книги из ГПНТБ / Островский Я.М. Борьба с пробкообразованием в нефтяных скважинах на месторождениях Туркмении

пу песка в скважины, а не ликвидировать это явление в самом начале его зарождения.

Более совершенным методом борьбы с пробкообразованием является способ создания гравийного фильтра в призабойной зоне, сущность которого заключается в том, что в дренированную область призабойной зоны с наличием трещин, каналов и каверн вводится, при по­ мощи вязкой ж и д к о с т и песконосителя, большое коли­ чество крупнозернистого песка пли гравия. При отсут­ ствии в породе призабойной зоны трещин и каналов, ког­ да порода представляет собой рыхлую массу, нагнета­ ние в пласт вязкой нефти с крупнозернистым песком может привести к некоторой перегруппировке и уплот­ нению песков, что, в свою очередь, может способство­ вать уменьшению пробкообразования. Кроме того, за­ полнение песком каверн и трещин за обсадной колон­ ной затрудняет возможность обрушения породы в при­ забойной зоне.

В последнее время метод создания гравийного фильтра в призабойной зоне у нас'(на месторождениях

местно с гидравлическим разрывом пласта, т. е. наряду с естественными трещинами и каналами крупнозерни­ стым песком заполняются я искусственно созданные тре-« іцины, что в некоторой степени снижает пробкообразо-

таких мероприятий обычно бывает кратковременным. Таким образом возникла необходимость крепления породы призабойной зоны или искусственно созданного гравийного фильтра в призабойной зоне различными

цементирующими веществами.

20

Как указывалось выше, разрушение пород призабой­ ной зоны в процессе эксплуатации скважин происходит из-за ослабления механических связей между частицами скелета породы в процессе фильтрации жидкости. При усилении существующих естественных связен между час­ тицами породы или при создании в призабойной зоне искусственного проницаемого грунта, более устойчивого, чем сама порода пласта, можно предотвратить или, во всяком случае, значительно уменьшить пробкообразование.

Можно считать, что всякое крепление пород есть не что иное, как некоторое воспроизведение природных процессов цементации искусственным способом. В при­ родных условиях цементация пород происходит в тече­ ние длительного времени при соответствующих темпера­ турах и давлениях. При искусственной цементации этот процесс может осуществляться в несравнимо более короткие сроки и при иных условиях. Наиболее рас­ пространенным веществом, применяемым обычно в про цессах искусственного крепления пород, является це­ мент.

Способ укрепления рыхлых слабосцементированны к пород цементом в технике известен давно. Впервые он был успешно применен в 1864 году при проходке шахт. Затем, благодаря появлению специальных цементиро­ вочных насосов и улучшению технологического процесса

21

монта и крепления колонн, а также при возвратных работах).

Сравнительно недавно метод цементации в нефтя­ ной промышленности стал применяться в качестве ме­ роприятия по борьбе с пробкообразованием.

Впервые этот метод был применен в 1949 году для скрепления рыхлых пород призабойной зоны на нефтя­ ных месторождениях Азербайджана. Сущность метода заключается в следующем. В пласт через фильтр экс­ плуатационной колонны закачивается цементный раст­ вор, который, затвердевая в призабойной зоне, укрепля­ ет эту зону и повышает ее устойчивость размыву. Часто для этих целей используются цементно-песчаные смеси.

Однако и эти методы оказались малоэффективными. Это можно объяснить, в первую очередь, тем, что про­ никновение цемента в породу ограничено. Исследования в области гидротехнического строительства показали, что способом цементации можно закрепить породы, в ко­ торых поровые проходы и трещины имеют размеры не меньше 0,15 мм. Это объясняется тем, что цементный раствор, представляет собой суспензию, то есть сово­ купность твердых частиц, взвешенных в жидкости. Экс­ периментально установлено, что движение цементного раствора в порах и трещинах возможно только в том случае, если размеры частиц цемента в 4 — 5 раз мень­ ше размера поровых проходов. Учитывая, что при современной технике помола значительная часть зерен

коллекторские породы состоят из зерен, диаметры ко­ торых зачастую меньше 0,15—0,20 лиг, а следовательно, поровые проходы п подавно значительно меньше этих величин и составляют в среднем 10 — 20 микрон, то

22

отсюда следует, что проникновение цементного раствора в пласт при этих условиях невозможно. Помимо этого, если учесть, что поровое пространство коллекторских пород полностью или частично заполнено нефтью — средой, в которой не происходит твердение раствора, то возможность крепления пород цементным раствором ставится под сомнение.

Кроме того, если в пластовой жидкости имеется во­ да, то цемент, находящийся иод воздействием минерали­ зованных агрессивных вод, будет подвергаться с тече­ нием времени разрушению. Даже в скважинах, выра­ женных хорошо сцементированными песками, при нали­ чии в пластовой жидкости воды последняя при про­ хождении через пески вымывает цементирующий мате­ риал, находящийся в порах между зернами песка, и создает условия для движения самого песка и образо­ вания песчаных пробок.

Таким образом, все перечисленные способы, хотя и значительно облегчают борьбу с песком, но полностью не устраняют пробкообразованпя ввиду многообразия причин, вызывающих разрушение породы призабойной зоны, поступление песка из пласта в скважину и его осаждение на забое, ввиду наличия органических не­ достатков, присущих применяемым методам.

В настоящее время находят применение новые мето­ ды борьбы с пробкообразованием— это методы химиче­ ского крепления призабойной зоны скважин различными скрепляющими реагентами синтетическими смолами (пластмассами).

Сущность этого метода заключается в следующем. Через фильтр скважины в пласт закачивается синтети­ ческая смола вместе с катализатором, в призабойной зоне она затвердевает и скрепляет породу пласта. Если призабойная зона пласта разрушена, перед закачкой

23

смолы производят нагнетание и пласт крупнозернистого песка ил« .производят смешение песка со смолой на поверхности и всю смесь закачивают в пласт.

Основными свойствами, которыми должны обладать смолы для скрепления слабо связанных пластов, явля­ ются:

1) способность проникать в пласт при небольших давлениях и хорошо смачивать песок;

2)способность переходить в твердое состояние в широком интервале температур 30 — 70°С при примене-’ ниц соответствующих катализаторов;

3)способность цементировать песок в достаточно прочную проницаемую массу, устойчивую против раз­ мыва потоком нефти и пластовой воды.

В США технология закрепления пород призабойной

зоны пласта пластмассами разрабатывается примерно 15 лет. Для этих целей применялась фенол-формальде- гидная смола уд. веса 0,96 г/смъ и вязкостью 2,5 санти­ пуаза. Многочисленные лабораторные исследования, про­ веденные в США при обработке образцов песка смола­ ми, показали, что проницаемость кернов при этом снижается на 50 — 70%, однако данные промышленных испытаний показали, что после обработки пласта смола­ ми эффективная проницаемость пласта снижается не более чем на 10— 15%. При этом было установлено, что для скрепления песка необходимо, чтобы минимум 15% порового пространства между его зернами было заполнено затвердевшей смолой.

В США существует несколько методов закрепления песков смолами. Один из них заключается в том, что частицы с-корлупы грецкого ореха предварительно пок­ рывают тонким ' слоем смолы и вместе со специальной жидкостью или вязкой нефтью закачивают в пласт. Закрепление рыхлых пород частицами скорлупы грец-

24

кого ореха, покрытыми смолой, осуществляется двумя способами. При закреплении пород первым способом используют низкие давления и жидкости, обладающие высокой проникающей способностью, В этом случае скорлупа задерживается в призабойной зоне скважины, а жидкость проникает в глубь пласта. При этом способе применяют высокие давления, которые образуют в при­ забойной зоне скважины систему трещин. Эти трещины заполняют частицами ореховой скорлупы, т. е. создается высокопроницаемая среда. Высокие давления необхо­ димы в тех скважинах, где перфорационные каналы и поверхность ствола скважины загрязнены глинистым раствором. Для удаления из ствола излишков скорлупы используется разбуривание или обратная промывка скважины.

Кроме нефти, в качестве жидкости-носителя иногда используется слабый (2,5%) кислотный раствор, который одновременно является и катализатором затвердевания смолы.

Один из методов закрепления пластовых песков, применяемых в США, заключается в том, что в скважи­ ну закачивают частично полиімеризованную смолу, раст­ воренную в спирте. После закачки в скважину, смола в условиях пластовой температуры и давления начинает полимеризоваться, образуя твердую нерастворимую мас­ су. При полимеризации спирт выделяется и смола затвер­ девает. При этом опа осаждается на поверхности отдель­ ных зерен песка, цементируя их, а растворитель запол­ няет оставшуюся часть норового пространства. Объем затвердевшей пластмассы составляет только часть на­ чального объема жидкой смолы и спирта. Спирт из порового пространства легко вытесняется нефтью или другими пластовыми жидкостями. За счет усадки объем

25

Остаточную проницаемость пласта после его обработ­ ки смолой можно повысить, медленно прокачивая нефть через смолу, которая еще нс достигла гелеобразного состояния. В этом случае излишки смолы, т. е. вся смола, кроме тон ее части, которая действительно необходима для покрытия поверхности зерен песка, вытесняется ди­ зельным топливом или дистиллятом в глубь пласта. Таким образом, одновременно с повышение-м остаточной проницаемости пласта увеличивается глубина проник­ новения смолы в пласт и поверхность обработанных ею пород. Смола не растворяется в нефти, поэтому при ес фильтрации через пласт не вся она удаляется с поверх­ ности зерен песка.

В Советском Союзе также начали применяться раз­ личные смолы для закрепления рыхлых песков в приза­ бойной зоне пластов. На нефтяных месторождениях Азербайджана для этих целей применялась фенол-фор- ѵальдегидная смола уд. веса 1,12— 1,14 и вязкостью 2,0 — 2,5°Е. В качестве катализатора отвердевания при­ менялась соляная кислота. Сцементированные пласт­ массой пески не разрушались при перепадах давления фильтрующейся жидкости, превышающих 1—2 атм.'см. Этой смолой было обработано 84 скважины, коэффи­ циент успешности работ составил около 45%.

В Азербайджане для крепления пластовых песков с 1956 года испытываются смолы, изготовленные из сырых фенолов и формалина. На 1.Х—1960 года такой смолой было обработано 337 скважин, эффективность этих работ составила в среднем около 35%. Процесс поликонденса­ ции смолы происходит в присутствии катализаторов в момент ее применения, сырьем для получения смолы являются сырые фенолы, формалин и катализатор. Сы-

26

рые фенолы бутилацетатной экстракции сточных вод полукоксования и гидрогенизации черемховских углей представляют собой маслянистую жидкость темнокорич­ невого цвета плотностью 1,09— 1,11 г/сж3.

С 1959 года для закрепления песков на промыслах Краснодарского края используется мочевино-формаль­ дегидная смола «Крепитель-М». Это термореактивная смола уд. веса 1,15—1,20 г/сж3 и вязкостью 4—-10°Е, получаемая поликонденсацией мочевины с муравьиным альдегидом. Мочевина (карбамид) — доступный и недифицитный продукт, получаемый из аммиака и углекисло­ го газа. В отвердевшем состоянии «Крепитель-М» пред­ ставляет собой монолитную массу белого цвета, не растворимую и не разрушающуюся в воде, кислотах и щелочах. В 1960 году на Краснодарских промыслах этой смолой было обработано 36 скважин, эффектив­ ность проведенных работ составила 80%.

Таким образом, в настоящее время главным направ­ лением в борьбе с пробкообразованием в нефтяных скважинах является химическое крепление рыхлых по­ род в призабойной зоне пласта синтетическими смолами. Однако, ввиду неразработанности этого метода, потре.- буются время и усилия для его освоения и совершен­ ствования.

Успешное применение синтетических смол для креп­ ления ими пластовых песков возможно позволит снять с

синтетические смолы не только для обработки пробкооб­ разующих скважин, но и проводить пластмассовые обра­ ботки скважин по выходу их из бурения как профилак­ тическое средство с целью недопущения разрушения призабойных зон пласта, сложенного рыхлыми, слабосцементиров аиными песками.

27

В недалеком будущем, возможно, найдет применение принципиально новый метод крепления пород в приза­ бойной зоне. В настоящее время в лаборатории бурения нефтяных скважин Института геологии и разработки горючих ископаемых АН СССР разрабатывается метод повышения устойчивости стенок скважины, основанный на преобразовании природы горных пород путем обра­ ботки их электрическим током.

Применение электрического тока для улучшения свойств горных пород имеет большое народнохозяйствен­ ное значение.

Эта проблема в значительной степени проработана для улучшения свойств почво-грунтов.

Еще па 1-й Международной конференции по механи­ ке грунтов в 1936 году был представлен метод А. Казагранде, дающий возможность повышать несущую способность глинистых грунтов в 5 — 10 раз. По этому методу через грунт жидкой консистенции пропускают

ниевый и медный), причем, анодом всегда служит алю­ миний. Закрепленная этим методом глина показала, что железный стержень сечением 1 мм2 не мог быть вдав­ лен в нее под нагрузкой 10 кгісм2.

Основным фактором, определяющим эффект закреп­ ления глин при пропускании постоянного тока, являются обменные реакции между поглощенными катионами. Ка­ тион натрия заменяется на катионы водорода и алюми­ ния, причем, катион водорода образуется в результате

заряда частиц, сопровождающегося обменом катионов, в процессе прохождения тока в результате электролити-

28

веского растворения алюминиевого электрода (анода) возможно отложение соединений алюминия в глине и образование цементирующих грунт алюмогелей, спо­ собствующих возрастанию прочности.

Изменение физико-химических условий и химическо­ го состава грунтов при электрохимическом закреплении приводит к изменению их минералогического состава, формированию новых минералов.

Действие постоянного тока на изменение свойств грунта весьма значительно, но по характеристике оно резко различается в отдельных зонах.

Основой закрепления грунта у анода является уплот­ нение, а также превращение грунтовой массы в среду с кислой реакцией и цементация частиц тонкими прос­ лойками гелей алюминия и железа, образующимися в результате коррозии электродов, и включение их в сфе­ ру действия электролитических процессов.

Основными факторами структурообразования и зак­ репления грунтов в катодной зоне является щелочная среда, превращение соединений кальция и магния с образованием цементирующих веществ.

Сильнее закрепляется катодная зона, слабее анод­ ная.

Этим объясняется то обстоятельство, что постоянный ток нашел сравнительно ограниченное применение для закрепления грунтов. Его можно применять там, где зональность допустима и где можно применить катодный или анодный принцип закрепления (например, для по­

ности пород, слагающих стенки скважины, предложена система электрообработки постоянным током со знако­ переменными импульсами. При этой системе сохраняет­

2д