Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Технология управления качеством изоляции пластов в обсаженных скважинах на основе шумоакустических методов

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Технология управления качеством изоляции пластов в обсаженных скважинах на основе шумоакустических методов"

Г Б ОД РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ Акционерное общество открытого типа "Научно-производственное предприятие по геофизическим работам, строительству и заканчивали*) скважин" (АООТ НПП "ГЕРС")

На правах рукописи

Кирпиченко Борис Иванович

ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ИЗОЛЯЦИИ ПЛАСТОВ В ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИНАХ НА ОСНОВЕ ШУШАКУСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Специальность 04. 00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тверь 1994

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте геофизических исследований геологоразведочных скважин (ВНИИГИС).

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Фионов А. И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Неретин К Д.

доктор технических наук, профессор Ясашин А. М.

доктор технических наук Белоконь Д. Е

Ведущая организация:

Производственное объединение

"Татнефгегеофизика"

(г.Бугульма, Татарстан)

Защита диссертации состоится 15 декабря 1994г. в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 169.13.01 в АООТ НЛП "ГЕРС" по адресу; 170034, г.Тверь, пр-т Чайковского, 28/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИГИН АООТ НПП "ГЕРС".

Автореферат разослан " 1994г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, доцент

х^^^/НВ. а Глувдовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. В условиях снижения нефтедобычи велика потребность в резерве скважин, которые могут быть быстро переведены в эксплуатацию при изменении конъюнктуры. Простаивающий фонд скважин на месторождениях России составляет- порядка 35 тысяч и постоянно увеличивается.

Ввод в эксплуатацию из бурения скважин с дефектно изолированными объектами приводит к потере более 30% извлекаемых запасов - это показано БашНИПИБэфть в результате многолетних исследований на месторождениях Башкортостана. Определившееся в последнее время снижение нефтедобычи порядка 20% в год также в значительной мере обусловлено остановкой скважин по еысокой обводненности (порядка 5000 скважин в год по данным Минтопэнерго), и это тоже приведет к снижению объема конечных извлекаемых запасов.

Поэтому ремонт простаивающего фонда скважин назван в докладе России на Всемирном Конгрессе Нефтянников 1994 г. одной из двух важнейших задач нефтяной промышленности.

Бездействие скважин обусловлено чаще всего полным преждевременным обводнением продукции или снижением нефтедебита ниже _ рентабельного уровня.. Кроме очевидной причины - снижения пластового давления, снижение нефтедебита может быть вызвано также и снижением проницаемости призабойной зоны. Причем, как при обводнении продукции, так и при снижении нефтедебита, первопричина может быть общей - чрезмерное увеличение депрессии, повторяемое многократно, приводит к прорыву воды нагнетания, а также к обрушению кровельной части нефтеобъекта с закупоркой фильтрационных каналов.

Настоядря работа посвящена изучению условий нарушения изоляции пластов при строительстве и эксплуатации скважин и разработке на основе этого эффективных технологий для оценки и реализации возможностей "управления качеством изоляции.

Актуальность работы связана с тем, что среди простаивающих скважин значительна доля обводнившихся сразу и вскоре после первичной перфорации и остановленных, или переведенных в нагнетание. Принятый в практике контроль качества цементирования выполняется пс одинаковой схеме и методике для любой стадии строительства скважины и для любых условий бурения и эксплуатации. Это приводит к тому, что фактическая дефектность тампонажного кольца, определенная по данным

геофизического контроля в ряде скважин площади, не служит основой для корректировки применяемых технологий цементирования.

Между тем, с переводом скважины в нагнетание (вторая после эксплуатации на истошэние стадия жизни скважины) происходит увеличение сечения заколонных каналов, насыщение водой по эаколонным каналам пластов над объектом нагнетания - до заводнения более высоколежащэго нефтеобъекта и потери нефтедобычи из него задолго до достижения даже половины планировавшегося извлечения.

Кроме того, увеличение давления в верхних пластах приводит к усложнению условий бурения скважин по уплотняющей сетке и к вскрытию, как следствие, основного нефтеобъекта на репрессии с соответствующей потерей нефтедебита (часто - многократной).

Снижение продуктивности вследствие такой кольматации приводит к необходимости более значительной депрессии при отборе, тамлонажное кольцо, как правило, не выдерживает нагрузок (по применяемым техпро-ектам гарантируется прочность по изгибу не выше 15 кгс/смг на один мезр высоты перемычки), происходит прогрессирующее обводнение продукции, что опять-таки может вызвать необходимость перевода скважины в нагнетание. При этом часть закачки в системе скважин для поддержания пластового давления (ППД) будет расходоваться на пополнение давления в водоносной части разреза, в результате чего компенсация давления в нефтяной части разреза потребует более высоких давлений нагнетания и т. д. - развивается несоответствие между отбором и нагнетанием, главной причиной которого является высокая дефектность сплошности тампонажного кольца и подвижность его при воздействии изменяющегося давления в колонне. Геофизические' исследования лишь, констатируют ситуацию, не прогнозируя и не управляя ею.

Работами Ю. А. Гулина, Д. А. Бернштейна, И А. Лрямова, М. Г. Гуфранова в практику внедрен комплекс радиометрического гамма-гамма и акустического каротажа, Т/1 А. Дворкин, А. И. Филиппов, Р. Д. Валиуллин, К К Антонов ввели в практику контроля термокаротаж.

Работами Д. В. Белоконя, В.Ф. йозяра, И.ЕДзебаня, К1 А. Гуторова, Е Е Служаева до начала 90-х годов был сделан новый значительный шаг-в аппаратурно-методическом обеспечении высококачественных производственных измерений. '

Исследования П.А.Бродского, А.И.Фионова, ЕС.Бойтенко, А.ЕБулатова, Б. Л, Александрова дали новое понимание причинных связей, решающего влияния величины давления порового флюида не только на условия вскрытия при бурении и опробовании, но и на условия формирования'

и работы цементного кольца, представляющего по существу ближнюю зону коллектора.

Работами 0. Л. Кузнецова, Д. А. Крылова, Я. Е Васина показано, что такой способ, как каротаж-воздействие-каротаж эффективен и при исследовании цементного кольца в обсаженной скважине.

Все изложенное выше и создало условия для обоснования возможности перехода от технологии контроля, носящей преимущественно констатирующий характер, к технологии, нацеленной на получение и реализацию решений, управляющих качеством изоляции пластов.

Всесторонний анализ этой актуальной проблемы и имеющихся технических и технологических решений показал, что наиболее радикальные возможности связаны с поиском приемов управления качеством тампонаж-ного кольца с помощью комплекса- средств контроля и методов, характеризующих фильтрацию на всех основных этапах жизни скважины.

Основными предпосылками решения поставленной задачи являются:

- возможность дальнейшего совершенствования аппаратурно-методи-ческого комплекса на основе акустического метода путем оптимизации регистрируемых информативных параметров и измерений непосредственно в производственном режиме скважины на основе разработки скважинных приборов уменьшенного диаметра/ допускающих работу при опущенном лифте НКГ;

- возможность; уточнения и развития представлений об основных закономерностях изменений в ближней зоне скважины при цементировании, перфорации, вызове притока, ремонтной изоляции, гидроразрыве пласта (ГРЛ).

Цель работы. Обоснование и разработка технологических приемов управления изоляцией пластов'в зоне тампонажного кольца при цементировании, перфорации, вызове притока, ремонтном тампонаже, на основе совершенствования шумоакустических методов контроля и воздействия.

Задачи исследований заключались в том, чтобы:

1) проанализировать современный уровень эффективности методов контроля качества цементирования и ограничения межпластовых заколон-ных перетоков;

2) изучить путем физического моделирования и расчетов возможности контроля и регулирования скорости деформации твердой фазы цемента в первые часы после цементирования скважины;

3) исследовать взаимодействие стенки скважины и колонны с цементным кольцом расчетами, на физических моделях и в условиях сква-

даны, обосновать приемы оценки скорости радиальной деформации стенки скважины;

4) обосновать основные технические характеристики аппаратур-но-методического комплекса на основе шудаакустического метода контроля, разработать и реализовать предложения по созданию аппаратуры, позволяющей проследить все без исключения этапы строительства скважины - от открытого ствола до вызова притока и эксплуатационного режима с помощью унифицированного зонда и комплекса информативных регистрируемых параметров;

5) провести эксперименты на скважинах по изучению возможности оценки давления флюида в тампонажном кольце и оценки качества акустического и ударного воздействия на призабойную зону (ПЗ) с целью уменьшения заколонных внеобъектных перетоков;

6) провести оценку граничных условий применимости виброакустической обработки ПЗ для уменьшения заколонных водоперетоков;

7) обосновать методику выделения нефгепропластков в обсаженной скважине и зон заколонной напорной фильтрации;

8) внедрить в производство и оценить эффективность разработан-.ных на основе шумоакустических методов технологических приемов управления изоляцией пластов.

Научная новизна:

1. На основе установленного экспериментально эффекта ускорения седиментации цемента от акустического воздействия на частотах 20-ЗС кГц в условиях фильтрации воды затворения во внешнюю среду разработан и запатентован способ и средства для ускорения процесса твердения в период цементирования скважины с целью ограничения заколонной межпластовой фильтрации.

2. Экспериментами в скважинах показан эффект временного затихания акустических шумов в период окончания схватывания цемента, характеризующий изменение направления деформации стенки скважины -, о-растяжения к сжатию в связи с образованием несущей структуры тампо-нажного кольца, разработан я запатентован способ оптимизации времен и режима акустического воздействия при формировании тампонажног кольца.

3. Установлены экспериментально эффект обрушения призабойно зоны тампонажного кольца при первичной перфорации на депрессии и эф фект отслоения тампонажного кольца от колонны при перфорации на реп рессии. На этой основе разработан способ перекрытия заколонных шжп ластовых каналов над объектом виброударным и акустическим воздейс

твием, а также способ перекрытия нижних прйзумпфсвых заколонных каналов прямой перфорацией.

4. Получены экспериментальные зависимости параметров иумоакус-тического сигнала частотой 0,3-20 кГц в области 30-40 ¡миллисекунд после запуска излучателя от эмиссионных шумов деформации ГО, линейной скорости заколонных перетоков и от длины зияющих заколонных каналов. РазраОотан способ и аппаратура, регистрирующая суммарный шу-моакустический сигнал от гидроисточников и от излучателя, и способ оценки заколонного расхода жидкости и среднего раскрытия заколонных каналов под давлением.

5. Установлен эффект задержки (порядка десятков секунд) регистрируемого по шумоакустическим параметрам излива в нефтегазонасвдэн-ных пластах после заданного по длительности импульса давления, разработан и запатентован способ выделения нефтегазонасшценных-прол-ластков в зоне перфорации и на удалении от перфорации по стволу по их повышенной упругоемкости.

6. Показан аффект неустойчивости тампонажного кольца и стенки скважины после любого изменения давления в колонне, на основе его изучения обоснована классификация по трем видам устойчивости, устанавливаемой по отношению разночастотных амплитуд продольной волны по колонне, причем, показано, что кольцо может выпучиваться при повышении давления, образуя заколонные вертикальные деформационные каналы на границе цемент-колонна.

Разработан способ определения скорости радиальной деформации стенки, а также способ дозирования изменения давления при вызове притока с целью предотвращения заколонного каналообразования между пластами, разработан способ ликвидации заколонных перетоков на основе прицельного виброударного воздействия в участки с аномальной текучестью тампонажного кольца.

7. Установлено, что в процессе задаваемого в скважине давления взаимосвязаны изменения заколонных каналов, выделяемых по амплитудно-временным характеристикам продольной волны, фильтрационных каналов, характеризуемых эффектами изменения температуры и микрофильтрационных деформируемых каналов, характеризуемых амплитудно-частотными характеристиками шумоакустических колебаний. Разработан на этой основе оптимальный комплекс регистрируемых параметров для изучения разнообразных межпластовых заколонных сообщений.

8. Исследован эффект влияния на регистрируемые на устье нагнетательной скважины виброколебания частотой 10-1000 Гц *виброколеба-

тельного процесса от нагнетания в зоне объекта, предложен способ экспресс- выделения скважин с заколонными перетока! <и в окрестности объекта и проведено его опробование на 8-и месторождениях Приобья, Татарии, Прикамья, НЬябрьска.

Основные защищаемые положения и результаты:

1. Аномально-повышенное пластовое давление является первопричиной как первичного заколонного каналообразования (за счет излива из зоны поглощения фильтрата утяжеленного раствора), так и вторичного каналообразования (деформационный распор тампонажного кольца опрес-совкой или нагнетанием). При этом радиальное деформирование тампонажного кольца имееег неупругий характер и приводит к заколонным перетокам и ослаблению сцепления цемента с колонной, а ускоряющееся в связи с этим субосевое перемещение тампонажного кольца вниз может приводить к уплотнению кольца за счет уменьшения сечения заколонных каналов и к ослаблению фильтрации через глинистую перемычку и в перфорированном объекте.

2. Установленный экспериментами эффект ускорения течения тампонажного кольца при разгрузке колонны может быть ускорен дополнительно акустическим воздействием, а также гидросвабированием, или пульсациями при интенсивной промывке, ударным и взрывным воздействием дс величин порядка 10~м/с , что дает возможность уплотнять тампонажное кольцо и уменьшать эаколонные перетоки бестампонажным способом.

3. Разработанный новый способ поиска нефтепропластков по показателю упругоемкости и способ щумоакустического профилирования пру изливе и закачке, применяемые одновременно, позволяют выделять объекты с подвижной нефтью, а применение их совместно с методами сильного виброударного воздействия на тампонажное кольцо позволяет отремонтировать и ввести любую простаивающею из-за обводненности скважину только средствами партии ГИС на основе разработанной аппаратур! и методики.

При выполнении работы получены следующие основные результаты:

1. Предложены и разработаны новые способы расширения технологических возможностей щумоакустического метода контроля заколонногс каналообразования и перетоков и виброакустического метода воздействия, основанные на установленных фактах ускорения акустическим воздействием седиментации таыпонажной смеси и виброобрушения неустойчивой стенки скважины в результате переменных нагрузок давлением в колонне. Разработан аппаратурно-методический комплекс для ускорени

указанных процессов на всех этапах строительства скважины прицельным воздействием в специально выбранных участках.

2. Разработана технология ремонтного ограничения -водопротока, включающая алгоритмы поиска нефтепропластков по упругоемкости и поэтапного контроля профилей дефектности тампонажного кольца по сплошности и по фильтрации вне перфорации, а также по скорости деформации стенки после виброакустического воздействия.

Технология основана на оценке по термошумоакустическим параметрам тенденции деформационно-фильтрационных процессов и на дозировании воздействия в соответствии с установленной тенденцией путем чередования процессов воздействия и измерения.

. Практическая ценность работы заключается в том, что на основе проведенных исследований разработан аппаратур-но-методический комплекс, включающий:

1) предложенный и опробованный в производстве новый способ изоляционных работ для снижения внеобгектного водопротока без дополнительной закачки тампонирующих составов, основанный на экспериментально установленном влиянии деформации стенки скважины от различным образом задаваемых воздействий (изменением давления в колонне, перфорацией и др.) на уменьшение дефектности сплошности тампонажного кольца;

2) комплекс шумоакустической аппаратуры, предназначенный для контроля заколонной фильтрации и деформации и для прицельного акустического и виброударного воздействия на каналы гидрофильтрации и тампонажное кольцо с целью изоляции межпластовых перетоков;

3) технологию последовательного поэтапного контроля изменяющегося качества тампонажного кольца по параметрам контактной прочности и скорости фильтрации при различных воздействиях давления на этапах первичного цементирования, промывки и перфорации, вызова притока, глушения, ремонтного тампонажа, гидроразрыва пласта;

Для эффективного применения комплекса разработана классификация скважин по типу преимущественной установившейся деформации стенки и тампонажного кольца при переменном давлении, позволяющая определить по минимальному числу измерений тенденцию развития характера зако-лонных межпластовых сообщений в процессе эксплуатации и ремонта скважины.

Суммарный экономический эффект НГДУ, НГРЭ от внедрения всех 60 комплектов аппаратуры порядка 180 млн. рублей, от внедрения технологии - порядка 400 млн. рублей в год (в ценах 93г.). Кряме того, ис-

пользование в производстве приемов акустического воздействия и бес-тампонажного ремонта гидроизоляции приборами на кабеле дало возможность ускорить ввод в эксплуатацию из бездействия ряда скважин.

Внедрение результатов работы. Алпа-ратурно-методические и технологические разработки, реализующие основные способы и идеи, предложенные автором и разработанные автором с коллегами, внедрены в ряде производственных нефтегазодобывающих и геофизических объединений: Татнефтегеофизика, Татнефть, Бадшефтеге-офизика, Нэрмьнефтегеофиэика, Удмуртгеология, ЗапСибнефггегеофизика, Оренбурггеология, Красноярское УТР, Ноябрьскнефтегаз, Юганскнефтегаз, Когалымнефгегаз, Астраханьгазпром, Мангышлакнефтегеофиэика, Уд-муртнефть.

Всего в указанных организациях опробовано и внедрено 15 приборов АЖ-36-7, 12 приборов типа АК-Зб-АКГАШ, 3 прибора типа АК-36-ГАС, 30 приборов тгаа АКЦ-Зб (всего порядка 60 приборов диаметром 35 мм)-. Результаты работ используются НГДУ, цехами КРС, НГРЕ при цементировании, перфорации, освоении, ремонтной изоляции, ликвидации скважин, а также для изучения по. меятрубыо кондукторов, перекрытых колонной, для выбора допустимой депрессии на пласт, контроля качества цементирования двухколонных конструкций.

Разработанная с участием автора малогабаритная аппаратура дл? работы в НКТ АКЦ-Зб прошла межведомственные испытания и выпущэна Киевским ОЭЗГП и ОП ВНИИГИС-серией 30 комплектов в 1980-81 гг. , 2-з частотная 7-и канальная щумоакустическая аппаратура АКИ-36-7 прошл ведомственные, а затем и госприемочные испытания в 1984 г. и включена в госреестр измерительных средств СССР, термошумоакустическая 9-] канальная АК-Зб-АКТАШ прошла ведомственные приемочные испытания 1 1986 году, трехэлементная газокислотостойкая аппаратура АК-36-ГА1 прошла межведомственные приемочные испытания в 1985 году и использу ется в скважинах Астраханьгазпрома.

Все модификации аппаратуры выпускались также опытным лроизводс твои ВНИИГИС в виде опытно-методических образцов по прямым догово рам.

Апробация работы. Основные результаты работ представлены и обсуждены на областных научно-технических конференци ях НТО " Горное" (Тюмень 1985, 1987, 1989 г. г.), Всесоюзном семина ре по креплению скважин (Краснодар, 1987 г.), Всесоюзном семинар по проблемам вскрытия пластов (Ивано-Франковск, 1988 г.), Всесоюз ном семинаре по повышению эффективности испытания (Тверь, 1988 г.)

выездном заседании НТО нефтепромысловой и полевой геофизике (Бу-гульма, 1991 г.), семинаре по новым технологиям геофизических исследований в нефтегазовых скважинах (Киев, 1988г.)« научнопрактической коференции по аномально высоким пластовым давлениям и нефтегазонос-ности недр (Ленинград, 1990г.).

Разработанные аппаратура и методики экспонировались и отмечены двумя медалямг-1 на выставках ВДНХ в павильоне "Геология" (1988, 1990, 1991 гг.),"Нефть и газ - 92" (Москва), на Международной геофизической конференции и выставке 5Е&-ЕАГ0 (Шсква, 1993 г.).

По теме диссертации опубликовано более 80 работ.

В диссертации представлены результаты исследований выполненных лично автором, под его руководством и при непосредственном участии в отделе акустической цементометрии и лаборатории термошумоакустикн и максимизации нефтедобычи ВНИИГИС в период с 1975 по 1994 годы. ■

Развитие данного направления исследований в течении многих лет во ВНИИГИС было возможно благодаря поддержке и участию руководства института и объединения, за что особую признательность автор выражает П. А. Бродскому, А. И. Фионову, Г. А. Калистратову.

Автор считает необходимым отметить, что значительное вляние на него оказали работы О. Л Кузнецова, А. К Фионова, а Е Васина, П. А. Пря-мова , Е И. Сохранова, К К. Федорцова, Д. А. Крылова, П. В. фауклиса, К Б. Черного, М. Р. Садыкова, М. Е Павлова, А. М. Потапова, Е М. Лобанкова. Получение приведенных в работе результатов было бы невозможно, в полной мере, " без квалифицированной работы сотрудников отдела: Е Е Николаева, А. Г. Кунавина, Р. С. Гкбадатова, Г. Е Ивашовой, Л. М. Ба-лабкиной. В научно-производственной деятельности автора поддерживали многие сотрудники ВНИГИК и ВНИИГИС: Г. Г. Яценко, В. Ф. Козяр, Е Г. Фоменко, Ю. А. Гуторов, В. П. Бандов, А. Ф. Косолапов, А. Е Поляков, ЕА.Оп-рокиднев, Г. ЕФилиди, М. В. Зотов, Л.Е. Кнеллер, Л.Г. Леготин, В. Е Чуп-ров и др., которым автор выражает свою благодарность за полезные обсуждения и сотрудничество.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении определены основная цель и направленность работы, роль деформации тампонажного кольца в формировании заколонных межпластовых перетоков и осложнений при бурении и контроле качества скважин, приведены основные понятия, показана актуальность проблемы и дана общая характеристика работы. "

В первой главе рассмотрено современное состояние изучения причин нарушения изоляции пластов, происходящего под действием деформации тампонажного кольца, представляющего совокупность глинистой корки, цементного камня и невытесненной на поверхности колонны промывочной жидкости, приведено также обоснование возможности измерения и регулирования скорости деформации в заданных участках скважины.

Б этой главе автором показано, что существующие заколонные межпластовые сообщения в форме локальных перетоков или в своей предельной форме - устьевых грифонов, могут являться следствием, как первичной контракции цементного камня в период его формирования, так и следствием вторичной деформации цементного кольца в период освоения скважины - под действием деформации течения пород при изменяющемся дифференциальном давлении (расформирование зоны проникновения) и под действием деформации колонны при изменении давления жидкости в ней (перфорация и вызов притока).

« Причем, особенность вторичных деформаций - в их взаимосвязи с возникающей фильтрацией, поскольку:

- они начинаются сразу после зависания твердеющего'камня;

- следствием их являются различные нарушения и изменения формы цементного кольца, в результате чего возникают условия для межпластовых перетоков по образовавшимся заколонным каналам;

- вторичные деформационные каналы могут сразу же включаться в фильтрацию, иди даже расширяться под действием межпластовых перепадов давления.

Поэтому изучение вторичных деформаций представляется важным для оценки причинных связей и возможностей ограничения и ликвидации за-колонных каналов.

В настоящее • время в борьбе с аномальными проявлениями дефектности цементного кольца используются следующие представления:

- изученный работами ТатНИПИнефть механизм образования вторичных техногенных залежей путем последовательной снизу вверх пропитки проницаемых пропластков является общим для нефтяных и газовых месторождений, что позволяет обосновать и общие меры по разработке эко-логобезопасных технологий бурения и эксплуатации скважин;

- радикальным средством изоляции напорных пластов является технология гидромониторной обработки призабойной зоны перед спуском колонны, разработанная ЕашНИПИнефть, правда, такая кольматационная закупорка, снимающая требования к качеству цементного кольца, примени-

ма только при бурении.

Общей особенностью известных исследований деформации пород при смятиях колонн, при прогнозе зон АЕВД и связанной с ними аварийности при бурении является то,.что исследования производились либо в поздний период эксплуатации скважины, либо в начальный период ее бурения. Процессы же подготовки и цементирования, первичной перфорации, вызова притока, а также ремонтно-изоляционных работ (РИР) и гидроразрыва пластов остаются малоизученными.

Несмотря на исследования в лабораторных условиях связей между деформацией пород и уменьшением проницаемости (по ЕЕ Павловой) и между разгрузкой и увеличением проницаемости коллектора (по Л. 1£ Мар-морштейну), а также натурные исследования текучести пород и аварийного смятия скважины (К С. Еойтенко) и колонны (А. А. Мамедов), в практике не изучаются деформации кольца в стесненном пространстве за обсадной колонной и их влияние на проницаемость фильтрационных каналов в тампонажном кольце.

В связи с этим слабо развита аппаратура и методики для изучения начальной стадии цементирования, перфорации и вызова притока, даже получаемые в указанные периоды сведения не используются для оперативного управления качеством изоляции пластов. Поскольку теоретические расчеты и прогнозы в постоянно изменяющихся условиях сложны, автором обосновывается необходимость и возможность поэтапного экспериментального изучения деформационно-фильтрационных характеристик тампонажного кольца, отражающего характеристики и ближней зоны пластов.

Поэтапное изучение является тем более оправданным, что работы по уплотнению и устранению заколонных межпдастовых каналов закономерно приводят и к снижению проницаемости и ближней зоны коллектора. '

На основе анализа имеющихся данных и проведенных исследований автором сделан вывод о возможности контролировать даже серийной аппаратурой АК следующие этапы кольматирующего воздействия на тампо-нажное кольцо:

- радиальную деформацию пластов и тампонажного кольца к колонне;

- осевое перемещение материала тампонажного кольца вдоль колонны (выравнивание);

- осевое перемещение материала при повторных нагружениях колонны с накоплением его в тупиковых каналах призумпфовой зоны и уплотнением зоны тупиковых каналов с образованием повышенной напряженности кольца.

Поскольку, контрактированное цементное кольцо является, как правило, высокопроницаемым, а эксцентричность колонны в перемычках между коллекторами не позволяет надеяться на изоляцию перетоков через' перемычки, поэтому изоляцию можно создать только пластичной глинистой коркой.. Поскольку корка не обладает прочностью, то такая изоляция возможна только при взаимодействии корки с трещиноватым цементным кольцом, обладающим прочностью отдельных кусочных элементов.

Такая модель тампонажного кольца имеет две особенности:

- глинистая корка тампонирует радиальные микроканалы коллектора, цементное кольцо может препятствовать только субосевым межпластовым перетокам (за счет гидропотерь потока уже при расстоянии между пластами 5 м частость перетоков снижается до 0,1 даже для дефектного по АК цементного кольца);

- цементное кольцо и глинистая корка только в паре выполняют тампонирующую функцию, причем, разгрузка контакта'между ними по какой-либо причине приводит к нарушению изоляции пластов.

* Так, дефектноконтактное цементное кольцо, как показали наши эксперименты, разрушается за первые 3-7.циклов повышения давления в колонне. Однако, экспериментами показано также, что возможна компенсация таких разрушений за счет радиального течения лород стенки скважины и соответствующего возрастания давления, прижимающего цементное кольцо к колонне, в результате, например, снижения давления компрессором.

Схема возможного воздействия на тампонажное кольцо с целью его уплотнения обоснована экспериментами, показывающими следующие особенности накопления деформации в пределах общей 'пустотности тампонажного кольца:

- в открытой скважине деформация является равнодействующэй ка-вернообразования и*выпучивания пород стенки, после спуска колонны несколько повышается дифференциальное давление _за счет истечения фильтрата в скважину, что может ускорить деформирование пород стенки в скважину;

- при промывке в период подготовки цементирования скорость деформации резко возрастает и может оставаться высокой в первые часы твердения цемента, иногда, как установлено нашими экспериментами в Цриобье, скорость настолько высока (порядка'10 мкм/с), что приводит к перекрытию заколонного сечения - в результате до половины цемента остается в колонне.

Измерения скорости радиальной деформации в этот период возможны

шумоакустическим зондом на основе изученных критериев различия шумов сдвижения пород и шумов гидропотоков. Измеряя скорость еще и после перфорации, получаем две точки экспоненты спада скорости,.. что дает возможность оценить при дальнейших, работах в скважине (капремонт и др.) время возможного деформирования тампонажного кольца и каналов при ускорении процесса различными ударными и виброакустическими воздействиями. Ускоряя течение кольца в интервалах, подлежащих изоляции и замедляя его в интервалах, где планируется радиальное дренирование, еозможно реализовать схему управления качеством скважины по деформационно-фильтрационным свойствам. ,.•■'■

Расчетами 11 Е. Стасика и других исследователей показана высокая сжимаемость пластов типа баженовской . свиты - порядка 6 процентов толщины пласта для средних условий, однако, никем не рассматривалось соответствующее массоперемещение в тампонажном кольце и уплотнения под действием такой деформации. Нами показано, что целесообразно рассматривать два кольца - тампонажное, включающее цементное кольцо и глинистую корку, и - ближнюю зону коллектора, причем, радиальное деформирование в стесненном пространстве является источником субосевых деформаций ближней ПЗ. фи этом, если в результате фильтрации истощена ближняя ИЗ пласта аргиллитоз над продуктивным коллектором, то последний испытывает деформацию в зоне глинистой корки и фильтрационных каналов от.натекания на него вышележащего аргиллита.

Экспериментами показано,' что при перфорации при репрессии происходит ударный' взлом цементного кольца и образование свода разгрузки в надкровельном пласте с развитием заколонных каналов вверх, а при перфорации при депрессии свод разгрузки и затем свод обрушения образуются именно в основном объекте.

Оценку начальных условий действия деформации тампонажного кольца можно произвести, определив в первые часы после заливки цемента время схватывания и соответствующий график нарастания прочности цемента во времени. Затем определяют расчетом давление стенки скважины на цементное кольцо и оценивают время, позднее которого упрочняющееся кольцо уже не деформируется под действием течения пород стенки и, следовательно, образующиеся при вызове притока кольцевые заколонные каналы могут оставаться длительное время раскрытыми для заколонных перетоков.

На основе анализа имеющихся данных о деформации призабойной зоны и проведенных скважинных исследований разработана обшэя технологическая схема управления деформациями для уменьшения «аколонных пе~

ретоков по поэтапной оценке, шумоакустическим комплексом , всех основных видов изменения формы эаколонных каналов при изменении давления:

- для объемно-кольцевых каналов - по амплитудно-временным характеристикам продольных волн;

- для оценки изменения напряжения на контакте цемент-колонна -по отношению амплитуд продольной волны на частотах 22 и 50 кГц;

- для оценки раскрыгости заколонных каналов - по зависимости шумоакустических параметров от амплитудно-временных характеристик продольной волны.

Таким образом, основные уточнения представлений о тампонажном кольце и возможностях его изменения состоят в следутощэм:

1. Вторичные заколонные межпластовые каналы возникают преимущественно под действием деформаций тампонажного кольца от напорной пропитки пропластков, примыкающих к фильтру нагнетательных скважин, от деформации колонны при изменении давления жидкости в ней и от деформации течения пород. Цричем, любые деформации течения пород стенки* скважины создают и изменяют заколонные межпластовые каналы тем скорее, чем пластичнее породы, изменение проницаемости каналов при этом может быть многократным.

2. В практике ремонтных гидроизоляционных работ должны изучаться отрицательные воздействия на призабойную зону ускоренных перепадов давления, которые могут приводить к полному прекращению фильтрации в перфорированном объекте. Например, в связи с принципиальной непригодностью стандартной технологии гидроизоляционного тампонажа продавкой смеси через перфорацию для ремонтной гидроизоляции напорных пластов даже многократные ремонты не могут дать положительного результата. Поскольку, ударные и импульсные воздействия на колонну при перфорации, промывке колонны и других воздействиях переменным давлением ускоряют деформации призабойнай зоны и тампонажного кольца, то они, следовательно, могут служить средством преобразования формы каналов и уменьшения их сечения.

3. Модельными и скважинными экспериментами показан механизм образования каналов от деформации колонны - радиально-осевые ее перемещения разрушают контакты цементного кольца уже при первых циклах повышения давления в колонне, вторичные повышения давления в колонне легко деформирует цементное кольцо в интервале перфорации и через заколонные каналы выше и ниже перфорации, а последующие снижения давления при вызове притока дают импульс для радиального течения глинистых пород к колонне, уплэтнякшэго глинистую корку, цементное

кольцо и контактно-кольцевые каналы на границе цемент-колонна. Замерами в скважинах показано, что тампонажное кольцо может быть описано указанными тремя кольцевыми элементами, а также двумя системами каналов - радиальных в породе и глинистой корке, и радиально-осевых в цементном кольце и на границе цемент-колонна

Возможность изменения формы заколонных межпластовых каналов и уменьшения 'их проницаемости состоит в ускорении деформации призабой-ной зоны воздействием на колонну и фильтрующуюся за колонной жидкость давлением, переменным по величине и направлению приложения.

4. Поскольку задаваемые деформации призабойной зоны могут приводить как к закупорке заколонных каналов, так и к их раскрытию, дозирование задаваемой деформации необходимо вести по непрерывно-поэтапному контролю шумоакустическими зондами контактных напряжений на границе цемент-колонна, раскрытостй кольцевых зазоров и объемно-контактных каналов, а также по оценке изменения скорости фильтрации по заколонным каналам.

Экспериментами, проведенными нами, показано, что сдвиг колонны разрушает цементное кольцо, а при последующем снижении давления жидкости в колонне образовавшиеся контактные каналы уменьшаются по раскрытостй в связи с субосевым перемещением разрушенного материала и уменьшением зазора цемент-колонна после восстановления давления в колонне. На этой основе сформулирован новый принцип ремонтной гидроизоляции, состоящий в уплотнении тампонажного кольца путем создания ударных импульсов давления в условиях предварительно сниженного давления жидкости в колонне.

Во второй главе приведено обоснование требований к аппаратурно-методическому комплексу, а также исследование и выбор основных конструктивных решений аппаратуры для изучения:

- объемных заколонных каналов и микротрещин;

- контактного давления в зоне тампонажного кольца на колонну;

- порового давления в тампонажном кольце за колонной;

- фильтрационных потоков за колонной;

- смещений тампонажного кольца - радиального и субосевого.

Для оценки изменений тампонажного кольца необходимы:

- регистрация процесса текущей фильтрации-деформации по гидрошумам и эмиссии шума;

- регистрация изменения показателя пьезопроводности субосевых каналов в тампонажном кольце после воздействия давлением;

- регистрация изменения зазора и давления на • контакте це-

мент-колонна в результате радиального течения пласта на стенке скважины, оценка величин изменения;

- оценка изменения скорости фильтрации и радиальных напорных потоков.

Аппаратурный комплекс, разработанный с учетом этого, позволяет:

1. Регистрацию параметров в следующем объеме:

- по модулю контроля цементирования АКЦ:

- амплитуды продольной волны по колонне на двух частотах -для оценки деформаций по остаточным эффектам;

- амплитуду обобщенной водны, регистрируемой в первых вступлениях - для оценки связности системы тампонажного кольца;

- регистрируемое-время первого вступления - для оценки по скоростным свойствам системы толщины тампонажного кольца;

- отношение амплитуд продольной волны на частотах порядка 22 и 50 кГц - для оценки контактного давления кольца на колонну.

- по модулю шумоакустики:

, - периоды текущих регистрируемых шумов - для оценки линейной скорости заколонной фильтрации и разделения эмиссионных, гидропото-,ковых и других шумов, а также для оценки по резонансу системы толщи-, ны тампонажного кольца;

- амплитуды максимальных регистрируемых шумов - для оценки интенсивности гидрошумов и показателя субосевой пьезопроводности;

- по модулю регистрации температуры:

- температуру на оси скважины - для выделения зон напорной фильтрации по эффекту Джоуля и зон заколонных перетоков по эффекту калориметрического смешивания.

2. Технические требования к аппаратуре направлены на обеспечение следующих технологических возможностей ее применения:

- для работ по оценке фильтрации непосредственно при компрессирован™ через НКТ (диаметр прибора 36 мм);

- для работ непосредственно в процессе перфорации колонны, (путем агрегатирования с перфоратором);

- для акустической обработки призабойной зоны на частотах порядка 10-20 кГц;

- для выбора участков скважины, максимально откликающихся на акустическое воздействие (путем агрегатирования звукоизлучателя и регистрирующего многоканального термошумоакустического прибора).

Обоснование соответствующих возможностей зондов скважинных приборов производилось на основе модельных и скважинных исследований -

путем оптимизации длины зонда, частот приемно-излучавдих элементов, чувствительности шумоакустического зонда к гидравлическим и эмиссионным шумам и к амплитуде излучения мощного излучателя, предназначенного для воздействия на тампонажное кольцо. Исследованы и выбраны режимы регистрации прямого импульса давления, характеризующего некоторый показатель упругоемкости на временах порядка 40 миллисекунд, используемый для оценки изменения сечения и длины заколонных каналов после различных воздействий.

Разработка малогабаритных мощных излучателей производилась с использованием обоснованных в работах О. Л. Кузнецова рекомендаций по частотам и скважности импульсов - вьйран видеоимпульс с основной частотой порядка 20 кГц и периодом следования пачек 10 миллисекунд. Сравнение излучателей с гармоническими излучателями разработки В. Е Дрягина показало даже некоторое преимущество по амплитуде максимума импульса, затухающего во времени.

Исходя из доказанной эффективности акустического воздействия, производимого совместно с изменением давления жидкости в скваяине, конструкция всех модификаций разработанных комплексов предусматривает агрегатирование измерительных приборов с мощными излучателями, сверлящими перфораторами и гидроударными снарядами имплозионного типа, позволяющее оперативно чередовать воздействия и оценку их эффективности в данном участке и при данном режиме, и при необходимости переприцеливать воздействие или изменять его режим.

Полный комплекс измерительных приборов включает:

- малогабаритную серию приборов диметром 36-42 мм (излучатель ИЗУ-42, одночастотный АКЦ-36, двухчастотный термошумоакустический АК-Зб-АКТАШ, двухгондовый газокислотостойкий АК-35-ГАС), позволяющую работать при опущенных НКТ в процессе вызова притока;

- серию приборов диаметром 60-73 мм (шестиканальный грузонесу-щий термошумоакустический АК-60, агрегатируемый излучатель диаметром 73 мм).

Таким образом, в результате исследований:

- обоснована и реализована в разработанной и прошедшей приемочные испытания малогабаритной термошумоакустической.двухчастотной аппаратуре типа АК-Зб-АКТАШ и двухзондовой аппаратуре типа АК-36-ГАС возможность изучения практически всех видов деформаций тампонажного кольца и фильтрации в призабойной зоне обсаженных скважин на основе высокой чувствительности термошумоакустического комплексного зонда к изменению дефектоз цементного кольца и изменению сечешя фильтраци-

онных заколонных каналов; *

- обоснована и реализована в разработанных образцах комплексной аппаратуры возможность управления уплотнением тампонажного кольца на основе поэтапного прицельного воздействия агрегатированной аппаратурой, включающей измерительные и воздействующие (звукозлучающие или ударно-перфораторные) модули.

Работами в производственных 'скважинах в последующем показано, что комплекс двухчастотного акустического и шумоакустического зондов и термометра в сочетании с модулями акустического и ударноперфора-торного воздействия может быть эффективным при оперативном изучении тампонажного кольца и заколонных каналов, выделении интервалов их сужения на основе оценки скорости деформации стенки скважины, а также для прицельного воздействия с целью ограничения фильтрации по за-колонным межпластовым каналам при вызове притока и других работах по освоению объекта.

В третьей главе приведены экспериментальные и сквджинные исследования по созданию технологии управления качеством скважины на стадии окончания бурения и. цементирования.

Общими этапами при управлении изоляцией пластов являются:

- выбор картированием на площади участков, неблагоприятных для цементирования скважин по причине аномальной напорности пластов;

- обработка вышележащих пластов перед вскрытием основного объекта и перед спуском колонны с целью прекращения фильтрации;

- обработка объекта и соседствующих с ним. пластов в ранний период цементирования с целью' уплотнения цементного кольца и предотвращения межпластовой фильтрации.

Предложен способ экспресс-картирования в зонах поддержания пластового давления нагнетанием, основанный на измерениях на устье параметров шумовиброполя при различных режимах работы скважины (при нагнетании, после остановки нагнетания, после повторного включения и др.). Признаками внеобъектного нагнетания по заколонным каналам являются аномальность шумов после остановки нагнетания и аномальность шумов после повторного включения нагнетания. Высокая производительность способа (порядка 6-8 скважин в смену) позволяет построить карту даже большого месторождения в несколько дней и оперативно использовать ее для выбора скважин для обработки при бурении, первичном цементировании и ремонтно-изоляционных работах. Необходимость же такой локализации доказывается значительным объемом внеобъектной закачки в практике добычи с нагнетанием - для месторождений типа Му-

- 19 -

равленковского порядка 1 млн. кубометров ежегодно. •

Перед спуском колонны акустическим воздействием в скважине повышают тампонирующие свойства глинистой корки, для чего осуществляют следующие операции: . .

- выделение зон фильтрации на поглощение и на излив фильтрата промывочного раствора;

- обработка зон фильтрации акустическим воздействием;

- повторное выделение зон фильтрации, при необходимости повторение обработки.

При акустической обработке может ускоряться и радиальное течение пород стенки скважины, что также способствует уменьшению филь-' трации за счет уплотнения фильтрационных каналов. Для средних условий скважин Приобья скорость течения составляет 1*10"3 м/с и контролируется периодом шумоакустических . колебаний практически на всех этапах процесса затухающего кавернообразования, характеризующего участки с уплотнением стенки за счет уменьшения радиуса скважины.

Экспериментальные работы по акустическому воздействию на цементное кольцо в ранний период формирования производились с целью выравнивания седиментационного процесса, а позднее - для ускорения водообмена в период возможной контракции тампонажного кольца, возникающей при недостатке влаги в системе цемент-пласт.

Исследованиями на моделях скважины с подобием 1:2 показано, что акустическое воздействие приводит к значительному массопремещению твердеющего материала - средняя скорость в первые часы порядка 1,5*10"5м/с по диаметру и порядка 5*10"5 м/с для субосевого направления. Подобное перемещение и уплотнение твердеющего вещества за колонной связано с ускорением фильтрации избыточной воды затворения, (ускорение фильтрации через пористые неконсолидированные среды под действием акустического воздействия на частотах порядка 20-60 кГц установлено работами О. Л. Кузнецова, С. А. Ефимовой).

Экспериментами на моделях с разработанными излучателями показаны все три процесса, интересные с точки зрения управления заколонны-ми каналами при формирование цементного камня:

- чистые массоперемещения твердеющей смеси в .условиях отсутствия компенсации сверху объема, уменьшенного за счет радиального от-фильтровывания избыточной воды затворения;

- седиментационное уплотнение контактов цементного кольца за счет вертикально-радиального профильтровывания избыточной воды затворения через густеющую цементную смесь;

- чистое ускорение фильтрации воды в условиях схватившегося цемента (с сформировавшейся сетью внутрипоровых каналов), как при обменной фильтрации кольца с породами стенки скважины, т. е. в период возможного контракционного деформирования тампонажного кольца при взаимодействии цемента с глинистой коркой.

Разработанная схема воздействия на тампонажное кольцо и приза-бойную зону при их раннем уплотнении такова:

- при окончании продавки цемента целесообразно произвести воздействие агрегатом типа ДА-320 кратковременными импульсами повышения давления до величин порядка половины опрессовочного, соответствующие деформации колонны выполняют функцию расхаживания и низкочастотного уплотнения; 1

- обработку акустическим излучателем целесообразна производить в зоне объекта перемещением вверх-вниз с периодичностью порядка 5-6 циклов в час;

- затем производят длительное озвучивание в кровельной части ближайшего нижнего водоисточника (для создания пакероподобного уплотнения цемента);

- по замеру термошумоакустическим зондом определят участки, фильтрации поглощения и аномальной деформации и повторным замером -тенденцию развития процессов;

- повторяют акустическое воздействие до стабилизации процесса контактообразования.

По результатам замеров на скважинах и расчетов построены зависимости потерь напора от сечения и длины каналов и,, таким образом, обоснованы возможности контроля изменения каналов по шумоакустичес-ким параметрам (шумообразование определяется потерей напора в канале).

Высокая напорность пластового флюида препятствует эффективному уплотнению акустическим воздействием - при давлениях более 2 МПа уплотнение тампонажного кольца практически незначительно, для предотвращения межпластовых перетоков необходимы более радикальные воздействия (или остановка нагнетания). Исследования в первые часы после' заливки в таких скважинах показывают чрезвычайно динамично меняющиеся условия контактов цементного кольца и процессов поглощения и из-лива. Еажнейшей задачей в этот период следует считать определение момента смены поглощения на излив, обусловленной зависанием твердеющей структуры цементного кольца, и нацеливание звуковой обработки на соответствующие участки активной фильтрации.

Цри меньшем превышении пластового давления над гидростатическим после акустического воздействия заколонная фильтрация уменьшается значительно во всех скважинах, в большинстве скважин - прекращается полностью.

Таким образом, разработанная в результате экспериментально-расчетных и скважинных исследований модель представлений об особенностях раннего формирования тампонажного кольца дает возможность обосновать эффективное виброакустическое воздействие с целью уплотнения кольца и уменьшения заколонных каналов в следующие три периода ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ):

- в первые минуты после заливки для предотвращения седиментаци-онных прорывов в густеющем тампонажном материале;

- в первые часы для ускорения вытеснения пристенного слоя промывочной жидкости путем комплексного воздействия на седиментацию

' кольца и на течение пород стенки скважины;

- в период первых 10-30 часов после заливки для ускорения деформации тампонажного кольца и пород в участках продолжающегося вы-валообразования под действием возрастающего дифференциального давления.

Четвертая глава посвящена исследованию и разработке технологии управления качеством призабойной зоны при перфорации и интенсификации яефтепритока. В связи со сложностью прогнозирования и моделирования перфорации исследования производились путем натурных экспериментов при всех известных в практике типах перфорации и интенсифицирующего воздействия (включая ТГХВ-ПГДБК, пневмо-импульсный генератор ГИДП и др.).

' В продолжавшемся при твердении тампонажного кольца процессе деформирования заколонных каналов перфорация дает первый импульс фильтрации, скачкообразно изменяющий качество призабойной зоны, причем тем значительнее, чем больше перепад давления между пластом и внут-риколонным пространством. Поэтому при первом залпе перфорации отлично видны как профиль выравнивающей фильтрации в объекте, так и зако-лонные источники фильтрации - по аномальному изменению шумоакусти-ческих параметров, температуры, а также по относительному повышению , амплитуд продольных волн за счет ударного импульса при кумулятивной перфорации, или за счет перепада давления, действующего в момент вскрытия сверлением. Мера аномальности изменения амплитуд определяется различием между пластовым и внутриколонным давлением жидкости.

Учитывая, что.удается обосновать расчетно взаимосвязь коэффици-

ента шумообразования, скорости радиальной деформации стенки за колонной и изменения зазора цемент-колонна, а также - расхода по зако-лонным каналам с оцениваемым по шумам показателем пьезопроводности, можно сделать вывод, что комплекс одновременно регистрируемых параметров продольной волны на двух частотах, температуры и параметров, акустического шума достаточен для оценки основных деформационно-фильтрационных процессов в неустойчивых породах.

Исследованиями показано, что взаимосвязь процессов фильтрации и деформации при многозалповой перфорации выражается в последовательном (с каждым залпом) ухудшением условий фильтрации объекта за счет уплотнения призабойной зоны. Причем, как для кумулятивной, так и для сверлящей перфорации, показано по значительным выборкам, что чем больше отверстий, тем меньше удельный дебит.

Процессы.уплотнения продолжаются и при вызове притока изменением давления. Так, скважинными экспериментами удалось изучить все три основных последовательных этапа развития деформаций в ПЗ при полном цикле повышения и понижения давления в колонне:

- радиальное начальное разуплотневие и последующее радиальное обрушение надобъектовой части;

- радиально-вертикальное уплотнение в зоне кровли перфорированного объекта;

- разуплотнение в зоне подобъектовой части после снижения давления компрессором.

Важность изучения периода перед первичной перфорацией объясняется долговременностью происходящих процессов расформирования зоны проникновения (по Я. Е Васину - несколько'месяцев) и необходимостью оценивать давление жидкости в заколонных 'каналах непосредственно на момент перфорации. Приближенная схема происходящего перед перфорацией деформирования в заколонном пространстве такова.

Радиальное деформирование^ наиболее быстрое в первые несколько суток после цементирования, приводит к сложному профилю - в интервале малопрочных аргиллитоподобных пород течение быстро замедляется, напряжение релаксирует в своей вертикальной составляющей, амплитуды продольной волны возрастают, - в интервале вмещающих алевролитов течение продолжается, преобразуется в вертикальное массоперемешэние, в результате чего формируются два процесса:

- подпор колонны, ослабляющий напряжение в окрестностях - расслабляются контакты в интервале ближайшей каверны;

- продолжающееся течение вниз и натекание на проницаемый пласт

по глинистой корке и в ближней приэабойной зоне.

При этом время деформирования, ускоряемое акустическим воздействием и достаточное для прекращения фильтрации по заколонным каналам, хотя и зависит от многих факторов, рассчитано (совместно с А. Ф. Косолаповым) в зависимости от радиальной скорости деформации и от основных видов дефектности тампонажного кольца в виде номограммы для средних условий скважин, бурящихся на девон в Татарии и Башкирии.

Шдобная макрозональность приводит к необходимости рассматривать пары пластов - надкровельный глинистый пласт и основной песчаник, как взаимосвязанные радиально-вертикальным деформированием, при этом наиболее компетентные глинистые и аргиддитоподобные пласты дают и наиболее значительные натекания на кровлю песчаника-коллектора.

Интересно, что проявляется такая макрозональность в процессе вызова притока в более значительной обводненности продукции по мере удаления нижней границы интервала перфорации от ВНК к кровле в водо-нефтенагыщенном песчанике.

Полученные в ходе скважинных исследований уплотнения тампонажного кольца после перфорации могут быть следствием нарушения равновесия в связи с ускорением деформаций течения пород при многократных нагружениях колонны и ПЗ.

Поэтому в ходе исследований разработан способ оценки скорости деформации стенки по восстановлению напряженности, характеризуемой шумоакустическими параметрами, после разгрузки колонны компрессором, а также толщины кольца напряженности, оцениваемой по параметрам продольной волны и резонансной частоте регистрируемых шумоакуетических колебаний. Разработана также серия способов оптимизации режимов перфорации.

Так, способ выбора оптимального времени перфорации и вызова притока после цементирования основан на том, что их производят не позднее времени превышения прочности сплошного кольца над величиной давления стенки на кольцо (позднее этого времени возможно эаколонное сообщение в связи с отсутствием компенсации зазора цемент-колонна, задаваемого при вызове притока).

Способ выбора давления вызова притока, при котором не происходит деформации коллектора, основан на оценке момента опасного возрастания шумов эмиссии, характеризующих деформацию коллектора в ближней зоне и соответствующее уменьшение фильтрации.

По способу оптимизации времени после бурегшл перфорацию произ-

водят, когда скорость течения пород ещэ достаточна для радиальной деформации, компенсирующей контактно-кольцевые каналы невытеснения промывочной жидкости на границе цемент-колонна. Такой оценке способствуют установленные зависимости частости следования импульсов шумов'ых колебаний от удельного дебита через фильтрационные каналы.

В способе раннего вскрытия, основанном на ускорении течения тампонажного глиноцементного кольца, перфорацию первоначально производят в верхней части нижней глинистой перемычки, причем, в период схватывания смеси.

Для перфорации водонефтенасыщэнного пласта разработан способ вскрытия его ниже и выше ВНК (по одному отверстию) - встречный конус нефти уменьшает долю водопритока при освоении. Причем, перфорация калиброванных отверстий сверлящим перфоратором ПС-112 позволяет оценить расход через каждое отверстие по установленной связи регистрируемых шумов с линейной скоростью потока.

Способ перфорации колонны, производимой вне объекта при репрессии, позволяет сохранить фильтрационные свойства объекта и тем уменьшить относительную долю воды в притоке при освоении водонефте-насыщэнного объекта.

Поскольку, как установлено, любые пульсации давления в колойне провоцируют и ускоряют массоперемещение тампонажного кольца, то ус-, корение течения стенки скважины возможно при любых по скорости изменениях давления, что объясняет известные явления закупорки призабой-ной зоны при интенсифицирующих кислотных обработках и других воздействиях повышением давления.

Скважиннывд исследованиями показано также, что тенденция к закупорке тампонажного кольца или к разрыву его при перфорации шлет быть оценена еще до первого залпа, поскольку определяется она перепадом между поровым давлением в призабойной зоне заколонного пространства и давлением жидкостиав колонне - перфорация при депрессии, например, приводит .к гидроудару в сторону фильтра колонны'и соответствующей закупорке'тампонажного кольца вследствие смятия фильтрационных каналов. Поэтому исследованы возможности и разработан способ прогнозной оценки давления перового флюида в призабойной зоне заколонного пространства еще до перфорации, что дает возможность скорректировать схему перфорации с целью изоляции посторонних водопере-токов. Так, экспериментально показана возможность изоляции объекта от постороннего водоперетока путем прямой перфорации при депрессии нижней глинистой перемычки.

При исследовании механизма деформации и массоперемещения в там-понажном кольце под действием перепада давления при вызове притска доказана цикличность изменения давления на контакте цемент - колонна, характеризуемая соответствующими изменениями амплитуд продольной волны и шумоакустических параметров. Цикличность отражает медленное уплотнение контакта и более быстрое разуплотнение его за счет релаксации напряжения и массоперемещения.

Установление деформации такого характера в исследуемом интервале позволяет ускорить процесс течения прицельным ударным или взрывным воздействием в колонне и обеспечить этим локальное уплотнение тампонажного кольца в заданном участке с целью изоляции перфорированного объекта от постороннего водоперетока.

• Пятая глава посвящена обоснованию и разработке технологии управления при ремонтной изоляции и перевскрытии объектов, причем исследованиями установлено, что важнейшие управляющие решения могут быть приняты уже при интерпретации стандартных цементограмм АК, производимой по следующей схеме:

- оценка скорости радиальной деформации тампонажного кольца по повторным замерам;

- оценка формы каналов в тампонажном кольце (объемные, контактные) ;

Цри начальной оценке качества скважин по изоляции пластов интерпретация может быть обоснована следующим:

- цементное кольца, с глинистой коркой и внутренней кольматаци-онной коркой представляет тампонажное кольцо, отражающее фильтрационное и деформационное влияние пород стенки в соответствующем интервале; ■

- фильтрация излива сопровождается вертикальными усадочными деформациями пласта, .при соответствующем одноосном сжатии деформация преобразуется в радиальную к стенке колонны, затем в условиях реакции колонны - в субосевую, затем в условиях близкого зумпфа - в тангенциальную, • причем на всех этапах возможно деформирование фильтрационных каналов;

- при многократных вызовах притока, как показали исследования, в глинистой перемычке над объектом формируется аномально-повышенное давление на колонну, под перфорацией - зона относительно пониженного давления, в результате? фильтрация для нефти ухудшается, для воды улучшается;

- при повторениях нагнетания, как показали исследования, над

перфорацией закономерно удлинняются заколонные каналы, образовавшиеся в результате отслоения тампонажного кольца и пропитки песчанистых пород перемычки.

Эффект относительного понижения давления под перфорацией нас-толы4о силен, что при многократном нагружении колонны и призабойной зоны давлением порядка 10 МПа гидроразрыв часто происходит именно в этой части скважины - вне перфорации.

Наиболее полное представление о начальных заколонных каналах дает комплексная интерпретация данных, полученных методом ГГК по мягкому рассеянному гамма-излучению, и полученных методом АН (наиболее чувстительных, соответственно, к объемным и к микрокольцевым каналам) .

Особенности изменения амплитуд продольной волны при вызове притока компрессором позволяют выделить не менее трех различных типов деформации цементного кольца относительно колонны:

- кольцевой зазор увеличивается, что характерно для ненапряженного, свободно деформируемого цементного кольца;

- кольцевой зазор остается неизменным, что характерно для напряженного цементного кольца;

- кольцевой зазор уменьшается, что характерно для пластов, сильно деформируемых под действием текучести ближней зоны глинистых пропластков или под действием значительного притока флюида.

Как показало термошумоакустическое профилирование в скважинах, ремонтно-изоляционные работы (РИР) по стандартной технологии продав-кой через фильтр закономерно неэффективны, разрыв с поглощением там-понажной смеси происходит в пропластках, характеризуемых, малым пластовым давлением, напорные же пропластки не разрываются и не принимают смесь, и после РИР продолжают давать постороннюю воду.

Поэтому предложен и разработан способ бестампонажной изоляции пластов, основанный на совместном воздействии сниженного в колонне давления и локального виброударного воздействия в участках с относительно повышенной скоростью радиального течения пород стенки. На основе высокой чувствительности метода АК при задаваемом давлении успешность ремонтов, планируемых по стандартной технологии, может быть повышена путем следующих операций:

- определяется интервал заколонных каналов, сообщающихся ■ с фильтром в режиме повышенного давления;

- определяется наличие заколонного потока при повышении давления в интервале от фильтра до пласта-обводнителя;

- определяются интервалы приемистости и отдачи и на основе их сопоставления выделяется интервалы защемления закачиваемой смеси.

Новые технологические приемы ремонтной изоляции направлены на преодоление неэффективности стандартных методов продавки через фильтр, состоящей в следующем:

- ошибочно представление о полном совпадении профиля приемистости смеси с профилем отдачи воды, не совсем верно представление о селективности реагирования смесей только с водой - в промытой зоне возможна реакция и в нефтенасыщенном интервале пласта и потеря части нефтефильтрующих толщин. Следовательно, необходимо прицельное воздействие на заколонные каналы;

- отсутствует профиль нефтенасыщенности на момент проведения ремонтных работ, следовательно необходимо точное выделение нефтесо-держащих пропластков с определением максимумов приемисости и отдачи.

Для сортировки скважин перед началом РИР на площади разработан способ оценки качества ствола скважины по пьезопроводности, основанный на допущении, что при отсутствии радиальной приемистости в пласты над объектом через заколонные каналы субосевой переток может быстро подняться практически на любую высоту над перфорацией. С этой точки зрения ' приустьевые грифоны на поверхности могут отражать не самую высокую степень экологической опасности при недропользовании.

Новая технология основана на том, что в ходе экспериментов доказана вторичность раскрытия заколонных каналов выше объекта в нагнетательных скважинах. В связи со сравнительно небольшой раскры-тостью каналов контактно-кольцевой формы (порядка сотен микрометров) опробована следующая схема их закрытия:

- разрядка скважины от избыточного давления нагнетания;

- создание импульса деформации колонны компрессором;

- обработка виброударным и акустическим воздействием протяженных участков пластичных пород в зоне заколонных каналов;

- восстановление давления в колонне, контроль фильтрации.

Новая аппаратура и разработанные методические приемы позволят:

среди объемных, контактно-кольцевых и трещинно-деформационных дефектов кольца выделить следующие разновидности каналов и перетоков:

- по времени образования (первичные каналы - образующиеся при твердении цемента, вторичные - образующиеся при разбуривании цементного стакана, опрессовке, перфорации, депрессионные - образующиеся при вызове притока компрессором, каналы, образующиеся при кислотной обработке, длительной эксплуатации скважины, каназы, возникающее при

ремонтно-изоляционных работах);

- по последствиям (перетоки, искажающие дебит и характер насыщения объекта, изменяющие минерализацию вод и затрудняющие, вследствие этого, оценку- характера насыщения, искажающие газовый фактор нефти, образующие вторичные залежи газа, вызывающие опережающий прорыв вод, приводящие к коррозии обсадной колонны);

- по методам выделения (вероятно сообщающиеся каналы - комплексом АК+ГГК, либо двухчастотным АК по динамике формирования камня, достоверно сообщающиеся каналы - методом АК при давлении в перфорированной скважине, заколонные потоки - методом шумоиндикации в пассивном и активном режимах, в т.ч. с термометрией).

Эксперименты по ремонтной гидроизоляции ударным воздействием легкими торпедами в виде одиночного детонирующего шнура типа ДШУ показали значительное уменьшение сечения заколонных каналов, сопровождаемое 3-6 кратным уменьшением постороннего заколонного водоперето-ка, а акустическое воздействие в первые часы после перфорации оказалось эффективным для уплотнения тампонажного кольца при вскрытии объекта на депрессии - до полного прекращения заколонных перетоков после обработки.

В связи с невозможностью применения методов ИННК (ИНГК) для выделения нефтепропластков в перфорации разработана и опробована методика исследования призабойной зоны шумоакустическим комплексом, основанная на определении ' кажущейся упругоемкости, зависящей в случае одинаковой проницаемости пластов, преимущественно, от нефтегазонасы-щенности (сжимаемость нефти примерно в 7 -9 раз выше сжимаемости воды). Поэтому, если задавать равные по длительности импульсы давления с выдержкой порядка 30-50 секунд и чередовать их через дозированные промежутки времени, то регистрируемые шумоакустические параметры (амплитуда и период шумов) будут характеризовать задержку времени изливной фильтрации в точке наблюдения (для нефтенасыщенных пластов относительная задержка в 2-7 раз больше, чем для водонасышэнных).

Эксперименты в скважинах по 13 месторождениям подтвердили высокую дифференциацию нефте- и водонасыщенных пластов по указанной задержке фильтрации, проверка эффективности методики производилась по объектам с известным ВНК в перфорации и вне перфорации (по деформируемым заколонным каналам давление•передается с малыми потерями на расстояние порядка 50 метров от перфорации).

Таким образом, разработанный комплекс малогабаритной термошумо-акустической аппаратуры впервые позволил изучить и реализовать еле-

дующие новые технологические возможности:

- обосновать технологические приемы регулирования скорости деформаций тампонажного кольца и стенки скважины;

- обосновать технологию уплотнения тампонажного кольца при сниженном компрессором давлении жидкости в колонне путем виброакустического и виброударного прицельного воздействия;

- разработать для выделения нефтепропластков по показателю уп-ругоемкости методику, преимущества которой состоят в возможностях повышения глубинности воздействия'и в возможности выделения нефтепропластков далеко за пределами интервала фильтра;

- обосновать технологию термошумоакустического профилирования при задаваемых импульсах гидросвабирования, позволяющую оценить положение трещины-зародыша и прогнозировать на этой основе положение максимума приемистости тампонажной смеси при ремонте гидроизоляции и при гидроразрыве объекта.

В шестой главе изложена обшдя последовательность операций при осуществлении разработанной для управления уплотнением изолирующего слоя за колонной технологии, основанной на следующих особенностях процессов в призабойной зоне:

- вибрационные и ударные воздействия через жидкость в колонне практически всегда приводят к ускорению деформации тампонажного кольца и пород стенки скважины, эти ускорения всегда могут быть определены термошумоакустическим комплексом, они всегда изменяют профиль фильтрации;

. - после многократных воздействий на колонну особенности профиля изменения зазоров цемент-колонна таковы, что над перфорированным объектом и в его кровле формируется зона уплотнения, под перфорированной частью объекта - зона разуплотнения.

В связи с этим технология включает воздействия в.следующие наиболее активные периоды действия горного давления:

- в период раннего формирования первичного цемента;

- в период опрессовки колонны и первичной перфорации; '

- в период вторичных ремонтов гидроизоляции объектов.

Планирование операций производится на основе следующих общих

положений:

- наиболее эффективно уплотнение изолирующего тампонажного кольца при одновременном воздействии давления, общего для всей колонны, и локального воздействия на заданный участок разреза, имеющий аномально повышенную скорость радиальной деформации' стенки скважины;

- чем раньше после окончания бурения ствола произведено воздействие, тем более значительно уплотнение тампонажного кольца, как на момент воздействия, так и в последующий период освоения скважины.

Качество уплотнения изолирующего слоя за колонной после воздействия устанавливается по следующим критериям:

- по длине участка уменьшения зазора цемент - колонна (по относительной амплитуде продольной волны Ак/Ак св);

. - по величине контактного давления цемент - колонна после ОЗЦ определяемому по известному графику зависимости отношения амплитуд продольной волны на двух частотах Ао=Ан/Ав от давления в колонне;

- по изменению контактного давления, определяемому по изменению отношения амплитуды Ао после воздействия;

- по уменьшению фильтрации из водоисточника, или через определенный заданный интервал заколонного пространства

Поскольку, основная причина несоответствия между высокой дефектностью цемента по стандартному АК и относительно низкой обводненностью продукции во многих практических случаях состоит в несоответствии направления зондирующих смещэний колонны (продольная акустическая волна) и направления воздействия на тампонажное кольцо при вызове притока (радиальные деформации, на порядок большие), то в основу информационного обеспечения технологии управления положена методика исследования радиальных смещений тампонажного кольца относительно колонны, возникающих и изменяющихся при изменении давления в колонне, т. е. своего рода деформационный каротаж.

Необходимость контроля качества цементного кольца при повышении давления в колонне вызвана также многократностью нагружения производственных скважин в период освоения и эксплуатации, когда происходит как разрушение, так и уплотнение контактов кольца.

На этапе управления уплотнением тампонажного кольца в ранний период ожидания затвердеваю^ цемента производят периодическое наг-ружение колонны давлением с ; различной скоростью, зависящей от времени после запивки цемента, а затем - обработку акустическим излучателем путем чередования перемещенния излучателя по участку и локального длительного акустического воздействия в отдельных критических точках пластов. Акустическое воздействие в ранний период ОЗЦ имеет целью прерывание заколонной субоеевой фильтрации и выравнивание се-диментационного массоперемещэния.

Производимая в дальнейшем опрессовка колонны осуществляется в режиме дозированных во времени воздействий, учитывающих реологичес-

кие и фильтрационные■свойства цемента на основе поэтапного контроля.

фи этом каждую последующую ступень повышения давления задают ■не ранее, чем релаксируют напряжения в кольце от предыдущей ступени, величина которой выбрана расчетно. Только при этом условии возможно деформирование кольца на величину, превышающую упругую деформацию, без разрушения - в режиме медленного растягивааия кольца. После такого же медленного снижения давления возможно, как показали эксперименты, даже некоторое уплотнение кольца за счет натекания на колонну стенки скважины в интервалах пластичных пород.

Прямой контроль перетоков в ранний период 'осуществляют способом, основанным на переносе потоком тепла от формирования цемента в интервале каверны. А способ многократных замеров шумоакустических параметров позволяет определить момент зависания схватывающегося цемента и образования в этот период флюидоперетоков из пласта, задавленного до этого тяжелой тампонажной смесью. Соответствующие выделенные участки флюидоперетоков должны быть подвергнуты при подготоке перфорации объекта более сильным воздействиям - например, уплотнением контактов цементного кольца детонирующим шнуром ДШУ, который при длине 4 м-может дать массоперемещэние в заколонном пространстве твердеющего цемента порядка 100 см3 и более.

При перфорации реализуются два варианта технологии:

- преимущественно для восстановления межпластовой изоляции -комплексом ДШУ-контроль, повторяемым многократно;

- преимущественно для уточнения положения ВНК и выделения во-допрорывов, тогда вскрытие первоначально производят 1-2 отверстиями.

Выбор времени перфорации относительно момента цементирования, выбор положения интервала перфорации относительно кровли объекта, выбор давления, при котором производят перфорацию, осуществляют по критериям минимизации нарушений кольца определяемых по замерам АК-36-АКГАШ и с учетом возможности максимального уплотнения заколонных каналов в зоне водонасыщенных пластов.

• Управление качеством вызова притока при освоении также осуществляют с минимизацией нарушений контактов тампонажного кольца на основе поэтапной оценки и регулирования скорости деформации пород при изменении давления в процессе вызова притока.

При ремонтной изоляции применяют способ, включающий последовательно повторяемые операции .разрядки скважины, уплотняющих импульсов деформации, задаваемых компрессором, виброударной и виброакустической обработки и восстановления давления с контролем уплотнения кон-

тактов и уменьшения фильтрации по комплексу термошумоакустических параметров.

Существенные преимущества способа состоят в следующем:

- благодаря воздействию на всю длину канала возрастает полнота его перекрытия смещающими и уплотняющими деформациями;

- благодаря многократности воздействия возможно перекрытие практически любых по раскрытости каналов;

, - благодаря боковому воздействию достижимо перекрытие любых малораскрытых каналов, где при стандартной процедуре, в принципе, не может быть продавлена тампонирующая смесь;

- не загрязняется тампонирующей смесью перфорированный объект.

Расчеты и эксперименты показывают, что разработанная технология

управления позволяет осуществить путем виброударных и виброакустических воздействий значительные массоперемешэния цементного кольца и глинистой корки (порядка 1000 см3 на 10 м скважины) и обеспечить, таким образом, закупорку значительной доли заколонных сообщающихся каналов.

Седьмая глава посвящена результатам опытно-промышленного опробования технологии управления качеством изоляции пластов с применением шумоакустического комплекса. Важнейшим из результатов является доказательство универсальности разработанных технологических приемов в разнообразных геолого-технических условиях (от разведки до ликвидации эксплуатационных скважин) различных районов.

Основными изучаемыми в производственных скважинах и изменяемыми по скорости процессами являлись:

- фильтрация-седиментация при образовании из цементного теста первичной структуры кольца и виброакустическое воздействие на формирующиеся первичные каналы;

- радиально-вертикальное смещение тампонажного кольца в глинистых перемычках под действием^давления пород стенки скважины и создаваемые давления колонной при первичной перфорации и вызове притока флюида пласта в условиях малопрочного цемента;

- радиально-вертикальные и тангенциальные уплотнения тампонажного кольца в зумпфе и в надкровельной части нефтеобъекта, создаваемые давлением пород и колонной^при ремонтном тампонаже в условиях цемента с законченным упрочнением. -

Пооперационное опробование эффективности технологии производилось первоначально в скважинах Татарии при раннем озвучивании и перфорации (исследовано 40 скважин), а е 1385 - 1987 г. г. на Туймааинс-

ком месторождении (выполнены комплексные исследования в 30 скважинах) .

В 1989 - 1991 г. г. работы продолжены в объединении "Юганскнефтегаз" - отрабатывалась технология поиска нефтепропластков, изучение особенностей раннего формирования цемента в высокопластичных пластах Ш, Ю1 и проводилась ремонтная изоляция ударным воздействием (выполнены работы в 20 скважинах).

В 1990 - 92 г. г. в НГДУ №/равленковскнефгь Ш Ноябрьскнефтегаз выполнены больше объемы работ по изоляции озвучиванием в первые часы после заливки цемента, при поиске нефтепропластков и при поиске расширяющихся и сужающихся заколонных каналов в процессе подготовки ремонтно-изоляционных работ (всего работы проведены в 50 скважинах). Следует отметить, что здесь впервые проведены производственные работы в массиве скважин, бурящихся по уплотнению сетки добывного фонда, и в массиве нагнетательных скважин по поддержанию пластового давления (ПЦД), что дало возможность впервые составить карту заколонных перетоков выше основного объекта ППД для всего Муравленковского месторождения. Показана унаследованность переточных каналов выше объекта нагнетания в скважинах, исследуемых и ремонтируемых многократно.

Более глубокий анализ причинных связей, выполненный ретроспективно по комплексу ГИС для оценки качества цементирования по 800 скважинам месторождения дал возможность построить карты первичной (при окончании бурения) гидросвязи по заколонным каналам между пластами, выявить зоны первичной закупорки основного объекта БС11, показать взаимосвязь заколонного каналообразования вверх над объектом и кольматации объекта при бурении.

Так, комплексными исследования показано: .

- практически все исследованные нагнетательные скважины в режиме давления агрегатом ЦА - 320 порядка 10 МПа имеют заколонные перетоки вверх на 15-45 м;

- все бурящиеся скважины, находящиеся в зоне действующих и остановленных нагнетательных скважин, имеют аномально повышенное давление в пластах над основным объектом БС11;

- большинство скважин, исследованных после проведенной ремонтной гидроизоляции по стандартной технологии характеризуются заколон-ными перетоками вверх при давлении порядка 10 МПа, задаваемом агрегатом, неудачи ремонта 'обусловлены напорностью верхних пластов;

- в большинстве сильно обводненных скважин установлено наличие нефтесодержащих пропластков в основном объекте и наличие нижнего или

- 34 -

верхнего водопритоков из неперфорированных зон.

Таким образом, тотальное распространение и отрицательное влияние заколонных перетоков привели к необходимости промышленного эксперимента по звукообработке тампонажного кольца в ранний период после Цементирования с целью гидроизоляции объекта. Доказанная эффективность по группе обработанных скважин выражается в снижении обводненности продукции на 17 процентов и в повышении среднего нефтедеби-та.на 6 т/сут.

От применения новых технологических приемов нефтегазодобывающими предприятиями получена значительная экономия затрат при РИР, а также добыто дополнительно в течение 1,5 лет порядка 14000 тонн нефти (кроме того, в скважинах Удмуртии дополнительно добыто порядка 5000 тонн нефти).

Технология управления качеством гидроизоляции при первичном вскрытии колонны опробовалась при трех различных схемах перфорации:

- минимально нарушающей естественные каналы заколонной фильтрации - локальное вскрытие одним залпом или парой отверстий 1Ю-112;

- массированно обрушающэй призабойную зону в интервале нефтеносной и водоносной частей пласта;

- репрессионно-разрывающей радиальные каналы в объекте и тем самым способствующей разрушению субвертикальных заколонных каналов в малопрочном тампонажном крльце, сообщающихся с водоисточниками.

В последнем случае разрыв основного пласта ¡легко достигается в хода последующих гйдросвабирующих воздействий при давлениях порядка опрессовочных (дополнительная добыча нефти в отдельных скважинах, вскрытых по такой схеме, превысила 3000 тонн за период около 3 лет).

фактически, до нуля удается снизить внеобъектный водопереток ..-□следующей за перфорацией акустической обработкой, приводящей в случае вскрытия при депрессии к значительному ускорению течения массива пород и тампонажного ко^шца в окрестностях перфорации.

Ремонтная гидроизоляция .¡ударно-перфораторным воздействием дала положительные результаты во всех без исключения вариантах и условиях применения и показала что:

- предельное перевскрытие кумулятивной пеофорацией ранее перфорированного обводненного малоде<^итного объекта позволяет уменьшить внеобъектную фильтрацию в 3-5 раз; *

- локальное перевскрытие и воздействие детонирующим шнуром ДНЕ/ позволяет в объекте с подошвенной,водой значительно уменьшить водопроток;

- ограничение в 4-6 раз верхнего напорного перетока удается обеспечить 3-5 кратным залпом ДШУ в соответствующей зоне перемычки;

- ограничение нижнего заколонного водоперетока по технологии ДШУ успешно даже в условиях маломощной • глинистой перемычки, где стандартное цементирование, как правило, не достигает результатов.

Выделение нефтепропластков по показателю упругоемкости оказалось эффективным как в условиях водопрорывов в объекте (Муравлен-ковское, Швховское, Ягунское Еосточно-Сургутское, Туймазинское, Вавлинское месторождения), так и при уточнении ВНК в краевых зонах.

Экспериментами на скважинах Приобья подтверждена также возможность прогноза профиля гидрораэрыва и очередности разрываемых проп-ластков, показана обоснованная ранее приуроченность глубоких трещин разрыва к нижней части объекта. Замерами в скважинах, фонтанирующих после разрыва, доказано, что даже незначительные изменения депрессии (на 0,5 МПа) приводят к значительному изменению профиля нефтепритска и заколонной фильтрации, что обосновывает необходимость использовать в практике проведения гидроизоляционных работ технологию подбора определенного оптимального режима депрессии, зависящего от реальной дефектности цементного кольца. •

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом изложенной диссертационной работы являются следующие основные результаты:

1. На основании анализа и обобщения материалов по контролю технического состояния обсаженных скважин показано, что управление качеством изоляции пластов йа основе ГИС практически не применяется, но возможно на основе замеров в условиях, приближенных к существующим при начальном цементировании, при перфорации, вызове притока, ремонтном цементажэ.

2. Термошумоакустическими исследованиями, впервые проведенными в скважинах, бурящихся на площадях интенсивного нагнетания, доказано закономерное наличие фильтрации излива уже при каротажа открытого ствола, образование под влиянием этой фильтрации заколонных мелел.ластовых перетоков в первые часы после заливки цемента, взаимообусловленность процессов фильтрации избыточной воды затворения и уплотнения цементного материала в период его загустевания и схватывания, показан эффект обращения направления фильтрации от поглощения в пласт при жидком тамцон&жном материале к изливу из пласта после зависания цемента. На основании проведенных исследований сделан вывод о том, что первоисточником начального заколонного каналообразования

является повышенное пластовое давление в объекте и соседних пластах, . разработаны методы и оптимальные схемы виброакустического воздействия на тампонажное кольцо в период начальной стадии формования с целью уменьшения размеров каналов заколонной фильтрации и ограничения, 'таким образом, малонапорных заколонных межпластовых перетоков.

3. Впервые проведенными акустическими исследованиями при опушенном лифте насосно-компрессорных труб в период первичной промывки и вызове притока показано, что с одной стороны возникающие при вызове притока посторонние заколонные перетоки обусловлены соответствующей деформацией колонны и цементного кольца, а с другой стороны -под действием перетока и соответствующего изменения дифференциального давления, действующего на глинистую корку и цементное кольцо, возникают нагрузки, изменяющие размеры и раскрытость заколонных каналов. Впервые показано поэтапное деформирование заколонных каналов при нагнетании и обоснован, таким образом, вывод о том, что и вторичные заколонные каналы могут возникать и увеличиваться под действием повышенного пластового давления.

На основании проведенных исследований разработана новая высокочувствительная малогабаритная двухчастотная акустическая аппаратура с зондами для регистрации шумоакустических параметров и температуры, оптимизированы приемы деформационного воздействия с целью уплотнения тампонажного кольца, уменьшения размеров заколонных вторичных деформационных каналов и снижения объемов мэжпластовых перетоков.

Установленные причинные связи создаваемых нагрузочных деформаций тампонажного кольца и возникающих при этом заколонных межпласто-еых каналов дали возможность обосновать и разработать . эффективную методику последовательно-поэтапного контроля и оптимальных приемов определения меры управляющих воздействий при ограничении и ликвидации заколонных мэжпластовых перетоков.

4. На основании скважинных исследований доказана возможность опенки скорости радиальной деформации стенки обсаженной скважины методом разгрузки колонны снижением давления. Показано, что течение тампонажного кольца, возникающее при разгрузке колонны снижением давления, может быть ускорено виброударным и акустическим воздействием, а также другими знакопеременными нагрузками на колонну, так как такое деформирование вызывает I субосевое перемещение материала псд действием горного давления. Разработана аппаратура для ускорения радиалъно-вертикальных деформаций тампонажного кольца и призабойной зоны методом виброакустического воздействия, а также технология бес-

тампонажной ремонтной гидроизоляции методом виброакустического воздействия при первичной перфорации и вызове притока.

5. На основе изучения скважин в различных районах и на различных этапах их строительства обоснована классификация скважин по характеру подвижности стенки при снижении давления в колонне (неустойчивые - сжимаемые или расширяемые, яестко устойчивые по стенке - неустойчивые по цементному кольцу и упруго-устойчивые по стенке и кольцу) и по степени подвижности кольцевых зазоров тампонаяшого кольца при повышении давления в колонне:

- недеформируемые (несообшдющиеся) каналы;

- деформируемые упруго и, следовательно, имевшее гидропровод-ность, прямо зависящую от перепада давления;

• - деформируемые с остаточным (расширяемым) после сброса давления зазором (благоприятные для гидроразрыва или закачки реагентов);

- деформируемые с уплотнением после сброса давления, (благоприятные для ремонтной гидроизоляции без тампонажа);

- недеформируемые зияющие каналы;

- короткие каналы сужения - свистки.

Классификация позволяет прогнозировать положение участков самоизоляции пластов и участков, благоприятных для ГРП или реагентных обработок.

6. Обоснованы, опробованы и внедрены в производственных условиях эффективные способы акустического воздействия на твердеющий цемент, способы изоляции виброударным обрушением, способы прицельной перфорации для ограничения посторонних водопротоков. Для оперативного контроля и управления ограничением водопритоков обоснованы способ поиска нефтепропластков и способ профилирования фильтрации и деформации, разработаны методики измерения и интерпретации указанных процессов. Показано, что комплекс разработанных акустических и шумса-кустических зондов с высокочувствительным центрированным термометром оптимально достаточен для контроля процессов на любой стадии строительства и эксплуатации скважины (нижний предел чувствительности по фильтрации порядка 0,2 м3/сут, вертикальное разрешение - порядка 0,2 и , нижний предел чувствительности по скорости деформации - с? 1*103м/с). А в сочетании с модулем акустического воздействия и средствами сильного виброударного воздействия комплекс позволяет найти и изолировать нефтепроолаЕтки,практически в любой обводненной скважине, причем, только средствами партии ГИС.

7. Работами в условиях различных месторождений показано,

разработанный аппаратурно-методический комплекс может служить инструментом управления качеством цементирования при бурении уплотняющих скважин, при ремонтном цементировании скважин с напорными пластами, при перфорации скважин, вскрывающих обводненные объекты, при поиске нефтезалежей, а также при регулировании профиля фильтрации в период подготовки таких сильных воздействий,' как гидроразрыв, обработка имплозионной камерой, ТГХВ-ПГДБК, на основе выбора- оптимальных дл5} каждой скважины типа и меры воздействия.

Основное содержание диссертационной работы изложено в 18 опубликованных работах, в 27 авторских свидетельствах и в б утвержденных методических документах, список которых прилагается ниже.

й -

Научные статьи и обзоры

1. Кирпиченко Б. И., Кучернюк Е Д., Црямов П. А. Применение'современных методов контроля качества цементирования обсадных колонн в районах Башкирии. - Нефтяное хозяйство, N2. - М. -Недра. - 1971.

2. Кирпиченко Б. И., Прямов П. А. Определение качества цементного кольца по данным акустического цементомера. - Бурение, вып. 7,- 11- ВНИИОЭНГ.- 1971.

3. Кирпиченко Б. И., Црямов П. А. Оценка некоторых свойств пластов по состоянию цементного камня. - Нефтегазовая геология И геофизика, вып. 1.- М.- ВНИИОЭНГ.- 1972.

4. Кирпиченко Б. И., Клявин Р. М., Шарипов А. У. Влияние прочности цементного камня на вид цементограмм акустического каротажа - Бурение, вып. 5. - М.- ВНИИОЭНГ. - 1972.

5. Кирпиченко В. И. Возможность определения движения жидкости в затрубном пространстве акустическим методом. - Нефтяное хозяйство, вып. 4. - М. - Недра - 1973.

6. Прямов П. А., Кирпиченко Б. И., Кучернюк В. Д., Рафиков Е Г. Акустический цементцмер и его применение.- Обзор, сер. Региональная, разведочная и промысловая геофизика, вып. 1. -М.- ВИЭМС. - 1974.

7. Кирпиченко Б. И. Об одной возможности комплексной интерпретации данных акустически^ и радиометрических методов контроля качества цементирования скважин. - Нефтегазовая геология и геофизика, вып. 12. - М. - ВНИИОЭНГ. - 1975.

8. Кирпиченко Б. И., Гуторов Е А. Возможности акустического метода-'определения качества изоляции пластов в нефтяных и га-

говых районах. - Нефтегазовая геология и геофизика; Экспресс-информация ВНИЮЭНГ, N1 - М. - ШИИОЭНГ. - 1976.

9. Гуторов Ю. А. , Кирпиченко Ей. О возможности оценки состояния цементного кольца в обсаженной скважине по параметрам обобщенной волна- Деп. ВИНИТИ, N 3-80, 2.01.80.

10. Кирпиченко Б. И. Выбор зондов при акустическом контроле качества цементирования. - Нефтегазовая геология и геофизика, вып. 6.- М.-ВНИИОЭНГ. - 1981.

11. Кирпиченко Б. К , Дуговой А. Б. Некоторые возможности изучения призабойной зоны пласта акустическим методом. - Экспресс-информация ВНИИЭГазпром. - сер. "Геология, бурение и разработка газовых месторождений", вып. 15 - М. - ВНИИГазп-

■ ром. - 1982.

12. Кирпиченко Б. И. Целесообразность раннего проведения работ по исследованию качества цементирования скважин.- Бурение, N2.- М.- ВНИИОЭНГ.- 1983.

13. Кирпиченко Б. К , Сержантов А. А. Возможность исследований в период ликвидация заколонных перетоков. - Нефтяное хозяйство, N5. - М. - Недра. - 1983.

14. Кирпиченко Б. И., Кузьминых Л Г. Оценка влияния состояния призабойной зоны на качество иаоляции пластов. - Нефтяное хозяйство, вып. 9.-М.- Нэдра.- 1983.

15. Кирпиченко Б. И., Фионов А, И., Николаев ¡0. В. Изучение воз, можности акустического контроля деформационно-фильтрационных характеристик призабойной зоны в период заканчивания скважин и освоения объектов. - Сб. Совершенствование методов, аппаратуры"и технологии ГИС, испытания и контроля неф-тегазоразведочных скважин. - М. - Недра. - 1987, 143 с.

16. Арсланова Л. Е , .Кирпиченко Б. И., Гуторов Ю.А. Применение шумового каротажа для решения задач разведочной и нефтепромысловой геологии. - Обзорная информация. - Деп. ВИНИТИ N 6654- В88, 19.08.8В.

17. Кирпиченко Б. И., Павлов М. а , Ыухаметзянов Р. а , Комаров А. М. Новые технологии управления качеством скважин при ремонте изоляции и разрыве пластов на основе шумоакустическо-го профилирования и картирования. - Деп. N 2079-В-93, 22.07.93. . • .

18. Кирпиченко Б. И. Применение новых методов и технология ГИС для оптимизации разработки месторождений и капитального ре-

монта нефтеобъектов. - Информационный вестник АИС, вып. 4. -Тверь. - НШ ГЕРС. - 1994.

Изобретения

-19. Кирпиченко Б. И., Томашевский И. Ф. А. С. СССР 447503 Способ определения 'затрубного движения жидкости в скважине.-Опубл. 25.10. 74. - бюл. 39.

20. Кирпиченко Е И. , Косолапов А.Ф. А. С. СССР 583284. Способ разобщения пластов в обсаженных скважинах. - Опубл. 05.12.77. -бюл. 45.

21. Кирпиченко Б. К, Гуторов & А. А. С. СССР 603743 Способ оценки качества цементирования скважин. - Опубл. 25.04.78. - бюл.

15.

22. Кирпиченко Е И., Рафиков Е Г. А. С. 1350338. Способ оценки качества цементирования скважин. - Опубл. 20.05. 78. - бюл.

16.

23. Каримов Г. А. , Кирпиченко Б. И. А. С. 748316. Способ оценки качества цементирования скважин. - Опубл. 15.07.80. - бюл. 26.

24. Кирпиченко Б. И. , Гуторов Ю. А., Косолапов А. Ф. Способ опрес-• совки обсадных колонн. А. С. 771325. - Опубл. 15.10. 80. -

бюл. 38.

25. Кирпиченко Б.К , , Сержантов А. А. А.С. 890315. Способ определения параметров акустического зонда для контроля цементирования нефтегазовых скважин. - Опубл. 15.12. 81. - бил. 46.

26. Кирпиченко Б. И., Косолапов А. Ф., Сержантов А. А. А. С. 989505. Способ определения сообщения пластов в. обсаженных скважинах. - Опубл. 15.01. 83. - бюл. 2.

27. Кирпиченко Б. И., Гуторов Ю. А. А. С. 1035550. Способ выделения заколонных каналов. - Опубл. 15.08. 83. - бюл. 30.

28. Кирпиченко Б. К А. С. 1077357. Способ восстановления герме-

в

тичности заколонногц пространства скважин с тампонажным материалом. - Опубл. 29. 02. 84. - бш. 9.

29. Горгун Е А. , Кирпиченко Б. К А. С. 1121633. Способ калибровки акустического цементомера. - Опубл. 30.10.84.'- бюл. 40.

30. Кирпиченко Б. II , Косолапов А. Ф., 1фстафин Г. Г. А. С. 1162949. Способ разобоэния и вскрытия нефтегазоносных пластов. - Опубл. 23. 06. 85. - бш. 23.

31. Кирпиченко Б. И., Николаев Ю. Е А. С. 1162957. Способ изучения призабойной зоны пласта. - Опубл. 23. 05. 85. - бюл. 23.

32. Нирпиченко Б. II А. С. 1173034. Способ разобщения пластов в скважинах. - Опубл. 15. 08. 85. - бюл. 30.

33. Кирпиченко Б. И. , Николаев Ю. В. , 1$усин М. М. А. С. 1183668 Способ выделения интервала негерметичности колонны в сква-гнше. - Опубл. 07.10.85.- бюл. 37.

34. Нирпиченко Б. К , Ыустафин Г. Г., Николаев Ю. К А. С. 1209834 Способ реатентной обработки призабойной зоны пласта. -Опубл. - 07. 02. 86. - бюл. 5.

35. Нирпиченко Б. И. , Фионов А. И. , Луговой А. Б. А. С. 1222828. Способ выделения приницаемых интервалов в"разрезе скважин.-Опубл. 1986. - бюл. 13.

36. Кирпиченко Б. И. , Кунавин А. Г. А. С. 1240880. Способ контроля • цементирования скважин. - Опубл. 30. 06. 86. - бюл. 24.

37. Кирпиченко Б. И., Косолапов А. Ф., Габбасов В. Р., Николаев ЕЕ А. С. 1355697. Способ .изучения околоскважинного пространства. - Опубл. 30.11. 87. - бюл. 44.

38. Кирпиченко Б. И. , Николаев Ю. а , Габаесов Ф. Р. А. С. 1361495. Способ выделения заколонных перетоков. - Опубл. 23.12. 87. -бюл. 47.

39. Кирпиченко Б. И. А. С. 1368434. Способ освоения объектов. -Опубл. 23.01. 88. - бюл.3.

40.' Кирпиченко Б. И., Николаев НХ К А. С. 1379757. Способ определения заколонных водопритоков. - Опубл. 07.03.88. - бюл. 9.

41. Кирпиченко Б. К, Косолапов А. 5. А. С. 1461875. Способ освоения скважин. - Опубл. 28.02.89. - бюл. 8.

42. Кирпиченко Б. И., Николаев Ю. К , Акатаев С. Д. А. С. 1540357. Способ вскрытия" пласта. - Опубл. 30.01.90. - бюл. 4.

43. Нирпиченко Б. К , Нунавин А. Г. А. С. 1618874. Способ определения качества цементного кольца - Опубл. 07.01.91.- бюл. 1.

44. Кирпиченко Б. К ; Кунавин А. Г. А. С, 1676293. Способ вскрытия пласта. - Опубл. 07.09.91.- бюл. 33.

45. Кирпиченко Б. И., ' Гуторов КХ А. А. С: 1680961. Способ выделения неустойчивых пород в обсаженной скважине. - Опубл. 30.09.91.-бюл. 36.

Штодические документы

46. Временное руководство по методике применения акустических цементсмеров типа АКЦ-1 для контроля качества цементирования межтрубного пространства многоколонных скважин. -

ВНИИ"Якутнефтегаэразведка". - Якутск.- Октябрьский.- ВНИИГИС.- 1977. 40 с. (совместно с Каримовым Г.А.).

47. Руководство по применению акустических и радиометрических методов контроля качества цементирования нефтяных и газовых скважин. - Уфа. - ВНИИНефтепромгеофизика. - 1978, 110 с. (совместно с -Прямовым П. А., Бернштейном Д. А.)

48. 14етодические рекомендации по повышению эффективности работ при изоляции заколонных водопритоков. - Октябрьский. -ВНИИГИС. - 1985, 42 с.

49. Временные методические рекомендации по определению заколонных перетоков аппаратурой АКИ-35-7.- Октябрьский.- ВНИИГИС. - 1986, 55 с.

50. Временные методические указания по исследованию обсаженных скважин аппаратурой АКЦ-НВ-48 и обработки получаемых материалов (одночастотный вариант). - М. - ЫГ СССР.-Октябрьский.-ВНИИГИС.- 1988, 45 с. (совместно с Гуторовым Ю. А., Майоровым К П., Гибадатовым Р. С., Черновой К В., Салаховой А. Р.).

Соискатель