Установка цементного моста при капитальном ремонте скважины

Установка цементных мостов

Мостом называют искусственное сооружение, полностью пе­рекрывающее поперечное сечение скважины (или обсадной ко­лонны) на участке сравнительно небольшой длины, удаленном, как правило, от забоя. Мосты могут быть резиновые, пласт­массовые, металлические, цементные и из других материалов.

Мосты устанавливают для решения следующих задач: а) временного или постоянного разобщения нижезалегающих проницаемых пластов от вышезалегающих (например, при оп­робовании методом «снизу вверх», при переходе от эксплуата­ции нижнего истощенного продуктивного горизонта к эксплуа­тации верхнего горизонта и т.п.); б) устранения опасности из-лива пластовых жидкостей в атмосферу после ликвидации сква­жины или при временной консервации ее; в) создания прочной опоры для колонны труб в период пакеровки скважины при оп­робовании перспективных горизонтов; г) создания прочной опоры при забурнвании бокового ствола; д) укрепления неус­тойчивых, осыпающихся или размываемых потоком промывоч­ной жидкости пород.

Разработано множество способов установки мостов: с помощью заливочных труб, опускаемых на кабеле желонках и т.п. Наиболее часто используют цементные мосты, создаваемые путем транспортирования раствора вяжущего по колонне труб (бурильных, НКТ)

Наиболее эффективным является следующий способ создания цементного моста. В скважине немного ниже нижней границы участка, в котором требуется создать мост, устанавливают разбуриваемый пакер или манжетную пробку, исключающие возможность оседания вниз столба тампонажного раствора. До нижней границы этого участка спускают колонну труб и тщательно промывают скважину. Если в пределах участка имеются каверны, в состав колонны включают приспособление с боковыми гидромониторными насадками и сильными струями вымывают из каверн загустевшую промывочную жидкость и шлам. Во время промывки во всех случаях целесообразно вра­щать и расхаживать колонну труб. При наличии каверн расха­живать следует на такую длину, чтобы струи, вытекающие из гидромониторных насадок, могли поражать всю поверхность кавернозных интервалов.

После промывки в колонну труб последовательно закачи­вают первую порцию буферной жидкости, порцию тампонажно­го раствора возможно более жесткой- консистенции, вторую порцию буферной жидкости и порцию продавочной жидкости.

Тампонажный раствор отделяют от обе­их порций буферной жидкости двумя разделительными пробками. По оконча­нии закачки порции продавочной жидко­сти колонну труб приподнимают с не­большой скоростью несколько выше верхней границы будущего моста и тща­тельно промывают скважину. Затем тру­бы поднимают на дневную поверхность, а скважину оставляют в покое для твер­дения тампонажного раствора.

Вытеснение тампонажного раствора продолжают до момента достижения ра­венства давлений в кольцевом простран­стве и в колонне труб у башмака (ба­лансовый принцип). Чтобы облегчить решение задачи об определении момен­та прекращения цементировочной опера­ции, плотности обеих порций буферной жидкости делают одинаковыми, так же как и плотности промывочной и прода­вочной жидкостей. Объем второй пор­ции буферной жидкости рассчитывают так, чтобы высота столба ее в колонне труб была равна высоте столба первой порции в кольцевом пространстве, а объ­ем порции продавочной жидкости так, чтобы в момент окончания закачки ее уровни тампонажного раствора в коль­цевом пространстве и в колонне были одинаковыми.

Тампонажную смесь для создания моста следует выбирать с учетом температуры и давления в заданном интервале сква­жины. Раствор должен иметь возможно меньшее относительное водосодержание, короткие сроки загустевания и схватывания, достаточные, однако, для выполнения цементировочной опера­ции; камень должен иметь возможно более высокую прочность, быть практически непроницаемым при тех перепадах давлений, которые могут действовать на мост. Желательно, чтобы твердение шло с расширением камня.

Объемы тампонажного раствора и других жидкостей, необходимых для выполнения цементировочной операции, рассчи­тывают по эмпирическим формулам. [ВНИИКРнефти]

Объем тампонажного раствора

%

где F_c, F_тр, F_к.п.— соответственно площади поперечного сечения скважины в интервале установки моста, колонны труб и коль­цевого пространства; V_тр — внутренний объем колонны труб; H_м —проектная длина моста; с₁,с₂,с₃,с₄ —эмпирические коэф­фициенты, учитывающие потери тампонажного раствора на стенках труб, при смешивании со смежными жидкостями, а также потери буферной жидкости при движении по колонне труб и кольцевому пространству. Ориентировочные значения этих ко­эффициентов для случая цементирования без разделительных пробок приведены табл.

По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: 1) испытывающих давление жидкости или газа и 2) испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях.

Мосты, относящиеся ко второй категории, должны помимо газоводонепроницаемости обладать весьма высокой механичес­кой прочностью.

Высоту моста определяют по следующим формулам

где Н₀ — глубина установки нижней части моста; Q_M — осевая нагрузка на мост, обусловливаемая перепадом давления и раз­грузкой колонны труб или испытателя пластов; D_c — диаметр скважины; [τ_м] — удельная несущая способность моста, значе­ния которой определяются как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста; где р_м — максимальная величина перепада давлений, действу­ющего на мост при его эксплуатации; [∆р] — допустимый гради­ент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стен­кой скважины; эту величину также определяют в основном в зависимости от способа установки моста, от применяемых тампонажных материалов.

Из значений высоты цементных мостов, определенных по формулам, выбирают большее. Ориентировочные значения [τ_м], [∆р] при установке мостов через заливочную ко­лонну с применением раствора из портландцемента в зависимо­сти от технологии установки приведены в табл.

Практика работ показывает, что если при испытании на проч­ность мост не разрушается при создании на него удельной осе­вой нагрузки 3,0-6,0 МПа и одновременной промывки, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям как забуривания нового ствола, так и нагружения от веса колонны труб или испытателя пластов.

При установке мостов для забуривания нового ствола к ним предъявляется дополнительное требование по высоте. Это обус­ловлено тем, что прочность верхней части (Н₁) моста должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с допусти­мой интенсивностью искривления, а нижняя часть (Н₀) — на­дежную изоляцию старого ствола.

где R_c — радиус искривления ствола.

Опыт бурения и эксплуатации скважин показывает, что оп­тимальное значение интенсивности искривления ствола состав­ляет 1-2 на 10 м, что соответствует радиусу искривления более 500 м. Значение Н₀ определяют из условий определения Н_м.

После образования цементного камня достаточной прочно­сти в скважину спускают колонну труб с долотом, уточняют по­ложение верхней границы моста, разбуривают слабую верхнюю часть его и проверяют герметичность моста путем уменьшения давления на него сверху либо с помощью пластоиспытателя, спускаемого на колонне труб, либо посредством аэрации и сни­жения уровня жидкости. Если мост оказался негерметичным, разрушился или сме­стился вверх при такой проверке, его разбуривают и операцию повторяют заново.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Установка цементного моста

Цементный мост — это непроницаемая для газа, нефти и воды перемычка внутри скважины.

Назначение цементных мостов:

• изоляция водонапорных и непродуктивных горизонтов при испытании и ликвидации скважин;
• сохранение стабильного показателя давления воздуха в нижней части скважины;
• возвращение на вышерасположенный горизонт;
• изоляция зон поглощения или проявления;
• забуривание нового ствола;
• создание опоры для испытания пластов и секции обсадных труб;
• ликвидация каверн и желобных выработок
• проведение КРС.

Цементные мосты должны удовлетворять определенным требованиям:

• по долговечности,
• герметичности,
• прочности,
• несущей способности,
• по высоте и глубине нахождения.

Требования формируются на основе конкретных геолого-технических условий и назначения моста.
Несущая способность моста зависит от его высоты, наличия, состояния и толщины слоя глинистого раствора на колонне и фильтрационной корки на стенке скважин.

Способы установки цементных мостов:

• балансовый способ — закачивание тампонажногоhttps://neftegaz.ru/tech-library/burenie/147639-tsementirovanie/ раствора в интервал формирования моста при уравновешивании его столбов в заливочных трубах и кольцевом пространстве;
• закачивание тампонажного раствора с применением 2 х разделительных пробок;
• закачивание цементного раствора в интервал установки моста под давлением;
• с использованием разделительного пакера;
• с использованием цементировочной желонки.

Полученную величину умножают на объем 1 м НКТ и определяют объем продавочной жидкости.

Башмак НКТ поднимают до верхней границы устанавливаемого моста и излишки цементного раствора вымывают.

Затем НКТ поднимают на 20-30 м, скважину заполняют и ожидают затвердевание цемента.

По истечении времени ОЗЦ проверяют глубину расположения моста и его прочность посадкой НКТ, а герметичность моста — опрессовкой.

Перед установкой цементных мостов в поглощающих скважинах (приемистость более 7 м 3 /(чМПа)) должны быть приняты меры по ограничению поглотительной способности пластов.

Для этого используют измельченные, закупоривающие материалы с размерами частиц 5-10 мм (древесные опилки, волокно и т.д.).

В качестве жидкости-носителя применяют глинистый раствор, водоцементная суспензия и водоглинистая суспензия.

Закачивание закупоривающего материала продолжают до восстановления полной циркуляции.

После этого сразу устанавливают цементный мост.

Источник

Добыча нефти и газа

нефть, газ, добыча нефти, бурение, переработка нефти

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ УСТАНОВКИ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ

Одна из серьезных разновидностей технологии процесса цементиро­вания — установка цементных мостов различного назначения. Повышение качества цементных мостов и эффективности их работы — неотъемлемая часть совершенствования процессов бурения, заканчивания и эксплуатации скважин. Качеством мостов, их долговечностью определяется также на­дежность охраны недр и окружающей среды. Вместе с тем промысловые данные свидетельствуют, что часто отмечаются случаи установки низко­прочных и негерметичных мостов, преждевременного схватывания це­ментного раствора, прихвата колонны труб и т.д. Эти осложнения обуслов­лены не только и не столько свойствами применяемых тампонажных мате­риалов, сколько спецификой самих работ при установке мостов.

В глубоких высокотемпературных скважинах при проведении указан­ных работ довольно часто происходят аварии, связанные с интенсивным

загустеванием и схватыванием смеси глинистого и цементного растворов. В некоторых случаях мосты оказываются негерметичными или недостаточ­но прочными. Например, только 40 — 50 % мостов, устанавливаемых в глу­боких скважинах Северного Кавказа, являются удачными.

Успешная установка мостов зависит от многих природных и техниче­ских факторов, обусловливающих особенности формирования цементного камня, а также контакт и «сцепление» его с горными породами и металлом труб. Поэтому оценка несущей способности моста как инженерного со­оружения и изучение условий, существующих в скважине, являются обя­зательными при проведении этих работ.

Несмотря на то, что из всех видов операций, связанных с цементиро­ванием скважин, наибольшее число случаев с неудачным или безрезуль­татным исходом приходится на установки мостов, этот вопрос еще недос­таточно освещен в литературе.

Цель установки мостов — получение устойчивого водогазонефтене-проницаемого стакана цементного камня определенной прочности для пе­рехода на вышележащий горизонт, забуривания нового ствола, укрепления неустойчивой и кавернозной части ствола скважины, опробования гори­зонта с помощью испытателя пластов, капитального ремонта и консервации или ликвидации скважин.

По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: испытывающих давление жидкости или газа и испытывающих на­грузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, приме­нения испытателя пластов или в других случаях.

Мосты, относящиеся ко второй категории, должны, помимо газоводо­непроницаемости, обладать весьма высокой механической прочностью.

Анализ промысловых данных показывает, что давления на мосты могут составлять до 85 МПа, осевые нагрузки — до 2100 кН и возникают напря­жения сдвига на 1 м длины моста до 30 МПа. Такие значительные нагрузки возникают при опробовании скважин с помощью испытателей пластов и других видах работ.

Несущая способность цементных мостов в значительной мере зависит от их высоты, наличия (или отсутствия) и состояния глинистой корки или остатков бурового раствора на колонне. При удалении рыхлой части гли­нистой корки напряжение сдвига составляет 0,15 — 0,2 МПа. В этом случае даже при возникновении максимальных нагрузок достаточна высота моста 18 — 25 м. Наличие же на стенках колонны слоя бурового (глинистого) рас­твора толщиной 1—2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига и к увеличению необходимой высоты до 180 — 250 м. В связи с этим высоту моста Нм следует рассчитывать по формуле

где Ом — осевая нагрузка на мост, обусловливаемая перепадом давления; Dc — диаметр скважины; [хм] — удельная несущая способность моста, ве­личина которой определяется как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста; Но — глубина установки ниж­ней части моста.

Герметичность моста также зависит от его высоты и состояния по­верхности контакта, так как давление, при котором происходит прорыв во­ды, прямо пропорционально длине и обратно пропорционально толщине

корки. При наличии между обсадной колонной и цементным камнем гли­нистой корки с напряжением сдвига 6,8 — 4,6 МПа, толщиной 3—12 мм гра­диент давления прорыва воды составляет соответственно 1,8 — 0,6 МПа на 1 м. При отсутствии корки прорыв воды происходит при градиенте давле­ния более 7,0 МПа на 1 м.

Следовательно, герметичность моста в значительной мере зависит также от условий и способа его установки. В связи с этим высоту цемент­ного моста следует определять и из выражения

где рм — максимальная величина перепада давлений, действующего на мост при его эксплуатации; [Ар] — допустимый градиент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стенкой скважины; эту величину опре­деляют в основном в зависимости от способа установки моста, применяе­мых тампонажных материалов.

Из значений высоты цементных мостов, определенных по формулам (14.20 и 14.21), выбирают большее. Ориентировочные значения [хм], [Ар] при установке мостов через заливочную колонну с применением раствора из портландцемента в зависимости от технологии установки приведены в òàáë. 14.4.

Установка мостов производится по балансовому методу, сущность ко­торого состоит в следующем. Спускают до забоя заливочные трубы и про­мывают скважину до выравнивания параметров бурового раствора, затем затворяют и продавливают в трубы цементный раствор. Необходимым ус­ловием при этом является обязательное соответствие плотности продавоч-ного раствора плотности бурового раствора, благодаря чему происходит уравновешивание цементного раствора в трубах и кольцевом пространстве. После продавки трубы поднимают до определенной отметки, а избыточный цементный раствор вымывают обратной промывкой.

Ориентировочные значения [т„] и [Ар]

Условия и технологические мероприятия по установке

С применением скребков и моющих буферных жидко­стей

Источник