Способ цементирования скважин в зонах многолетнемерзлых пород

 

Использование: при заканчивании скважин в зонах многолетнемерзлых пород. Обеспечивает повышение эффективности цементирования за счет сокращения времени цементирования, непрерывности технологического процесса, увеличения полноты вытеснения бурового раствора тампонажным по всей глубине скважины. Сущность изобретения: способ включает закачку первой порции цементного раствора. Ее принимают в объеме заколонного пространства ниже зоны многолетнемерзлых пород. Закачивают ее в заколонное пространство через башмак колонны. Из заколонного пространства в зоне многолетнемерзлых пород удаляют буровой раствор. Это осуществляют продавкой цементного раствора до устья скважины. С устья скважины закачивают вторую порцию цементного раствора в заколонное пространство. Осуществляют обратный переток цементного раствора в обсадную колонну. Переток осуществляют до гидростатического уравновешивания цементного раствора столбом бурового раствора в обсадной колонне. Закачку второй порции цементного раствора осуществляют до начала схватывания его первой порции. При закачке второй порции отмечают максимальную разницу давлений в колонном и заколонном пространствах, Суменьшением этой разницы закачку второй порции цементного раствора прекращают. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (л)5 E 21 B 33/14

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885335/03 (22) 15.10.90 (46) 23.09.92. Бюл. N 35 (75) С.B.Mo÷àëoâ и С.М,Гриднев (56) Середа Н;Г. и др. Бурение нефтяных и газовых скважин, — М,: Недра, 1974, с. 311.

Булатов А.И. Технология цементирования нефтяных и газовых скважин. — M,: Недра, 1983, с. 207.

Патент США М 3876004, кл. Е 21 В

33/14, опублик, 1975. (54) СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН B ЗОНАХ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЦХ

ПОРОД (57) Использование: при заканчивании скважин в зонах многолетнемерзлых пород.

Обеспечивает повышение эффективности цементирования за счет сокращения времени цементирования, непрерывности технологического процесса, увеличения полноты вытеснения бурового раствора тампонажным по всей глубине скважины. Сущность изобретения: способ включает закачку пер%

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть испольаовано при эаканчивании скважин в зонах многолетнемерзлых пород (ММП).

Известен способ прямого одноступенчатого цементирования скважин с продавкой цементного раствора до устья через башмак обсадной колонны (1).

Однако в условиях высокой каверэности замещение бурового раствора цементным неполное, так как в расширенных участках происходит снижение скорости течения цементного раствора, что приводит в процессе

„5U< 1763059 А1 вой порции цементного раствора. Ее принимают в объеме заколонного пространства ниже зоны многолетнемерзлых пород. 3акачивают ее в заколонйое пространство через башмак колонны. Из заколонного пространства в зоне многолетнемерзлых пород удаляют буровой раствор. Это осуществляют продавкой цементного раствора до устья скважины. С устья скважины закачивают вторую порцию цементного раствора в заколонное пространство. Осуществляют обратный переток цементного раствора в обсадную колонну. Переток осуществляют до гидростатического уравновешивания цементного раствора столбом бурового раствора в обсадной колонне, Закачку второй порции. цементного раствора осуществляют до начала схватывания его первой порции.

При закачке второй порции отмечают максимальную разницу давлений в колонном и заколонном пространствах, Суменьшением этой разницы закачку второй порции цементного раствора прекращают. 1 ил. продавки к неравномерному заполнению C) затрубного пространства цементным рас- (Я твором, Регулирование времени контакта О на границе раздела фаз не представляется возможным, т.к. остановки при продавке через башмак нежелательны из-за опасности начала схватывания цементного раствора в колонне (как правило при цементировании в ММП вводят ускорители сроков схватывания), Для повышения качества цементирования объем закачиваемого цементного раствора принимают на 15 — 30% больше расчетного (с учетом зоны смешения), что

1763059 новских жидкостеи, которыи наблюдается при цементировании через башмак обсадной колонны, кольцевые сечения по длине обсадной колонны заполняются цементным раствором неравномерно, а части сечений незаполненные цементным раствором заполняются впоследствии буровым и когда тампонажный раствор под действием сил бокового расширения струи начинает за0 полнять пространство остальной части сечений.

Удаление бурового раствора из зоны

ММП при помощи газа снижает технологичность и увеличивает время на осуществление способа, а как следствие снижает эффективность способа при заканчивании скважин в зонах ММП, так как требуется дополнительное оборудование и персонал для его Обслуживания, Цель изобретения — повышение эффективности цементирования за счет сокращения времени цементирования, непрерывности технологического процесса, а также увеличение полноты вытеснения бурового раствора тампонажным.

Указанная цель достигается тем, что закачивают первую порцию цементного раствора в колонну в объеме заколонного прострайства ниже зоны многолетнемерзлых пород и осуществляют ее продувку через башмак колонны, удаляют буровой раствор из закопанного пространства в зоне многолетнемерзлых пород и заканчивают вторую порцию цементного раствора в эаколонное пространство с устья скважины, причем удаление бурового раствора из заколонного пространства интервала многолетнемерзлых пород осуществляют продавкой цементного раствора до устья скважины, после чего осуществляют обратный переток цементного раствора в обсадную колонну до гидростатического уравновешивания его столбом бурового раствора в обсадной колонне, а закачку второй порции цементного раствора в заколонное пространство осуществляют до начала схватывания первой порции цементного раствора, причем в процессе закачки второй порции цементного раствора отмечают максимальную разницу давлений в колонном и заколонном пространствах и с началом уменьшения этой разницы закачку второй порции цементного раствора прекращают.

Удаление бурового раствора иэ заколонного пространства интервала многолетнемерзлых пород продавкой цементного раствора до устья скважины и последующий обратный переток цементного раствора в обсадную колонну до гидростатического уравновешивания его столбом бурового приводит к перерасходу цемента, а при вы ходе смеси цементного и глийистого растворов на устье возникает проблема его удаления из мерников или амбаров. Все перечисленные ниже факторы снижают эф- 5 фективность осуществления способа в зонах мнотолетнемерэлых пород.

Известен также способ цементирования скважин с обратной циркуляцией путем закачки цементного раствора в затрубном пространстве с выходом его во внутриколонное пространство (23.

Однако в условиях каверзности ствола скважинй полного замещения бурового раствора цементным не происходит, так как 15 течение цементного раствора к башмаку обсадной кОлОнны происходит по линии наи- меньшего сопротивления и из эашламленных зон буровой раствор не удается. В процессе закачки цементный рас- 20 твор перемешивается с буровым и наибольшее смешение наблюдается у первой порции раствора, которая должна закреплять башмак обсадной колонны, это снижает эффективность осуществления 25 способа, при этом для регулирования времени контакта на границе раздела сред необходимо останавливать цементировочные агрегаты, что также осложняет технологический процесс, Трудность определения мо- 30 мента выхода несмешенной порции раствора во внутреннюю полость обсадной колонны также осложняет процесс цементирования.

Известен способ заканчивания сква- 35 жин, включающий спуск обсадной колонны ниже зоны многолетнЕмерэлых пород (ММП), формирование замкнутого пространства за обсадной колонной путем цементирования заколонного пространства 40 до зоны ММП, через башмак обсадной колонны, создание гидравлической связи через регулируемое отверстие в колонне, удаление бурового раствора из интервала

ММП с помощью газа и цементирование 45 обсадной колонны с устья Q).

Однако в процессе формирования замкнутого пространства эа обсадной колон. ной путем цементирования заколонного пространства до эоны ММП через башмак 50 обсадной колонны будет происходить неполное замещение бурового раствора цементным из-эа сложности в регулировании времени контакта на границе раздела вытесняемой и вытесняющей жидкостей (буро- 55 вого - и цементного, раствора соответственно) в процессе продавки по-. следней в результате необходимости остановок цементировочных агрегатов. При гравитационном режиме течения пеньюто1763059 раствора при фиксации максимальной раз- 10 ницы давлений в колонном и эаколонном

30

5 раствора в обсадной колонне позволяет повысить эффективность цементирования за счет сокращения времени цементирования, непрерывности технологического процесса; а также позволит увеличить полноту вытеснения бурового раствора тампонэжным.

Закачка второй порции цементного раствора в заколонном пространстве до начала схватывания первой порции цементного пространствах, а также прекращение закачки второй порции цементного раствора с началом уменьшения разницы давлений позволяет сократить время цементироаания и предотвращает оставление излишних цементных стаканов а обсадных колоннах, что повысит эффективность цементироаания скважин, Чертеж иллюстрирует предлагаемый способ.

На чертеже изображена обсадная колонна, 1, замерзающий буровой раствор 2, внутриколонное пространство 3, заколонное пространство 4, цементный раствор 5, буферная жидкость 6, продааочная жидкость 7, выкидная линия 8, задвижка 9, це. ментировочная головка 10, манометр 11, мерная емкость 12.

Способ осуществляется следующим образом.

После спуска обсадной колонны 1 ниже эоны ММП закачивают во внутриколонное пространство 3 буферную жидкость 6. затем

После падения максимальной разности давлений на заданную величину закрывают задвижку 9 нэ выкидной линии 8.

Пример. Бурят скважину а зоне распространения многолетнемерзлых пород. П роиз водят ка верном етри ю ствола скважины, Глубину бурения определяют, исходя из геолого-технических условий. Как правило, необходимая глубина бурения определяется из условий перекрытия обсадной колонной многолетйемерэлых пород и надежного ее крепления на весь период бурения. Исходя из этого глубина спуска составляет 350 — 600 метров, а в некоторых

5 случаях до 1200 метров. По данным кавернометрии определяют объем затрубного, пространства и необходимый объем цементного раствора. Для подмерэлотных интервалов кааернозйос1Ъ сбстэвляет 20-30% от номинального диаметра скважины, Производят расчет цементирования до зоны ММП при следующих исходных параметрах; глубина скважины Н = 1200 м, глубина расположения нижней границы

5 многолетнемерэлых пород Нммп = 500 м, диаметр долота бд = 393,7 мм, наружный диаметру спускаемой обсадной колонны

Он - 324 мм, внутренний диаметр спускаемой обсадной колонны Ов = 304 мм, обратный клапан типа ЦКОД устанавливают на расстоянии 10 м от башмака обсадной колонны. Объем цементного раствора в заколонном пространстве при цементировании до зоны ММП определяет по формуле

40 г г = дОь Нц.ст, 3,14 х 0,304

V=55+0,7=55,7 м. закачивают цементный раствор 5 и снова буферную жидкость 6. Продавливают буферную жидкость 6 продааочной жидкостью 7 до устья. Затем открывают задвижку

9 на выкидной линии 8, соединенной с цементировочной головкой 10 и осуществляют переток цементного раствора в мерную емкость 12, до выхода на равновесие, выход на равновесие можно зафиксировать по снижению скорости потока, затем начинают эакачку цементного раствора с устья до начала падения максимальной разности давлений во внутриколонном пространстве

3 и заколонном пространстве. Падение давления определяют по манометру 11, При выходе цементного раствора на равновесие в расширенных участках ствола площадь контакта на границе раздела сред увеличивается, что снижает скорость перетока, а на участках ствола с номинальным диаметром скорость перетока увеличивается. Это способствует более качественному удалению бурового раствора эа счет автоматического регулирования времени контакта на границе раздела сред.

Ч1= (dгд K — Онг) (Н вЂ” Нммп); (1) Vg = д (0,394 .1,3 — 0,324 )(1200 — 500) =55 м .

Объем цементного раствора в колонне определяем по формуле:

Тогда объем цементного раствора, который необходимо закачать а обсадную колонну

Платность цементного раствора закачивэемого во внутриколонное пространство

1763059 прй цементировании до зоны ММП рассчитывают по формуле. ж Нбж+ ж Нпж; р

Р р — н„, Обозначения в формулах {1-3) следующие: -.. . 10

d„-"диаметр долота, м;

К вЂ” коэффициент каверноэности;

Н вЂ” глубина скважины, м;

Нммп — глубина подошвы ММП, м;

D<> — внутренний диаметр обсадной ко- 15

ЛОННЫ, М;

Рбж- плотность 6УфеРной жиДкости, кг/м;

Нб.ж. — ВЫСОта СтОЛба бУфЕРНОй ЖИДКОсти, м; : .. 20 фж- ПЛОТНОСТЬ ПРОДЭВОЧНОИ ЖИДКОСТИ, кг/м;

Нл.ж. — высота столба продавочной жидкости, м, Нч.р. — высота столба цементного рас- .25 творе в заколонном пространстве, м;

1100 х 137 + 1063 х 1010

120.30 — —

150700 + 1073630 з

7После спуска обсадной колонны закачи-. 35 вают 10 м буферной жидкости, затем

55,7 м цементного раствора, плотностью

1,8 г/смз, потом еще 10 м буферной жидкости и продавливают буферную жидкость во: дой до выхода цементного раствора на 40 устье, Затем открывают задвижку на выкидной лйнии и перепускают раствор в мерную емкость путем выхода его на равйовесие, Момент закрытия задвижки на стояке .45 определяем по показанию майометра, Ма«симальная разность давлений между эаколонным и внутриколонным пространствами будет наблюдаться в момент, когда цемент1„ ный раствор достигнет башмака обсадной колонны, после чего разность давлений начнет уменьшаться. При уменьшении давления на величину hP = 1,8 кг/см, что соответствует выходу цементного раствора в обсадную колЬнну на 10 м, задвижку необходимо закрыть на период ОЗЦ.

Способ заканчивания скважин в зонах .

ММП обеспечит полное вытеснение бурового раствора тампонажным и позволйт повысить эффективность цементирования скважин.

Формула изобретения

Способ цементирования скважин в 30нах многолетнемерзлых пород, включающий закачку первой порции цементным раствором в колонну в объеме эаколонного пространства ниже зоны многолетнемерз- . лых пород, ее продавку в заколонное пространство через башмак колонны, удаление бурового раствора из заколонного пространства в зоне многолетнемерзлых пород и закачку второй порции цементного раствора в заколонное пространство с устья скважины. отличающийся,тем, что, с целью повышения эффективности цементирования за счет сокращения времени цементи рова ния, непрерывности технологического процесса, а также увеличения полноты вытеснения бурового раствора тампонажным по всей глубине скважины, удаление бурового раствора иэ заколонного пространства интервала многолетнемерэлых пород осуществляют продавкой цементного раствора до устья скважины, после чего осуществляют обратный переток цементного раствора в обсадную колонну до гидростатического уравновешивания его столбом бурового раствора в обсадной колонне, а закачку второй порции цементного раствора в заколонное пространство осуществляют до начала схватывания первой порции цементного растворе, причем в процессе закачки второй порции цементного раствора отмечают максимальную разницу давлений в колонном и заколонном пространствах и с началом уменьшения этой разницы закачку второй порции цементного раствора прекращают.

1763059

12

Составитель С. Мочалов

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор

Заказ 3409 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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