Способы первичного цементирования
ЛЕКЦИЯ 1. Введение. Термины и определения. Заканчивание скважин. Операции заканчивания. Крепление скважин. Основные задачи крепления. Спуск обсадных колонн. Цементирование скважин. Способы цементирования скважин.
ЗАКАНЧИВАНИЕ СКВАЖИНЫ(словарь): совокупность операций (установка эксплуатационной колонны, клапанов, оборудование устья скважины), необходимых для введения добывающей скважины в эксплуатацию.
| Заканчивание скважины подразумевает проведение определенных мероприятий в скважине после ее бурения для подготовки к безопасной добыче нефти или газа:- крепление эксплуатационной части скважины; - освоение скважины; - оснащение эксплуатационным оборудованием. |
| КРЕПЛЕНИЕ СКВАЖИНЫ |
Крепление скважины –операции по закреплению слабых неустойчивых и трещиноватых горных пород, слагающих стенки скважины с целью обеспечения их устойчивости, а также предупреждения и устранения других осложнений в скважине. Осуществляется трубами, глинистым раствором, электрохимическим и другим способом.
Основные цели крепления скважин:
а) создание долговечного, прочного игерметичного канала для транспортирования жидкости от эксплуатационных горизонтов к дневной поверхности или в противоположном направлении;
б) герметичное разобщение всех проницаемых горизонтов друг от друга:
в) укрепление стенок скважины, сложенных недостаточно устойчивыми породами;
|
|
|
г) защита эксплуатационного канала от коррозии пластовыми жидкостями.
Крепление скважины включает в себя следующие операции:
- спуск обсадных колонн;
- цементирование скважины.
СПУСК ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ
Спуск обсадной колонны — ответственная операция. До начала спуска должны быть закончены все исследовательские и измерительные работы в скважине, тщательно проверены состояние бурового оборудования и инструмента, соответствие грузоподъемности вышки и талевой системы весу подлежащей спуску колонны, подготовлен ствол скважины.
К спуску колонны приступают сразу же, как только закончат подъем бурильных труб после промывки скважины.
Обсадные колонны длиной до 3000 — 3500 м спускают с помощью механизированных клиньев и одного элеватора: при большей длине колонны клинья обычно не применяют из-за опасности повреждения обсадных труб сухарями; вместо клиньев используют второй элеватор или два спайдер-элеватора.
При спуске нижний конец колонны может упереться в выступы ствола скважины, что опасно возможностью аварии. Во избежание этого низ колонны оборудуют специальным толстостенным стальным кольцом — башмаком.
Башмак навинчивают на башмачный патрубок — отрезок толстостенной трубы длиной порядка 2 м. в котором по спиральной линии просверлены несколько отверстий для выхода жидкости. Диаметр и число отверстий выбирают с таким расчетом, чтобы скорость струй при промывке и цементировании не превышала 20 м/с, а поток жидкости равномерно распределялся по периметру колонны,
|
|
|
На расстоянии одной-двух труб от башмака в колонне устанавливают обратный клапан. Назначение этого клапана — предотвратить поступление тампонажного раствора из кольцевого пространства скважины в колонну по окончании цементирования. Спущенная в скважину обсадная колонна должна быть хорошо центрирована относительно ствола, чтобы можно было вокруг нее создать сплошную равномерной толщины цементную оболочку и изолировать друг от друга все проницаемые породы. Для этого колонну оснащают пружинными или жесткими центраторами.
Центраторы целесообразно размещать на колонне на расстоянии 20—25 м один от другого, если зенитный угол скважины превышает 3м. На участках же с большим зенитным углом расстояние между смежными центраторами рассчитывают так, чтобы наибольшая стрела прогиба участка колонны между ними не превышала 4—5 % диаметра скважины. Центраторы желательно ставить на каждой трубе близ кровли и подошвы каждого продуктивного горизонта и ближайших к ним водоносных объектов выше и ниже каждого наружного пакера и цементировочной муфты на обсадной колонне, а также на участках интенсивного изменения зенитного и азимутального углов. Их не ставят в кавернозных участках ствола скважины.
|
|
|
При быстром спуске обсадной колонны возникает значительное гидродинамическое давление, особенно если обратный клапан закрыт. Повышение давления на стенки скважины может явиться причиной поглощения промывочной жидкости, разрушения обратного клапана или смятия колонны. Поэтому скорость спуска колонны ограничивают.
Даже при наиболее благоприятных условиях рекомендуется поддерживать среднюю скорость спуска каждой трубы эксплуатационной колонны не более I м/с, промежуточной — не более 0,8 м/с, а кондуктора — не более 0.5 м/с.
При спуске колонны с обратным клапаном, допускающим самозаполнение ее промывочной жидкостью, нужно контролировать полноту заполнения, следя за объемом жидкости, вытекающей из скважины, и нагрузкой на крюк. Если же клапан закрыт и самозаполнения не происходит, в колонну периодически доливают жидкость после спуска каждых 200—400 м труб в зависимости от диаметра. Во время долива колонну следует расхаживать во избежание прихвата. Кроме того, после спуска каждых 500—800 м труб необходимо делать промежуточные промывки, чтобы освежить жидкость в скважине. удалить скопившийся шлам и уменьшить опасность газирования.
|
|
|
В скважинах с продолжительными сроками бурения и возможностью сильного износа устьевого участка промежуточной колонны последний нужно составлять из двух -трех специальных толстостенных труб.
После окончания спуска колонну оставляют подвешенной на буровом крюке, а скважину тщательно промывают: при этом колонна не должна упираться в забой.
Большинство обсадных колонн спускают в скважину за один прием. Нередко, однако, очень тяжелые или очень длинные колонны делят на две-три части и спускают соответственно в два или три приема. Так поступают в следующих случаях: если вес обсадной колонны больше грузоподъемности буровой установки; если из-за недостаточной прочности обсадных труб на растяжение невозможно скомпоновать цельную колонну: если при длительном оставлении скважины без промывки (сутки и более) возможно возникновение газонефтепроявлений или других серьезных осложнений.
Нижнюю (среднюю) часть обсадной колонны спускают с помощью бурильных труб. В связи с этим в состав обсадной колонны вводят дополнительно элементы оснастки: разъединитель для соединения нижней (средней) части с бурильными трубами, стыковочный узел для соединения двух частей друг с другом, а иногда также устройство для подвески нижней (средней) части в скважине.
Нижнюю (среднюю) часть обсадной колонны спускают в скважину и цементируют. После закачки тампонажного раствора в бурильные трубы сбрасывают верхнюю часть секционной разделительной пробки и поверх нее закачивают продавочную жидкость.
Потайные колонны также спускают с помощью бурильных труб и разъединителя, Короткие потайные колонны иногда сразу же после цементирования ставят на забой, а бурильные трубы отсоединяют При этом колонна под действием собственного веса может продольно изогнуться и утратить герметичность в резьбовых соединениях. Если при дальнейшем углублении скважины возможны газопроявления, соединение потайной колонны с предыдущей промежуточной колонной полезно герметизировать пакером
ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ СКВАЖИН
Цементированием называют процесс заполнения заданного интервала скважины суспензией вяжущих материалов, способной в покое загустевать и превращаться в твердое, практически непроницаемое тело. В нефтегазодобывающей промышленности цементирование применяют для решения задач:
а) изоляция проницаемых горизонтов друг от друга после того, как они вскрыты скважиной. и предотвращение перетоков пластовых жидкостей по заколонному пространству;
б) удержание в подвешенном состоянии обсадной колонны;
в) защита обсадной колонны от воздействия агрессивных пластовых жидкостей, способных корродировать ее наружную поверхность;
г) устранение дефектов в крепи скважины.
д) создание разобщающих экранов, препятствующих обводнению продуктивныхгоризонтов;
е) создание высокопрочных мостов в скважине, способных воспринимать достаточно большие осевые нагрузки (например, при забуривании боковых стволов, при опробовании перспективных горизонтов пластоиспытателями и т. п.);
ж) изоляция поглощающих горизонтов;
з) упрочнение стенок скважины в осыпающихся породах:
и) уменьшение передачи тепла от потока, движущегося по колонне труб в скважине. к окружающим породам (прежде всего в многолетнемерзлых породах);
к) герметизация устья в случае ликвидации скважины,
Существуют несколько способов цементирования, Обычно их подразделяют на три группы: способы первичного цементирования; способы вторичного (или ремонтно-исправительного) цементирования и способы установки разделительных цементных мостов,
Способы первичного цементирования
Одноступенчатое цементирование. Это наиболее распространенный способ. После окончания промывки скважины на верхний конец обсадной колонны навинчивают специальную цементировочную головку 1 (рис, 1), боковые отводы которой с помощью трубопроводов соединяют с цементировочными насосами, и внутрь колонны через нижний боковой отвод 12 при закрытых кранах 13 и 14 закачивают порцию буферной жидкости. Затем закрывают кран 15. открывают краны 14, вывинчивают стопор в цементировочной головке, удерживающий от падения вниз нижнюю разделительную пробку, и цементировочными насосами через боковые отводы 2 закачивают нужный объем тампонажного раствора 3 см, рис. 1. а). Тампонажный раствор готовят как правило, с помощью специальных машин.
Тампонажный раствор проталкивает разделительную пробку вниз по колонне. После закачки тампонажного раствора временно закрывают краны 14. вывинчивают стопор, удерживающий в цементировочной головке верхнюю разделительную пробку, открывают кран 13 и через верхний боковой отвод 11 закачивают порцию продавочной жидкости, Когда верхняя разделительная пробка войдет в колонну, вновь открывают краны 14 и продавочную жидкость закачивают также через боковые отводы 2 (рис. 1, б).
Тампонажный раствор закачивают в объеме, необходимом для заполнения заданного интервала кольцевого пространства скважины и участка обсадной колонны ниже обратного клапана, а продавочную жидкость — в объеме, необходимом для заполнения внутренней полости колонны выше обратного клапана.
Нижняя пробка 4, дойдя до обратного клапана 9. останавливается. Так как закачку жидкости в колонну продолжают, мембрана в нижней пробке под влиянием избыточного давления в колонне над ней разрушается, и тампонажный раствор через открывшийся проходной канал в пробке и далее через отверстия в башмачном патрубке и в направляющей пробке устремляется в кольцевое пространство скважины (рис. 1, в).
Плотность тампонажного раствора почти всегда больше плотности промывочной жидкости. Поэтому по мере заполнения колонны тампонажным раствором разность давлений столбов жидкостей в ней и в заколонном пространстве возрастает, а давление в цементировочной головке и в цементировочных насосах уменьшается, иногда даже ниже атмосферного.
Для предотвращения возникновения вакуума в цементировочной головке целесообразно кольцевое пространство герметизировать превентором и поддерживать в нем у устья достаточное противодавление. С того момента, как тампонажный раствор начнет выходить из колонны в кольцевое пространство. давление в насосах и цементировочной головке станет возрастать, и постепенно противодавление можно снять.
Как только верхняя пробка сядет на нижнюю и остановится, давление в колонне начнет резко возрастать. Это служит сигналом для прекращения закачки продавочной жидкости. Все краны на цементировочной головке закрывают, а скважину оставляют в покое для затвердения тампонажного раствора,
Ступенчатое цементирование (с разрывом во времени). К ступенчатому цементированию прибегают в следующих случаях:
а) если зацементировать длинный интервал за один прием невозможно из-за опасности разрыва пород;
б) если существует опасность газонефтепроявлений в период схватывания и твердения тампонажного раствора, закачанного в заданный интервал скважины за один прием;
в) если для цементирования верхнего участка длинного интервала должен использоваться такой тампонажный раствор, который нельзя подвергать воздействию высокой температуры, характерной для нижнего участка. Заданный интервал цементирования делят на две части, а в обсадной колонне у границы раздела устанавливают специальную цементировочную муфту.
Муфту следует размещать обязательно против устойчивых непроницаемых пород в интервале с номинальным диаметром скважины. На каждой из трех-четырех труб выше и ниже муфты необходимо установить центраторы. Сначала цементируют нижнюю часть скважины. Для этого после закачки порции буферной жидкости в колонну спускают специальную эластичную нижнюю пробку 4, поверх которой закачивают первую порцию тампонажного раствора 3 (рис. 2, а). Объем этой порции равен объему кольцевого пространства на участке от башмака колонны до цементировочной муфты плюс объем участка колонны ниже обратного клапана. Затем освобождают вторую специальную эластичную пробку 10 и поверх нее закачивают порцию продавочной жидкости 11 в объеме, равном внутреннему объему колонны выше обратного клапана. Конструкция эластичных пробок позволяет им пройти через сужения в цементировочной муфте и не сдвинуть втулки в ней. В конце закачки порции продавочной жидкости в колонну сбрасывают пластмассовый шар такого диаметра, чтобы он, пройдя через верхнюю втулку 13 ( рис. 2), сел на седло нижней втулки 7. Как только верхняя эластичная пробка сядет на нижнюю, давление на устье скачком возрастает и закачку жидкости временно прекращают.
Шар 12 (рис. 2 б) под действием силы тяжести опускается по колонне и садится на нижнюю втулку 7 цементировочной муфты. После этого возобновляют закачку продавочной жидкости. Под действием возникающего над шаром избыточного давления нижняя втулка 7 срезает штифты, которыми она закреплена в корпусе муфты, сдвигается вниз до упора в ограничитель 9 и открывает отверстия 8 в корпусе. Через эти отверстия скважину промывают, пока не затвердеет тампонажный раствор в нижнем участке (рис 2.в). Затем в колонну закачивают вторую порцию тампонажного раствора 14. освобождают верхнюю разделительную пробку 13 и поверх нее закачивают вторую порцию продавочной жидкости 15 (рис. 2. г). Объем второй порции тампонажного раствора равен объему подлежащего цементированию участка кольцевого пространства, расположенного выше муфты, а объем второй порции продавочной жидкости - внутреннему объему участка колонны выше муфты.
Проталкиваемая продавочной жидкостью пробка 13 опускается вниз по колонне. В момент, когда она достигнет верхней втулки 6 цементировочной муфты и остановится давление в колонне возрастет, втулка 6 ере жег штифты, которые удерживают ее в кор пусе муфты, опустится до упора в торец нижней втулки 7 и закроет отверстия 8 в корпусе. Поскольку после этого жидкость больше не сможет вытекать в кольцевое пространство, давление в колонне начнет резко возрастать. Это служит сигналом к прекращению процесса цементирования.
После затвердения второй порции тампонажного раствора пробки шар, втулки 6 и 7, а также излишний цементный камень в колонне и обратный клапан разбуривают.
Сократить разрыв во времени между цементированием нижней и верхней частей скважины можно, если непосредственно под муфтой установить на колонне наружный пакер и сразу же по окончании цементирования нижней части запакеровать им кольцевое пространство.
Обратное цементирование. В скважину обсадную колонну спускают без обратного клапана. Перед цементированием верхний конец колонны оборудуют головкой с краном высокого давления и трубопроводом для отвода промывочной жидкости в очистную систему, кольцевое пространство герметизируют превентором, а к боковому отводу противовыбросового оборудования подсоединяют цементировочные насосы.
После промывки скважины способом обратной циркуляции в кольцевое пространство закачивают первую порцию специальной буферной жидкости (обычно так называемый вязкоупругий состав БУС), за ней -порцию промывочной жидкости в объеме, равном внутреннему объему обсадной колонны: затем — вторую порцию ВУС и далее расчетный объем тампонажного раствора. Поверх тампонажного раствора закачивают третью порцию ВУС и, наконец, продавочную жидкость, если скважина должна быть зацементирована не до устья.
Первая порция ВУС служит репером для контроля за продвижением тампонажного раствора: в момент, когда эта порция появится на устье, тампонажный раствор подходит к башмаку колонны. Так как объемы промывочной жидкости между двумя порциями ВУС и второй порции ВУС известны, легко по объему жидкости, закачиваемой насосами в кольцевое пространство после выхода на устье первой порции ВУС, определить момент, когда в колонну войдет порция тампонажного раствора объемом, равным внутреннему объему участка колонны длиной приблизительно 100— 150 м, В этот момент закачку жидкости прекращают, кран на головке закрывают и колонну оставляют под давлением до затвердения тампонажного раствора. Две другие порции буферной жидкости служат для отделения тампонажного раствора от промывочной и продавочной жидкостей. Разделительные пробки при обратном цементировании не применяют.
При обратном цементировании давление в цементировочных насосах меньше.
Манжетное цементирование. Этот способ применяют в том случае, когда нижний участок обсадной колонны составлен из труб с заранее профрезерованными отверстиями. В состав обсадной колонны при спуске в скважину включают цементировочную муфту, которую устанавливают немного выше фильтра, наружную манжету зонтичного типа или пакер между муфтой и фильтром, а внутри колонны над фильтром - обратный клапан.
В конце промывки скважины в колонну сбрасывают шар.
С потоком промывочной жидкости шар опускается вниз и садится на седло нижней втулки 7 цементировочной муфты. Так как насос продолжает закачивать жидкость, давление в колонне быстро возрастает, втулка 7 срезает штифты, удерживающие ее в корпусе муфты, опускается вниз до ограничителя 8 и открывает окна 6 для выхода жидкости в кольцевое пространство. С этого момента процесс идет так же, как при цементировании верхнего интервала ступенчатым способом.
Наружная манжета или пакер при этом способе препятствуют осаждению тампонажного раствора в кольцевом пространстве вниз в зону фильтра.
Цементирование потайных колонн. Такие колонны цементируют одноступенчатым способом, как правило, без использования нижней разделительной пробки, Поскольку диаметр потайной колонны обычно больше диаметра бурильных труб, с помощью которых ее спускают в скважину, для разделения тампонажного раствора от продавочной жидкости применяют верхнюю пробку, состоящую из двух секций; верхней и нижней.
Нижнюю секцию подвешивают с помощью срезных штифтов в разъединителе при спуске колонны. Верхнюю же секцию перед цементированием размещают в цементировочной головке и освобождают только после закачки в бурильные трубы расчетного объема тампонажного раствора. Эта секция под давлением закачиваемой поверх нее продавочной жидкости опускается по бурильным трубам вниз, садится на нижнюю секцию в разъединителе, а далее единая секционная пробка вытесняет тампонажный раствор из обсадной колонны, пока не сядет на обратный клапан.
После этого в бурильные трубы сбрасывают шар, открывают отверстия в разъединителе и промывают скважину, удаляя избыток тампонажного раствора, оказавшийся выше верхнего конца потайной колонны. После затвердения тампонажного раствора бурильные трубы отвинчивают в левой резьбе разъединителя и поднимают из скважины.
Рис. 1 Схема одноступенчатого цементирования:
а — закачка тампонажного раствора; б — начало закачки продавочной жидкости; в —заключительная стадия закачки продавочной жидкости; I— цементировочная головка; 2, 11, 12—боковые отводы. 3 — тампонажный раствор; 4 — нижняя пробка; 5 — буферная жидкость; 6 — обсадная колонна;7 — промывочная жидкость; 8 —стенка скважины; 9 — обратный клапан; 10 — башмак с направляющей пробкой; 13,14, 15 —краны высокого давления;16 — верхняя пробка; 17 — продавочная жидкость
Рис.2- Схема двухступенчатого цементирования:
а - закачка первой порции тампонажного раствора; б — окончание цементирования нижней ступени; в — промывка перед цементированием верхней ступени; г — цементирование верхней ступени; д — конец цементирования верхней ступени; 1 —цементировочная головка; 2 — обсадная колонна; 3 — первая порция тампонажного раствора; 4,10— нижняя и верхняя эластичные пробки; 5 — промывочная жидкость; 6, 7— верхняя и нижняя втулки муфты; 8 - отверстия в муфте; 9 — ограничитель; 11 — первая порция продавочной жидкости; 12 — шар; 13 — верхняя разделительная пробка; 14 — вторая порция тампонажного раствора; 15 — вторая порция продавочной жидкости; 16 —обратный клапан
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 849; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!