ПРОБЛЕМАТИКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗАКОЛОННЫХ ПЕРЕТОКОВ В СКВАЖИНАХ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕРФОРАЦИОННЫХ РАБОТ И/ИЛИ ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА

THE PROBLEM OF THE OCCURRENCE OF COLUMN OVERFLOWS IN WELLS AFTER PERFORATION AND/OR HYDRAULIC FRACTURING

Semyashkin Dmitry Mikhailovich

student, Department of Oil and Gas Drilling, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

Ovchinnikov Vasiliy Pavlovich,

Scientific Supervisor, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Oil and Gas Well Drilling, Tyumen Industrial University

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

На основе опыта выполнения работ по цементированию определяется, что цементный камень является слабым звеном в конструкции скважины и способен терять свои свойства по герметизации затрубного пространства при выполнении различных операций, таких как прострелочные работы, гидроразрыв пласта и иные. Именно динамическое воздействие оказывает губительное воздействие на сплошность цементного камня. При данного рода воздействии возможно возникновение заколонной циркуляции, прорыв выше- и нижележащих пластовых вод и следствие этого – обводнение добываемых флюидов.

ABSTRACT

Based on the experience of cementing work, it is determined that cement stone is a weak link in the well structure and is capable of losing its properties in sealing the annulus during various operations, such as drilling, hydraulic fracturing, and others. It is the dynamic effect that has a detrimental effect on the continuity of the cement stone. With this kind of impact, the occurrence of column circulation, the breakthrough of above- and below-lying reservoir waters, and the consequence of this is the flooding of the extracted fluids.

Ключевые слова: крепление скважин, качество цементирования, перфорация, гидроразрыв пласта, качество.

Keywords: well fixing, cementing quality, perforation, hydraulic fracturing, quality.

Используемые на текущий момент цементный составы обладают низкой прочностной характеристикой с точки зрения противодействия ударным нагрузкам и характеризуются малой прочностью на разрыв. Отмечается, что немалая доля скважин, в которых добываемая продукция характеризуется повышенной обводнённостью, связана именно с низкой деформационной стойкостью.

Анализ научной литературы и статистических данных по выполнению работ на месторождениях Западной Сибири демонстрирует высокую долю скважин с нарушением сплошности цементного стакана, возникающую при подготовительных операциях к сдаче в эксплуатацию (при выполнении перфорации и операций гидроразрыва).

На сегодняшний день выполнено достаточное количество исследований, посвященных проблеме предупреждения разрушения цементного кольца при динамических нагрузках. Многие авторы сходятся во мнении, что традиционный портландцементный камень имеет малую деформативность, высокий модуль упругости, низкое сопротивление ударным воздействиям, низкую адгезия к металлу и горной породе.

Важным решением проблемы сохранения целостности и герметичности крепи скважины является использование в цементном растворе различных наполнителей, согласно принципу композиции.

Как показала практика, применение данного метода не вошло в промышленное производство. Применение осуществлялось лишь при единичных случаях строительства скважин. Причинами этого могли являться: высокие требования к прочности, эластичности, коррозионной и термической стойкости композита, проблемы равномерного распределения последнего по объему цементного раствора (камня); влияние некоторых наполнителей (полипропиленовые волокна) на данные ГИС и др.;

С целью поиска дополнительных возможных путей решения проблемы нарушения герметичности крепи скважин, нами проведена работа по определению необходимых физико-механических показателей цементного камня (ЦК) и оценке деформационной способности для предупреждения нарушения его целостности.

Отрицательное воздействие на герметичность крепи скважины при вторичном вскрытии продуктивных пластов подтверждается работами многих авторов [1, 2]. В данных работах отмечается, что потеря герметичности крепи обусловлена хрупким разрушением ЦК, нагрузками, возникающими вследствие высоких давлений взрыва перфорационных зарядов, до 10¹⁰ Па и кратковременным термическим воздействием до 1000 ⁰С струи раскаленного газа.

По данным ВНИИКРнефть, при взрыве перфорационных зарядов с массой заряда тротила 21 гр. нагрузки на цементное кольцо составляют 283 МПа, а при взрыве с массой заряда тротила 33 гр. могут достигать 350 МПа. Естественно, что цементный камень в затрубном пространстве ≈ 24 мм не выдержит такой нагрузки.

С целью определения возможности цементного камня противостоять напряжениям от взрыва перфорационных зарядов, произведен расчет необходимой прочности на сжатие для обеспечения надежной герметизации заколонного пространства. При расчете применялись данные применяемых на месторождениях Западной Сибири кумулятивных перфораторов с массой заряда тротила 21-34 гр.

Еще одним возможным вариантом предупреждения нарушения герметичности изоляции затрубного пространства является, проведение перфорационных работ во время 2 стадии набора пластической прочности цементного камня. Данная стадия обусловлена переходом коагуляционной структуры тампонажной суспензии в кристаллизационную. Проведение перфорационных работ в указанный промежуток времени позволяет предупредить нарушения целостности цементного камня, т.к. цементный камень находится в пластическом состоянии, следует отметить, что в это время удается избежать проблемы затекания перфорационных отверстий.

Следующей стадией отрицательного воздействия на крепь скважины, является проведение ГРП, в том числе многозонный гидроразрыв пласта (МГРП). При его проведении на крепь создаются значительные нагрузки, способные привести к нарушению целостности цементного кольца за обсадной колонной.

Учитывая вышесказанное, актуальность решения проблемы создания в затрубном пространстве сплошного цементного камня с прочным контактом на границе сред, становится первоочередной.

Список литературы:

1. Шарафутдинов, З. З. Управление свойствами цементного раствора-камня для обеспечения герметичности крепи скважин / З. З. Шарафутдинов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2022. – № 3(351). – С. 42-48. – DOI 10.33285/0130-3872-2022-3(351)-42-48.
2. Каменских, С. В. Оценка качества (герметичности) крепления и физико-механических свойств цементного камня в заколонном пространстве / С. В. Каменских, Н. М. Уляшева, И. Ф. Чупров // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2019. – № 8. – С. 17-21. – DOI 10.30713/0130-3872-2019-8-17-21.