Обоснование применения буферной жидкости для повышения качества крепления скважин

При использовании существующих технологий крепления обсадных колонн на месторождениях Крайнего Севера одними из самых серьёзных проблем являются межпластовые перетоки, межколонные давления и проявления, являющиеся следствием негерметичности заколонных и межколонных пространств [1].

Основные причины негерметичности заколонных и межколонных пространств:

• Образование на  стенках скважин толстой рыхлой глинистой корки, а на стенках обсадных труб - глинистых пленок, образовавшихся при использовании в составе бурового раствора водорастворимых полимеров, смазывающих добавок, минеральных масел и др.;
• недостаточно высокое качество буферных и тампонажных материалов;
• нарушение целостности крепи скважин при проведении технологических операций (опрессовка, КРС и ПРС);
• особенности горно-геологических условий проведения работ.

Согласно технологическим проектам на большинстве месторождений ПАО “Газпром” для цементирования обсадных колонн повсеместно применяются два компонентных состава тампонажных материалов:

• цемент тампонажный расширяющийся стабилизированный (ЦТРС) с армирующими добавками (АРМ);
• цемент тампонажный расширяющийся облегченный (ЦТРО) с армирующими добавками (АРМ).

В качестве жидкости затворения при цементировании колонн используются растворы CaCl₂ или NaCl.

Для повышения качества цементирования обсадных колонн предлагается применять многокомпонентную порошкообразную эрозионную буферную смесь (ПЭБС), образующую при затворении пресной водой седиментационно-устойчивый аэрированный эрозионный буферный раствор, занимающий промежуточное положение между пеной и раствором неизменной плотности.

Основным компонентом многокомпонентной ПЭБС является термически активированный алюмосиликат – глина с разным содержанием Al₂O₃, которая дополнительно активируется путем дробления исходного материала в смесь грубого помола с низкой удельной поверхностью порошка.

Для регулирования технологических свойств эрозионного буферного раствора в многокомпонентную ПЭБС, при необходимости, вводятся порошкообразные минеральные сырьевые компоненты и химические реагенты.

Важными химическими реагентами, эффективно регулирующими реологические характеристики эрозионных буферных растворов, являются КССБ-4 и гидрофобизирующая пластифицирующе-воздухововлекающая добавка, предназначенная также для вовлечения в буферный растворзначительного количества воздуха, который создает систему замкнутых мельчайших воздушных пузырьков, заключенных между тонкими слоями жидкости. Мельчайшие воздушные пузырьки увеличивают объем аэрированного эрозионного буферного раствора и повышают тем самым его пластичность.

Молекулы гидрофобизирующей пластифицирующе-воздухововлека-ющей добавки адсорбируются на межфазовой границезасчет наличия полярных и неполярных функциональных групп, что не только облегчает диспергирование крупных воздушных включений, обеспечивающих сохранность поризованной структуры аэрированного эрозионного буферного раствора, но и повышает прочность мельчайших пузырьков воздуха против механических воздействий и давлений.

Контроль объема вовлекаемого в эрозионный буферный раствор воздуха регулируется количеством вводимой гидрофобизирующей пластифицирующе-воздухововлекающей добавки и тонкостью помола термоактивированной глины. С повышением тонкости помола термоактивированной глины объем вовлекаемого воздуха уменьшается даже при интенсивном перемешивании эрозионного буферного раствора. При затворении многокомпонентной ПЭБС в щелочной среде образуются химически устойчивые аморфные гидрогели, которые обеспечивают высокую седиментационную устойчивость и пониженную фильтрацию аэрированного эрозионного буферного раствора [2].

Таким образом, многокомпонентная ПЭБС при гидратации позволяет получать аэрированный эрозионный буферный раствор, обладающий пониженной водоотдачей, упругостью, повышенной седиментационной устойчивостью, удерживающей и выносной способностью, регулируемой в широком диапазоне плотностью и способностью повышать скорость движения в заколонном и межколонном пространствах при снижении давления сверху составного столба растворов и осуществлять приствольную кольматацию проницаемых пластов в скважине.