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.
Источник
Вопрос 22. Способы и технологии цементирования при ремонте скважин.
С п о с о б ы ц е м е н т и р о в а н и я выбирают в зависимости от вида и цели ремонта, конкретных геологических условий ремонтируемых объектов, технического состояния ствола скважины, используемых тампонирующих материалов .
Ремонт скважин методом цементирования производят, если необходимо:
-обеспечить изоляцию эксплуатируемого объекта от посторонних вод,
-создать на забое цементный стакан или установить цементный мост,
-перекрыть (изолировать) фильтровую часть скважины при возврате на другие эксплуатационные объекты,
-перекрыть (устранить) дефекты в эксплуатационной колонне,
-обеспечить изоляцию продуктивного горизонта от поступления воды в интервалах установки дополнительных колонн и хвостовиков, зарезки дополнительных стволов,
-закрепить призабойную зону с целью предотвращения или уменьшения поступления в скважину песка и образования пробок.
Различают способы цементирования (тампонажа) под давлением и без давления.
Цементирование п о д д а в л е н и е м заключается в последовательно выполняемых операциях:
— транспортирование цементного раствора (тампонажной смеси) в интервал, подлежащий ремонту;
— продавливание раствора в изолируемый объект под избыточным давлением;
— ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ) при заданном (достигнутом или сниженном) давлении.
Раствор в интервал ремонта доставляют непосредственно через обсадную колонну, контейнерами (желонками) канатными методами, через специально спущенную технологическую (заливочную) колонну, составленную из бурильных, насосно-компрессорных труб, либо через непрерывную гибкую колонну.
Если доставка тампонирующего раствора осуществлена через обсадную колонну или контейнером, то раствор задавливают в изолируемый объект нагнетанием технологической жидкости непосредственно в обсадную колонну (рис.10.1).
| Рис. 10.1 Схема цементирования под давлением через обсадную колонну |
 |
| а, б) Транспортирование ТС через обсадную колонну, в) доставка ТС желонкой КМ, г) продавливание ТС в зону изоляции. 1 – цементировочная головка; 2 – запорное устройство; 3 – жидкость продавливания; 4 – тампонажная смесь ТС; 5 – жидкость скважинная; 6 – ввод в зону изоляции; 7 – желонка; 8 – кабель; 9 – регистрация давления |
Перед цементированием под давлением определение приемистости ремонтируемого объекта обязательно.
Цементирование под давлением осуществляется через отверстие фильтра скважины, через специально перфорированное отверстие или через дефект в колонне с целью продавить в пласт или за колонну
Применяют несколько разновидностей (способов) цементирования под давлением через технологическую (заливочную) колонну (рис.10.3).
а) Цементирование под давлением через технологическую колонну с последующим б у р е н и е м ц е м е н т но г о с т а к а н а (моста).
б) Цементирование под давлением через колонну труб с в ы м ы в а н и е м излишков ц е м е н т н о г о р а с т в о р а (рис.3 Б).
в) К о м б и н и р о в а н н ы й способ выполняют, если есть необходимость держать скважину под давлением до конца схватывания цементного раствора с оставлением цементного моста.
Цементирование под давлением с использованием п а к е р о в имеет следующие преимущества:
-высокие давления, создаваемые в процессе продавливания тампонажного раствора не передаются на эксплуатационную колонну в интервале от пакера до устья,
-имеется возможность производства тампонажных работ под давлением при неисправной колонне выше пакера,
-исключается возможность проникновения тампонажного раствора в межтрубное пространство.
Используют пакеры извлекаемые и не извлекаемые.После завершения процесса тампонажа скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) с уплотненным или поднятым пакером.
При любом способе цементирования под давлением, если не достигнуто требуемое давление нагнетания, следует всю тампонирующую смесь задавить в пласт, а затем операцию повторить.
Скользящая заливка применяется для герметизации эксплуатационных колонн в условиях, когда утечки в колонне незначительны (падение давления опрессовки в пределах 2 МПа), а интервалы утечки неизвестны.
Цементирование без давления проводят в тех случаях, когда надо создать новый цементный забой, цементный стакан (мост) в стволе скважины или цементным стаканом перекрыть нижнюю часть фильтра эксплуатационного объекта.
Этот способ применяется, если нет опасности прорыва посторонних вод и в условиях отсутствия поглощения.
Для установки ц е м е н т н о г о м о с т а в скважину спускают колонну заливочных труб, башмак которой располагают в основание создаваемого стакана. Перед началом операции обычно на глубине нижней границы моста устанавливают разбуриваемые разделительные пробки или пакер.. После промывки в заливочные трубы прокачивается расчетное количество цементного раствора, который проталкивает и вытесняет скважинную жидкость за трубы до выравнивания столба раствора в трубах и кольцевом пространстве. Затем башмак заливочной колонны приподнимают до верхней границы цементного моста, лишний цементный раствор способом обратной промывки вымывают и оставляют скважину на ОЗЦ. После окончания затвердевания через заливочные трубы прокачивают воду и проверяют местонахождение и крепость вновь созданного цементного моста.
Цементирование без давления можно проводить с помощью насосов цементировочного агрегата, по способу «сифона» или с применением желонок.
Источник