Экспериментальные исследования по ликвидации каналов миграции флюидов в затрубном пространстве технологических скважин подземных хранилищ углеводородов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Г.М. Воробьев, 2003

УЛК 622.241

Г.М. Воробьев

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕЛОВАНИЯ ПО ЛИКВИЛАЦИИ КАНАЛОВ МИГРАЦИИ ФЛЮИЛОВ В ЗАТРУБНОМ ПРОСТРАНСТВЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН ПОЛЗЕМНЫХ ХРАНИЛИЩ УГЛЕВОЛОРОЛОВ

Технологические скважины подземных хранилищ углеводородов помимо своих основных технологических функций

должны выполнять изолирующие функции. Конструкция скважины, включая все ее элементы (обсадную колонну, тампонажную оболочку, окружающий породный массив), должна надежно изолировать флюидопроявляющие и флюидопоглощающие пласты, т.е. должна предотвращать межпластовые перетоки флюидов, которые нарушают нормальную эксплуатацию скважины и подземного хранилища в целом.

Межпластовые перетоки возникают при наличии каналов миграции флюидов в затрубном пространстве скважины. Следует различать [1] первичные каналы миграции, образовавшиеся в результате физикохимических процессов в твердеющем тампонажном растворе: седиментации (осаждения твердых частиц в тампонажном растворе) и контракции (уменьшения обьема тампонажного камня при твердении), и вторичные каналы миграции, развивающиеся при силовом и температурном воздействиях на конструкцию скважины при ее эксплуатации.

Для ликвидации каналов миграции обычно используются традиционные технологии повторного цементирования [2]. В ООО «Подземгазпром», начиная с 80-х годов,проводятся планомерные исследования и технические разработки по созданию и внедрению новых технологий ликвидации каналов миграции в затрубном пространстве скважин для подземных резервуа-

ров в каменной соли [3]. Наиболее перспективной является технология ремонта скважин, предложенная Богдановым

Ю.М. и др. [4], которая заключается в использовании фактора кристаллизации соли из рассола для «залечивания» каналов миграции. В качестве тампонажного раствора предлагается использовать перенасыщенный раствор хлористого натрия с температурой не менее 80 °С.

В 2002 г. в ООО «Подземгазпром» проводились лабораторные экспериментальные исследования на образцах по «залечиванию» трещиноватости в конструктивных системах «каменная соль-цементный камень» и «цементный камень-металл», т.е. моделировались процессы ликвидации каналов миграции в различных конструктивных элементах скважины , что является дальнейшим обоснованием предложенной технологии [5]. Ниже излагаются основные результаты этого эксперимента, который проводил автор статьи под руководством Богданова Ю.М. и при участии Давыдовой Н.В.

Эксперимент проводился на установке УИПК-1М для исследования проницаемости кернов с целью оценки влияния на «залечивание» трещиноватости следующих факторов: геометрических размеров и вида образцов, давления испытательного флюида, вида испытательного флюи-да(газ или жидкость). «Залечивание» трещиноватости оценивалось по проницаемости образцов в мД.

Конструктивная система «каменная соль-цементный камень» моделировалась образца-

ми каменной соли высотой 100 мм и диаметром 50 мм, внутри которых заливалось цементным раствором отверстие диаметром 20 мм, или образцами цементного камня высотой 50 мм и диаметром 50 мм, которые отливались в соответствующей форме, где предварительно устанавливался соляной столбик диаметром 30 мм. Модель конструктивной системы «цементный камень-металл» представляла цементный образец высотой 50 мм и диаметром 30 мм, где предварительно устанавливался металлический пруток диаметром 10 мм.

В начале эксперимента определялась проницаемость подготовленных образцов или предварительно нарушенных по контакту «каменная соль-цементный камень» и «цементный камень-металл». «Залечивание» образцов осуществлялось нагретым до температуры не менее 70 оС рассолом при давлении, которое использовалось для предварительной оценки проницаемости и поддерживалось постоянным в процессе эксперимента. Эксперимент заканчивался в тот момент, когда проницаемость устанавливалась на уровне герметичности системы.

В табл. 1 приведены результаты эксперимента по «залечиванию» предварительно нарушенного образца «каменная соль-цементный камень» в виде зависимости проницаемости образца (мД) от продолжительности испытаний (сутки).

В качестве испытательного флюида для оценки проницаемости использовался рассол. До нарушения образца его проницаемость по соли составляла 3,174 мД при давлении 0,2 МПа. После нарушения контакта «ка-

Таблица 1

Продолжительность испытаний (сутки) Проницаемость образца (мД)

0 3,147

1 0,6681

5 0,0201

7 0,0148

9 0,02146

12 0,04328

14 0,05684

Протяженность участков наблюдения, м Относительная длина (%), участков наблюдения Оценка состояния контакта цементного камня с обсадной колонной

30 4,3 Затухание акустического сигнала из-за вспененности раствора на участке вблизи устья скважины

7,6 1,1 Сплошной контакт

403 58,1 Частичный контакт

88 12,7 Плохой контакт

165,4 23,8 Отсутствие контакта

менная соль- цементный камень» проницаемость частично восстановилась без процедуры «залечивания», что можно обь-яснить пластическим деформированием соли под давлением 0,2 МПа , и составила 0,6681 мД, Последующее «залечивание» трещиноватости осуществлялось рассолом при температуре 70 оС под давлением 1,7 МПа и при гидрообжиме образца 3,6 МПа. При продолжительных испытаниях (до 14 суток) давление рассола поддерживалось на уровне 0,15 МПа.

В табл. 2 приведены результаты испытаний образца «цементный камень-каменная соль» без его предварительного нарушения.

Таблица 2

В качестве испытательного флюида был использован азот при давлении 0,3 МПа. Начальная проницаемость по соли составляла 0,00255 мД. «Лечение» образца осуществляли рассолом при температуре 70 оС под давлением 1,0 МПа и при гидрообжиме 3,0 МПа. При продолжительных испытаниях (до 7 суток) давление поддерживалось на уровне 0,12 МПа.

Анализ табл. 1 и 2 свидетельствует об эффективности предлагаемой технологии ликвидации каналов миграции по соли и по контакту «цементный камень-каменная соль».

Были проведены также эксперименты по «залечиванию» двух образцов «цементный камень-металл». Первоначальная проницаемость образцов, измеренная азотом при давлении 0,1 МПа, составила 0,01129 мД. Затем образцы предварительно нарушили сдвигом металлического стержня с помощью ручного пресса и произвели повторное измерение проницаемости, которая составила

Таблица 3

189,56 мД у первого образца и 8,3242 мД у второго образца. Последующее «залечивание» образцов рассолом под давлением 0,7 МПа при температуре 70 оС и при гидрообжиме 2,5 МПа привело к следующим результатам: после 7 суток проницаемость первого образца уменьшилась до 9,5916 мД, а проницаемость второго образца уменьшилась до 2,886 мД после двух суток «залечивания». Таким образом, этот эксперимент также подтвердил эффективность предлагаемой технологии для ликвидации каналов миграции по контакту цементного камня с металлом.

Технология ликвидации каналов миграции флюидов в затрубном пространстве с помощью нагретого пересыщенного раствора хлористого натрия [4] была использована автором статьи в 2003 г. при гидравлических испытаниях подземного резервуара ПЕ-5А на ПХ-2 Астраханского ГКМ. Скважина 5А была закончена бурением 01.12.1986 г. Подземная емкость ПЕ-5А создана размывом солей в 1991 г. в интервале глубин 701-772 м, диаметром 32 м и объемом 25000 м3. Конструкция скважины: направление из труб диаметром 530 мм до глубины 59,6 м; кондуктор из труб диаметром 426 мм до глубины173 м; обсадная колонна из труб диаметром 324 мм до глубины 701 м.

В результате акустических измерений, выполненных ОАО ПКФ «Аксоль» ПФ «Астрахань-газгеофизика», состояние контакта цементного камня с об-

садной колонной можно представить по данным табл. 3.

Судя по данным табл. 3, практически по всей глубине были установлены возможные каналы миграции флюидов в затрубном пространстве по контакту обсадной колонны и тампонажной оболочки.

Автор статьи совместно со Сластуновым Д.С. производил гидравлические испытания ПЕ-5А на ПХ-2, которые заключались в опрессовке рассолом подземной емкости с помощью опрессовочного агрегата ЦА-320 и последующих наблюдениях за изменением давления. Средняя плотность закачиваемого рассола составляла 1180 кг/м3, что соответствует его

Таблица 4

Время (часы) от момента начала наблюдений Давление, атм

0 34,0

0,3 34,0

1 33,7

2 33,5

3 33,3

4 33,2

5 33,1

7 33,0

9 33,0

11 32,9

13 32,8

15 32,8

17 32,8

24 32,7

41 32,5

65 32,3

137 32,0

305 32,0

Продолжительность испытаний (сутки) Проницаемость образца (мД)

0 0,00255

1 0,000153

5 0,000058

7 0,000042

концентрации 285 г/л. Температура рассола соответствовала 32 °С. Высокая температура

рассола обусловлена тем, что он доставлялся непосредственно с размыва соседнего резервуара. Давление измерялось на оголовке скважины образцовым манометром фирмы Mach (производства Канады 34693-5 ISS.D referto ANSI B40.1, кг/см2),имеющим диапозон измерений от 0 до7° кг/см2. Исходное давление составило 3,2 атм, конечное испытательное давление в момент опресовки-34 атм. При этом объем закаченного рассола составил 34 м3.

Последующие наблюдения за изменением испытательного давления представлены в табл. 4.

Можно предположить, что уменьшение давления и последующая его стабилизация связаны с проникновением рассола и «залечиванием» каналов миграции в затрубном пространстве. Если ориентироваться на замеры давления ДР и объемы ДУ закачиваемого рассола при опресовке скважины, можно вычислить отношение е = ДУ/ДР в различные интервалы давления. На заключительном интервале опрессовки при давлении Р = 25,5 атм-34 атм, когда было

закачено 10 м3 рассола, это отношение составило е = 1,176 м3/атм. Тогда, если учитывать падение давления на 2 атм, как следует из табл. 4, можно оценить объем рассола, поглощенного каналами миграции, который составит 2,35 м3. Последняя цифра дает ориентировочное представление о суммарных объемах «залеченных» каналов миграции. Таким образом, результаты этого производственного эксперимента являются подтверждением эффективности предлагаемой технологии ликвидации каналов миграции флюидов.

1. Булатов А.И. Механика цементного камня нефтяных и газовых скважин. Краснодар,1994.

2. Серенко И.А., Сидоров Н.А., Кошелев А.Т. Повторное цементирование при строительстве и эксплуатации скважин - М. Недра,1988.

3. Богданов Ю.М., Борисов В.В. Ремонт скважин подземных резервуаров Газовая промышленность, ноябрь 1999г.

4. А.С.СССР №1702622. Богданов Ю.М. и др. Способы ремонта скважин подземных резервуаров. - М. 1991.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5. Отчет о НИР Разработка и совершенствование ресурсосберегающих технологий, технических средств сооружения и эксплуатации подземных хранилищ газа и жидких углеводородов в отложениях каменной соли и вечномерзлых породах», этап2, договор №0272-02-2, часть 1, ООО «Подземгазпром» - М. 2002.

6. Заключение по результатам интерпретации материалов ГИС скважины 5-А, пл. АГКМ (ПХ-размыв) от 16-17.01.03 г. в интервале 0-770 м. ОАО ПКФ «Аксоль» ПФ «Астраханьгазгеофизика»,2003.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Воробьев Герман Михайлович - соискатель ученой степени кандидата технических наук по кафедре «Физика горных пород и процессов», Московский государственный горный университет, заместитель главного инженера проекта ООО «Подземгазпром».

Файл: ВОРОБ

Каталог: GA^ работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB4_03

Шаблон:

C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\

Normal.dotm

Заголовок: Экспериментальные исследования по ликвидации ка-

налов миграции флюидов в затрубном пространстве технологических скважин подземн Содержание:

Автор: MMM

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания: 07.04.2003 12:36:00

Число сохранений: 21

Дата сохранения: 07.11.2008 23:19:00 Сохранил: Таня

Полное время правки: 43 мин.

Дата печати: 07.11.2008 23:57:00

При последней печати страниц: 3

слов: 1 648 (прибл.)

знаков: 9 399 (прибл.)