществляемую с помощью данного метода, выполняют по определенной технологии. Перечень мероприятий и строгий порядок их проведения обеспечивают достижение поставленной цели.

Метод РИР, изоляционный реагент, конструкция разобщающего устройства и технология РИР взаимно обусловливают и определяют друг друга. В каждом отдельном случае их выбирают с учётом большего комплекса показателей: геолого-физических особенностей продуктивного пласта или пласта-обводнителя, гидродинамических условий, существующего опыта проведения РИР на данном месторождении, оснащенности техникой, материалами и т.д.

Технологическая схема РИР может быть разработана применительно к условиям каждой конкретной скважины.

Назначение изоляционных работ

Изоляционные работы, проводимые при восстановлении скважин, преследуют разнообразные цели.

Первое, основное их назначение, исправление негерметичного цементного кольца с целью изоляции посторонней воды, поступающей к фильтру из нижележащих или вышележащих пластов.

Второе назначение изоляционных работ состоит в том, чтобы устранить в эксплуатационной колонне дефекты, которые могут не только обусловить поступление воды в ствол, но и явиться причиной нарушения нормальной эксплуатации скважины.

Третье назначение изоляционных работ – изоляция существующего фильтра скважины при возврате скважины на вышележащий или нижележащий пласт. При возврате на вышележащий пласт, существующий фильтр изолируют установкой искусственной пробки (обычно цементной) в интервале между верхними отверстиями существующего фильтра скважины и подошвой пласта, на который скважина возвращается. При возврате скважины на нижележащий горизонт, существующий фильтр изолируют путем цементирования или с помощью дополнительной колонны-летучки.

Для изоляционных работ в скважинах применяют тампонажный цемент с различными добавками, улучшающими его свойства, пластические массы и некоторые другие вещества (например, кислый гель кремнекислоты). Изоляционные работы с применением, различных видов цемента называются цементированием.

Применение тампонажного цемента со свойствами, близкими к свойствам цемента, который употребляется при цементировании, эксплуатационной колонны, имеет следующие преимущества:

а) цемент, затвердевший в трещинах цементного кольца, образует с ним однородное по физико-химическим свойствам тело, которое хорошо сопротивляется внешнему давлению, влиянию забойной температуры и коррозийному действию среды;

б) цементный раствор не проникает в поры пласта, а образует на поверхности пористой среды непроницаемую цементную корку. Эта корка надежно предотвращает проникновение жидкости в породу или из породы в скважину на участке цементирования. В то же время она препятствует снижению проницаемости призабойной зоны после цементирования.

Цементный раствор из стандартного тампонажного цемента не способен проникать в мельчайшие трещины. Однако есть основания полагать, что разрушение цементного кольца во всех случаях происходит с образованием каверн и трещин, которые могут заполниться цементным раствором обычной дисперсности.

Ремонтно-изоляционные работы в скважинах с повышенным пластовым давлением

Одним из основных направлений интенсификации разработки нефтяных месторождений в настоящее время является применение методов заводнения с повышением давления на линии нагнетания выше начального пластового давления. В этих условиях значительно усложняется процесс разработки, в том числе и за счет проведения работ по капитальному и текущему ремонту скважин, являющихся средством реализации проектов разработки. При этом сложность проведения ремонтных работ в скважинах, эксплуатирующихся на участках с пластовым давлением выше гидростатического, прежде всего, заключается в необходимости предупреждения открытого их фонтанирования.

На практике в основном применяют три способа предупреждения фонтанирования:

- глушение скважин (создание противодавления на пласт) жидкостью повышенной плотности;

- использование специальных отсекателей пластов, обеспечивающих разобщение продуктивного пласта и ствола скважины;

- снижение пластового давления в районе фонтанируемой скважины ограничением или прекращением закачки воды в ближайшие к ней нагнетательные скважины.

Каждый из способов имеет свою область применения, обусловленную технологическими особенностями проводимых ремонтных работ, техническими возможностями и экономическими соображениями.

Наибольшее распространение получил способ глушения скважин, что обусловлено его универсальностью и простотой по сравнению с другими способами.

Специальные отсекатели, исключающие необходимость глушения скважин, могут быть использованы только при проведении текущего ремонта (в настоящее время еще отсутствует простая и надежная конструкция отсекателей).

Снижение пластового давления при ограничении закачки воды в ближайшие нагнетательные скважины, как правило, связано с потерей добычи нефти как в ремонтируемой, так и в окружающих скважинах.

Проведение РИР возможно лишь при отсутствии перелива жидкости из открытой скважины, исходя из чего при пластовом давлении выше гидростатического скважина должна быть заглушена или же пластовое давление должно быть снижено. С этой точки зрения необходимо иметь совершенно четкие представления о возможностях каждого из указанных методов и условиях их применения.

Ремонтно-изоляционные работы в скважинах со сложными гидродинамическими условиями

Большинство проводимых в настоящее время РИР осуществляется в сложных гидродинамических и температурных условиях, обусловленных одновременной эксплуатацией нескольких пластов одной скважиной, различием в величине пластового давления в различных пластах, разработкой продуктивных пластов высокими темпами и при пластовых давлениях, превышающих первоначальное (гидростатическое), закачкой громадных объемов воды с температурой, отличной от пластовой и т.п. Поэтому при проведении РИР возникают условия для дополнительного разбавления используемых тампонажных смесей и изменения их температуры до величины, значительно отличающейся от расчетной, принятой при обосновании рецептуры смесей. И то, и другое приводит к изменению физико-химических свойств тампонажных смесей и, в конечном счете - их изолирующей способности.

В наибольшей степени изменяются свойства тампонажных смесей на основе сланцевых фенольных смол ТСД-9 и ТС-10, которые хорошо растворимы в воде, обладают исключительно высокой реакционной активностью алкилрезорцинов к формальдегиду, повышенной чувствительностью скорости конденсации смол к температуре.

Влияние изменения температуры на срок отверждения водных растворов смолы ТСД-9 дают данные, приведенные на рис. 40.

 

 

Из рис. 40 видна исключительная чувствительность растворов смолы ТСД-9 к изменениям температуры и особенно растворов, приготавливаемых с добавлением катализатора (NaOH). Например, время отверждения раствора, приготовленного с добавлением NaOH в количестве 15 г/л, при понижении температуры с 30 до 25°С увеличивается с 4 до 50 мин. Время же отверждения этого раствора при температуре 20°С уже составляет 1 ч 20 мин, а при 15°С - 4 ч 10 мин. Наоборот, раствор, имеющий время отверждения при температуре 5С 1 ч. 10 мин, при температуре 10°С отверждается за 30 мин, а при 15°С - за 8 мин.

Дополнительное разбавление готовых растворов смол водой приводит к увеличению времени их отверждения, а также к ухудшению качества отверждённого полимера.

У растворов, приготовленных с добавлением катализатора, по мере разбавления водой также увеличивается время начала отверждения. Качество же получаемого при этом полимера начинает ухудшаться при большей степени разбавления и выражается в снижении прочностных свойств получаемого полимера.

Изложенное обосновывает необходимость детального изучения условий проведения РИР в скважинах со сложными гидродинамическими условиями и их учета при разработке технологии РИР.

Температурные условия в скважине при проведении РИР

При проведении РИР в скважинах температура применяемого изоляционного материала изменяется как в процессе закачки его по стволу скважины, так и в процессе задавки в изолируемый интервал,

Изменение температуры по стволу скважины определяется геотермическим градиентом в районе расположения скважины и процессами теплообмена, происходящими между извлекаемыми из пласта и закачиваемыми в него (в скважину) при эксплуатации и ремонте жидкостями, между трубами, цементным кольцом и стенками скважины.

Точное аналитическое решение задачи распределения температуры по стволу скважины сопряжено с большими трудностями. Чаще всего для этого используют упрощенные методы расчета, примененные и в данной работе для изучения изменения температуры закачиваемой в скважину жидкости при проведении РИР. Одновременно инструментально измеряли температуру при моделировании процесса РИР непосредственно в скважине для оценки точности и возможности использования выбранных методов расчета.

В основном время закачки при проведении РИР изменяется в пределах 600-3600 с и определяется объемом тампонаж кого раствора V = (1-5) м² и скоростью его закачки W = (2,03-10) кг/с. Для этих условий R_t (0,01 - 0,0З) м, что находится в пределах расстояния от НКТ до эксплуатационной колонны. В этих условиях теплопередача происходит лишь между закачиваемой жидкостью, находящейся в затрубном пространстве, температура же внешней стенки обсадной колонны соответствует температуре пласта. При этом относительная ошибка в определении температуры при изменении R_t=(0,01-0,03) м не превышает 5 %, Исходя из этого, время закачки в указанных пределах не будет оказывать существенного влияния на изменение температуры в стволе скважины.

Теплофизические свойства. Сведения о показателях большинства используемых тампонажных смесей, характеризующих их теплофизические свойства, могут быть оценены лишь приблизительно.

Температура закачиваемой жидкости. При проведении РИР возможны два случая:

а) температура закачиваемой жидкости ниже температуры «нейтрального слоя» земли;

б) температура закачиваемой жидкости выше температуры «нейтрального слоя» земли.

Геотермический градиент. В процессе длительной эксплуатации нефтяных скважин или закачки воды в нагнетательные скважины между скважинами и горными породами устанавливается псевдостационарный теплообмен. При этом характер распределения температуры по стволу скважины, обусловленный геотермическим градиентом, изменяется в соответствии с конструкцией скважины, величинами ее дебита или приемистости, длительностью работы, теплофизическими свойствами отбираемых или закачиваемых жидкостей и пород, слагающих разрез скважины и т.д.

В последующем, при остановке скважины происходит постепенное восстановление температуры до исходной геотермы. Скорость восстановления определяется величиной предшествовавшего изменения. При этом иногда РИР проводят при неустановившемся естественном температурном поле.

Рис. 2. Изменение температуры закачиваемой воды по стволу скважины при изменении геотермического градиента: 1,2,3,4 - условные геотермы соответственно для градиентов 0,014; (3,0105; 0,005 0°С/м; 1,2,3,4 - термограммы закачиваемой воды с поверхностной температурой 40°С в скважины с градиентами соответственно 0,014; 0,0105; 0,005; 0°С/м.

 

Для оценки характера изменения температуры закачиваемой воды по стволу скважины с нарушенной естественной геотермой на рис. 2 приведены результаты расчета, выполненного для различных условиях геотерм. Расчеты выполнены для Т_п = 40°С; W - 6 кг/с; условные геотермы построены изменением величины Ө₀. Изменение геотермического градиента при эксплуатации скважины может существенно повлиять на характер изменения температуры закачиваемой воды по стволу скважины (см. рис. 2).

Для сопоставления результатов расчета и фактического распределения температуры по стволу скважины температуру измеряли с помощью термометров ТЭГ-36 и «Стаб». Перед проведением измерений скважину останавливают для восстановления естественного температурного поля. Для определения геотермического градиента снимают геотерму в скважине. Измерения проводили по следующей методике:

Термометр устанавливают на заданной глубине Н.

Измеряют исходную поверхностную температуру закачиваемой жидкости (воды) – Т_п.

Закачивают воду в скважину в объеме V с заданной скоростью W и замеряют температуру закачиваемой воды Т на глубине Н во времени t.

Измерения температуры закачиваемой воды проводили, устанавливая термометр на различной глубине, как и при закачке воды в пласт при закрытом затрубном пространстве, так и при закачке воды в НКТ при открытом затрубном пространстве.

Последнюю схему закачки тампонажной смеси в скважину широко применяют при проведении РИР в скважинах с высоким пластовым давлением и ограниченной поглотительной способностью пласта. При этом между нисходящим потоком закачиваемой в НКТ жидкости и восходящим потоком жидкости, выходящей из скважины по затрубному пространству, происходит теплообмен. Одновременно теплообмен происходит между восходящим потоком жидкости и стенками скважины. Расчет процесса теплообмена при закачке по данной схеме исключительно сложен и трудоемок.

Для окончательной оценки возможного изменения температуры закачиваемых тампонажных смесей при проведении РИР в скважинах необходимо оценить ее изменение в самом изолируемом интервале, что сопряжено с большими трудностями. Результаты исследований, посвященных изучению изменения температуры пласта в результате закачки в него жидкости с температурой, отличной от пластовой, не могут быть использованы применительно к процессу ремонтных работ, так как все они связаны с. закачкой больших количеств воды (заводнения, методы увеличения нефтеотдачи, обработки призабойной зоны пластов).

Процесс РИР характеризуется закачкой в пласт или в нарушении в цементном кольце небольших объемов тампонажной смеси, ограниченностью времени закачки в пористую среду пласта или трещины, обладающих значительной активной поверхностью для теплообмена с закачиваемой смесью. Перечисленные особенности позволяют предполагать, что закачиваемая за обсадную колонну тампонажная смесь в ограниченных объемах при температуре, изменяющейся в описанных пределах, очень быстро принимает температуру изолируемого интервала.

При фильтрации тампонажных смесей в пласт, вследствие резкого увеличения поверхности контакта смеси с породой скорость процесса теплообмена значительно увеличится. Тампонажную смесь закачивали в изолируемый интервал в течение времени, превышающего указанное. Таким образом, можно предположить, что при проведении РИР температура закачиваемой в изолируемый интервал тампонажной смеси становится равной температуре пласта уже в процессе закачки смеси. В целом проведенные исследования и расчеты позволяют сформулировать основные положения, характеризующие изменения температуры в самих скважинах и закачиваемых жидкостей при проведении в них РИР.

Текущая геотерма в каждой скважине может существенно отличаться от начальной естественной (до начала разработки месторождения) геотермы в данном районе.

При проведении РИР в скважинах исходная температура используемых тампонажных смесей изменяется в значительных пределах вследствие изменений погодно-климатических и технологических условий и может существенно отличаться от температуры в изолируемом интервале.

Температура закачиваемых тампонажных смесей может существенно изменяться при движении по стволу скважины и ко времени подхода смесей к изолируемому интервалу значительно отличаться от его температуры.

При проведении РИР температура тампонажной смеси становится равной температуре изолируемого интервала в процессе продавки смеси за обсадную колонну.

При проведении РИР в скважинах температура закачиваемой тампонажной смеси изменяется таким образом:

на поверхности в процессе движения по стволу скважины и ко времени подхода к изолируемому интервалу ниже температуры в изолируемом интервале;

на поверхности выше температуры в изолируемом интервале, но ко времени подхода к изолируемому интервалу температура смеси становится ниже температуры в нем;

на поверхности в процессе движения по стволу скважины и ко времени подхода к изолируемому интервалу остается выше температуры в изолируемом интервале.

Такие изменения должны учитываться при планировании и осуществлении РИР и, прежде всего проводимых с использованием материалов, особо чувствительных к температуре.

Например, для тампонажных смесей на основе фенольных сланцевых смол ТСД-9 и ТС-10 для отверждения при температуре ниже +25°С необходим катализатор. Добавление же катализатора при более высокой температуре приводит к резкому сокращению времени отверждения смеси и появляется возможность преждевременного ее отверждения в НКТ или обсадной колонне. При этом само смешение смолы, отвердителя и катализатора происходит с выделением теплоты, вследствие чего раствор разогревается и сокращается время его отверждения.

При планировании ремонтных работ в продуктивных пластах в малодебитных нефтяных скважинах в качестве исходной следует принимать температуру пласта по средней геотерме данного месторождения. Величина исходной температуры при планировании ремонтных работ в пластах, расположенных выше продуктивного, должна уточняться по данным специальных измерений.

В нагнетательных скважинах величину исходной температуры всегда необходимо уточнять специальными замерами.