SU1752750A1

SU1752750A1 - Rock strengthening method

Info

Publication number: SU1752750A1
Application number: SU904786378A
Authority: SU
Inventors: Лев Александрович Свиридов
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по креплению скважин и буровым растворам
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1992-08-07

Abstract

Использование: бурение скважин в неустойчивых терригенных отложени х Сущность изобретени : заполн ют закрепл емый участок ствола скважины осаждаемым реагентом путем введени его в буровой раствор в процессе бурени Затем нагнетают в скважину в течение 15-30 мин под избыточным давлением 1,5-3 МПа электролит В качестве электролита используют растворы сульфата алюмини или алюмокалиевых. или аммонийных квасцов концентрацией не менее 5 мас.%, а осаждаемого реагента - карбоксиметилцеллюлозу 2 з п ф- лы, 2 табл. у ЁUse: Drilling of wells in unstable terrigenous deposits. SUMMARY OF THE INVENTION: Fill the fixed portion of the well bore with precipitated reagent by introducing it into the drilling fluid during the drilling process. Then electrolyte is injected into the well for 15-30 minutes under overpressure of 1.5-3 MPa The electrolyte used is solutions of aluminum sulphate or potassium alumina. or ammonium alum concentration of at least 5 wt.%, and the precipitated reagent - carboxymethylcellulose 2 of 3 pfly, 2 table. yo

Description

Изобретение относитс к области бурени нефт ных и газовых скважин, в частности к проводке скважин в интервалах неустойчивых терригенных пород.The invention relates to the field of drilling oil and gas wells, in particular to the drilling of wells in the intervals of unstable terrigenous rocks.

Известен способ закреплени пород приствольной зоны скважины отверждае- мыми растворами, заключающийс в применении полимерного св зующего фенолфор- мальдегидного типа дл отверждени раствора в скважинеA known method of fixing the rocks of the near-wellbore zone of the well with hardened solutions involves the use of a phenolformaldehyde type polymer binder for curing the solution in the well.

Известен способ приготовлени инги- бированного сол ми алюмини бурового раствора, заключающийс в делении компонентов обработки на порции с различным массовым)соотношением КМЦ, щелочи, хлорида щелочноземельного металла и сульфата алюмини , и последующем их смешении и вводе в буровой раствор.A known method for preparing mud-inhibited aluminum mud consists in dividing the treatment components into portions with different mass ratios of CMC, alkali, alkaline earth metal chloride and aluminum sulfate, and their subsequent mixing and introduction into the drilling mud.

Известен способ бурени скважины в неконсолидированных доломитовых породах , заключающийс в периодической остановке бурени , закачке в эти пласты водного раствора, содержащего кислоту ПАВ и реактивы , осаждающие силикаты, водные растворы водорастворимых силикатов и водные растворы реагентов осаждающих силикаты.A known method of drilling a well in unconsolidated dolomite rocks involves intermittently stopping the drilling, pumping an aqueous solution containing surfactant acid and reagents, precipitating silicates, aqueous solutions of water-soluble silicates, and aqueous solutions of precipitating silicates into these strata.

Известен также способ упрочнени неустойчивых горных пород при бурении скважин , заключающийс в проведении двух операций по закачке 15%-ного раствора силиката натри и 2,5%-ного раствора CaCIa или операции по смешиванию и закачке в скважину смеси силиката натри с кремне- фтористоводородной кислотойThere is also known a method of strengthening unstable rocks while drilling wells, which consists in performing two operations on the injection of a 15% sodium silicate solution and a 2.5% aqueous solution of CaCIa or an operation to mix and inject a mixture of sodium silicate and hydrofluoric acid in the well.

Недостатками известного способа вл ютс необходимость двух операций по закачке или по смешиванию и закачке смесей при этом затруднено продвижение гел через фильтрационную корку в породу и онаThe disadvantages of this method are the need for two operations for injection or for mixing and injection of mixtures at the same time difficult to move the gel through the filter cake into the rock and it

не охвачена креп щим составом. Кроме то- (0, наблюдаетс полна несовместимость остатков кре п щих смесей с буровым раствором и потер стабильности бурового раствора ввиду коагулирующего действи компонентов смесей в услови х высоких температур в скважине.not covered by the mounting structure. In addition, (0, there is a complete incompatibility of residual trench mixes with drilling mud and loss of stability of the drilling fluid due to the coagulating effect of the components of the mixtures under conditions of high temperatures in the well.

Способ неприменим как при породах с нефтью, так и при наличии вод с . Причем компоненты смесей токсичны, а длительность сроков упрочнени гелей и их смесей с песком не удовлетвор ет требовани м углублени скважины.The method is not applicable as with rocks with oil, and in the presence of water with. Moreover, the components of the mixtures are toxic, and the duration of the hardening of the gels and their mixtures with sand does not satisfy the requirements of the well deepening.

Цель изобретени - сокращение длительности достижени креп щим составом максимальной механической прочности при одновременном повышении устойчивости приствольной зоны за счет уменьшени зоны проникновени фильтрата и повышени стабилизирующей способности бурового раствора при высоких темпер атурах. The purpose of the invention is to reduce the duration of the fastening composition to achieve maximum mechanical strength while simultaneously increasing the stability of the near-barrel zone by reducing the penetration zone of the filtrate and increasing the stabilizing ability of the drilling fluid at high temperatures.

Поставленна цель достигаетс тем, что заполнение закрепл емого участка ствола скважины осаждаемым реагентом осуществл ют путем введени его в буровой раствор в процессе бурени , а электролит нагнетают в течение 15-30 мин под избыточным давлением 1,5-3 МПа.This goal is achieved by filling the fixed portion of the wellbore with precipitated reagent by introducing it into the drilling fluid during the drilling process, and the electrolyte is injected for 15-30 minutes under an overpressure of 1.5-3 MPa.

При этом в качестве электролита используют растворы сульфата алюмини или алюмокалиевых квасцов или аммонийных квасцов концентрацией не менее 5 мас.%.At the same time as the electrolyte use solutions of aluminum sulfate or aluminum potassium alum or ammonium alum concentration of at least 5 wt.%.

В качестве осаждаемого реагента используют карбоксиметил целлюлозу.Carboxymethyl cellulose is used as a precipitating agent.

Изобретение позвол ет обеспечить повышение устойчивости приствольной зоны за счет уменьшени зоны проникновени фильтрата при повышении стабилизирующей способности бурового раствора при высоких температурах и формировани при краткой длительности процесса в приствольной зоне скважины нерастворимого сло с повышенной механической прочностью , а также совместимость способа с циклом бурени при сокращении затрат времени.The invention allows to increase the stability of the near surface zone by reducing the penetration zone of the filtrate while increasing the stabilizing ability of the drilling fluid at high temperatures and forming an insoluble layer with increased mechanical strength in the near stream zone of the well, as well as compatibility of the method with the drilling cycle while reducing costs of time.

Сравнение изменени показателей известного и предлагаемого способов по нефтепромысловым геофизическим исследовани м и лабораторным данным дано в табл. 1 и 2.A comparison of changes in the indicators of the known and proposed methods for oil field geophysical studies and laboratory data is given in Table. 1 and 2.

П р и м е р 1. При бурении в интервале 3900-4720 м скважины примен ли буровой раствор плотностью 1,63-1,67 г/см3. Контролем при перепаде давлени 5 МПа и при забойных температурах 110-1 40°С установлено , что за счет обработки КМЦ-600, ФХЛС, гидролизованного каустической содой, хромпика, показатель фильтрации составл ет 13-13,6 см3, а толщина фильтрационной корки 6,0-7,2 мм. По окончании рейса углублени (в среднем проходка 18м за рейс)в призабойный интервал закачивают 1,8 м3 5%-ного раствора алюмокалиевыхEXAMPLE 1 A drilling fluid with a density of 1.63-1.67 g / cm3 was used in drilling in the range of 3900-4720 m of the well. Control at a differential pressure of 5 MPa and at bottomhole temperatures of 110-1 40 ° C, it was found that by treating CMC-600, FHLS hydrolyzed with caustic soda, bromide, the filtration rate is 13-13.6 cm3, and the thickness of the filter cake is 6 , 0-7.2 mm. At the end of the voyage, (on average, 18m per flight), 1.8 m3 of a 5% potassium carbonate solution is pumped into the wellbore interval.

5 квасцов KAI(S04)212 HaO.5 alum KAI (S04) 212 HaO.

По достижении этим обьемом вскрытого интервала закрывают устье скважины плашечным превентором, продавливают, повыша давление на 30 кгс/см (120 кгс/см2When this volume reaches the opened interval, the wellhead is closed with a ram preventer, forced, increasing the pressure by 30 kgf / cm (120 kgf / cm2

0 при продавке вместо 90 кгс/см2 при циркул ции ). При снижении давлени ниже 105 кгс/см2 включением насоса повышают давление до 120 кгс/см2.0 when displaced instead of 90 kgf / cm2 during circulation). When the pressure drops below 105 kgf / cm2, by turning on the pump, the pressure is increased to 120 kgf / cm2.

Процесс продолжают в течение ЗО мин.The process continues for 30 minutes.

5 Затем при очередном снижении давлени на сто ке, например, до 90 кгс/см2 избыточное давление в скважине стравливают, отвод избыток бурового раствора через выкидную линию в запасной мерник. Затем5 Then, at the next pressure drop at the stand, for example, up to 90 kgf / cm2, the overpressure in the well is relieved by draining excess mud through the flow line to the replacement measuring tank. Then

0 устье скважины открывают, делают подъем компоновки бурильного инструмента, смену долота и спуск на очередное добавление. После спуска инструмента на забой скважину промывают, отвод пачку раствора с0 the wellhead is opened, the drilling tool layout is lifted, the bit is replaced, and the next addition is launched. After the tool is lowered to the bottomhole, the well is washed;

5 алюмокалиевыми квасцами в отдельный запасной мерник. Бурение ведут с использованием бурового раствора, обработанного КМЦ, без добавок квасцов или других ингибиторов . Перед подъемом бурильной колон0 ны дл смены отработанного долота операцию закачки и продавливани во вскрытый интервал обьема раствора алюмокалиевых квасцов провод т в описанном ранее пор дке.5 potassium alum in a separate spare mernik. Drilling lead using drilling mud, treated CMC, without the addition of alum or other inhibitors. Before lifting the drill string to change the spent bit, the injection and punching operation into the open interval of the potassium alum solution is carried out in the order described earlier.

5 Практические результаты свод тс к возможности дальнейшего, ниже отметки 4720 м, углублени скважины без спуска хвостовика р 194 мм из труб Р 110.5 The practical results are reduced to the possibility of further, below the 4720 m mark, the deepening of the well without the descent of the shank p 194 mm from the pipes P 110.

П р и м е р 2. Характерной особенностью 0 дл геолого-технических условий бурени скважин на площад х в интервале 4132- 5250 м вл етс интенсивность обвалообра- зований и газопро влений, не устран емых применением ингибированных буровыхEXAMPLE 2. A characteristic feature of 0 for geological and technical conditions for drilling wells in areas in the range of 4132- 5250 m is the intensity of formation formation and gas formations, which are not eliminated by the use of inhibited drilling rigs.

5 растворов, ут желенных до плотности 1,68- 1,77 г/см3.5 solutions, diluted to a density of 1.68-1.77 g / cm3.

Подбором и контролем рецептур непосредственно в термобарических услови х установлено отрицательное воздействиеThe selection and control of formulations directly under thermobaric conditions established a negative impact

0 примес ей силикатов натри (при их дозировке до 1 %), ингибиторов - электролитов , сульфата алюмини , алюмокалиевых квасцов и аммонийный квасцов в дозировках до 0,5-1%.Sodium silicates (impurities up to 1%) are impurities to it, electrolyte inhibitors, aluminum sulfate, aluminum-potassium alum, and ammonium alum in dosages up to 0.5-1%.

5 При температуре 155°С, соответствующей забойной в скважине, пробы буровых растворов с такими добавками седимента- ционно неустойчивы (Д/о 0.62 г/см2), имели неупор доченную структуру (например,5 At a temperature of 155 ° C, corresponding to a downhole in a well, samples of drilling mud with such additives are sedimentary unstable (D / a 0.62 g / cm2), had a disordered structure (for example,

Vi/io/30 -107/125/40 мг/см) и имели высокий показатель фильтрации ( CMJ.Vi / io / 30-107/125/40 mg / cm) and had a high filtration rate (CMJ.

Упрочнение приствольной зоны глубокой скважины силикатизацией ввиду угрозы гидроразрыва пластов, катастрофических газопро влений в результате этого, а также ввиду несовместимости с технологическим циклом строительства скважины вл етс тампонажной операцией.Hardening the near-well zone of a deep well by silicification due to the threat of hydraulic fracturing, catastrophic gas inflows as a result of this, and also due to incompatibility with the technological cycle of well construction is a cementing operation.

В св зи с этим примен ют упрочнение пород по изобретению, буровой раствор плотностью 1,77 г/см3 обрабатывают реагентами комплексного действи (гидролизо- ванный ФХЛС, КССБ-4), а требуемой повышенной стабилизации достигают вво- дом при бурении КМЦ-600 (в конечных интервалах скважины КМЦ-700) по 0,3-0,4% с тем, чтобы показатель фильтрации при идентичной температуре забо скважины не превышал 11-13 см .,1. In this connection, hardening of rocks according to the invention is used, drilling mud with a density of 1.77 g / cm3 is treated with complex reagents (hydrolyzed by FCHS, KSB-4), and the required increased stabilization is achieved by drilling while drilling CMC-600 ( in the final intervals of the well CMC-700) by 0.3-0.4% so that the filtration rate at the same bottom hole temperature does not exceed 11-13 cm., 1.

Добавки бихроматов при этом исключают дл сохранени стабильности показателей свойств бурового раствора - как седиментационной устойчивости, так и фильтрации.At the same time, dichromate additives are excluded in order to preserve the stability of the properties of the drilling fluid, such as sedimentation stability and filtration.

Средн проходка за рейс углублени составл ет 20 м. По завершении отработки долота/ 295 мм во вскрытый интервал, с резервом над ним по высоте в 3-5 м, закачивают 2,5 м3 35%-ного раствора А12(5См)з. После закрыти плэшечного превентора во вскрытый интервал скважины в течение 20- 25 мин продавливают этот раствор осадите- л , поддержива давление 125 кгс/см (при 110 кгс/см во врем циркул ции, т.е. при избыточном перепаде 15 кгс/см ). Эта величина установлена как минимальна после того, как при 113,5 кгс/см2 не наблюдалось заметное снижение давлени , свидетельствующее при проверенной заранее герме- тичности скважины об отсутствии эффекта продавливани . Не обусловили закреплени пород и попытки продавливани растворов осадителей при их концентрации менее 5%, причем наблюдавшеес ускорен- ное снижение давлени при этом свидетельствовало о повышении проницаемости фильтрационной корки на стенке и увеличении дренировани самой приствольной зоны скважины.The average penetration rate for the voyage flight is 20 m. At the completion of testing the bit / 295 mm in the opened interval, with a reserve above it in a height of 3-5 m, 2.5 m3 of a 35% A12 solution (5CM) is pumped in. 3. After the closure preventer is closed, the precipitant is forced into the opened interval of the well for 20-25 minutes, maintaining a pressure of 125 kgf / cm (at 110 kgf / cm during circulation, i.e., with an excess differential of 15 kgf / cm) . This value is set to be minimal after no noticeable decrease in pressure was observed at 113.5 kgf / cm2, indicating, in case of well-tested tightness of the well, that there was no pushing effect. The rocks were not consolidated and attempts were made to push the precipitating solutions at a concentration of less than 5%, and the accelerated pressure decrease observed testified to an increase in permeability of the filter cake on the wall and an increase in the drainage of the near-well zone of the well.

При снижении на 5-10 кгс/см2 перепада давлени ниже заданного режимом вновь включают насосы дл восстановлени оптимальной величины. При завершении циклов продавливани осаждающего рас- твора, при последующем снижении давлени на сто ке до 110 кгс/см давление стравливают, отвод избыток бурового раствора через выкидную линию в запасной мерник .With a drop in pressure of 5-10 kgf / cm2 below the pressure set by the mode, the pumps are switched on again to restore the optimum value. At the completion of the punching cycles of the precipitating solution, with the subsequent reduction of pressure on the stand to 110 kgf / cm, the pressure is released, the excess of drilling mud is withdrawn through the discharge line to the replacement measuring device.

Бурильную колонну освобождают от плашек превентора, провод т ее подьем дл смены отработанного долота и спускают инструмент на очередное долбление. Промывают скважину, отвод призабойный объем раствора сульфата алюмини в специальный мерник, а объем зон смешени - в амбар .The drill string is released from the preventer dies, it is lifted to change the spent bit and the tool is lowered to the next slot. The well is flushed, the bottomhole volume of the aluminum sulphate solution is withdrawn into a special measuring device, and the volume of the mixing zones is transferred to the barn.

Бурение продолжают с применением стабилизированного бурового раствора с вводом КМЦ-600 (КМЦ-700) без добавок сульфата алюмини , алюмокалиевых или аммонийных квасцов. По завершении углуб- лени т)перации повтор ют в описанной последовательности .Drilling is continued with the use of a stabilized drilling fluid with the introduction of CMC-600 (CMC-700) without the addition of aluminum sulfate, potash or ammonium alum. Upon completion of the deepening of the procedure, the operations are repeated in the sequence described.

Дл оценки эффективности повышени устойчивости пород вскрытых интервалов используют оценку технологического состо ни ствола по резкому снижению осложнений в процессе строительства скважины и интерпретационный материал бокового каротажного зондировани (БКЗ). На основе последнего и некоторых других геофизических исследований оцениваетс радиус дренировани бурового раствора (проникновени его фильтрата).To assess the effectiveness of increasing the stability of rocks at open intervals, an assessment of the technological state of the borehole by a sharp decrease in complications during the construction of the well and lateral logging material (BKZ) interpretation material are used. Based on the latter and some other geophysical studies, the radius of drainage of the drilling fluid (penetration of its filtrate) is estimated.

Применение известного способа позвол ет снизить затраты на бурение на17 руб. /м и сократить врем на проведение каждой операции по упрочнению неустойчивых пород в среднем на 44 ч.The use of this method allows to reduce drilling costs by 17 rubles. / m and reduce the time to conduct each operation to strengthen the unstable rocks on average 44 hours

Claims

1. A method of rock consolidation, including the displacement of drilling mud and filling the fixed portion of the well bore with precipitated reagent followed by injection into the well bore under electrolyte overpressure, characterized in that, in order to shorten the duration of the fixture, the maximum mechanical strength while increasing the stability of the near-right zone by reducing the penetration zone of the filtrate and increasing the stabilizing ability of the drill at high temperatures Filling precipitating agent is carried out by administering it to the drilling fluid during the drilling, and the electrolyte is injected for 15-30 minutes under a positive pressure of 1.5-3.0 MPa.

2. A method according to claim 1, characterized in that the electrolyte uses solutions of aluminum sulfate or aluminum potassium alum or ammonium alum with a concentration of at least 5 wt.%.

3. Method according to paragraphs. 1 and 2, that is, so that carboxymethylcellulose is used in the center of the precipitated reagent.

Table 1

Note. Filtration of aluminum sulphate solution (25 wt.1) through a mud cake formed at 5 MPa, stabilized with CMC-600 (0.35 wt. $), Temperature during the test, pressure drops in excess of 5 MPa (additional 1 - 5 MPa) .

table 2

Drilling penetration zone by drilling

The permeation zone of the filtrate of drilling mud used when opening the interval of unstable rocks (according to the interpretation of actual geophysical well survey data using the lateral logging method -BKZ), borehole diameters

The ratio of the drainage zones (zones of penetration of drilling mud filtrate) and the hardening zones (PLR from the nominal wall), with a radius of Нс (in

The stabilizing ability of the brown mud used when the formation is opened by drilling

Sedimentation instability of enhanced mud, g / cm

fs, f t.,, t, a - yo s,

heat treatment time 5 h)

YR-Ya..C -r „rt“

The filtration rate of the drilling fluid at a pressure drop of 50 kgf / cm and a bottom hole temperature of YO C (laboratory tests on an FP-200 filter press.), Cm,

State, interaction, distribution of medium compositions, mechanical properties

State of hardening medium (laboratory data)

Localization of the fixing composition (modeling in laboratory tests)

interaction and mechanical strength (laboratory tests):

STRENGTH of the fixed medium with composition, kgf / cm;

{Yielding of the fixing composition or its components with additional Р-1, MPa;

strength of the actual holding composition, kgf / cm2

then, in time, kgf / sma

solution at

Drilling mud from the SSC without electrode additives (inhibitors) 0.3-0.5 and less

RJ-n (2-: 4) 0 () (;

W

P, "" (0.3-0.5) Dts Ry (t (l R "

0.37-0.62

0.06-0.09

22-21) (i I) and more

11-13,8 and less

e -

Compacted, practically insoluble

In the filter cake and in the pores of the rock near the crust,

The filter cake of the drilling mud with the CNC after the breakthrough of the alumina, Alumina (SOk) alumi- nates. and etc.

The precipitant solution passes through the crust in 15-30 minutes

10-15 (in the lower layer) 7.0-8.5 (in general)

Separate filtration mud cake with CMC, kgf / cm2

Separate filtration mud with Mj (), (without CMC), kgf / s

a separate filtration mud cake with CMC after pressing a 25% solution of A1L80b). ,

kgf / cm g

cheReee ЗО1. 37t75 (in general)

meRe "90 - 1, from 75 (whole)

co-filtration brown crust. (generally)

with a CMC on a permeable () rock sample after the inhibition of a 251% solution of A1, (50b). after 30

The conditions for advancing attachment media to the rock mass, compatibility with the drilling cycle

Duration of advance through filtration; Does not advance at 0.25-0.5 full-time crust (laboratory tests), rr up to 5 NPA

The magnitude of the differential pressure, additional compared with the conditions at the opening of the collector, MPa

Duration of achievement of final mechanical strength, h (laboratory tests)

Duration of preservation of wholeness during rotation and vertical periodic displacement of the rod at the contact with the surface of the medium (laboratory tests), h

: i:

Continued Tvvl, 2

IIlLiniZI

10-15 (in the lower layer) 7.0-8.5 (in general)

Commensurate with loads of 1.5-3 at hydraulic fracturing

21 | tb5 (for gels), on average 0.25 to O, 5 ne M

Before %

Up to 20 or more