Результат интеллектуальной деятельности: Способ крепления горизонтального ствола скважины

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при цементировании обсадной колонны (крепление) в горизонтальной скважине.

Известен способ крепления обсадной колонной горизонтального участка ствола скважины (патент RU № 2150574, МПК E21B 33/14, E21B 7/20, опубл. 10.06.2000 в Бюл. № 16), включающий спуск обсадной колонны в горизонтальный участок ствола, закачивание цементного раствора расчетной плотности и объема и продавочной жидкости расчетного объема, причем спускаемую в горизонтальный участок ствола обсадную колонну собирают из легкосплавных обсадных труб, цементный раствор закачивают в обсадную колонну, затем в нее закачивают продавочную жидкость в объеме, обеспечивающем заполнение внутреннего объема обсадной колонны, спущенной в горизонтальный участок ствола скважины, плотность продавочной жидкости определяют из выражения

кг/м³,

где ρ_ц - плотность цементного раствора, кг/м³;

ρ_м - плотность металла обсадных труб, кг/м³;

Д_н - наружный диаметр обсадной колонны, м;

Д_в - внутренний диаметр обсадной колонны, м.

Недостатками способа являются сложности приготовления в полевых условиях, при этом не исключается образование продольных каналов в сводовой части сечения горизонтальной скважины, так как в условиях протяженной горизонтальной скважины происходит седиментация и расслоение цементного раствора, что приводит к появлению продольных каналов в сводовой части сечения скважины, которые приводят к заколонным перетокам особенно при проведении многостадийного гидроразрыва пласта и эксплуатации скважины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ крепления горизонтального ствола скважины (патент RU № 2541985, МПК E21B 33/13, опубл. 20.02.2015 в Бюл. № 5), заключающийся в том, что в пробуренный ствол скважины спускают компоновку для цементирования, включающую колонный башмак, фильтр, патрубок с заглушками и колонну обсадных труб, при спуске компоновки производят промывку скважины через 350-450 м, потом периодические промывки через 250-350 м и перед входом в горизонтальный ствол, при проводке компоновки по горизонтальному стволу постоянно определяют вес компоновки на подъемнике, при уменьшении веса на 2-3 т производят промывку скважины с одновременным расхаживанием компоновки на 8-10 м до возвращения веса, таким образом проходят весь интервал горизонтального ствола до забоя, при упирании в забой проводят дополнительный цикл промывки с расхаживанием, упирают компоновку в забой, закачивают тампонажный цемент и продавливают через патрубок с заглушками в заколонное пространство, открывая давлением продавки заглушки патрубка.

Недостатками способа являются сложность реализации из-за необходимости применения патрубка с заглушками в компоновке обсадных труб, которые увеличивают стоимость работ по креплению обсадной колонны и увеличивают вероятность разгерметизации патрубка до окончательной установки в горизонтальном стволе, при этом не исключается образование продольных каналов в сводовой части сечения горизонтальной скважины, так как в условиях протяженного горизонтального ствола скважины происходит седиментация и расслоение цементного раствора, что приводит к появлению продольных каналов в сводовой части сечения скважины, которые приводят к заколонным перетокам, особенно при проведении многостадийного гидроразрыва пласта и эксплуатации скважины.

При этом практика показывает, что применение расширяющих добавок в цементном растворе при креплении горизонтального ствола скважины не обеспечивает исключение образования продольных каналов в сводовой части сечения скважины, потому что коэффициент расширения достигает 1-5% и этого не достаточно для перекрытия канала от водоотделения. Таким образом, расширяющие добавки позволяют лишь перекрыть трещины микроскопического размера и увеличить внутреннее напряжение цементного камня.

Так же известно, что в условиях горизонтального ствола скважины применение седиментационно-устойчивого цементного раствора при креплении скважины не позволяет достичь нулевого водоотделения цементного раствора (Бурение и нефть, 2016 г, №2 «Миф о «расширяющихся цементах») и не исключает образование продольных каналов в сводовой части сечения скважины.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа крепления горизонтального ствола скважины, который гарантировано исключал бы образование продольных каналов в сводовой части сечения горизонтальной скважины за счет использования в при закачке цементного раствора гранул из водонабухающего материала с плотностью меньшей плотности самого цементного раствора.

Техническая задача решается способом крепления горизонтального ствола скважины, включающим спуск в пробуренный ствол скважины компоновки для цементирования, состоящей из колонного башмака и колонны обсадных труб, промывку скважины при спуске компоновки, закачку и продавку цементного раствора в заколонное пространство.

Новым является то, что предварительно определяют седиментационную устойчивость цементного раствора и размеры канала в сводовой части сечения скважины после седиментации цементного раствора, процент набухания гранул из водонабухающего материала при взаимодействии с фильтратом цементного раствора, перед закачкой цементного раствора в скважину в него добавляются гранулы из водонабухающего материала с плотностью меньшей плотности цементного раствора, с возможностью набухания при взаимодействии с фильтратом цементного раствора и в объеме, позволяющим герметично перекрыть каналы в сводовой части сечения скважины после седиментации цементного раствора.

Способ реализуется в следующей последовательности.

Предварительно в лабораторных условиях определяют седиментационную устойчивость цементного раствора, который предлагается использовать при цементировании горизонтальной скважины, объем выделяющейся жидкости (воды) после седиментации цементного раствора и процентное соотношение объема пустот к объему цементного камня. Исходя из длины горизонтального участка скважины определяют объем продольных каналов (пустот) в сводовой части сечения горизонтальных скважин. Подбирают материал для гранул из водонабухающего материала, который был с плотностью меньшей плотности цементного раствора и обеспечивал при наличии выделившейся воды после седиментации цементного раствора увеличение в объеме, обеспечивающее перекрытие пустот как минимум на 3 % больше (для гарантированной изоляции заколонного пространства по всему периметру обсадной колонны) объема продольных каналов. Исходя из предполагаемой длины горизонтального участка скважины подбирают необходимый объем цемента (для приготовления цементного раствора необходимой плотности) и гранул из водонабухающего материала (см. патенты RU №№ 2 160822, 2683462, 2685350 или. т.п. – авторы на состав не претендуют) с запасом 5 – 10 %.

По завершении бурения производят спуск в пробуренный ствол скважины компоновки для цементирования, состоящей из колонного башмака и колонны обсадных труб, промывку скважины при спуске компоновки. Приготавливают цементный раствор, в который в необходимой пропорции добавляют гранулы из водонабухающего материала, после чего производят закачку и продавку полученного цементного раствора в заколонное пространство. При прохождении цементного раствора с гранулами из водонабухающего материала по заколонному пространству горизонтального участка скважины гранулы под действием выталкивающей (Архимедовой) силы из-за меньшей плотности всплывают и прижимаются к сводовой части сечения скважины. При седиментации цементного раствора в сводовой части сечения скважины образуется продольный канал, заполненный фильтратом (технической водой), выделившейся из цементного раствора при его отверждении, и гранулами из водонабухающего материала. Гранулы из водонабухающего материала в результате контакта с фильтратом начинают увеличиваться в размере и герметично перекрывают продольные каналы (пустоты) в сводовой части горизонтального ствола скважины. После технической выдержки излишки цементного раствора из скважины вымываются.

Предлагаемый способ крепления горизонтального ствола скважины гарантировано исключает образование продольных каналов в сводовой части сечения горизонтальной скважины за счет использовании при закачке цементного раствора в необходимом объеме гранул из водонабухающего материала с плотностью меньшей плотности самого цементного раствора.