Промывка горизонтальных скважин

Буровой раствор при бурении горизонтальных скважин выполняет те же функции, что и при бурении вертикальных, но к нему предъявляется ряд дополнительных требований. Основными из них являются следующие:

· минимальное воздействие бурового раствора на пласт в связи с тем, что время контакта бурового раствора с коллектором многократно возрастает по сравнению с вертикальными скважинами;

· повышенные смазочные свойства для снижения сил сопротивления движению колонны бурильных труб;

· повышенная способность к выносу шлама в связи с тем, что он находится в основном у лежачей стенки скважины;

· обеспечение устойчивости стенок скважины в связи с повышенными напряжениями на висячей стенке.

Загрязнение продуктивного горизонта буровым раствором и его фильтратом приводит к уменьшению проницаемости пород в несколько десятков и даже сотен раз и, как следствие, к снижению дебита скважины. Само загрязнение происходит в результате:

· закупорки пор твердой фазой раствора;

· диспергирования глин, находящихся в пласте, при взаимодействии с фильтратом бурового раствора;

· образования осадков и эмульсий при взаимодействии бурового раствора и пластовых флюидов;

· увеличения вязкости флюида под действием полимеров, содержащихся в растворе.

Уменьшить воздействие бурового раствора на продуктивный горизонт возможно снижением репрессии на пласт и подбором состава раствора.

Минимальная репрессия на пласт по рекомендациям американских специалистов составляет 1, 4‑ 2 МПа. Этот параметр регулируется плотностью раствора.

Состав бурового раствора должен быть таким, чтобы на стенках скважины образовалась тонкая непроницаемая фильтрационная корка, а фильтрат был инертен по отношению к породам и флюиду. На первом этапе бурения горизонтальных скважин практически повсеместно использовался обычный глинистый раствор, однако это приводило к существенному возрастанию сил трения и осложнениям (прилипание инструмента, нарушение устойчивости стенок скважины). В дальнейшем стали применять растворы со специальными наполнителями для гидроизоляции продуктивного горизонта, например, со сломелем, размеры частиц которого в основной массе колеблются от 10 до 50 мкм. Для этого же используются карбонатные и солевые растворы. В этом случае хотя и происходит закупорка пор пласта, но она может быть легко ликвидирована при кислотной обработке.

Уменьшению попадания твердой фазы и фильтрата в пласт способствует включение в КНБК кольмататоров.

Проникновению фильтрата в окружающие породы препятствуют также стеклянные шарики, вводимые в раствор, но основное их назначение – снижение сил трения инструмента о стенки скважины.

Для уменьшения гидратации глин в пласте лучше всего использовать растворы, основой которых являются сбросовые пластовые воды, или вводить в буровой раствор ингибиторы. Одним из наиболее эффективных ингибиторов является хлористый калий. Ионы калия не дают глинистым частицам отделяться друг от друга, а это уменьшает загрязнение пласта и повышает устойчивость стенок скважины. Ингибирующей способностью обладают также алюмокалиевые квасцы, жидкое стекло, поваренная соль, гипс, хлористый кальций, но в меньшей степени.

Исключение образования гелей, эмульсий, осадков в пласте и снижение вязкости флюида достигается подбором состава раствора, в частности, полимеров. Более того, в буровой раствор вводятся такие компоненты, которые легко растворяются в нефти и не растворяются в воде. Находясь в фильтрационной корке, они в дальнейшем после растворения не препятствуют поступлению нефти в скважину, но существенно уменьшают поступление воды. Пример такого компонента –воск.

Уменьшение сил сопротивления движению инструмента в скважине при бурении и спуско‑ подъемных операциях достигается введением в раствор смазывающих добавок. В настоящее время используются твердые и жидкие антифрикционные добавки. В качестве твердой добавки чаще всего используется графит. Для этих же целей применяются стеклянные сферические и эллипсоидные шарики. Они откладываются в фильтрационной корке и при движении колонны бурильных труб выполняют роль шарикоподшипников. В результате нагрузка при вращении и подъеме колонны снижается до 30 %. Эту же функцию выполняют и кристаллы фракционированной соли, вводимые в раствор в качестве твердой фазы. Такой раствор в конечном итоге уменьшает загрязнение пласта, так как после бурения соль может быть растворена. Кроме того, он обладает хорошими ингибирующими свойствами, что повышает устойчивость стенок скважины в глинистых породах, однако он достаточно дорог (по цене сопоставим с растворами на углеводородной основе).

Жидкие антифрикционные добавки можно подразделить на добавки на основе масел и водорастворимые. В качестве первых чаще всего используются природные продукты – рыбий жир, растительные масла в концентрации от 2 до 10 %. Для улучшения диспергирования масел в раствор вводятся ПАВ. Следует отметить неблагоприятные воздействия таких добавок на окружающую среду. Водорастворимые смазочные добавки, основой которых являются гликоль, глицерин, полищелочные окислы, добавляются в количестве от 2 до 5 %. Применение смазочных добавок, особенно в больших концентрациях, существенно увеличивает стоимость растворов.

Вместе с тем величина сил трения в значительной степени зависит от количества шлама, поэтому необходимо добиваться полного его выноса. На вынос шлама влияют различные факторы, к числу которых относятся зенитный угол скважины, производительность насосов (скорость движения жидкости в кольцевом пространстве), реологические свойства и плотность раствора, режим его течения, механическая скорость бурения и др. Далее рассматривается только влияние зенитного угла на вынос шлама. Общепризнанно, что при увеличении зенитного угла необходимо увеличивать расход промывочной жидкости. Так, расход в горизонтальной скважине должен быть больше, чем в вертикальной в 3 раза, при прочих равных условиях.

При зенитных углах до 30^о транспортировка шлама по скважине происходит практически так же, как и в вертикальном стволе, а при остановке циркуляции весь шлам осаждается на забой. При зенитных углах 30-60^о шлам в процессе промывки скапливается у лежачей стенки, а при прекращении циркуляции начинает соскальзывать вниз и образует пробки. При зенитных углах более 60^о в этом случае образуется устойчивая шламовая подушка. Таким образом, наибольшие трудности с удалением шлама и промывкой возникают при зенитных углах от 30 до 60^о. Если колонна бурильных труб в процессе бурения не вращается, например, при искусственном искривлении скважины, то она, как правило, находится на лежачей стенке. Это приводит к тому, что скорость движения жидкости в этой области снижается, что опять же приводит к снижению выноса шлама. В процессе промывки шлам на лежачей стенке скважины может двигаться либо в виде единой массы, либо в виде «дюн».

Признаками плохой очистки скважины являются:

· меньший объем удаленного из раствора шлама по сравнению с объемом выбуренной породы;

· увеличение нагрузки на крюке при подъеме инструмента;

· возрастание давления на стояке;

· образование сальников на колонне бурильных труб.

Для полного выноса шлама в первую очередь следует повысить расход бурового раствора. В процессе бурения необходимо периодически производить расхаживание инструмента и его вращение (если это возможно). При наращивании инструмента и перед подъемом необходимо произвести промывку скважины с одновременным расхаживанием и вращением инструмента. Продолжительность промывки зависит от профиля скважины и длины горизонтального участка ствола, и может превышать время промывки вертикальной скважины такой же глубины и диаметра в 1, 5-2, 5 раза. При спуско-подъемных операциях следует делать промежуточные промывки через 100‑ 500 м, особенно в горизонтальной части ствола.

Улучшению выноса шлама способствует повышение плотности раствора, однако, это приводит к увеличению дифференциального давления со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.

Имеется опыт использования при бурении горизонтальных скважин обратной промывки, чередование промывки вязкими и обычными растворами (порционная промывка). В этом случае при сравнительно небольшой производительности насоса обеспечивается высокая скорость восходящего потока промывочной жидкости, и практически полная очистка скважины от выбуренной породы.

На практике при промывке горизонтальных скважин в различных регионах используются следующие виды растворов: инвертные полимерные, полимерглинистые, биополимерные, полимермеловые, растворы на основе полисахаридов, на рыбожировой основе и с добавками таллового масла. Следует отметить, что лучшими для горизонтального ствола являются растворы на углеводородной основе. При их применении загрязнение продуктивного горизонта минимально, они обладают прекрасными смазочными свойствами и хорошей способностью к выносу шлама. Однако эти растворы дороги, экологически и пожароопасны, создают значительные трудности в работе.

После проходки горизонтального ствола необходимо провести его очистку. Для этого рекомендуется использовать гелеобразующий полимерный материал на основе ПОЛИОКСа. При его течении вязкоупругие свойства достаточно высоки, а в покое ‑ как у обычного глинистого раствора. Промывка скважины таким раствором при наличии в компоновке кольмататора, скребков и калибрующих лопастей позволяет практически полностью очистить горизонтальный ствол от глинистой корки.