Способ цементирования обсадных колонн

 

Использование: в области строительства нефтяных и газовых скважин, в частности, при цементировании обсадных колонн при низких пластовых давлениях. Обеспечивает перекрытие вяжущими смесями заколонного пространства от забоя до устья независимо от создаваемых перепадов давлений в системе скважина-пласт и повышение надежности работ по цементированию. Сущность изобретения: по способу перед подачей вяжущих смесей из заколонного и внутриколонного пространства скважины удаляют промывочный агент. Перекрывают внутриколонное пространство по всему сечению в призабойной зоне. После этого вяжущие смеси подают в заколонное пространство порциями с подачей последующей порции после схватывания предыдущей и определения высоты ее подъема. При этом вяжущие смеси с наполнителями подают в интервалы поглощающих пластов. В течение всего процесса подачи вяжущих смесей внутриколонное пространство периодически заполняют жидкостью с условием допустимого превышения давления в заколонном пространстве над внутриколонным в период схватывания очередной порции вяжущей смеси. 7 ил.

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, в частности к способам цементирования обсадных колонн при низких пластовых давлениях.

Известны способы цементирования обсадных колонн при низких пластовых давлениях в скважинах, по которым с целью снижения давления на пласты используют тампонажные вяжущие смеси, имеющие меньшую плотность, чем плотность цементных растворов. В качестве таких смесей применяют различные составы, содержащие облегчающий наполнители, в частности, глинопорошок (cм. например, книгу В.С.Данюшевского "Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов", М. Недра, 1978, с. 55-58). Однако при пластовых давлениях, равных гидростатическому давлению столба воды или ниже, использование такой облегченной вяжущей смеси, имеющей плотность более 1500 кг/м³приводит к поглощениям.

Для дополнительного снижения давления в скважинах используют ступенчатые методы, при которых обсадные колонны в скважинах цементируют, начиная снизу (см. например, книгу А.И.Булатова "Тампонажные материалы и технология цементирования скважин", М. Недра, 1991, с. 13-17). Такие методы позволяют дополнительно уменьшить репрессии со стороны тампонажной смеси на пласты с низкими давлениями, но не исключают возможность ее поглощений. В случаях же недоподъема смеси до заданной высоты возникает необходимость проведения длительных и дорогостоящих ремонтных работ.

Целью настоящего изобретения является перекрытие вяжущими смесями заколонного пространства от забоя до устья независимо от создаваемых перепадов давлений в системе скважина-пласт и повышение надежности работ по цементированию.

Для достижения указанной цели перед подачей вяжущих смесей из заколонного и внутриколонного пространств скважины удаляют промывочный агент, перекрывают внутриколонное пространство по всему сечению в призабойной зоне, после чего вяжущие смеси подают в заколонное пространство порциями с подачей последующей порции после схватывания предыдущей и определения высоты ее подъема, при этом вяжущие смеси с наполнителями подают в интервалы поглощающих пластов, а в течение всего процесса подачи вяжущих смесей внутриколонное пространство периодически заполняют жидкостью с условием допустимого превышения давления в заколонном пространстве над внутриколонным в период схватывания очередной порции вяжущей смеси.

Сущность предложенного способа поясняется фигурами, где изображены: фиг. 1 схемы скважины и обсадной колонны с седлом для посадки шара, из которых удален промывочный агент, а также поглощающих пластов и глубины их размещения; фиг. 2 схемы скважины и обсадной колонны с седлом, его отверстие перекрыто шаром; фиг. 3 схемы скважины, обсадной колонны и первой порции вяжущей смеси; фиг. 4 схемы скважины, обсадной колонны, первой и второй порций вяжущих смесей; фиг. 5 схемы скважины, обсадной колонны, 1-3 порций вяжущих смесей и жидкости, залитой в колонну до верхнего уровня нижнего поглощающего пласта; фиг. 6 схемы скважины, обсадной колонны, 1-4 порций вяжущих смесей и жидкости, залитой в колонну до нижнего уровня верхнего поглощающего пласта; фиг. 7 схемы скважины, обсадной колонны, пяти порций вяжущих смесей и жидкости, залитой в колонну на всю ее глубину.

Пример осуществления способа.

Производится цементирование 324-мм обсадной колонны (кондуктора), спущенной в скважину глубиной 300 м, пробуренную долотами диаметром 394 мм. Скважина вскрыла два сильно поглощающих пласта на глубинах 150-190 и 220-260 м. Давления в этих пластах ниже гидростатического давления столба воды, в связи с чем бурение велось с использованием аэрированного бурового раствора в качестве промывочного агента. Подъем тампонажных вяжущих смесей за колонной предусматривается до устья. Цементное кольцо должно быть непроницаемым, иметь высокую механическую прочность и долговечность, поскольку поглощающие пласты содержат питьевую воду.

Использовать известные вяжущие смеси на основе портландцемента с облегчающими наполнителями невозможно в связи с их высокой плотностью, а из аэрированных цементных растворов, имеющих низкую плотность, образуется некачественный, механически непрочный и высокопроницаемый камень.

В сложных горно-геологических условиях, аналогичных описанным и почти повсеместно встречающихся, известными методами качественно и надежно зацементировать обсадные колонны невозможно. В данных условиях цементирования осуществляется по предлагаемому способу. Работы ведутся в следующем порядке.

1. После спуска кондуктора с помощью компрессора из внутриколонного и заколонного пространств скважины удаляется аэрированный буровой раствор (фиг. I).

2. В колонну сбрасывается шар, который стопорится в седле, установленном в ее нижней части, после чего он не может перемещаться ни вверх, ни вниз (фиг. 2) и этим перекрывается внутреннее сечение колонны.

3. С устья заколонное пространство заполняется первой порцией вяжущей смеси раствором из цемента, воды и пластифицирующей добавки, при пониженном водоцементном отношении (В/Ц). Такая вяжущая смесь позволяет получить высокопрочный и непроницаемый цементный камень в призабойном интервале цементируемого пространства, на глубинах 300- 260 м (фиг. З).

4. После этого в заколонное пространство с устья подается вторая порция вяжущей смеси для перекрытия нижнего поглощающего интервала (260-220 м). В эту вяжущую смесь, имеющую ускоренные сроки схватывания, с целью исключения поглощений вводятся закупоривающие наполнители, например, 3 древесных опилок и щепы (фиг. 4). Поскольку высота столба этой смеси невелика (40 м), опасность поглощений минимальна.

5. После схватывания этой порции вяжущей смеси геофизическими или иными методами (например, эхолокацией) определяется глубина ее верхнего уровня. Если окажется, что поглощающий пласт полностью не перекрыт этой вяжущей смесью, то производятся расчеты необходимого объема и подается дополнительное количество такой же по составу вяжущей смеси. Подобная операция, при необходимости, повторяется до полного перекрытия цементным камнем данного интервала поглощения.

6. После схватывания вяжущей смеси, перекрывшей данный поглощающий интервал, внутриколонное пространство заполняется жидкостью (например, водой) до зацементированного верхнего уровня (220 м). Затем в заколонное пространство подается третья порция вяжущей смеси цементного раствора с пластификатором и пониженным В/Ц, которым перекрывается интервал 220-190 м (фиг. 5).

7. Внутриколонное пространство заполняется жидкостью (например, водой) до глубины 130 м (верхний уровень вяжущей смеси). После этого в заколонное пространство подается четвертая порция быстротвердеющей вяжущей смеси с закупоривающими наполнителями для перекрытия верхнего поглощающего интервала I90-I50 м (фиг. 6).

Работы здесь проводятся в том же порядке, что и при перекрытии нижележащего поглощающего интервала (см. п. 4).

После того, как будет перекрыт полностью этот поглощающий интервал, во внутриколонное пространство для его полного или частичного заполнения подается жидкость (например, вода). Затем подается в заколонное пространство (интервал 150-0 м) пятая порция вяжущей смеси, состоящая из цементного раствора с пластификатором и пониженным В/Ц, до появления ее на устье.

На этом процесс цементирования закончен (фиг. 7) и работы по дальнейшей проводке скважины могут быть продолжены.

При проведении вышеописанных работ по цементированию, во время твердения вяжущих смесей, как видно из изложенного, постоянно поддерживалось в заколонном пространстве избыточное давление по отношению к внутриколонному, что исключало возможность образования микрозазоров между формирующимся камнем и вмещающими его поверхностями стенками труб и скважины.

При цементировании по традиционным методам в связи с необходимостью вытеснения из скважины бурового раствора нередко имеют место одностороннее заполнение заколонного пространства вяжущей смесью, образование каналов в цементном кольце. При использовании же предлагаемого способа, когда жидкость до цементирования удалена, такие отрицательные явления исключаются, в заколонном пространстве образуется сплошное по всему сечению кольцо.

Такой способ цементирования позволяет поднять тампонажную смесь любой плотности до устья без ее облегчения и без использования ступенчатых методов при сильных поглощениях, в том числе и при катастрофических.

В связи с ужесточением требований к охране недр, окружающей природной среды, к качеству разобщения пластов, содержащих питьевую воду, нормативными документами установлена необходимость подъема тампонажных вяжущих смесей, прежде всего за кондукторами и промежуточными колоннами, от забоя до устья. Известные методы не позволяют достичь этого в условиях катастрофических поглощений. При некачественных цементированиях, что нередко случается в таких экстремальных горно-геологических условиях, приходится проводить ремонтные работы в скважинах, что требует значительных затрат времени и средств.

Как следует из вышеизложенного, предлагаемый способ имеет ряд преимуществ перед известными. Он дает возможность: 1) повысить надежность работ по разобщению пластов, увеличить устойчивость стенок скважин и обсадных колонн за счет заполнения заколонного пространства высокопрочным цементным камнем (применяемые в настоящее время тампонажные смеси из портландцемента с облегчающими добавками дают камень с уменьшенной прочностью и более высокой проницаемостью, чем камень без таких добавок); 2) упростить и облегчить процесс проведения работ благодаря исключению использования ступенчатых методов цементирования; 3) исключить проведение ремонтных работ, связанных с некачественным цементированием поглощающих скважин; 4) за счет перечисленного в пп. 1), 2) и 3) сократить продолжительность работ по цементированию и получить экономический эффект. 2

Формула изобретения

Способ цементирования обсадных колонн в поглощающих скважинах, включающий подачу в заколонное пространство скважин вяжущих смесей и подачу вяжущих смесей с наполнителями, отличающийся тем, что перед подачей вяжущих смесей из заколонного и внутриколонного пространств скважины удаляют промывочный агент, перекрывают внутриколонное пространство по всему сечению в призабойной зоне, после чего вяжущие смеси подают в заколонное пространство порциями с подачей последующей порции после схватывания предыдущей и определения высоты ее подъема, при этом вяжущие смеси с наполнителями подают в интервалы поглощающих пластов, а в течение всего процесса подачи вяжущих смесей внутриколонное пространство периодически заполняют жидкостью с условием допустимого превышения давления в заколонном пространстве над внутриколонным в период схватывания очередной порции вяжущей смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7