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.