Инновационные подходы к работе с потерянными зонами циркуляции в глубоких колодцах

Понимание потерянной циркуляции в глубине Уэллса

Потеря циркуляции является одной из самых дорогостоящих и опасных проблем, возникающих при бурении глубоких скважин. Это происходит, когда буровая жидкость, обычно называемая грязью, поступает в пласт, а не возвращается на поверхность. В глубоких скважинах, где давление высокое и образования часто естественно трещины или высокопроницаемые, последствия могут варьироваться от длительного непроизводительного времени (NPT) до инцидентов с контролем скважин, которые угрожают всей операции. Проблема особенно остра в глубоководных средах высокого давления / высокой температуры (HPHT) и в зрелых полях, где давление в резервуаре было истощено. Понимание механизмов потерянной циркуляции является первым шагом к внедрению эффективных, инновационных решений.

Потерянные зоны циркуляции обычно классифицируются по степени тяжести. Частичные потери см. снижение отдачи 10-50 баррелей в час; тяжелые потери уменьшают отдачу более чем на 50 баррелей в час; и общие потери означают отсутствие возврата грязи на поверхность вообще. Тип ответственного образования широко варьируется. Естественно трещинные карбонаты, такие как найденные в Пермском бассейне или на Ближнем Востоке, часто содержат открытые трещины, которые могут проглотить большие объемы грязи. Вугги-образования - известняки или доломиты с большими полыми растворениями - представляют еще большие проблемы. Индуцированные трещины, созданные, когда грязевой вес гидростатического давления превышает градиент перелома образования, являются еще одной распространенной причиной, особенно в обедненных зонах. Высокопроницаемые пески и гравийные пласты также способствуют потере циркуляции, особенно в неконсолидированных образованиях.

Раннее обнаружение потерянных зон циркуляции имеет решающее значение. Традиционные методы, такие как мониторинг объемов ям, скорости вытекания против скорости потока и журналов суппортов скважин, остаются ценными, но они часто приходят слишком поздно, чтобы предотвратить значительные потери. Современные глубоководные буровые операции теперь полагаются на датчики скважины в реальном времени, которые измеряют околобитовое кольцевое давление, плотность грязи и скорость потока. Эти инструменты в сочетании с поверхностными данными позволяют инженерам бурения засекать начало события потери в течение нескольких секунд. Самые передовые системы используют распределенное волоконно-оптическое датчик (DAS и DTS), установленное вдоль сверлильной струны или за корпусом, чтобы точно определить глубину и тяжесть потери жидкости, что позволяет целенаправленное восстановление без длительного прогула стеклоочистителя.

Последствия неуправляемой потерянной циркуляции

Непосредственным эффектом потерянной циркуляции является потеря дорогой, часто сформулированной на заказ буровой жидкости. В глубоких скважинах одно событие потерянной циркуляции может стоить сотни тысяч долларов в грязи и добавках. Непроизводительное время - время, потраченное на вылечивание потерь, смешивание новой грязи или выполнение восстановительных цементных работ - может легко добавить дни или недели к временной шкале скважины. В Мексиканском заливе потерянная циркуляция ответственна за до 10% всех ДНЯО в глубоководном бурении, согласно отраслевым исследованиям. Помимо стоимости, потерянная циркуляция угрожает стабильности скважины. Когда уровень грязи падает внутри аннулуса, гидростатическая головка уменьшается, что может позволить образующимся жидкостям (нефть, газ или вода) войти в скважину. Этот дисбаланс может привести к удару или даже выбросу, если не контролировать быстро.

Застрявшая труба — еще один частый результат. Поскольку грязевые фильтры в проницаемую зону, фильтр-торт накапливается и может соединяться вокруг буровой струны, вызывая дифференциальную прилипанность. В крайних случаях буровая струна может быть цементирована на месте или полностью потеряна, что требует отвода в сторону. Также возникают регуляторные и экологические последствия. Потерянная циркуляция может привести к миграции подповерхностной жидкости или разливам поверхности, если грязь или газ достигают пресноводных водоносных горизонтов или морского дна. Операторы обязаны сообщать о значительных потерях регулирующим органам, а повторные события могут привести к усилению контроля и штрафам. По этим причинам отрасль вложила значительные средства как в профилактические, так и в лечебные технологии.

Традиционные методы и их ограничения

Классический подход к борьбе с потерянной циркуляцией заключается в том, чтобы перекачивать потерянные циркуляционные материалы (LCM) в зону потерь. Эти материалы делятся на три широкие категории: гранулированные (например, карбонат кальция, ореховые оболочки, графит), волокнистые (например, опилки, измельченная бумага, стекловолокно) и чешуйчатые (например, слюда, целлюлозное стекло). Идея заключается в том, что частицы мост через перелом или поровое горло, образуя уплотнение, которое уменьшает или останавливает потерю жидкости. Хотя простые и недорогие, эти материалы могут не быть перекачиваемыми через скважинные инструменты, такие как сборки измерения-в то время как-бурение (MWD) или двигатели с положительным перемещением. Более важно, они часто полностью выходят из строя при столкновении с трещинами, превышающими около полудюйма в ширину. Уплотнение, образованное обычными LCM, является временным и может разрушаться под силами скважины, приводя к повторяющимся потерям.

Другой традиционный метод - цементная пробка. Сбалансированная цементная суспензия размещается по всей зоне потерь и позволяет затвердевать, образуя постоянный барьер. Цементные пробки эффективны во многих случаях, но они требуют точного размещения - особенно в глубоких скважинах, где секции с открытым отверстием могут быть длиной в тысячи футов. Цемент может не проникать достаточно глубоко в систему разрушения, или он может полностью обходить зону потерь. Цементирование также вводит дополнительное время простоя: смешивание, перекачка, ожидание цемента (WOC), а затем сверление пробки. В скважинах HPHT цемент должен быть специально разработан для установки в нужное время и поддержания прочности при экстремальных температурах. Гунковые сжатия - смесь бентонита и дизельного масла или других вязкообразующих агентов - иногда используются для вагулярных образований, но они могут быть трудно контролировать и могут вызвать повреждение образования, которое ухудшает будущее производство.

Слепое бурение, где скважина пробурена без возврата и вода или другая недорогая жидкость непрерывно закачивается в зону потерь, является последним средством. Оно обходит проблему потерянной циркуляции, признавая, что потери будут происходить, но создает огромные логистические проблемы. Оператор должен иметь почти неограниченный запас воды или грязи, и нет возможности выполнять операции по контролю скважины до тех пор, пока не будет установлена нитка обсадки. В глубоких скважинах слепое бурение редко является вариантом из-за риска выдува и сложности установки обсадки без возвратов.

Эти традиционные методы, пока еще используемые, эволюционировали. Самое большое ограничение заключается в том, что они реактивны: они решают потери после того, как они уже произошли. Отрасль сместилась в сторону проактивных и инженерных решений, которые предвосхищают поведение потерь образования и печати до того, как они обострятся.

Инновационные подходы к потерянной циркуляции

Продвинутые потерянные циркуляционные материалы

Современные LCM больше не являются простыми твердыми веществами, смешанными из растительных или минеральных источников. Вместо этого они спроектированы для реагирования на конкретные условия образования. Одним из наиболее успешных инноваций является использование сверхтонких частиц в несущей жидкости, которая может проникать в микроразрывы и вегетативные поры до набухания или реакции. Например, термореактивные смолы или сшитые полимеры могут быть накачаны в виде жидкости с низкой вязкостью, которая заполняет трещину, а затем, спровоцированная температурой или временем, вылечивается в жесткое, гибкое твердое вещество. Эти системы на основе смолы оказались очень эффективными при лечении тяжелых потерь в образованиях, где обычные LCM не удались.