Анализ ремонтно-изоляционных работ в условиях УПНП и КРС (стр. 12 из 17)

В наибольшей степени изменяются свойства тампонажных смесей на основе сланцевых фенольных смол ТСД-9 и ТС-10, которые хорошо растворимы в воде, обладают исключительно высокой реакционной активностью алкилрезорцинов к формальдегиду, повышенной чувствительностью скорости конденсации смол к температуре.

Влияние изменения температуры на срок отверждения водных растворов смолы ТСД-9 дают данные, приведенные на рис. 40.

Из рис. 40 видна исключительная чувствительность растворов смолы ТСД-9 к изменениям температуры и особенно растворов, приготавливаемых с добавлением катализатора (NaOH). Например, время отверждения раствора, приготовленного с добавлением NaOH в количестве 15 г/л, при понижении температуры с 30 до 25°С увеличивается с 4 до 50 мин. Время же отверждения этого раствора при температуре 20°С уже составляет 1 ч 20 мин, а при 15°С - 4 ч 10 мин. Наоборот, раствор, имеющий время отверждения при температуре 5С 1 ч. 10 мин, при температуре 10°С отверждается за 30 мин, а при 15°С - за 8 мин.

Дополнительное разбавление готовых растворов смол водой приводит к увеличению времени их отверждения, а также к ухудшению качества отверждённого полимера.

У растворов, приготовленных с добавлением катализатора, по мере разбавления водой также увеличивается время начала отверждения. Качество же получаемого при этом полимера начинает ухудшаться при большей степени разбавления и выражается в снижении прочностных свойств получаемого полимера.

Изложенное обосновывает необходимость детального изучения условий проведения РИР в скважинах со сложными гидродинамическими условиями и их учета при разработке технологии РИР.

Температурные условия в скважине при проведении РИР

При проведении РИР в скважинах температура применяемого изоляционного материала изменяется как в процессе закачки его по стволу скважины, так и в процессе задавки в изолируемый интервал,

Изменение температуры по стволу скважины определяется геотермическим градиентом в районе расположения скважины и процессами теплообмена, происходящими между извлекаемыми из пласта и закачиваемыми в него (в скважину) при эксплуатации и ремонте жидкостями, между трубами, цементным кольцом и стенками скважины.

Точное аналитическое решение задачи распределения температуры по стволу скважины сопряжено с большими трудностями. Чаще всего для этого используют упрощенные методы расчета, примененные и в данной работе для изучения изменения температуры закачиваемой в скважину жидкости при проведении РИР. Одновременно инструментально измеряли температуру при моделировании процесса РИР непосредственно в скважине для оценки точности и возможности использования выбранных методов расчета.

В основном время закачки при проведении РИР изменяется в пределах 600-3600 с и определяется объемом тампонаж кого раствора V = (1-5) м² и скоростью его закачки W = (2,03-10) кг/с. Для этих условий R_t (0,01 - 0,0З) м, что находится в пределах расстояния от НКТ до эксплуатационной колонны. В этих условиях теплопередача происходит лишь между закачиваемой жидкостью, находящейся в затрубном пространстве, температура же внешней стенки обсадной колонны соответствует температуре пласта. При этом относительная ошибка в определении температуры при изменении R_t=(0,01-0,03) м не превышает 5 %, Исходя из этого, время закачки в указанных пределах не будет оказывать существенного влияния на изменение температуры в стволе скважины.

Теплофизические свойства. Сведения о показателях большинства используемых тампонажных смесей, характеризующих их теплофизические свойства, могут быть оценены лишь приблизительно.

Температура закачиваемой жидкости. При проведении РИР возможны два случая:

а) температура закачиваемой жидкости ниже температуры «нейтрального слоя» земли;

б) температура закачиваемой жидкости выше температуры «нейтрального слоя» земли.

Геотермический градиент. В процессе длительной эксплуатации нефтяных скважин или закачки воды в нагнетательные скважины между скважинами и горными породами устанавливается псевдостационарный теплообмен. При этом характер распределения температуры по стволу скважины, обусловленный геотермическим градиентом, изменяется в соответствии с конструкцией скважины, величинами ее дебита или приемистости, длительностью работы, теплофизическими свойствами отбираемых или закачиваемых жидкостей и пород, слагающих разрез скважины и т.д.

В последующем, при остановке скважины происходит постепенное восстановление температуры до исходной геотермы. Скорость восстановления определяется величиной предшествовавшего изменения. При этом иногда РИР проводят при неустановившемся естественном температурном поле.

Рис. 2. Изменение температуры закачиваемой воды по стволу скважины при изменении геотермического градиента: 1,2,3,4 - условные геотермы соответственно для градиентов 0,014; (3,0105; 0,005 0°С/м; 1,2,3,4 - термограммы закачиваемой воды с поверхностной температурой 40°С в скважины с градиентами соответственно 0,014; 0,0105; 0,005; 0°С/м.

Для оценки характера изменения температуры закачиваемой воды по стволу скважины с нарушенной естественной геотермой на рис. 2 приведены результаты расчета, выполненного для различных условиях геотерм. Расчеты выполнены для Т_п = 40°С; W - 6 кг/с; условные геотермы построены изменением величины Ө₀. Изменение геотермического градиента при эксплуатации скважины может существенно повлиять на характер изменения температуры закачиваемой воды по стволу скважины (см. рис. 2).

Для сопоставления результатов расчета и фактического распределения температуры по стволу скважины температуру измеряли с помощью термометров ТЭГ-36 и «Стаб». Перед проведением измерений скважину останавливают для восстановления естественного температурного поля. Для определения геотермического градиента снимают геотерму в скважине. Измерения проводили по следующей методике:

Термометр устанавливают на заданной глубине Н.

Измеряют исходную поверхностную температуру закачиваемой жидкости (воды) – Т_п.

Закачивают воду в скважину в объеме V с заданной скоростью W и замеряют температуру закачиваемой воды Т на глубине Н во времени t.

Измерения температуры закачиваемой воды проводили, устанавливая термометр на различной глубине, как и при закачке воды в пласт при закрытом затрубном пространстве, так и при закачке воды в НКТ при открытом затрубном пространстве.

Последнюю схему закачки тампонажной смеси в скважину широко применяют при проведении РИР в скважинах с высоким пластовым давлением и ограниченной поглотительной способностью пласта. При этом между нисходящим потоком закачиваемой в НКТ жидкости и восходящим потоком жидкости, выходящей из скважины по затрубному пространству, происходит теплообмен. Одновременно теплообмен происходит между восходящим потоком жидкости и стенками скважины. Расчет процесса теплообмена при закачке по данной схеме исключительно сложен и трудоемок.

Для окончательной оценки возможного изменения температуры закачиваемых тампонажных смесей при проведении РИР в скважинах необходимо оценить ее изменение в самом изолируемом интервале, что сопряжено с большими трудностями. Результаты исследований, посвященных изучению изменения температуры пласта в результате закачки в него жидкости с температурой, отличной от пластовой, не могут быть использованы применительно к процессу ремонтных работ, так как все они связаны с. закачкой больших количеств воды (заводнения, методы увеличения нефтеотдачи, обработки призабойной зоны пластов).

Процесс РИР характеризуется закачкой в пласт или в нарушении в цементном кольце небольших объемов тампонажной смеси, ограниченностью времени закачки в пористую среду пласта или трещины, обладающих значительной активной поверхностью для теплообмена с закачиваемой смесью. Перечисленные особенности позволяют предполагать, что закачиваемая за обсадную колонну тампонажная смесь в ограниченных объемах при температуре, изменяющейся в описанных пределах, очень быстро принимает температуру изолируемого интервала.

При фильтрации тампонажных смесей в пласт, вследствие резкого увеличения поверхности контакта смеси с породой скорость процесса теплообмена значительно увеличится. Тампонажную смесь закачивали в изолируемый интервал в течение времени, превышающего указанное. Таким образом, можно предположить, что при проведении РИР температура закачиваемой в изолируемый интервал тампонажной смеси становится равной температуре пласта уже в процессе закачки смеси. В целом проведенные исследования и расчеты позволяют сформулировать основные положения, характеризующие изменения температуры в самих скважинах и закачиваемых жидкостей при проведении в них РИР.

Текущая геотерма в каждой скважине может существенно отличаться от начальной естественной (до начала разработки месторождения) геотермы в данном районе.

При проведении РИР в скважинах исходная температура используемых тампонажных смесей изменяется в значительных пределах вследствие изменений погодно-климатических и технологических условий и может существенно отличаться от температуры в изолируемом интервале.

Температура закачиваемых тампонажных смесей может существенно изменяться при движении по стволу скважины и ко времени подхода смесей к изолируемому интервалу значительно отличаться от его температуры.

При проведении РИР температура тампонажной смеси становится равной температуре изолируемого интервала в процессе продавки смеси за обсадную колонну.