Способ цементирования скважин

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способу цементирования нефтяных, газовых и водяных скважин. Способ включает спуск в скважину обсадной колонны, промывку ствола, закачивание в обсадную колонну буферной жидкости и тампонажного раствора, продавку их в заколонное пространство, размещение тампонажного раствора в заколонном пространстве и оставление его на время ожидания затвердения цемента. После продавки буферную жидкость в заколонном пространстве расхаживают один и более раз «вниз-вверх», попеременно продавливая всю или часть ее из заколонного пространства в обсадную колонну и обратно на различную высоту и с различной скоростью, одновременно с этим тампонажный раствор расхаживают в колонне или продавливают его головную порцию в заколонное пространство и расхаживают ее вместе с буферной жидкостью, после окончания расхаживания тампонажный раствор продавливают в заколонное пространство. Способ обеспечивает повышение качества цементирования скважин за счет более эффективного вытеснения бурового раствора, удаления фильтрационной корки, очистки труб и элементов оснастки от глины и шлама, а также предварительного перемешивания, гидратации и улучшения свойств тампонажного раствора - камня.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при цементировании скважин, пробуренных на нефть, газ, воду и другие полезные ископаемые.

Известен способ цементирования обсадной колонны в скважине, включающий закачку в обсадную колонну тампонажного раствора, продавку его в заколонное пространство до появления на устье, закачку его обратно в обсадную колонну с созданием круговой циркуляции [1].

Недостатком известного способа является низкая эффективность подготовки ствола и разобщения пластов из-за того, что при цементировании в процессе круговой циркуляции происходит смешение тампонажного раствора с буровым и ухудшение вследствие этого физико-механических свойств тампонажного камня.

Известен способ прямого цементирования скважин, по которому в скважину спускают обсадную колонну, закачивают в колонну буферную жидкость и тампонажный раствор, продавливают их в заколонное пространство, размещают тампонажный раствор за обсадной колонной и оставляют в покое на время ожидания затвердения цемента [2]. По этому способу буферная жидкость закачивается между буровым и тампонажным раствором, предотвращает их смешение, вытесняет буровой раствор из затрубного пространства и удаляет фильтрационную корку.

Однако известный способ не обеспечивает качественное разобщение пластов - при освоении и эксплуатации возникают межпластовые перетоки. Причиной этого является недостаточно полное вытеснение бурового раствора из скважины, недостаточное удаление фильтрационной корки со стенок, неэффективная очистка каверн и колонны от остатков бурового раствора и шлама, а также усадочные деформации тампонажного раствора в начальный период гидратации.

Целью изобретения является повышение качества подготовки ствола и разобщения пластов при цементировании скважин.

Поставленная цель достигается способом цементирования скважины, включающим спуск в скважину обсадной колонны, промывку ствола, закачивание в обсадную колонну буферной жидкости и тампонажного раствора, продавку их в заколонное пространство, размещение тампонажного раствора в заколонном пространстве и оставление его на время ожидания затвердевания цемента, отличающимся тем, что после продавки буферную жидкость в заколонном пространстве расхаживают один и более раз «вниз-вверх», попеременно продавливая всю или часть ее из заколонного пространства в обсадную колонну и обратно на различную высоту и с различной скоростью, одновременно с этим тампонажный раствор расхаживают в колонне или продавливают его головную порцию в заколонное пространство и расхаживают ее вместе с буферной жидкостью, после окончания расхаживания тампонажный раствор продавливают в заколонное пространство.

По этому способу после или в период расхаживания буферной жидкости в заколонное пространство продавливают головную порцию тампонажного раствора и расхаживают ее вместе с буферной жидкостью.

При цементировании скважин для вытеснения бурового раствора, удаления корки, предупреждения смешения бурового и тампонажного растворов используются различные виды буферных жидкостей: вода, химически активные растворы кислот, щелочей, солей, эрозионные, комбинированные, вязкоупругие разделители и др.

По известному способу подготовки ствола и цементирования скважины буферная жидкость прокачивается перед тампонажным раствором однократно, продолжительность и эффективность ее действия невелики.

Известно, что качество подготовки ствола и цементирования скважин повышается с увеличением объема и продолжительности воздействия буферной жидкости на стенки скважин, а также в случае, если тампонажный цемент предварительно проходит стадию интенсивной гидратации и усадочной деформации при предварительном перемешивании. Предлагаемый способ основан на том, что за счет многократного расхаживания столба буферной жидкости увеличиваются скорость, объем и продолжительность воздействия ее на стенки скважины. За счет этих факторов происходит более эффективная эрозия корки, очистка каверн, труб и элементов оснастки от остатков бурового раствора и шлама, которые, переходя в буферную жидкость, в последующем выносятся из заколонного пространства. В результате очистки ствола повышается герметичность контакта цементного кольца с породой и колонной. Кроме этого, тампонажный раствор при расхаживании в колонне сохраняет высокую седиментационную устойчивость, проходит стадию наиболее интенсивной гидратации и усадочных деформаций, что также снижает вероятность образования каналов в камне и на его контактах с колонной и породой.

Высота расхаживания буферной жидкости и одновременно тампонажного раствора может составлять от нескольких сантиметров до сотен метров. Количество циклов и продолжительность расхаживания жидкостей можно увеличить или уменьшить, регулируя сроки загустевания тампонажного раствора соответствующими добавками замедлителей или ускорителей схватывания.

Наиболее целесообразно расхаживать буферную жидкость в заколонном пространстве в интервале нефтегазоводоносных пластов продуктивного горизонта, где должен быть обеспечен наиболее полный контакт цемента с колонной и породой.

Новизна способа заключается в том, что:

- первоначально в затрубное пространство продавливается только буферная жидкость, а тампонажный раствор остается в колонне;

- столб буферной жидкости расхаживают в заколонном пространстве «вверх-вниз-вверх» многократно, на различную высоту, с различной скоростью, в течение времени, допустимого по срокам загустевания тампонажного раствора;

- тампонажный раствор одновременно расхаживают в обсадной колонне;

- часть тампонажного раствора можно одновременно с буферной жидкостью расхаживать в заколонном пространстве.

Совокупность указанных действий обеспечивает по сравнению с известными способами цементирования более длительное и эффективное динамическое воздействие буферной жидкости и тампонажного раствора, удаление фильтрационной корки и остатков шлама, очистку каверн. Кроме того, в этих динамических условиях тампонажный цемент проходит стадию интенсивной гидратации и усадочных деформаций. Эти факторы обеспечивают более качественную подготовку ствола, улучшение свойств тампонажного камня, высокую герметичность его контактов с колонной и породой и, соответственно, более высокое качество крепления скважин и разобщения пластов.

Из существующего уровня техники нам не известен способ, включающий совокупность указанных выше действий, обеспечивающий достижение поставленной цели, что позволяет нам сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».

Способ осуществляется следующим образом.

В спущенную в скважину колонну обсадных труб, оснащенную обратным клапаном типа ЦКОД без запорного элемента - шара, после промывки закачивают расчетный объем буферной жидкости, закачивают тампонажный раствор в объеме, достаточном для вытеснения части или всего объема буферной жидкости в заколонное пространство. Вытесняют (продавливают) буферную жидкость в заколонное пространство. Останавливают продавку, давление стравливают, открывают краны в линиях обвязки на устье и сообщают колонное пространство с емкостью цементировочного агрегата. При этом гидростатическое давление тампонажного раствора в колонне превышает давление столба буферной жидкости и бурового раствора в заколонном пространстве. Герметизируют устье скважины, закачивают в заколонное пространство цементировочным агрегатом буровой раствор в объеме, необходимом для движения буферной жидкости «вниз» на запланированную высоту. При этом буферная жидкость движется вниз и вытесняется в колонну, тампонажный раствор движется в колонне «вверх», и часть его вытесняется из колонны в агрегат. После этого цементировочным агрегатом закачивают в колонну вытесненный объем тампонажного раствора и вновь продавливают буферную жидкость в заколонное пространство. Если плотность тампонажного раствора значительно превышает плотность буферной жидкости и бурового раствора, то возможно вытеснение буферной жидкости в заколонное пространство без закачивания тампонажного раствора в колонну за счет превышения давления в заколонном пространстве. После повторного вытеснения буферной жидкости один цикл расхаживания ее столба в заколонном пространстве «вверх-вниз-вверх», а тампонажного раствора в колонне «вниз-вверх-вниз» завершается. Этот цикл повторяют несколько раз пока позволяют строки загустевания тампонажного раствора. Скорость движения, высоту столба буферной жидкости и давления в заколонном пространстве регулируют производительностью агрегатов на устье скважины, скоростью и объемом закачивания бурового раствора. Количество циклов расхаживания буферной жидкости в заколонном пространстве, а тампонажного раствора в колонне может быть увеличено за счет уменьшения высоты расхаживания столба буферной жидкости до нескольких метров. В период расхаживания буферная жидкость разрушает фильтрационную корку на стенках скважины, очищает каверны, турбулизаторы, скребки от остатков бурового раствора и шлама. Тампонажный раствор, двигаясь в колонне, проходит стадию интенсивной гидратации, сохраняет седиментационную устойчивость. После завершения расхаживания буферной жидкости в колонну закачивают необходимый объем тампонажного раствора, пускают разделительную пробку с запорным элементом обратного клапана. Закачивают продавочную жидкость, проводят цементирование обычным порядком. После получения сигнала «стоп» колонну оставляют под давлением.

Пример осуществления способа

Обсадную колонну диаметром 146 мм, оснащенную обратным клапаном ЦКОД без запорного элемента - шара спустили в скважину диаметром 216 мм глубиной 2500 м. Промыли скважину буровым раствором плотностью 1150 кг/м³ в течение 2 циклов циркуляции. Произвели расстановку и обвязку цементировочной техники. Один цементировочный агрегат обвязали на затрубное пространство. Приготовили и закачали в колонну 10 м³ эрозионной буферной жидкости плотностью 1200 кг/м³, содержащей песок, цемент, КМЦ и воду. Приготовили и закачали в колонну облегченный цементный раствор плотностью 1400 кг/м³, в количестве, достаточном для заполнения колонны - 32,2 м². При этом вся буферная жидкость была продавлена в заколонное пространство, где она поднялась на 502 м от забоя. После этого открыли краны на трубах обвязки на устье скважины и закачали в затрубное пространство агрегатом 10 м³ бурового раствора с расходом 15,5 л/с. При этом буферная жидкость пошла вниз со скоростью 0,78 м/с и была продавлена в колонну в полном объеме после закачки в затрубное пространство объема бурового раствора, равного объему буферной жидкости. А объем тампонажного раствора, равный объему буферной жидкости, был вытеснен из колонны в цементировочные агрегаты. При открытом затрубном пространстве, закачивая двумя агрегатами 10 м³ возвратного тампонажного раствора со скоростью 20,4 л/с, продавили буферную жидкость вновь в затрубное пространство со скоростью 1,02 м/с. Таким образом, один цикл расхаживания буферной жидкости «вверх-вниз-вверх» со скоростями 0,78 и 1,02 м/с завершился. Одновременно с буферной жидкостью в постоянном движении и перемешивании находился тампонажный раствор. Повторили цикл расхаживания буферной жидкости «вниз-вверх» еще раз. В результате продолжительность воздействия буферной эрозийной жидкости на стенки скважин увеличилась в 5 раз, резко возросла эффективность удаления корки, вытеснения остатков бурового раствора и шлама, очистки обсадной трубы и элементов ее оснастки. После завершения расхаживания буферной жидкости в затрубное пространство продавили облегченный тампонажный раствор и еще 10 м³ цементного раствора нормальной плотности до получения сигнала «стоп». Оставили скважину на ОЗЦ. Общая высота подъема цемента за колонной составила 2220 м.

Высота расхаживания столба буферной жидкости в заколонном пространстве может быть уменьшена до нескольких метров, если в заколонном пространстве с устья закачивать небольшой объем бурового раствора.

Разработанный способ может использоваться при цементировании вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин с использованием буферных жидкостей различного типа - растворов солей, кислот, щелочей, воды, эрозийного типа, вязкоупругих составов и др. Способ особенно эффективен для очистки ствола в наклонно- направленных и горизонтальных скважинах, когда обсадная колонна недостаточно центрируется и прилегает к стенке скважины.

Источники информации

1. А.с. СССР №1837099, кл. Е21В 33/14, 1993 г.

2. Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. Под редакцией А.И.Булатова, М., Недра, 1977, 252 с.

Способ цементирования скважины, включающий спуск в скважину обсадной колонны, промывку ствола, закачивание в обсадную колонну буферной жидкости и тампонажного раствора, продавку их в заколонное пространство, размещение тампонажного раствора в заколонном пространстве и оставление его на время ожидания затвердения цемента, отличающийся тем, что после продавки буферную жидкость в заколонном пространстве расхаживают один и более раз «вниз-вверх», попеременно продавливая всю или часть ее из заколонного пространства в обсадную колонну и обратно на различную высоту и с различной скоростью, одновременно с этим тампонажный раствор расхаживают в колонне или продавливают его в головную порцию в заколонное пространство и расхаживают ее вместе с буферной жидкостью, после окончания расхаживания тампонажный раствор продавливают в заколонное пространство.