Способ обратного цементирования обсадной колонны

 

Использование: при цементировании скважин с наличием поглощающих пластов, что повышает качество цементирования и надежность локализации зон осложнений. Сущность изобретения в том, что в затрубное пространство закачивают тампонажный раствор с одновременным выпуском промывочной жидкости из обсадной колонны на устье. После чего определяют положение тампонажного раствора, перекрывают затрубное пространство на устье и осуществляют прямую закачку в поглощающие пласты в течение времени до схватывания тампонажного раствора на устье. Закачивают дополнительную порцию тампонажного раствора в объеме поглощения. Высоту дополнительного цементного стакана в обсадной колонне определяют дважды: перед обратной закачкой тампонажного раствора из эмпирической зависимости и уточняют при контроле положения тампонажного раствора в объеме интервала заколонного пространства до поглощающего пласта закачивают с меньшими строками схватывания , чем предыдущие порции, но больше времени первого этапа цементирования обратной закачки.3 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 E 21 В 33/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР То92

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 фь.

О

Ф

Ф (21) 4767604/03 (22) 11,12.89 (46) 23.07.92,Бюл.¹ 27 (71) Тюменский индустриальный институт им,Ленинского комсомола (72) Н.А,Петров и В.П,Овчинников (56) Авторское свидетельство СССР № 1420139, кл. Е 21 В 33/14, 1986.

Авторское свидетельство СССР

¹1074988,,кл,,Е 21 В 33/14, 1984. (54) СПОСОБ ОБРАТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ (57) Использование: при цементировании скважин с наличием поглощающих пластов, что повышает качество цементирования и надежность локализации зон осложнений.

Сущность изобретения в том, что в затрубное пространство закачивают тампонажный раствор с одновременным выпуском промы. Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к бурению скважин и процессу их крепления, в частности к способам цементирования обсадных колонн в скважинах, характеризующихся наличием поглощающих горизонтов.

Известен способ обратного цементирования обсадной .колонны, включающий обратную закачку тампонажного раствора в затрубное пространство в объеме, необходимом для заполнения интервала цементирования, цементного стакана и,, Ы„„1749445 А1 вочной жидкости из обсадной колонны на устье. После чего определяют положение тампонажного раствора, перекрывают эатрубное пространство на устье и осуществляют прямую закачку в поглощающие пласты в течение времени до схватывания тампонажного раствора на устье, Закачивают дополнительную порцию тампонажного раствора в объеме поглощения, Высоту дополнительного цементного стакана в обсадной колонне определяют дважды: перед обратной закачкой тампонажного раствора иэ эмпирической зависимости и уточняют при контроле положения тампонажного раствора в объеме интервала заколонного пространства до поглощающего пласта закачивают с меньшими строками схватывания, чем предыдущие порции, но больше времени первого этапа цементирования обратной закачки. 3 ил. дополнительного столба, с выпуском промывочной жидкости из обсадной колонны на устье и перекрытием последнего после поступления дополнительной порции тампонажного раствора в нижнюю часть обсадной колонны, затем прямую продавку тампонажного раствора в заколонное ripoстранство до увеличения давления.

Известный способ решает задачу лишь оставления определенной плотности столба тампонэжного раствора в обсадной колонне, но при наличии эон поглощения в про1749445 цессе продвижения тампонажного раствора ниже этих зон в пласты уходит часть тампонажного раствора, а посколькутампонажный раствор закачивают строго определенного объема и после закрытия трубного пространства на устье не производят проверку и контроль уровня последнего в обсадной колонне по окончании первого этапа - обратной продавки, внутрь обсадной колонны может поступить недостаточное количество тампонажного раствора и, возможно не поступит совсем, тогда будет иметь место "оголение" башмака. В процессе прямой продавки кольцевое пространство устья скважины не перекрывается, тем самым не используется возможность дополнительной кольматации и изоляции поглощающего горизонта. А в процессе ожидания затвердевания цементного раствора (ОЗЦ) в течение времени до схватывания или загустевания произойдет поглощение еще не успевшего схватиться и затвердеть тампонажного раствора над зоной поглощения — падаетуровень последнего в затрубном пространстве, но тампонажный раствор, из-за малой сжимаемости промывочной жидкости и перекрытого внутриколонного пространства, ниже поглощающего горизонта все же не поступит, Вследствие постоянного движения (перетока в поглощающий горизонт) замедляется скорость роста структурных показателей тампонажного раствора, находящегося над зоной поглощения, и его затвердевание, поэтому продолжительность периода поглощения и падения уровня в затрубном пространстве увеличивается. По изложенным причинам потребуется проведение повторного цементирования для исправления некачественного первичного цементирования и невысокой степени локализации зон осложнений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ обратного цементирования обсадной колонны, включающий закачку тампона>кного раствора в затрубное пространство с выпуском промывочной жидкости из обсадной колонны на устье, контроль положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки — первого этапа цементирования, перекрытие затрубного пространства устья и прямую закачку — второго этапа цементирования, через трубное пространство в поглощающие пласты с расхоДом, обеспечивающим давление закачки продавочной жидкости на глубине поглощающих пластов, по меньшей мере равное разнице гидростатических давлений столбов тампонажного раствора в затрубном и промывочной жидкости в трубном пространствах в течение времени до схватыва-. ния тампонажного раствора.

Недостатком этого способа является то, 5 что он решает задачу оставления тампонажного раствора в межколонном пространстве в необходимом интервале без снижения верхнего уровня тампонажного раствора и изменения положения последнего внизу об10 садной колонны лишь при отсутствии негерметичности предыдущей обсадной колонны и гидравлической связи с заколонным пространством последней. Поскольку возможен гидроразрыв пластов и поглощение

15 тампонажного раствора при прямой закачке воды после поглощения тампонажного раствора, находящегося ниже зоны негерметичности, в поглощающий горизонт будет поступать и вода, что приводит к промыву, 20 межколонным и заколонным перетокам, некачественному цементированию башмака обсадной колонны. Для устранения негерметичности и локализации зон осложнений требуется выполнение ремонтно-изоляци25 онных работ (РИР), связанных с повторным цементированием, Цель изобретения — повышение качества цементирования и надежности локализации зон осложнений, 30 Поставленная цель достигается тем, что закачивают дополнительную порцию тампонажного раствора в объеме поглощения, равную объему поглощения тампонажного раствора в период его продвижения ниже

35 зоны поглощения при обратной продавке и объема дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цементного стакана, высоту которого определяют дважды, предварител ьно перед

40 обратной закачкой из выражения

4 2 Q ïp а l К1а.,".Рр tncx — тд — t р — tq l, тd5(аi — к iа Р" +к а p) где Н вЂ” расчетная высота дополнительного

45 столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше планируемого уровня цементного стакана по окончании первого этапа цементирования — обратной закачки, м;

К1, K2 — переводные коэффициенты при50 емистости пластами тампонажного раствора в отношении к промывочной жидкости . соответственно при прямой и обратной промывках (К1=0тр /Опж, К2=0тр /Опж Р);

Qnl Р— приемистость пласта на различобр

55 ных режимах при обратной промывке, м /c;

Q>i "Р— приемистость пласта при прямой продавке на поглощение, м /с;

Π— производительность цементировочных насосов на 1-скорости, м /c, 1749445

30

40

50

tr

1з — время, пошедшее на эатворение тампонажного раствора. с;

1, о р — время обратной закачки и продавки тампонажного раствора до поглощающего пласта, с;

t< о р — время обратной продавки в интервале от поглощающего пласта до уровня цементного стакана, с;

drr — внутренний диаметр обсадной колонны, м; и уточняют при контроле положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки для определения объема продавочной жидкости второго этапа цементирования — прямой закачки, а последнюю порцию тампонажного раствора в объеме интервала заколонного пространства до поглощающего пласта закачивают с меньшими сроками схватывания, чем ripeдыдущие порции тампонажного раствора, но больше времени первого этапа цементировэния — обратной закачки.

На фиг,1 изображена операция закачки тэмпонажного раствора путем обратной циркуляции; на фиг.2 — операция контроля положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки; на фиг.3— окончание операции закачки продавочной жидкости в обсадную колонну и прямого продавливэния тампонажного раствора в поглощающий горизонт.

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначально в скважину 1 опускают, например, кондуктор 2. Эксплуатационную обсадную колонну 3 с башмаком 4 спускают одной секцией до забоя скважины 1 с поглощающим пластом 5. После спуска обсадной колонны 3 на нее наворачивают цементировочную головку 6 с краном 7 высокого давления и манометром 8, закрывают превентор 9, открывают кран 10 отвода 11 превентора 9 с манометром 12, подсоединяют цементировочные агрегаты и производят профилактическую промывку в режимах, моделирующих процесс цементирования, при этом определяют приемистость поглощающего горизонта 5.

Вначале моделируют первый этап цементирования путем обратной циркуляции, причем в трубном пространстве устья создают противодавление, фиксируемое манометром 8, равное разности давлений, создаваемых столбами тампонажного раствора 13 и промывочной жидкости 14 с учетом гидродинамической составляющей, а подачу создают равную той, на которой будет идти процесс цементирования при прохождении тампонажного раствора 13 ниже эоны 5 поглощения. Время обратной продавки от поглощающего горизонта 5 в ээтрубье до уровня цементного стакана 15 в обсадной колонне 3 составляет, ь v ° Я,- Д - +у 1ь, К1С1 a xi Р 4(О I — К rQ о) бр) где Чс — объем цементного стакана и эатрубного пространства обсадной. колонны ниже зоны поглощения, м;

0вых2 — КОЛИЧЕСТВО ПрОМЫВОЧНОй обр жидкости на выходе трубного пространства скважины при обратной промывке, м /c;

0с — диаметр скважины, м;

dH, d8 — соответственно наружный и внутренний диаметр обсадной колонны, м;

L — длина обсадной колонны, м;

4 — расстояние от устья скважины до эоны поглощения, м;

h — высота цементного стакана, м.

А время обратной продавки в период подъема тампонажного раствора 13 внутри обсадной колонны 3 на высотудополнительного столба 16 составляет н обр н d3H

К а йь . 4 (0 — К10. р где Чн — объем дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне по окончании первого этапа цементировэния, з

Затем моделируют второй этап прямой продавки в поглощающий горизонт 5, при этом кран 10 на отводе 11 превентора 9 закрывают, а в трубное пространство закачивают промывочную жидкость 14 при режимах, когда на устье затрубного пространства поддерживается избыточное давление, фиксируемое манометром 12, также равное разности давлений, создаваемых столбами тампонажного раствора 13 и промывочной жидкости 14 с учетом гидродинамических составляющих. Время прямой продавки тампонажного раствора 13 на поглощение составляет пр х43 Н

4К207

Процесс цементирования планируют закончйть в момент начала схватывания или загустевания первой порции тампонажного раствора 13; нсхтз+тп ОбР+ ОбР+т ОбР+1н IlP пОДСтавим ЗначЕниЯ tu 6P и 1н нсх t 3+ обр+ обр + Н Н

4 0 — К 1 0 Ф ) 4 К 2 0 nf

1749445 откуда получим расчетный объем дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цементного стакана:

5 причем для режима продавки когда на устье трубного пространства поддерживается давление равное атмосферному, 10

Далее определяют дополнительную порцию тампонажного раствора 13 в объеме поглощения на первом этапе цементироваиия:

gpss g др в,ОФ (о -d„+L — 1 j+df+hä

4 (Π— К 1 Q n ) урбр, к О ур оьр к10Ф л43н

4(0! -К 10 @") где Vc Р— объем поглощения тэмпонажно- 20 го раствора в период продвижения ниже зоны поглощения до уровня цементного стакана м, Чн Р— объем поглощения тампонажнообр го раствора при образовании дополнитель- 25 ного столба раствора в обсадной колонне, м.

Складывая последнее (Чс +Чн р) с объемом дополнительного столба тампонэжного раствора (V =0,785ds Hpacw) пол- 30 г учают полный объем поглощения (Чпо-)

В процессе цементирования в затрубное пространство обсадной колонны закачивают тампонажный раствор в объеме кольцевого пространства скважины, цемен- 35 тного стакана и дополнительную порцию в объеме поглощения, При этом последнюю порцию 17тампонажного раствора в объеме интервала эаколонного пространства до поглощающего пласта 5 закачивают с мень- 40 шим сроком схватывания, чем предыдущая порция, но со сроком схватывания, превышающим продолжительность первого этапа цементирования — обратной продавки: л Dk — dH Ig+n Ос — dг I„— li< 45

V псх

ГДЕ Vncк — ОбЪЕМ ПОСЛЕДНЕЙ ПОРЦИИ таМПОнажного раствора, заполняющего затрубное пространство верха обсадной колонны до поглощающего горизонта, м;

Ок — внутренний диаметр обсадных труб кондуктора,м;

Ir глубина спуска кондуктора, м.

Тампонажный раствор 13 при движении ниже поглощающего горизонта 5 частично (Vco p+V„ р) уходит в последний и через башмак 4 поступает в обсадную колонну 3, а вытесняемую промывочную жидкость 14 перепускают через открытое устье обсадной колонны 3 в циркуляционную систему буровой. После закачки всего объема тампонажного раствора 13 он займет уровень, равный сумме высот цементного стакана 15 (hc) и дополнительного столба 16 (Н). Цементировочные насосы останавливают, краны отвода 7 и 10 превентора 9 и цементировочной головки 6 закрывают. Поскольку гидравлическая связь внутриколонного и заколонного пространства через отверстия в башмаке 4 сохраняется, манометром 8 цементировочной головки 6 фиксируют избыточное давление (фиг,2) по которому уточняют объем продавочной жидкости (может служить промывочная жидкость 14) для второго этапа цементирования: дс d) Р, — Р„

Vnp= 4 Нуточн Я р ДЕ Нуточн — УтОЧНЕННЫй ОбЪЕМ ДОПОЛНИтЕЛЬного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цементного стакана по окончании первого этапа цементирования;

Рс, Рн — давление в кольцевом прот странстве устья скважины, соответственно планируемое по окончании прямой закачки и фиксируемое по окончании обратной- закачки, Па; с) — ускорение свободного падения, м/с; р,р, р„ж — соответственно плотность первой порции тампонажного раствора и промывочной жидкости, кг/м .

В идеальном случае величины VH u Vnp должны совпадать.

Кран 7 цементировочной головки 6 открывают и закачивают уточненную порцию продавочной жидкости 14. При этом давление на глубине поглощающих пластов 5 поддерживают, по меньшей мере равным разнице гидростатических давлений столбов тампонажного раствора в затрубном и промывочной жидкости в трубном пространстве, а дополнительный столб 16 тампонажного раствора методом прямой продавки вытесняют из обсадной колонны 3 через башмак 4 в затрубное пространство, далее в поглощающий горизонт 5. Общее время цементирования рассчитывают таким образом, что момент, когда тампонажный раствор 13 в обсадной колонне 1 займет положение цементного стакана 15, соответ; ствует времени начала схватывания или загустения тампонажного раствора 13, Поэтому из-за непредусмотренных технологических остановок или изменений приемистости пласта в процессе проведения операции цементирования вносятся кор1749445

10 рективы (ускоренная, на повышенных давлениях закачка согласно индикаторных кривых ЬР-Q). По окончании закачки кран 7 цементировочной головки 6 закрывают. Так как последняя порция 17тампонажного раствора, находящаяся над зоной 5 поглощения, имеет срок схватывания меньше общей продолжительности цементирования (обратной и прямой закачки), к тому же при операции прямой закачки неподвижна, процессы структурообразования в ней ускоряются и поэтому после окончания цементированйя загустевший тампонажный раствор, вероятнее всего, поглощаться не будет, Перед оставлением скважины на

ОЗЦ превентор 9 открывают.

Пример. Необходимо определить общий объем приготавливаемого тампонажного раствора для обеспечения качественного цементирования. =-2500 м, 4=500 м, п=2300 м, he=50 м, Ос=0„220 м, Ок=0,225 м, Он=0,168 м, ив=0,150 м, Ридж=1100 кг/мз.

Из опыта бурения и после крепления нескольких скважин.на конкретном месторождении с конкретными буровыми и тампонажными растворами установили, что

K> = Кг = 1. В процессе профилактических промывок перед цементированием средняя интенсивность поглощения в процессе обратной закачки с общей производительностью цементировочных насосов равной

Qi--0,014 м /с при продвижении тампонажз ного раствора ниже поглощающего горизонта до уровня цементного стакана в обсадной колонне Опсо Р=0,002 м /с, а средняя интенсивность поглощения при создании дополнительного столба тампонажНОГО раСтВОра QnH обР=0,003 М /С. СрЕдНяя интенсивность поглощения при прямой продавке на поглощение Оп1 "Р=0,004 м /с (при этом производительность одного цементиравочного агрегата также равна 0,004 м /с).

Первую порцию тампонажного раствора закачивают плотностью р р=1830 кг/м, з водоцементным отношением В/Ц=0,5 и сроком начала схватывания таях=1 ч 50 мин (или tncx=6600 с) при температуре, соответствующей забойной t-90 C.

Объем тампонажного раствора в затрубном пространстве обсадной колонны и цементного стакана составляет 41,36 мз. А объем поглощения при продвижении тампонажного раствора ниже зоны поглощения до уровня планируемого цементного стакана.

Расчетное время цементирования до заполнения обсадной колонны тампонажным раствором соответствующего уровню цементного стакана составляет

t3+tn +tc бР-4000 с. Тогда высоту дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цементного стакана (при работе двух цементировочных агрегатов с общей производительностью насосов в процессе обратной продавки в этом интервале равной Q =0,014 и прямой продавки Ом "Р=0,004 м /с) определяют следующим образом.

10

Если величина Н будет превышать

L-he=2450 м, то первую порцию тампонаж ного раствора выбирают с меньшим сроком начала схватывания, Объем поглощения в процессе обратной закачки при создании

15 жинах, характеризующихся наличием поглощающих горизонтов, поскольку позволяет сохранить уровень тампонажного раствора в заколонном пространстве верха обсадной колонны и недопустить

"оголение" башмака и заколонные перетоки. Кроме того, предусмотренный столб тампонажного раствора в обсадной колоннз после обратной закачки и, в зависимости от величины избыточного давления на устье

55 обсадной колонны, объем продавочиой жидкости прямой закачки до момента времени дополнительного столба тампонажного раствора составляет

Ч„обр=2 08 3

Объем последней порции тампонажно20 го раствора, заполняющего затрубное пространство верха обсадной колонны до поглощающего горизонта Vncy,=-37,30 м . Так з как расчетная продолжительность второго этапа цементирования — прямой закачки

25 tH "р=1980 с, последнюю порцию тампонажного раствора подбирают, чтобы срок начала схватывания в забойных условиях был меньше 6600 с, но больше 4692 с, например

5160 с (1 ч 26 мин), чему соответствует тампонажный раствор плотностью Ртр=1900 кг/мЗ с водоцементным отношением

В/Ц=0,4. Регулировать сроки схватывания последней порции можно также обработкой ускорителями схватывания. Pc =-19,1 МПа, а избыточное давление, которое покажет манометр на цементировочной головке по окончании обратной закачки Ря =16,0 МПа.

Объем продавочной жидкости для прямой закачки Vnp =7,63 м . Дополнительная порз ция тампонажного раствора в объеме поглощения: Vnorn=Vc +VH +Чар=10,39. Тогда обр обр необходимый полный объем тампонажного раствора составляет 51,75 мз.

Экономическая эффективность от применения предлагаемого способа обеспечивается за счет повышения качества цементирования обсадной колонны в сква1749445

12 начала схватывания или загустения тампонажного раствора повышают надежность локализации зон осложнений, что исключает проведение ремонтно-изоляционных работ повторного цементирования. 5

Формула изобретения

Способ обратного цементирования обсадной колонны, включающий закачку тампонажного раствора в затрубное пространство с запуском промывочной жид- 10 кости из обсадной колонны на устье, контроль положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки — первого этапа цементирования, перекрытие затрубного пространства устья и прямую закачку — вто- 15 рого этапа цементирования через трубное пространство в поглощающие пласты с расходом, обеспечивающим давление закачки продавочной жидкости на глубине поглощающих пластов, по меньшей мере равное 20 разнице гидростатических давлений столбов тампонажного раствора в затрубном и промывочной жидкости в трубном пространствах в течение времени до схватывания тампонажного раствора, о т л и ч а ю щ- 25 и и с я тем, что, с целью повышения каче ства цементирования и надежности локализации зон осложнений, закачивают дополнительную порцию тампонажного раствора в объеме поглощения, равную объ- 30 ему поглощения тампонажного раствора в период его продвижения ниже эоны поглощения при обратной продавке и объема дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цемент- 35 ного стакана, высоту которого определяют дважды, предварительно перед обратной закачкой из выражения

4кга",Р аР Ql — к аФ tgcx-la-tie 2 Р 40 лба(а -к1а:Р +к а".Р) где Н вЂ” расчетная высота дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше планируемого уровня цементного стакана по окончании первого этапа цементирования — обратной закачки, м;

К1, Кр — переводные коэффициенты приемистости пластами тампонажного раствора в отношении к промывочной жидкости соответственно при прямой и обратной промывках

О тр K2= Qò

Q»g Д П

О р — приемистость пласта на оазных обр режимах при обратной промывке, м /c;

Qni р- приемистость пласта при прямой продавке на поглощение, м /с;

Qi — производительность цементировочных насосов íà i с к (о)р о с тtи, м /c; t >« — срок начала схватывания первой порции тампонажного раствора, с; тз — время, пошедшее на затворение тампонажного раствора, с;

Р— время обратной закачки и прообр давки тампонажного раствора до поглощающего пласта, с;

Р— время обратной продавки в инобр тервале от поглощающего пласта до уровня цементного стакана, с;

d — внутренний диаметр обсадной колонны, м, и уточняют при контроле положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки для определения объема продавочной жидкости второго этапа цементирования — прямой закачки, а последнюю порцию тампонажного раствора в объеме интервала заколонного пространства до поглощающего пласта. закачивают с меньшими сроками схватывания, чем предыдущие порции тампонажного раствора, но больше времени первого этапа цементирования — обратной закачки.

1749445

1749445 Составитель Н,Петров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Пожо

Редактор Н;Яцола

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2574 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, М(-35, Раушская наб., 4/5