Способ обработки скважины для предотвращения или устранения поглощения бурового раствора

008095 Область изобретения Данное изобретение относится к способам предотвращения или устранения проблем прекращения циркуляции (поглощения) бурового раствора, встречающихся во время бурения скважин, таких как нефтяные, газовые или геотермальные скважины или тому подобное. Уровень техники Поглощение бурового раствора определяется как общая или частичная потеря буровых растворов или цемента в сильно проницаемых зонах, кавернозных формациях и естественных или принудительных трещинах во время операций бурения или цементирования. Последствия поглощения бурового раствора могут включать разрыв в результате падения уровня жидкости в скважине (потеря гидростатического напора); прихват труб в результате плохого удаления отходов; зональное повреждение изоляции в результате недостаточного заполнения цементом; увеличенные затраты в результате потери буровых растворов или цемента, увеличенного времени бурения и ремонтных операций цементирования; повреждение формации в результате потерь в продуктивной зоне и потеря скважины. Тяжесть поглощения бурового раствора может изменяться от малой (10 баррель (1,5 м 3)/ч) до тяжелой (полная потеря текучей среды, не позволяющая держать отверстие заполненным или достичь возврата на поверхность). Одним из подходов к проблеме поглощения бурового раствора является добавление к жидкости материалов ("материалов для восстановления циркуляции" (МВЦ) или материалов для борьбы с поглощением), которые перекрывают или блокируют утечку в формацию. МВЦ обычно относятся к четырем главным типам гранулированный материал (например, измельченная ореховая скорлупа, пластики или известняк); чешуйчатый материал (например, целлофановые чешуйки); волокнистый материал (например, опилки, сено, стекловолокно) и инкапсулированные абсорбирующие текучую среду частицы. МВЦ могут изменяться по размеру от 200 меш до 3/4 дюйма и обычно используются в концентрациях от 8 до 120 фунт/баррель в соответствии с тяжестью потерь. Цементные пробки, часто содержащие МВЦ, устанавливаемые на уровне поглощения бурового раствора, также часто используют для решения указанных проблем во время бурения. Цементы низкой плотности, включая пеноцементы, рассматриваются как особенно используемые. Обычно полагают, что применение МВЦ в цементных растворах эффективно только при малых или частичных потерях, и для ситуаций тотальной потери пеноцемент является единственно эффективным раствором. Наиболее широко распространенными МВЦ, используемыми в цементных растворах, являются гранулированные материалы, такие как гильсонит, угольная крошка или измельченная ореховая скорлупа. Был опробован целлофановый чешуйчатый материал, но возникали проблемы со смешиванием суспензии при более высоких загрузках. Волокнистые материалы редко используют в цементных растворах из-за проблем закупоривания цементирующего оборудования. Одна из предложенных систем с использованием волокна описана в ЕР 1284248, и она содержит применение стеклянных или полимерных волокон в цементном растворе низкой плотности, содержащем твердые материалы, представленные в дискретных диапазонах размеров частиц. Другие гелеобразующие или вязкие системы, которые не содержат портланд-цемента, также используются в качестве пробок. Примерами их являются гелеобразующие агенты, такие как силикаты, с подходящим активатором. Такие пробки могут также содержать закупоривающие материалы, такие как измельченный карбонат кальция с размерами частиц в пределах от 8 до 254 мкм и при концентрациях вплоть до 10 фунтов (4,5 кг)/баррель. Другие гелеобразующие системы включают магнезиальный цемент(оксид магния, хлорид магния и вода). Некоторые другие смешиваемые в скважине системы также были предложены. Они включают глинистые пробки дизельное масло-бентонит (М-DOB) и полисахаридные гелеобразующие системы, инкапсулированные в эмульсиях, которые разрушают усилиями сдвига в скважине (см. ЕР 0738310). Усовершенствование этой последней системы имеет гелеобразующая система, объединенная с цементом (смотри WO 00/75481). Дополнительные подробности проблем поглощения бурового раствора и возможные решения можно найти в Baret, Daccord and Yearwood, Well Cementing, Chapter 6 "Cement/Formation Interactions", 6-1 to 6-17. Задача данного изобретения - предоставить технологии, которые могут быть использованы во время бурения, для уменьшения проблем, связанных с поглощением бурового раствора. Сущность изобретения В наиболее широком смысле данное изобретение относится к обработке скважины текучей средой на водной основе, содержащей твердые частицы, имеющие диаметр, равный 300 мкм или менее, и диспергируемые в воде волокна, имеющие длину между около 10 и около 25 мм, добавленные при концентрации между около 0,5 и 6 фунтами на баррель жидкости.-1 008095 Без желания быть связанными теорией предполагается, что диспергируемые в воде волокна улучшают образование осадка на фильтре, формируя сети вдоль стенки скважины, которые легко закупориваются малыми твердыми частицами. Текучая среда по изобретению сама по себе может быть буровым раствором, и в этом последнем случае малые твердые частицы представлены, например, взвешенными материалами, добавленными для увеличения массы бурового раствора, которые содержат, например, барит (сульфат бария), гематит (оксид железа), ильменит (смешанный оксид железа и титана), сидерит (карбонат железа), галенит (сульфид свинца), тетраоксид марганца или оксид цинка. Взвешенные частицы имеют средний размер частиц в пределах от 20 до 200 мкм - то есть порядка величины приблизительно в 100-1000 раз меньше чем диспергируемые в воде волокна. Обычно количества используемого взвешенного материала находятся в пределах от 0,2 до 2, более обычно от 0,25 до 1,5 кг на литр. Согласно одному варианту изобретения, диспергируемыми в воде волокнами являются стекловолокна обычно длиной 10-15 мм и диаметром 20 мкм. Они предпочтительно изготовлены из штапелированных щелочестойких волокнистых стренг, имеющих диспергируемую в воде проклеивающую систему,как продуктов легко доступных в качестве заменяющих асбест волокон. Чем больше длина волокна, тем лучше его способность формировать паутинообразную структуру. Однако стекловолокна свыше 15 мм,проверенные до настоящего времени, было невозможно перекачивать со стандартным смесительным оборудованием, доступным на буровой. Концентрации обычно находятся в пределах от около 1 до около 3 фунтов на баррель текучей среды, хотя более высокая концентрация может быть необходима для конкретного критического случая (в этом случае текучую среду более подходяще прокачивать как шар относительно короткого объема). Волокна обычно добавляют в находящееся на поверхности смесительное оборудование, используемое для смешивания бурового раствора. Обычные концентрации для волокон - 1-5 фунт/баррель. Другие МВЦ, такие как другие волокнистые материалы, чешуйки и гранулированные частицы также могут быть добавлены при подобных концентрациях. Согласно другому варианту данного изобретения, волокнами являются полимерные волокна, такие как новолоидные волокна, доступные, например, в пределах длины от около 18 до 22 мм и диаметром около 21 мкм с содержанием воды 35-45% (более подробное описание подходящих волокон см. US 5782300). Как упоминалось выше, текучей средой для обработки по данному изобретению может быть текучая среда, используемая в настоящее время для бурения скважины, или специально смешанные текучие среды для цели устранения проблем поглощения бурового раствора возможно в форме шара ограниченного объема. В этом последнем случае текучая среда будет еще содержать твердые частицы малого размера - обычно подобные тем, которые обычно встречаются в буровых растворах. В одном варианте указанный шар может быть разделителем. Особенно предпочтительная форма шара включает волокна и цемент, такой как микроцемент необязательно с добавлением закупоривающего материала, такого как карбонат кальция или сортированные по крупности гранулированные частицы. Такой шар может содержать 80% сортированных по размерам частиц карбоната кальция и 20% микроцемента, а также волокна. Полимеры также могут быть включены в состав. Хотя такие шары можно закачивать постоянно, может быть также желательно смешивать и закачивать объем, который не возвращается на поверхность, но лишь является достаточным для достижения зоны поглощения бурового раствора с тем, чтобы избежать закупоривания находящегося на поверхности оборудования. Другой аспект изобретения относится к применению волокон в цементных растворах. В этом аспекте цементный раствор низкой плотности, имеющий твердые компоненты, представленные в дискретных диапазонах размеров частиц, и содержащий волокна, готовят и закачивают в скважину наряду с газом под давлением так, чтобы образовать вспененную суспензию низкой плотности, которую помещают вблизи зоны поглощения бурового раствора. Краткое описание чертежей Данное изобретение теперь будет описано на примерах со ссылкой на сопровождающий чертеж, который показывает схематический вид системы для подачи вспененных цементов низкой плотности с волокнами для решения проблем поглощения бурового раствора. Подробное описание изобретения Данное изобретение применимо для различных типов буровых растворов как на водной основе, так и на масляной основе, как показано в таблицах ниже: Следующие два примера поясняют применение волокнистых материалов для решения проблем поглощения бурового раствора в соответствии с изобретением. Пример 1. Скважина, пробуренная до вертикальной глубины 2700 м, натолкнулась на зону тяжелого поглощения бурового раствора. Скважина была пробурена с буровым раствором GelChem, имеющим следующие свойства: В начале процедуры по изобретению 13 мешков (295,1 кг) диспергируемых в воде стекловолокон длиной 10-14 мм и диаметром 20 мкм добавляли к основному буровому раствору и закачивали в скважину. Это сопровождали дополнительными 8 мешками (181,6 кг), закачиваемыми в буровой раствор, после чего возвраты наблюдались на поверхности. Наконец дополнительные 11 мешков волокна (249,7 кг) добавляли и закачивали в скважину, после чего наблюдалась полная циркуляция на поверхности (т.е. количество бурового раствора, возвращающегося на поверхность, уравнивалось с количеством, закачиваемым в скважину). В целом, 727 кг волокон закачивали в 110 м 3 бурового раствора (GelChem). Пример 2. Скважина, пробуренная до вертикальной глубины 630 м, натолкнулась на зону тяжелого поглощения бурового раствора. Скважина была пробурена с использованием спирального трубопровода с буровым раствором GelChem с плотностью 1050 кг/м 3 и пластической вязкостью 55-65 сП. Первоначально шары LC карбоната кальция или опилок закачивали без какого-либо эффекта. Обработку проводили в пять стадий: 1. Пять мешков (113,5 кг) диспергируемых в воде стекловолокон длиной 10-14 мм и диаметром 20 мкм добавляли к 12 м 3 бурового раствора и прокачивали через трубопровод. 2. Шесть мешков (136,2 кг) волокон добавляли к 12 м 3 бурового раствора и прокачивали через трубопровод. 3. Семь мешков (158,9 кг) волокон смешивали с буровым раствором и прокачивали через кольцо(обратная циркуляция). 4. Двенадцать мешков (272,4 кг) волокон смешивали с буровым раствором и прокачивали через кольцо (обратная циркуляция), после чего наблюдали возвраты на поверхность в трубопроводе. 5. Восемь мешков (181,6 кг) волокон смешивали с буровым раствором и прокачивали через кольцо(обратная циркуляция), в результате наблюдали полную циркуляцию. В целом 863 кг волокон закачали в 70 м 3 бурового раствора. Чертеж показывает систему, в которой волокна могут быть использованы в сочетании со вспененным цементным раствором низкой плотности для решения проблем поглощения бурового раствора. Подходящие цементы низкой плотности описаны в WO 01/09056 (USSN 10/049,198, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки). Образ действий, которым указанные суспензии могут быть вспенены, описан в WO 00/50357 (USSN 09/914331, включенная в настоящее описание в качестве ссылки). Цементные растворы низкой плотности, содержащие волокна, описаны в WO 03/014040 (включена в настоящее описание в качестве ссылки). В системе, показанной на чертеже, основную цементную смесь готовят в цистерне грузовика 10. Для использования в смешанных пакетных режимах эту смесь прокачивают посредством насосной установки на платформе грузовика 12 в смеситель периодического действия 14, куда добавляют также волокна. Смешанную суспензию затем перекачивают из смесителя 14 посредством другой насосной установки на платформе грузовика 16. Для непрерывного смешивания первая насосная установка 12 и смеситель периодического действия 14 не нужны, и волокна (и какие-либо другие добавки) добавляют непосредственно при насосной установке 16. Продукцию смесительной установки 16 направляют в генератор пены 22 через обратный клапан 20 с источником 18 стабилизатора пены и источником 24 азота, присоединенными к нему. Вспененную суспензию перекачивают из генератора 22 в устье скважины 26 и вниз по скважине обычным образом. Обводной трубопровод 28 и штуцеры, соответствующие отверстиям 30,включены, как обычно. Следует учитывать, что многочисленные изменения могут быть сделаны, не выходя за пределы сущности изобретения. Например, волокна могут быть объединены с другими МВЦ и использованы в различных типах буровых растворов. МВЦ могут быть в виде гелеобразующих систем, таких как содержащие цемент системы (например, карбонат кальция и микроцемент или вспененная суспензия, описанная выше). Волокна могут быть закачены как один шар, как ряд шаров или по существу непрерывно, пока циркуляция не восстановится. Волокна могут быть закачены через бурильную трубу, буровые долота или другое скважинное оборудование или через спиральный трубопровод через кольцо.-4 008095 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки скважины, включающий накачивание текучей среды, включающей водную основу, твердые частицы, имеющие эквивалентный диаметр, равный 300 мкм или менее, и диспергируемые в воде волокна, имеющие длину между около 10 и около 25 мм, при концентрации между около 0,5 и 6 фунтами на баррель текучей среды. 2. Способ по п.1, где волокна имеют диаметр около 20 мкм. 3. Способ по п.2, где волокна являются стекловолокнами и имеют длину от около 10 до около 15 мм. 4. Способ по п.3, где волокна добавляют при концентрации между около 1 и 3 фунтами на баррель текучей среды. 5. Способ по п.2, где волокна являются полимерными волокнами, имеющими длину от около 18 до около 22 мм и содержание воды 35-45%. 6. Способ по п.4, где волокна являются новолоидными волокнами. 7. Способ по п.1, где указанные твердые частицы выбраны из перечня, состоящего из барита, гематита, ильменита, карбоната кальция, карбоната железа, галенита, тетраоксида марганца, доломита, оксида цинка, цемента и их смесей. 8. Способ по п.2, где указанные твердые частицы имеют диаметр менее чем 75 мкм. 9. Способ по п.3, где по меньшей мере 50% твердых частиц имеют диаметр в пределах между 10 и 30 мкм. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, где текучая среда дополнительно содержит дополнительные материалы для восстановления циркуляции. 11. Способ по п.10, где указанные материалы для восстановления циркуляции выбраны из группы,состоящей из волокнистых материалов, чешуек и гранулированных сортированных по размеру частиц. 12. Способ по любому из предшествующих пунктов, где текучую среду закачивают как буровой раствор и диспергируемые в воде волокна образуют в контакте со стволом скважины паутину, которая улучшает образование осадка на фильтре, снижая таким образом потерю текучей среды в формации. 13. Способ по любому из пп.1-11, где текучую среду закачивают в форме шара ограниченного объема для исправления проблем поглощения бурового раствора. 14. Способ по п.13, где текучая среда шара содержит цемент и закупоривающий агент как твердые частицы, имеющие эквивалентный диаметр 300 мкм или менее. 15. Способ по п.14, где указанный цемент является микроцементом и указанный закупоривающий агент представляет собой частицы карбоната кальция. 16. Способ по п.15, где массовое отношение микроцемента к частицам карбоната кальция равно 80:20. 17. Способ по п.13, где указанный шар является разделителем. 18. Способ по любому из предшествующих пунктов, где жидкость вспенивают.