Profilpipe.ru

Профиль Пипл
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Цементная заливка скважины расчет

Способы и технологии цементирования скважин

Как правило, завершающим этапом бурения скважин является их цементирование. Оттого насколько профессионально будет проведён этот процесс, зависит качество и надёжность всей конструкции. Главная цель этого мероприятия — полное замещение бурового раствора на цементный аналог, который ещё называют тампонажной смесью. После замены растворов его оставляют на определённый промежуток времени для того, чтобы он застыл, и превратился в цементный монолит. На сегодняшний день разработано несколько способов эффективного цементирования скважин, при этом одному из них, самому распространённому, уже больше ста лет. Этот метод называется — одноцикловый способ прямого цементирования обсадной колонны. И до сих пор эта технология с некоторыми усовершенствованиями применяется буровиками во всём мире.

Подготовительные мероприятия и заливка раствора

Перед началом работ, связанных с цементированием скважины, нужно составить план их проведения, который должен базироваться на точных расчётах. Также в нём должны быть учтены свойства грунта, протяжённость интервала скважины, который необходимо укрепить, состояние ствола и особенности его конструкции. При составлении расчётов можно опираться на имеющиеся данные после проведения подобных работ в этом районе, если таковые проводились.

Цементирование скважины происходит так:

  • подготавливается тампонажная смесь;
  • осуществляется подача готового раствора в скважину;
  • цементирующая смесь заполняет свободное пространство вокруг обсадной трубы для скважин;
  • раствор оставляется на определённый промежуток времени для полного застывания;
  • степень застывания тампонажного раствора проверяется специальными устройствами.

Технология цементирования

Есть два варианта подачи раствора в пространство вокруг обсадной трубы — прямой и обратный способ. Их главное отличие заключается в технологии заливки цемента:

  • прямой способ закачки тампонажного раствора в пространство вокруг обсадной трубы подразумевает подачу цементной смеси сверху вниз. Таким образом, она опускается на дно скважины под тяжестью своего веса и заполняет все пустоты. Такой метод считается наиболее простым и эффективным;
  • обратный метод подачи смеси выглядит несколько иначе. Смесь заливается прямо в обсадную трубу, на дне которой установлена пробка или диафрагма. Затем происходит продавливание раствора специальной жидкостью, которая подаётся под высоким давлением, и цементирующий раствор проходит снизу вверх.

Во время бурения скважин в промышленных масштабах наиболее востребованным является прямой метод подачи цементного раствора, так как он не требует больших затрат. При этом весь процесс заливки может иметь один цикл, а необходимый объём раствора подаётся сразу. В очень глубоких скважинах используется двухступенчатое цементирование. Такой процесс проходит несколькими этапами на отдельных участках скважины.

Реже всего используется манжетный метод, поскольку он очень затратный. В этом случае часть ствола закрывается манжетой, которая уберегает его от проникновения цементирующего раствора, а также с его помощью происходит изоляция участка, находящегося в районе продуктивного пласта.

Также при выборе метода подачи раствора необходимо принимать во внимание то, что в итоге нам необходимо получить такие результаты:

  • тампонажный цемент должен абсолютно заполнить всё пространство между трубой и стенами скважины, поскольку наличие воздушных карманов при создании конструкции не допускается. Готовое покрытие должно иметь превосходное сцепление со всеми типами поверхностей;
  • после полного застывания смеси образуется цементный камень. В процессе эксплуатации скважины он должен выдерживать воздействие грунтовых вод, а также хорошо переносить значительные нагрузки, возникающие на большой глубине под давлением земляных пород;
  • вся промывочная жидкость из участка проведения работ должна быть полностью устранена, поскольку её наличие в готовом массиве является браком.

Виды оборудования

Список оборудования, необходимого для проведения такого вида работ состоит из таких типов оборудования, как:

  • цементировочные агрегаты, используемые для изготовления цементной смеси, а также для её подачи в скважину под высоким давлением;
  • бетономешалки, которые необходимы для изготовления большого количества тампонажного раствора;
  • специальная насадка, которая необходима для промывки ствола скважины для того, чтобы потом зацементировать её стенки;
  • заливочные пробки могут понадобиться при необходимости многоэтапного способа цементирования;
  • а также краны высокого давления, различные шланги, устройства для равномерного распределения цементной смеси.

Для того чтобы тампонажный процесс прошёл успешно, необходимо использовать только качественные материалы, а также следовать всем инструкциям и требованиям, которые являются неотъемлемой частью этого процесса. Все мероприятия должны выполняться квалифицированными рабочими.

Комплексная технология цементирования обсадных колонн

Общие сведения

Качественное первичное цементирование обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах — основа дальнейшей их длительной, безаварийной и эффективной эксплуатации.
Особо важное значение качество цементирования имеет для условий близко расположенных напорных нефте- и водоносных пластов.
В результате длительной эксплуатации месторождений пластовые давления снижаются и успешное проведение процесса цементирования скважин с нормальными или аномально низкими пластовыми давлениями (АНПД) и при необходимости обеспечения подъема тампонажного раствора до устья скважины становится весьма проблематичным.
Проведение гидроразрыва пласта (ГРП) на многих некачественно зацементированных скважинах приводит к разрушению цементного камня, изолирующего нефтяной коллектор от выше или ниже расположенных водоносных горизонтов, что в свою очередь является причиной резкого обводнения продукции в связи с возникновением заколонных перетоков.
Успешное решение поставленной задачи с минимальными материальными затратами может быть достигнуто только с использованием комплексной технологии первичного цементирования обсадных колонн, обеспечивающей проектную высоту подъема цементного раствора, герметичность заколонного пространства (отсутствие заколонных проявлений и межпластовых перетоков) и минимальное отрицательное воздействие на продуктивные пласты при строительстве наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, в том числе и в условиях АНПД, как на суше так и в море.

Комплексная технология цементирования обсадных колонн

Комплексная технология включает в себя ряд последовательных операций:
— подготовка ствола скважины путем скользящей прокачки специальной комбинированной буферной жидкости, включающей основной замещающий раствор и аэрированную объемно-упругую пачку с ПАВ, обеспечивающую полное вытеснение бурового раствора, отмыв глинистой корки со стенок скважины и кольматацию высокопроницаемых пропластков с целью предупреждения поглощений тампонажного раствора;
— опрессовка ствола скважины на расчетное давление;
— закачка тампонажного раствора, в том числе газонаполненной тампонажной системы при наличии АНПД, с расчетными показателями свойств в заданный интервал;
— приготовление и закачка в заданные интервалы, сложенные проницаемыми породами порций специального тампонажного раствора с повышенными изолирующими и прочностными свойствами (РПИС);
— создание противодавления в заколонное пространство обсадной колонны в период ОЗЦ.

Технология цементирования скважин в условиях нормальных и аномально низких пластовых давлений (АНПД) газонаполненными тампонажными системами (ГТС)

Одним из путей решения проблемы надежного крепления ствола скважин в условиях низких пластовых давлений является снижение плотности тампонажного раствора. С этой целью в цементные растворы вводят бентонитовую глину, воду, различные вещества, связывающие избыточное количество воды, разного рода легкие наполнители, микросферы и т. д. Однако введение облегченных добавок приводит к ухудшению физико-механических характеристик цементного камня, особенно его прочностных и адгезионных свойств, и, как свидетельствует практика не всегда обеспечивает положительный результат.
В мировой практике цементирования скважин признано, что наиболее перспективными являются технологические процессы, основанные на использовании газонаполненных тампонажных систем. Успешность их применения обусловлена не только возможностью получения тампонажных растворов с широко варьируемым диапазоном плотности, но и обеспечением целого комплекса выгодных свойств тампонажных систем. При этом возрастают адгезионные свойства, обусловленные упругими свойствами тампонажных систем, предотвращаются контракционные явления и разного рода флюидопроявления вследствие поддержания внутрипорового давления в тампонажной системе, надежно изолируются зоны поглощений за счет адсорбционных и физико-химических процессов на контакте с изолируемой зоной, обеспечиваются высокие теплоизоляционные свойства, высокая прочность и низкая проницаемость цементного камня. Именно поэтому газонаполненные тампонажные системы нашли широкое применение в странах СНГ и за рубежом.
Газовой фазой в ГТС является сжатый воздух. Степень газирования (отношение объема воздуха, приведенного к нормальным условиям, к объему тампонажного раствора) рассчитывается по специальной компьютерной программе.
Источниками подачи воздуха могут являться как передвижные компрессора высокого давления типа СД 9/101, так и компрессора буровой установки.
С использованием данной технологии зацементировано более десяти тысяч скважин в условиях АНПД на месторождениях Западной Сибири, Татарстана, Краснодарского Края, Средней Азии, Болгарии, Сирии и Вьетнама.
Следует отметить, что проведение геофизических исследований по оценке качества крепления интервалов скважин, зацементированных ГТС, и интерпретация полученных результатов имеет свои особенности и осуществляется согласно специально разработанной методике, утвержденной директором ПФ «Кубаньгеофизика».
Обязательным регистрируемым параметром при проведении АКЦ в скважине, является параметр «затухание волны по колонне — ак (дб/м)».
Для получения более точной информации о зацементированном газонаполненным составом участка, дополнительно к данным акустического контроля цементирования, могут быть привлечены данные записи СГДТ-2, СГДТ-3 или другой аппаратуры контроля цементирования методом гамма-гамма каротажа.
Совместная интерпретация данных проводится путем сравнения диаграмм АКЦ и СГДТ. Время начала проведения акустического контроля цементирования скважин, зацементированных ГТС, должно составлять не менее 48 часов.

Читать еще:  Как муж залил цементом

Технология цементирования обсадных колонн, обеспечивающая герметич-ность заколонного пространства

Одной из основных задач при цементировании скважин является создание герметичного цементного кольца, гарантирующего отсутствие заколонных проявлений и межпластовых перетоков после цементирования скважины, которые обусловлены, в основном, образованием в период ОЗЦ флюидопроводящих каналов в зацементированном заколонном пространстве в результате седиментации и при напорном воздействии флюида пластов.
Комплексная технология решает проблему формирования герметичного цементного кольца путем закачки в заданные расчетные интервалы заколонного пространства специальных тампонажных растворов с повышенными изолирующими и прочностными свойствами (РПИС), обладающих набором специфических количественных показателей, рассчитанных для заданных конкретных геолого-технических условий, которые в совокупности обеспечивают формирование герметичного цементного кольца в этих условиях. При этом учитываются конкретные параметры заколонного пространства (динамическая температура, изменяющаяся по стволу, величина кольцевого зазора по интервалам, зенитный угол по интервалам, пластовые и межпластовые давления и т. д.). Эффект герметизации заколонного пространства скважины достигается путем подбора необходимого соотношения вязкости жидкости затворения цементного раствора и начала его сроков схватывания после получения момента «СТОП» по специально разработанной компьютерной программе.
По окончании процесса цементирования, как дополнительная мера, может предусматриваться создание противодавления в заколонное пространство обсадной колонны в период ОЗЦ для повышения вероятности предотвращения заколонных проявлений. При этом в зоне проницаемых пластов в результате отфильтровывания свободной жидкости затворения формируются уплотненные, малопроницаемые перемычки из обезвоженного тампонажного раствора, которые являются дополнительным препятствием для миграции пластовых флюидов по заколонному пространству. Темп создания противодавления рассчитывается по специальной программе и обусловлен темпом снижения давления составного столба тампонажных растворов различных порций.

Результаты промышленного внедрения комплексной технологии

Впервые комплексная технология была применена еще в 1990 г. в ПО «Варьеган-нефтегаз», при цементировании колонн в 10-ти скважинах в условиях катастрофических поглощений и чередования близко расположенных водоносных и нефтеносных пластов в интервале продуктивной зоны, что приводило к значительной обводненности нефти и межколонным перетокам. В большинстве скважин наблюдалось полное отсутствие циркуляции перед началом цементирования. С помощью ГТС при полной циркуляции цементный раствор выходил на устье в конце процесса цементирования. В призабойную зону закачивали цементный раствор с повышенной изолирующей способностью (РПИС), а выше него (а в некоторых случаях и ниже) для обеспечения проектной высоты подъема цемента в условиях катастрофических поглощений — ГТС. Последующее наблюдение за этими скважинами показало, что в процессе эксплуатации они давали безводную нефть.
За период с 1997 по настоящее время технология, предотвращающая заколонные перетоки и межколонные давления, внедрена при цементировании более 200 колонн на скважинах шельфа юга Вьетнама (СП «Вьетсовпетро»). Сущность технологии заключалась в размещении в расчетных интервалах заколонного пространства порций РПИС и, при необходимости, создания противодавления в период ОЗЦ.
До применения указанной технологии наличие межколонных давлений, обусловленных заколонными перетоками, фиксировалось на 80 % построенных скважин. Из всех скважин, зацементированных по комплексной технологии, МКД зафиксированы только на двух скважинах, причем в обоих случаях по причине нарушения технологии крепления и возникших осложнений с работой муфт ступенчатого цементирования типа «ПДМ». Таким образом, успешность работы составляет практически 100 %.
Следует особо отметить продолжительность эффекта: первые скважины, на которых применялась комплексная технология цементирования, находятся в эксплуатации уже в течение 8-ти лет и на них межколонные давления отсутствуют, что подтверждает долговечность и надежность крепи скважины.
Положительные результаты получены при внедрении ГТС в СП «Вьетсовпетро», где данная технология была применена на морском месторождении «Белый Тигр» при цементировании 245-мм технических и комбинированных эксплуатационных колонн.
В 1998 году по заказу НК «ЛУКОЙЛ» разработан «Регламент на цементирование обсадных колонн, обеспечивающий формирование герметичной и долговечной крепи скважины» для ЗАО «ЛУКОЙЛ-Астраханьморнефть», а в 2000 году на его основе были успешно зацементированы несколько скважин на шельфе Каспийского моря (СПБУ «Астра»).
В 2002 году специалисты нашей Компании провели сервисные работы по внедрению комплексной технологии на пяти скважинах на месторождении ЗАО «Арчнефте-геология» (г. Нягань). Во всех скважинах после цементирования эксплуатационной колонны был проведен гидроразрыв продуктивного пласта (ГРП).
Верхний интервал скважин цементировался ГТС на основе цемента ПЦТ-100 с использованием компрессора высокого давления СД 9/101, а в расчетный интервал призабойной зоны между нефтяным пластом и вышележащим напорным водоносным пластом закачивалась пачка РПИС плотностью 1,92 г/см3 на основе цемента стандарта API.
Организационно-технических или иных проблем и затруднений при проведении технологического процесса не отмечено.
Анализ приведенных результатов подтверждает, что цементная перемычка между нефтяным и водоносным пластами при проведении ГРП не разрушилась, о чем свидетельствует низкая обводненность добываемой продукции. Высота подъема тампонажного раствора обеспечена в соответствии с требованиями проекта. Кроме того, повышенные дебиты скважин, где применялась комплексная технология, подтверждают факт снижения отрицательного воздействия тампонажного раствора на коллекторские свойства продуктивного пласта.
Комплексная технология позволяет цементировать обсадные колонны даже в скважинах с АНПД в одну ступень без применения муфт ступенчатого цементирования типа МСЦ, что подтверждено, в частности, на примере строительства скважин на ПХГ.
Таким образом, результаты практического применения комплексной технологии в различных геолого-технических условиях строительства скважин подтверждают эффективность предлагаемой технологии.

Специалисты ООО «НПК «ЭКСБУР К°» готовы выполнить в рамках договора следующие работы:
— анализ геолого-технических и организационных условий цементирования скважин;
— расчет технико-технологических требований к процессу цементирования;
— подбор рецептур тампонажных растворов, отвечающих поставленным требованиям, в том числе с использованием материально-технической базы Заказчика;
— поставку специальных технических средств и необходимых материалов и химических реагентов для реализации технологического процесса;
— оказание сервисных услуг при приготовлении жидкости затворения и тампонажных растворов и проведении процесса цементирования;
— проведение интерпретации полученных результатов геофизических исследований интервалов скважин, зацементированных ГТС.
По желанию Заказчика мы готовы разработать регламент «Комплексная технология цементирования скважин», адаптированный к конкретным геолого-техническим условиям месторождения, провести (при необходимости) промышленные испытания на 2—3-х скважинах и передать его для промышленного использования.

При этом НПК «ЭКСБУР К°» гарантирует своевременную поставку необходимых материалов и технических средств по заявке Заказчика, а также оказание консультационных и методических услуг при дальнейшем внедрении регламента.

Почему необходимо цементирование нефтяных скважин?

Завершающим этапом подготовки нефтяных и газовых скважин к полноценной работе является их цементирование. Прототип такой технологии зародился больше 110-ти лет назад, и впервые был применен на бакинских нефтепромыслах.

  • Процесс цементирования скважины
  • Технологические принципы цементирования нефтяных скважин
  • Расчеты, необходимые при цементировании скважин

Суть всех методик цементирования скважин заключается в полном выдавливании из пробуренной скважины образующейся там жидкости с помощью цементной смеси. Такие технологии называют тампонажными, поскольку в результате их применения образуются так называемые «пробки».

Процесс цементирования скважины

Цементирование нефтяных скважин, как уже было сказано выше, является заключительным этапом подготовки буровой к её дальнейшей эксплуатации. При бурении в скважину опускаются трубные колонны, а комплекс выполняемых цементировочных работ должен обеспечить максимальный срок их службы.

Необходимость такого цементирования обусловлена несколькими причинами:

  1. необходимостью изоляции каждой нефте- и газопродуктивной области; такая необходимость обусловлена тем, что нужно исключить всякую возможность перемешивания добываемых из разных пластов нефти и газа с находящейся в них водой;
  2. требованиями, регламентирующими защиту поверхностей применяемых металлических труб; выполнения таких работ призвано обеспечить высокую коррозионную стойкость трубных колонн, поскольку взаимодействие их металлической поверхности и почвенной влаги приводит к снижению срока службы труб;
  3. необходимостью усиления прочности всего бурового сооружения; применение технологий цементирования дает возможность значительно уменьшить влияние на скважину возможных движений грунтов.

В цементировочный раствор высокого качества, как правило, подмешивают разного рода добавки.

Одной из самых популярных и широко распространенных добавок является кварцевый песок. Работа с таким «кварцевым» цементом дает возможность до минимума снизить усадку и значительно повысить прочностные характеристики тампона.

Читать еще:  Цемент с минеральными добавками это плюсы

Для исключения возможности утечки жидкого раствора в грунт с высокой пористостью применяется волокнистая целлюлоза.

Добавляют в цементную смесь и так называемые пуццоланы.

Пуццоланы являются своеобразной минеральной крошкой, составленной из материалов вулканического происхождения.

Эта крошка отличается хорошей водостойкостью и абсолютно инертна к воздействию химических сред повышенной агрессивности.

Полимерные добавки применяются, как правило, с целью уплотнения прилегающих грунтовых слоёв. По окончанию комплекса цементно-тампонажных работ проводят контроль качества тампонажа.

Качество тампонажа является очень важным для газовых и нефтяных скважин, и оценивается оно с помощью следующих методик:

  • термическая, которая позволяет определить требуемую высоту поднятия цемента;
  • акустическая, которая дает возможность обнаружить внутренние пустоты;
  • радиологическая, которая позволяет оценить качество с помощью специальной рентгеновской аппаратуры.

Процесс оценки качества тампонажа проходит в несколько этапов, с применением или выборочных, или всех перечисленных выше методов контроля. Это дает гарантию высокой точности проводимой проверки.

Технологические принципы цементирования нефтяных скважин

Современные цементирующие технологии, разумеется, отличаются от способов, которые применялись в прошлом столетии. Главными такими отличиями являются автоматизация проводимого процесса и применение компьютерной техники в процессе расчетов требуемых количеств цементного раствора. При проведении таких расчетов обязательно учитывают все возможные особенности конкретного нефтеносного промысла (с геологической точки зрения), а также климатические и погодные условия конкретного периода цементирования, массу технических параметров и так далее.

Цементирование скважин в настоящее время проводится разными способами, к самым распространенным из которых относятся следующие:

  • технология сплошной заливки (одноступенчатое цементирование), которое заключается в подаче под высоким давлением на пробку в обсадочной колонне промывочного раствора;
  • двухступенчатое цементирование, которое ничем не отличается от сплошной заливки, кроме того, что в этом случае весь процесс разбит на два этапа – последовательное цементирование сначала нижней, а затем верхней части, разделенных специальным кольцом;
  • способ манжета, который заключается в использовании специального кольца (манжета) при цементирования скважин нефте- и газодобычи (применяется только при тампонаже верхней области скважины);
  • обратная заливка, которая является единственной методикой, предусматривающей заливку цементной смеси не в саму колонну, а в затрубную область.

Сам технологический процесс проводят в несколько стадий. Сначала готовят смесь для будущего тампонажа, в строгом соответствии с инструкциями и проведенными расчетами. Сразу после своего приготовления цементирующая смесь подается в скважину. После подачи тампонажной смеси задействуют специальные механизмы, которые вытесняют цементный раствор в межтрубное пространство пробуренной скважины.

После этого необходимо выждать некоторое время, поскольку смесь должна полностью застыть и образовать так называемую «пробку». Последним этапом является проведение контроля качества выполненных работ с помощью любой из описанных нами выше методик.

Для максимального повышения эффективности проводимых работ нужное оборудование монтируют на шасси грузовых автомобилей. Это дает существенную экономию на транспортировке технологического оборудования, а также позволяет запитывать используемые механизмы и аппаратуру от двигателей грузовиков, на которых они смонтированы.

Расчеты, необходимые при цементировании скважин

После того, как проведена полная идентификация пробуренной скважины, приступают к соответствующим расчетам, в ходе которых получают следующие необходимые для цементирования данные:

Вычисления можно проводить как в ручном режиме, так и с помощью автоматических средств, с применением необходимого программного обеспечения.

Для успешного расчета нужны перечисленные ниже входящие данные:

  • диаметр цементируемой скважины;
  • необходимое значение плотности цементного раствора;
  • высоту кольца уплотнения;
  • объем стакана и так далее.

После проведения автоматизированного расчета программа выдает результат в виде таблицы, в которую включены все необходимые данные. Если в такой таблице заменить некоторые исходные значения, то перерасчет проводится автоматически и результат будет иным.

В настоящее время расчет ручным способом применяется редко, однако эта методика до сих пор имеет право на свое существование. Входящие данные при ручном расчете ничем не отличаются от автоматизированного.

На примере одноступенчатой тампонажной технологии рассмотрим последовательность вычислений. Она выглядит таким образом:

  • начинают расчет с вычисления высоты столба буферной жидкости с учетом предварительно определенного коэффициента аномальности;
  • затем проводят расчет высоты столба цементирующего раствора, находящегося за пределами эксплуатационной колонны;
  • определяется необходимый объема такого раствора;
  • рассчитывается вес сухой цементной части;
  • вычисляется необходимое количества воды или иной разбавляющей жидкости;
  • вычисляется максимальное значение давления, которое будет на упорном кольце.

На заключительном этапе расчета определяется требуемая подача цемента соответствующими агрегатами, а также количество цементирующих приборов. Также в процессе расчета определяется количество цементосмесителей, необходимых для обеспечения требуемого объема цементирующего раствора.

В заключении подведем итоги.

Итак, цементирование скважин, вне зависимости от используемой технологии, преследует одну цель – полностью вытеснить из скважины буровой раствор. Это обеспечивается заливкой тампонажной смеси, которая затем поднимается на требуемую высоту.

Разумеется, качество решения это непростой инженерной задачи находится в прямой зависимости от соблюдения правильной последовательности и всех правил проведения необходимых технологических операций, а также от корректности проведенных расчетов и квалификации персонала. Рабочие и инженеры, непосредственно проводящие цементирование, должны целиком и полностью соблюсти все требования, предъявляемые к проведению этих работ.

Кроме того, важную роль в этом процессе играет качество применяемых для приготовления цементной смеси материалов, а также исправность и эффективность применяемого оборудования. Соблюдение всех перечисленных требований позволяет провести эти работы качественно, что дает возможность существенно продлить срок эксплуатации глубинных конструкций скважины.

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your quota.

Список используемой литературы:

  • Нефть и Нефтепродукты — Википедия
  • Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
  • Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
  • Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
  • Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.

Цементирование обсадной колонны скважины и тампонаж

Цементирование (тампонирование) — одна из самых ответственных операций, от успешности которой зависит дальнейшая нормальная эксплуатация скважины

Цементирование обсадной колонны — одна из самых ответственных операций, от успешности которой зависит долговечность и дальнейшая нормальная эксплуатация скважины.
Цементирование — закрепление обсадной колонны на стенке ствола скважины и отсечение избыточных флюидов от попадания в ствол скважины посредством нагнетания цементного раствора по обсадной трубе и вверх по кольцевому зазору.
Это процесс закачивания тампонажного раствора в пространство между обсадной колонной и стенкой скважины.
Способ цементирования выбирают в зависимости от вида колонны, спущенной в пробуренный ствол (сплошной или хвостовика).

Рис 1. Схема этапов выполнения 1- циклового цементирования обсадной колонны:I — начало подачи цементного раствора в скважину, II — подача закачанной порции цементного раствора по обсадной колонне, III — начало продавки в затрубное пространство, IV — окончание продавки;
1 — манометр, 2 — цементировочная головка, 3 — верхняя пробка, 4 — нижняя пробка, 5 — цементируемая обсадная колонна, 6 — стенки скважины, 7 — стоп-кольцо, 8 — продавочная жидкость, 9 — буровой раствор, 10 — цементный раствор.

Одноступенчатое цементирование.
После окончания спуска сплошной эксплуатационной колонны в процессе подготовки скважины к цементированию:

  • колонну обсадных труб периодически расхаживают,
  • непрерывно промывают скважину для предотвращения прихвата колонны,
  • башмак ее устанавливают на 1-2 м выше забоя,
  • устье оборудуют цементировочной головкой,
  • закачивают расчетный объем цементного раствора.

Прокачав расчетное количество цементного раствора, отвинчивают стопорные болты на цементировочной головке и закачивают расчетное количество продавочного бурового раствора.
Как только заливочная (нижняя) пробка дойдет до упорного кольца — стоп, наблюдается резкий подъем давления, так называемый удар.
Давление повышается на 4 – 5 МПа.
Под его воздействием диафрагма, перекрывающая канал в нижней пробке, разрушится.
После разрушения диафрагмы раствору открывается путь в затрубное пространство.
Когда до окончания продавки остается 1 – 2 м 3 продавочной жидкости, интенсивность подачи резко снижают.
Закачку прекращают, как только обе пробки (верхняя и нижняя) войдут в контакт, что определяется по резкому повышению давления на цементировочной головке.
В обсадной колонне под упорным кольцом остается некоторое количество раствора, образующего стакан высотой 15 – 20 м.
Если колонна оснащена обратным клапаном, можно приоткрыть краны на цементировочной головке и снизить давление.
На этом процесс цементирования заканчивается.
Краны на головке закрывают, и скважину оставляют в покое на срок, необходимый для твердения цементного раствора.
При цементировании неглубоких скважин с небольшим подъемом раствора за колонной в качестве продавочной жидкости применяют обычную воду.

Многоступенчатое цементирование
Многоступенчатое цементирование — цементирование нескольких горизонтов (интервалов) пласта за обсадной колонной скважины с использованием соединений с отверстиями.
При этом, обсадная колонна на разных уровнях оснащена дополнительными приспособлениями (заливочными муфтами), позволяющими подавать тампонажный раствор в затрубное пространство поинтервально на разной глубине.

Распространено 2-ступенчатое цементирование — раздельное последовательное цементирование 2 х интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).

Преимущества в сравнении с 1 — ступенчатым:

  • позволяет снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента,
  • существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затрубном пространстве без значительного роста давления нагнетания;
  • уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве;
  • избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, используемого в верхнем интервале, что позволяет эффективнее подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала.

Рис. 2 Заливочная муфта для ступенчатого цементирования:
а — при цементировании первой ступени, б — при цементировании второй ступени;
1 — корпус, 2 — верхнее седло, 3 — верхняя втулка, 4 — заливочные отверстия, 5 — нижнее седло, 6 — нижняя втулка

Для проведения 2-ступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную заливочную муфту (рис. 2).

Подготовку скважины аналогична 1- ступенчатому цементированию.
После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке 1 й порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему 1 й ступени. Закачав нужный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку 1 й ступени, которая проходит через заливочную муфту (рис. 2, а).
Продавочной жидкостью вытесняют раствор в затрубное пространство.

После закачки объема продавочной жидкости, равного внутреннему объему обсадной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобождают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку 2 й ступени.
По достижении заливочной муфты, пробка садится во втулку, резко понижая давление нагнетания, но под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 2, б). .

При использовании способа непрерывного цементирования, тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени.
2-ступенчатое цементирование с разрывом — после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор 2 й ступени подают в скважину спустя некоторое время, к примеру, после схватывания раствора 1 й порции.

Цементирование хвостовика.
После промывки ствола скважины на устье ее устанавливают цементировочную головку, в которую вставляют верхнюю секцию разделительной заливочной пробки.
Закачивают расчетное количество цементного раствора, который продавливают буровым раствором или водой.
Когда раствор будет продавлен в объеме, равном внутреннему объему бурильных труб, верхняя секция пробки войдет в нижнюю и перекроет отверстия кольца.
При этом давление в бурильных трубах резко возрастет.
Шпильки, удерживающие нижнюю секцию в переводнике, срезаются, и обе секции, как одно целое, перемещаются вниз по хвостовику до резкого подъема давления.
После этого колонну необходимо посадить на забой, и путем вращения инструмента по часовой стрелке освободить бурильные трубы с переводником от хвостовика и вымыть излишек цементного раствора.
Через 16-20 часов следует определить высоту подъема цемента за колонной, оборудовать устье скважины, испытать колонну на герметичность и перфорировать в интервале продуктивного пласта.
Заключительный этап процесса восстановления скважины методом зарезки и бурения 2 го ствола — испытание эксплуатационной колонны на герметичность, перфорирование отверстий против продуктивного горизонта и освоение скважины (вызов притока нефти или газа из пласта).

Тампонаж
Тампонирование (цементирование) скважин — технологический процесс упрочнения затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего действия горных пород и грунтовых вод.
В процессе цементирования заданный интервал заполняется раствором вяжущих материалов (цемента), который в состоянии покоя превращается в прочный непроницаемый камень.
Используется специальный тампонажный цемент — модификацию портландце­мента с повышенными требованиями к минералогическому составу клинкера.
В состав цемента введены добавки, замедляющие его застывание.

Применение цементирования:

  • изоляция друг от друга проницаемых пластов, вскрытых скважиной;
  • установка цементных мостов, изолирующих нижнюю часть ствола скважины (например при забуривании нового ствола);
  • удерживание в подвешенном состоянии обсадной колонны и герметизации заколонного пространства;
  • изоляция поглощающих пластов, вскрытых скважиной в процессе бурения;
  • защита обсадных труб от коррозии агрессивными пластовыми жидкостями и газами и др.

Технология цементирование включает 5 операций:

  • приготовление тампонажного раствора,
  • закачка приготовленного раствора в скважину,
  • подача тампонажного раствора в затрубное пространство,
  • ожидание затвердения закачанного вяжущего раствора,
  • проверка качества цементировочных работ по утвержденной программе, обоснованной техническим расчетом.

Подготовительные операции:

  • подбор тампонажного материала, рецептуры и свойств тампонажного раствора,
  • определение режима закачки и продавки тампонажного раствора,
  • определение суммарной продолжительности цементировочных работ,
  • определение промежутка времени, необходимого для формирования в затрубном пространстве цементного камня с достаточной прочностью, позволяющей возобновить работы в скважине.

Способы цементирования:

  • прямая схема подачи тампонажного раствора в затрубное пространство: раствор, закачанный внутрь цементируемой обсадной колонны, проходит по ней до башмака и затем поступает в затрубное пространство, распространяясь снизу вверх;
  • обратная схема: тампонажный раствор с поверхности подают в затрубное пространство, по которому он перемещается вниз.

Цементирование скважин позволяет резко увеличить долговечность скважин и срок добычи безводной продукции.

Технология цементирования регламентируется:

  • системой норм и правил выполнения цементировочных работ,
  • типовыми схемами организации техпроцесса.

При цементировании необходимо учитывать конкретные факторы:

  • конструкция и состояние ствола скважины,
  • протяженность цементируемого интервала,
  • горно-геологические условия,
  • уровень оснащенности техническими средствами,
  • опыт проведения цементировочных работ в районе.

Требования к технологии:

  • цементирование предусмотренного интервала по всей его протяженности;
  • полное замещение промывочной жидкости тампонажным раствором в пределах цементируемого интервала;
  • предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости;
  • получение цементного камня с необходимыми механическими свойствами, с высокой стойкостью и низкой проницаемостью;
  • обеспечение хорошего сцепления цементного камня с обсадной колонной и стенками скважины.

Наиболее полное замещение промывочной жидкости происходит при турбулентном режиме — 98%, худшие показатели — при структурном режиме — 42% .
Способы повышения полноты замещения промывочной жидкости:

  • тщательное регулирование реологических свойств промывочной жидкости, заполняющей скважину перед цементированием, с целью снижения вязкости и статического напряжения сдвига до минимально допустимых значений;
  • нагнетание тампонажного раствора в затрубное пространство со скоростями течения, обеспечивающими турбулентный режим;
  • применение соответствующих буферных жидкостей на разделе промывочной жидкости и тампонажного раствора;
  • расхаживание или вращение обсадной колонны при подаче тампонажного раствора в затрубное пространство;
  • применение полного комплекса технологической оснастки обсадной колонны.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector