Установка цементного моста на равновесие расчет

Обновлено: 27.04.2024

9 ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ СКВАЖИН

Под тампонажным цементом понимается продукт, состоящий из смеси тонкомолотых вяжущих веществ (портландцемент, шлак, известь и др.), минеральных (кварцевый песок, опока, диато­мит, цеолит, трепел, глина, шлак и др.) или органических (резиновая крошка, нефтяной кокс, и др.) добавок, после затворения которого водой, получают раствор, а затем камень.

9.1.Тампонажные портландцементы по ГОСТ 1581-91

Стандарт распространяется на тампонажные портландцементы, изготовляемые на основе портландцементного клинкера и предназначенные для цементирования нефтяных, газовых и других скважин.

А) По вещественному составу портландцементы подразделяются на следующие типы:

I - тампонажный портландцемент бездобавочный;

I - G - тампонажный портландцемент бездобавочный с нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,44;

I -Н - тампонажный портландцемент бездобавочный с нормированными требованиями при водоцементном отношении, равном 0,38;

II - тампонажный портландцемент с минеральными добавками;

III - тампонажный портландцемент со специальными добавками, регулирующими плотность цементного теста.

Б) По плотности цементного теста портландцемент типа III подразделяется на:

Значение плотности цементного теста для цемента типа III , г/см 3

обозначение средней плотности

обозначение средней плотности

В) По температуре применения портландцементы типов I , II и III подразделяют на цементы, предназначенные для:

-низких и нормальных температур (15-50) 0 С;

-умеренных температур (51-100) 0 С;

-повышенных температур (101-150) 0 С.

Г) По сульфатостойкости портландцементы подразделяют на:

а) типы I , II и III :

-обычный (требования по сульфатостойкости не предъявляют);

б ) типы I-G , I- Н :

-высокой сульфатостойкости (СС-1);

-умеренной сульфатостойкости (СС-2).

Условное обозначение цемента должно состоять из:

-буквенных обозначений цемента: ПЦТ - портландцемент тампонажный;

-обозначения типа цемента - по п.А;

-обозначения сульфатостойкости цемента - по п.Г;

-обозначения средней плотности цементного теста для цемента типа III -по п.Б (таблица 8.1.);

-обозначения максимальной температуры применения цемента - по п.В;

-обозначения гидрофобизации или пластификации цемента – ГФ или ПЛ;

-обозначения стандарта – ГОСТ 1581-91.

Требования к физико-механическим показателям цементов типов I , II и III

Значения для цемента при следующих

низких и нормальных

умеренных и повышенных

1.Прочность при изгибе, МПА, не менее, в возрасте:

2. Тонкость помола:

5. остаток на сите с сеткой №008 по ГОСТ 6613, не более

-удельная поверхность, м 2 /кг, не менее

3. Водоотделение, мл, не более

4. Растекаемость цементного теста, мм, не менее для цемента:

5. Время загустевания до консистенции 30Вс, мин, не менее

Требования к физико-механическим показателям цементов типов I - G и I -Н

Значение для цемента типов I - G и I -Н

1. Прочность на сжатие, МПа, через 8 часов твердения при температуре:

2. Водоотделение, мл

3.Консистенция цементного теста через 15-30 мин режима испытания, Вс

4. Время загустевания до консистенции 100Вс, мин

9.2.Тампонажные портландцементы по спецификации АР I

По спецификации Oil Well Cements - Spec 10 A , Spec 10 A - A 2 Американского Нефтяного Института (АР I ) существует нижеуказанные классы цементов.

Классификация цементов по спецификации АР I

Класс цемента по АР I

Плотность цементного раствора

Выход цементного раствора

9.3.Расчёт режима цементирования скважины

Для практических расчётов цементирования скважины возможно использовать нижеприведённые формулы.

При цементировании эксплуатационных колонн необходимо выполнение условия:

где: Рсз - гидростатическое давление в кольцевом пространстве на

Ргз – гидродинамическое давление в кольцевом пространстве (по

длине спущенной колонны);

Ргрп – давление гидроразрыва пластов на глубине Н.

Гидродинамическое давление в кольцевом пространстве определяется по формуле:

расчётов принимаемый равным: 0,035-0,055 для цементных раство-

ров, 0,02-0,025 для буровых растворов, 0,015 для воды;

v – линейная скорость , см/с;

g – ускорение свободного падения, см/с 2 ;

Д – диаметр скважины, см ;

d -наружный диаметр трубы, см;

L – длина канала, см.

В расчётах диаметр скважины принимается равным номинальному диаметру долота, гидравлические сопротивления на муфтах не учитываются.

Давление гидроразрыва пластов на глубине Н определяется по формуле:

Н – глубина спуска колонны по вертикали, м.

Давление на цементировочной головке (давление на устье скважины) определяем по формуле:

Ру = Рсу + Ргу, кгс/см 2 ;

где: Рсу – разность гидростатических давлений столбов жидкости в

кольцевом пространстве и в колонне;

Ргу - суммарное гидродинамическое давление в трубах и затруб-

Ргу = (3 + 0,6 Q ) *( L / 1000 ), кгс/см 2 (эмпирическая формула);

где: Q- производительность при цементировании, л/с;

L – глубина скважины ( по стволу), м.

Для выбора способа цементирования эксплуатационной колонны определяется коэффициент безопасности:

где: Рз = Рсз + Ргз, -расчётное давление у башмака спущенной обсадной

Ргрп – давление гидроразрыва пластов на той же глубине.

Если 0,95 < Кб < 1,00 то цементирование производится в одну ступень с обязательным выполнением комплекса мероприятий по предотвращению гидроразрыва пластов.

9.4.Расчёт необходимого объёма тампонажного раствора и тампонажного материала

Определение объема тампонажного раствора V т, необходимого для заполнения заколонного пространства производится по формуле:

V т = 0,785 (кД 2 - d _н 2 ) L _т + 0,785 х d _вн х l _т (м 3 ),

где: к - коэффициент кавернозности (объёмный коэффициент - отношение фактического объема скважины к номинальному);

Д - номинальный диаметр скважины, м;

d _н - наружный диаметр колонны, м;

d _вн - внутренний диаметр колонны, м;

L т- длина участка заколонного пространства, заполняемого тампонажным раствором, м;

l _т - длина цементного стакана, м.

Потребность сухого тампонажного материала для приготовления 1 м 3 раствора определяется по формуле:

где: g _ц , g _в, g _р , - плотность, соответственно, сухого цемента (или смеси), жидкости затворения и тампонажного раствора, г/см 3 .

Объем тампонажного раствора V ₁ , приготовленного из 1т сухого цемента (смеси) рассчитывается по формуле:

где: m - водоцементное (водосмесевое) отношение.

9.5.Химические добавки – регуляторы свойств тампонажного раствора

При количественном изменении одного показателя тампо­нажного раствора изменяется другой (или другие) параметр, и в некоторых случаях в нежелательном направлении. Как пра­вило, реагенты и материалы, вводимые в тампонажные системы, оказывают комплексное воздействие и изменяют одновременно несколько параметров. Некоторые реагенты при одних условиях изменяют свойства тампонажных систем в одном направлении, а при других усло­виях влияние тех же реагентов может быть противоположным. Кроме того, один и тот же реагент при различных дозировках может вызывать противоположные воздействия. Применение тампонажных цементов в различных условиях обеспечивается использованием следующих реагентов:

ускорителей схватывания и твердения тампонажных раство­ров - хлоридов кальция, натрия, калия и алюминия, сульфатов натрия и калия, углекислых калия и натрия, едкого натра, кремнекислых натрия и калия (жидкого стекла), нитратов нат­рия и кальция, нитрит-нитрита кальция, нитрит-нитрит-хлорида кальция с мочевиной, мочевины, нитрит-нитрит-сульфата нат­рия, сульфаниловой кислоты, триэтаноламина, мелассы;

ластификаторов (разжижителей) - С-3, 10-03, НТФ, ОЭДФ, ССБ, КССБ, ПАШ, ВЛХК, этилсиликоната натрия, метилсиликоната натрия, СПД, мылонафта, НЧК, ПФЛХ, ФХЛС, сульфиро­ванного нитролигнина, нитролигнина, окзила, синтана-5 и синтана ПЛ, Д-4 и Д-12, гексаметафосфата и нитрофосфата, ВРП, ГИФ-1, хромпика;

замедлителей схватывания и твердения - НТФ, ОЭДФ, винной кислоты и ее солей, борной кислоты, хромпика, гипана, окзи­ла, КССБ, СДБ, ФХЛС, ПФЛХ, сульфированного нитролигнина, карбоксиметйлцеллюлозы (КМЦ), малеинового ангидрида, гек­саметафосфата и нитрофосфата, КДБ, ПАД-3;

понизителей фильтрации - гипана, СДБ, КССБ, ПФЛХ, ФХЛС, карбоксиметйлцеллюлозы (КМЦ), полиоксиэтилена, бентонитовой глины, сульфированного нитролигнина, поливинилового спирта (ПВС), метаса, полиакриламида, К-4, метилцеллюлозы, оксиэтилцеллюлозы, декстрина, модифицированного крахмала;

пеногасителей - НЧК, окисленного петралатума, соапстока, ЖЖТ, PC , кальциевого мылонафта, флотомасла, полиметил-силоксана, скрубберного конденсата, Т-бб, стеарокса-6, АГ-2, АГ-3, НГВ-1, полиамида, стеарата алюминия, ПЭС, ОКП-50, СЖК, ВМС, ВМС-12, П-79, сивушного масла, карболениума.

Выбор вида и назначение количества реагентов. При выборе реагента необходимо исходить из того, что многие реагенты по своему технологическому эффекту равноценны. Вследствие этого при выборе реагентов необходимо учитывать их стоимость, расстояние до завода-изготовителя, агрегатное состояние (например, применение реагентов в виде жидкостей, затруднено в зимнее время, и особенно в северных регионах), условия поставки (некоторые реагенты заводы-изготовители поставляют только крупными партиями - не менее вагона, цистерны).

Основные реагенты, применяемые для обработки тампонажных растворов на месторождениях ОАО «Юганскнефтегаз»:

5. Расчет установки цементного моста в открытом стволе скважины

По методике ВНИИКрнефти расчет заключается в определении (рис.5) объемов тампонажного раствора для цементировании моста и порций буферной жидкости, прокачиваемой перед тампонажным раство­ром и вслед за ним, а также объема продавочной жидкости.

Объем тампонажного раствора

(35)

Объемы прокачиваемых порций буферной жидкости: перед тампонажным раствором

(36)

вслед за тампонажным раствором

(37)

Объем продавочной жидкости

(38)

Здесь Sс,Sк,Sт, - соответственно площади поперечного сечения сква­жины на участке установки цементного моста, кольцевого пространства между стенками скважины и колонной труб, по которой прокачивают ука­занные жидкости в том же участке и внутреннего проходного канала ко­лонны, м 2 ; h_m- высота моста, м; k₁, k₂ k₃ k₄ - эмпирические коэффициенты (табл. 6); Vт- внутренний объем колонны труб, м 3 .

Продавочная жидкость закачивается до момента выравнивания уров­ней столбов тампонажного раствора в кольцевом пространстве и колонне труб (а также уровней столбов буферных жидкостей). После этого колон­на приподнимается на 20-30 м выше верхней границы моста.

При использовании устройства УЦМ-140 объем тампонажного рас­твора, транспортируемого в заданный участок скважины по колонне НТК между двумя разделительными пробками,

(39)

6 Технологическое тампонирование

Технологическое тампонирование выполняется в процессе сооруже­ния скважины. В назначение и функции его при бурении скважин, кроме закрепления обсадных колонн и стенок скважины, создания мостов вхо­дит изоляция интервалов залегания полезного ископаемого (при геолого­разведочном бурении), ликвидация поглощений и водопроявлений.

Расчеты объемов тампонажного раствора (тампонажной смеси) при тампонировании поглощающих зон, наименования рецептур и конкрет­ные составы быстросхватывающихся смесей даны в разделе 17 настояще­го пособия.

7. Ликвидационное тампонирование

Ликвидационное тампонирование, как одна из мер по охране недр проводится с целью: предотвращения загрязнения и засорения водонос­ных горизонтов и залежей полезных ископаемых через скважину; смеше­ния вод различного качества после окончания бурения геологоразведоч­ных скважин. Если скважина вскрыла зоны поглощений и водогазопрояв-лений, то ствол скважины полностью или частично заполняется тампо­нажной смесью.

Ликвидация нефтяных и газовых скважин без эксплуатационной ко­лонны в зависимости от горно-геологических условий вскрытого разреза производится путем установки цементных мостов в интервалах залегания высоконапорных минерализованных вод с коэффициентом аномальности Ка>1,1 и слобопродуктивных, не имеющих промышленного значения за­лежей углеводородов. Высота цементного моста должна быть на 20 м ниже кровли каждого такого горизонта. Над кровлей верхнего пласта с ми­нерализованной водой, а также на границе залегания пластов с пресными и минерализованными водами (если они не перекрыты промежуточной колонной) устанавливается цементный мост высотой 50 м.

Цементный мост устанавливается также: в башмаке последней про­межуточной колонны с перекрытием его не менее, чем на 50 м; интерва­лах перфорации и смятия эксплуатационной колонны на 20 м ниже и не 100 м выше этих интервалов.

Для приготовления смесей используются следующие материалы: це­мент, глина, песок, суглинок, отходы бурения, ускорители схватывания и добавки для регулирования свойств тампонажных смесей. Тип цемента выбирается с учетом минерализации и агрессивности подземных вод, температуры окружающей среды (ТОС) в скважине.

При выборе рецептуры тампонажных составов необходимо в первую очередь учиты вать агрессивность подземных вод.

Характеристика объекта ликвидаци­онного тампонирования

Рекомендуемый тип тампонажного мате­риала и метод тампонирования

Агрессивные сульфатные и мягкие подземные воды; ТОС<10°С

Пуццолановый сульфатостойкий порт­ландцемент с ускорителем схватывания

Агрессивные магнезиальные под­земные воды; ТОС до 100°С

Агрессивные воды отсутствуют; ТОС свыше 100 °С

Портландцемент тампонажный с активны­ми добавками (кварцевый песок)

Сероводородная агрессия при ТОС до250°С

Агрессивные сульфатные подзем­ные воды то же при наличии соле-носных пород

Сульфатостойкий портландцемент то же с ускорителем схватывания

Характеристика объекта ликвидаци­онного тампонирования

Рекомендуемый тип тампонажного мате­риала и метод тампонирования

Магнезиальный цемент (на основе каусти­ческого магнезитового порошка), затво­ряемый на насыщенном растворе MgCl2

Небольшая глубина скважины при наличии малых водопритоков

Глина с песком (до 6%) в виде шариков, забрасываемая (после просушки) в сква­жину

Скважины с большим водопритоком самоизливающиеся с напором до 1,5 м

Ствол скважины в пределах водоносного горизонта заполняется промытым песком или гравием; в подошве и кровле геологи­ческого объекта устанавливаются цемент­ные мосты с гидроизолирующей глиняной перемычкой из шариков в пределах мощ­ности водоупоров; скважина до устья за­полняется густым отработанным глини­стым раствором с вводом наполнителей (шлама песка, местных глин и т.п)

Общее количество исходных материалов для ликвидационного там­понирования определяется, исходя из общего объема раствора V_тр, тре­бующегося для тампонирования скважин (в м 3 ),

Объем тампонажного раствора на установку цементного моста, уста­навливаемого в стволе скважины

(41)

где k =1,2-4,3 - коэффициент, учитывающий дополнительный расход рас­твора на заполнение расширений в скважине; h_ц.м. - высота цементного моста.

Если в скважине предусматривается установить несколько цемент­ных мостов, то их высота суммируется.

Количество цемента на приготовление тампонажного раствора для создания цементных мостов рассчитывается по формуле

(42)

где k =1,05+1,1 - коэффициент, учитывающий потери цемента при приго­товлении раствора; рц=3050-3200 кг/м3 - плотность цемента; рв - плотность воды; m=0,4-0,6.

Зная общий объем тампонажного раствора принятой рецептуры, можно определить требуемое количество каждого компонента. Например, при использовании цементно-суглинистого раствора, компоненты которо­го находятся в соотношении цемент: суглинок: вода= 1:0,5:0,6, с 3% хло­ристого кальция получим необходимое количество исходных материалов (в т): цемента V_тр, суглинка 0,5 V_тр, воды 0,6 V_тр , хлористого кальция 0,03 V_тр.

Если ликвидационное тампонирование проектируется проводить в скважине, имеющей два диаметра, то объем тампонажного раствора

(43)

где Н- высота тампонирования, м; Dcр - средний диаметр скважины

(44)

где D₁ и D₂ - соответственно диаметры нижнего и верхнего интервалов тампонирования; h₁ и h₂ - высоты нижнего и верхнего интервалов; H= h₁+h₂

Если для проведения ликвидационного тампонирования предусмот­рен глиноцементный раствор, то плотность тампонажной смеси рассчи­тывается по формуле

(45)

где n₁ - количество частей цемента; n₂ - количество частей глины;

Количество цемента для приготовления тампонажной смеси

(46)

где n=n₁ +n₂ - общее количество частей в тампонажной смеси.

Количество глины для приготовления тампонажной смеси

(47)

Количество продавочной жидкости, нагнетаемой за один цикл, в об­щем случае (в м 3 )

(48)

где d- внутренний диаметр заливочных труб, м; h_б.т. - глубина погружения нижнего конца заливочных (бурильных) труб, м.

Если плотность продавочной жидкости при близких реологических параметрах с тампонажным раствором значительно меньше плотности тампонажного раствора, возможно ее вытеснение через верхний конец заливочных труб при отсоединении вертлюга-сальника. В этом случае объем продавочной жидкости на каждый цикл тампонирования прибли­женно определяется по формуле

(49)

где h - расчетная глубина уровня тампонажного раствора после заверше­ния очередного цикла закачки, м.

Пример 8. Определить количество цемента и ускорителя схваты­вания на установку цементного моста в стволе скважины D=93 мм на высоту 15 м.

Решение. По формуле (41)

Количество цемента по формуле (42)

Количество ускорителя схватывания при Kу=0,03

Пример 9. Проектом на ликвидационное тампонирование скважи­ны, имеющей два интервала - нижний высотой h₁=240 м диаметром D₁=76 мм и верхний высотой h₂=160 м диаметром D₂=93 мм, в качестве тампонажной смеси предусмотрен глиноцементный раствор (в соотношении 1 часть цемента две части глины). Рассчитать количество цемента и глины для приготовления тампонажной смеси. Водотампонажное отношение принять равным m=0,5, а плотность глины р_гл=2000 кг/м3.

17.9. Установка цементных мостов

Мостом называется искусственное сооружение, полностью перекрывающее поперечное сечение скважины или обсадной колонны на участке сравнительно небольшой длины и, как правило, удаленном от забоя. Мосты могут быть резиновые, пластмассовые, металлические, цементные и т.д.

При установке мостов решаются следующие задачи:

- временное либо постоянное разделение вышележащих пластов от нижележащих (например, при опробовании, при переходе от эксплуатации истощенного нижнего горизонта);

- устранение опасности излива пластовых жидкостей в атмосферу после ликвидации скважины или при временной ее консервации;

- при забуривании второго ствола, либо при необходимости отклонения ствола скважины от проекта;

- укрепления неустойчивых, осыпающих или размываемых потоком промывочной жидкости пород.

Существует множество способов установки мостов. Наиболее эффективным считается следующий. В скважине немного выше нижней границы участка установки места устанавливают разбуриваемый пакер или манжетную пробку - исключающие возможность оседания вниз столба тампонажного раствора. До нижней границы этого участка спускают колонну труб и тщательно промывают скважину. Если в пределах участка имеются каверны, в состав колонны включают приспособление с боковыми гидромониторными насадками и сильными струями вымываю из каверн загустевшую промывочную жидкость и шлам. Во время промывки целесообразно производить вращение и расхаживание колонны.

После промывки в колонну труб последовательно закачивают первую порцию буферной жидкости, порцию тампонажного раствора возможно более жесткой консистенции, вторую порцию буферной жидкости и порцию продавочной жидкости.

Тампонажный раствор отделяют от буферных жидкостей двумя разделительными пробками. По окончании закачки порции продавочной жидкости колонну труб приподнимают с небольшой скоростью несколько выше границы будущего моста и тщательно промывают скважину. Затем трубы поднимают на поверхность, а скважину оставляют в покое на ОЗЦ.

Вытеснение тампонажного раствора продолжают до момента достижения равенства давлений в кольцевом пространстве и в колонне труб у башмака. Чтобы облегчить задачу об определении момента прекращения цементирования плотности буферных жидкостей, а также промывочной и продавочной жидкостей принимают одинаковыми. Объем второй порции буферной жидкости принимают из расчета, что высота столба ее в колонне равна высоте столба в затрубном пространстве, а объем продавочной жидкости будет таким, чтобы в момент окончания закачки уровень тампонажного раствора в кольцевом пространстве и в колонне были бы одинаковыми. Тогда давление на устье в момент выравнивания уровней тампонажного раствора , где- перепад давления, необходимый для перемещения по колонне верхней разделительной пробки.

Так как высоты столбов буферной жидкости и тампонажного раствора невелики, то с достаточной точностью можно определить экспериментально по манометру, если измерить давление в ней при прокачивании промывочной жидкости перед началом операции с такой же скоростью, как и в конце операции. Величину следует определять также экспериментально.

Чтобы исключить перемешивание тампонажного раствора с буферной жидкостью во время подъема труб, в последнюю медленно подкачивают жидкость и поддерживать в головке избыточное давление .

Выбор тампонажного материала производят аналогично (рассказать требования).

Объемы тампонажного раствора и других жидкостей рассчитывают по эмпирическим формулам:

Тампонажного раствора - .

Продавочной жидкости - .

Буферных жидкостей .

.

где: F_с, F_тр, F_кп - площади поперечного сечения скважины в интервале установки моста, колонны труб и кольцевого пространства;

- внутренний объем колонны труб;

h_м - проектная длина моста;

с₁, с₂, с₃ - эмпирические коэффициенты, учитывающий потери буферной жидкости при движении по колонне труб и кольцевому пространству.

4 Расчет одноступенчатого цементирования

Одноступенчатый способ цементирования наиболее распространен. При этом способе в заданный интервал подается тампонажный раствор за один прием.

Если возникает необходимость делить интервал цементирования на две части, то используют двухступенчатое цементирование. При этом на границе раздела устанавливают специальную разделительную муфту. Способ применяют в следующих случаях: поглощение тампонажного рас­твора в нижних пластах или при большой высоте его подъема за колон­ной, когда расчетные давления при прокачивании тампонажного раствора больше давления, развиваемого цементировочными агрегатами; наличие резко отличающейся температуры в нижней и верхней зонах интервала подъема тампонажного раствора; невозможность доставки на буровую нужного количества тампонажной техники; возможность возникновения больших давлений в процессе продавливания тампонажного раствора.

Манжетное цементирование применяют, когда нет необходимости цементировать эксплуатационную колонну в зоне продуктивного гори­зонта. При расчете одноступенчатого цементирования определяют: коли­чество сухого тампонажного материала; количество воды для затворения; объем продавочной жидкости; максимальное давление в конце процесса цементирования; необходимое число смесительных машин и цементиро­вочных агрегатов; время, необходимое для проведения всего процесса цементирования.

Для повышения качества цементирования необходимо предусмот­реть использование при цементировании буферной жидкости, которая выполняет следующие функции:

отделяет тампонажный раствор от промывочной жидкости и предот­вращает образование густых трудно прокачиваемых смесей;

увеличивает полноту замещения промывочной жидкости тампонажным раствором;

способствует разрушению фильтрационных глинистых корок на стенках скважины;

способствует лучшему сцеплению тампонажного раствора с горными породами, слагающими стенки скважины.

В качестве буферной жидкости широко используются воды и водные растворы солей (NaCl, CaCl и т.д.), щелочей (NaOH) и ПАВ (сульфонол).

Виды буферных жидкостей приведены в табл.4.

Известно, что эффективность вытеснения промывочной жидкости водными растворами (буферной жидкостью) возрастает с увеличением плотности этих растворов.

Виды буферных жидкостей

В устойчивых породах, не подверженных набуханию при кратковременном воздействии потока воды

Нефть и нефтепро­дукты

При бурении с промывкой нефтеэмульсионными раство­рами или когда ствол скважины цементируется нефте­эмульсионными тампонажными растворами

Утяжеленные (на солевой и полимер­ной основах)

Когда применение больших объемов легких жидкостей связано с опасностью выброса или обвалами и осыпями; при наличии сильно кавернозных зон в стволе скважины.

Водные растворы солей

В разрезах с наличием соляных куполов

Для удаления фильтрационной корки и остатков бурового раствора со стенок скважины в интервале продуктивного пласта

При наличии в разрезе зон поглощений, затрудняющих цементирование при больших коэффициентах уширения ствола

При наличии в стволе больших каверн, стенки которых сложены глинистыми породами

В зонах многолетнемерзлых пород

С низкой водоотда­чей

На месторождениях с низкими градиентами пластовых давлений; при наличии в разрезе поглощающих пластов или малопрочных пропластков, склонных к осыпям и об­валам

В суженных и расширенных частях ствола скважины для обеспечения вытеснения бурового раствора (имеет огра­ниченное применение из-за ряда недостатков).

В случае применения буферной жидкости с меньшей плотностью, чем у бурового раствора (р_b>р_b), объем этой жидкости выбирается из ус­ловия, чтобы гидростатическое давление столба в заколонном простран­стве несколько превышало пластовое. Из этого условия находят, что вы­сота столба буферной жидкости в заколонном пространстве описывается соотношением:

(14)

где рр, рв, рб - плотность соответственно бурового раствора, пресной воды и буферной жидкости; кa - коэффициент аномальности,

Zпл - расстояние от поверхности до продуктивного горизонта; Рпл - пластовое давление, МПа.

Если расчетное значение высоты столба буферной жидкости по фор­муле (14) будет больше расстояния от устья скважины до уровня це­ментного раствора в заколонном пространстве, то необходимо плотность буферной жидкости выбирать из соотношения

Плотность цементного раствора Рц.р. выбирается на 200-250 кг/м 3 больше плотности бурового раствора Рр. Плотность буферной жидкости регулируется путем изменения концентрации водорастворимых солей.

Высота столба буферной жидкости в заколонном пространстве h₆ обычно принимается равной 150-220 м, что оказывается вполне достаточ­ным для обеспечения хорошего качества цементирования.

Расчетная схема одноступенчатого цементирования показана на рис. 4.

Высота столба бурового раствора за колонной:

Требуемый объем цементного раствора:

где К₁ - коэффициент заполнения каверн, K₁=l,15; d₁ - наружный диаметр обсадных труб; d₂ - внутренний диаметр обсадных труб.

Установка цементного моста

Расчет установки цементного моста в открытом стволе скважины заключается в определении ( рис.11.5 ) объемов тампонажного раствора для цементировании моста и порций буферной жидкости, прокачиваемой перед тампонажным раствором и вслед за ним, а также объема продавочной жидкости.

Объем тампонажного раствора

V ц.р =S c h м +k 1 V m (11.35)

Объемы прокачиваемых порций буферной жидкости: перед тампонажным раствором

V' буф =k 2 V т +k 3 S к h м (11.36)

вслед за тампонажным раствором

V" буф =k 2 V т (11.37)

Объем продавочной жидкости

V пр =k 4 V т -S т h м (11.38)

Здесь S с , S к , S т - соответственно площади поперечного сечения скважины на участке установки цементного моста, кольцевого пространства между стенками скважины и колонной труб, по которой прокачивают указанные жидкости в том же участке и внутреннего проходного канала колонны, м2; h м - высота моста, м; , k 1 , k 2 , k 3 , k 4 - эмпирические коэффициенты ( табл.11.6 ); V т - внутренний объем колонны труб, м .

Трубы с внутрь высаженными концами

Продавочная жидкость закачивается до момента выравнивания уровней столбов тампонажного раствора в кольцевом пространстве и колонне труб (а также уровней столбов буферных жидкостей). После этого колонна приподнимается на 20-30 м выше верхней границы моста.

При использовании устройства УЦМ-140 объем тампонажного раствора, транспортируемого в заданный участок скважины по колонне НТК между двумя разделительными пробками,

V ц.р =k р S c h м (11.39)

Рис. 11.5. Схема установки цементного моста : а - начало такачки продавочной жидкости в бурильные трубы; б - конец такачки продавочной жидкости; в - промывка скважины после приподнятая бурильных труб выше кровли цементного моста; 1 - ствол скважины; 2 - бурильная колонна; 3 - буровой раствор; 4 - продавочная жидкость; 5 - буферная жидкость; 6 - цементный раствор; 7 - пакер; А и Б-перспективные горизонты.

Расчет одноступенчатого цементирования скважин

Решение . Определяем высоту столба буферной жидкости по формуле (11.14 ), предварительно найдя коэффициент аномальности по формуле (11.15 ):

В качестве буферной жидкости принимаем водный раствор солей NaCI плотностью 1080 кг/м3, тогда

Определяем высоту столба бурового раствора за колонной ( см.формулу 11.17 )

h_р = 2000 - (1500 + 210) = 290м.

Находим требуемый объем цементного раствора по формуле (11.18)

Требуемая масса сухого цемента по уравнению (11.19)

G_ц = 38,4 ·1860·1 /(1 + 0.5)1,05 = 50000 кг = 50 т.

Количество воды для приготовления расчетного объема цементного раствора по формуле (11.21 )

Требуемый объем продавочного раствора; приняв вместимость манифольда, V_м=0,9 м3.

V_пр= 1,04·0,8·0.255 2 (2000 - 20)+ 0,8 = 108.0 м3

Определяем максимальное давление перед посадкой верхней пробки на упорное

р₁ =0.01[290·1350 + 210·1080+1500·1860-(2000-20)·1350-20·1860] = = 7,0 МПа,
р₂ = 0,001·2000 + 0,8 = 2.8МПа .

где р₁ - давление, создаваемое за счет разности плотности жидкости в затрубном пространстве и в трубах; р₂ - давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.

Окончательно р_мах=7,0+2,8=9,8 МПа.

Принимаем v_в= 1,8 м/с и находим требуемую подачу цементировочных агрегатов для обеспечения этой скорости: [ см. формулы (11.26) и (11.27) ]

Тогда Q=0,024·1,8=0,044 м3/с=44 дм3/с.

Для цементировочного агрегата ЦА-320М производительность на III скорости Q_III=8,7 дм3/с при диаметре втулки 125 мм, а давление p_III=10,7 МПа, т.е. заданный режим (по давлению) обеспечится при использовании этого цементировочного агрегата.

Число требуемых цементировочных агрегатов по формуле (11.28)

Принимаем шесть агрегатов ЦА-320 М.

Находим необходимое число цементосмесительных машин,

Определяем число цементировочных агрегатов при закачке буферной жидкости объемом

Вместимость одного мерного бака ЦА-320М составляет 6,4 м3. Поэтому для закачки буферной жидкости принимаем один цементировочный агрегат (n₁=1).

Число цементировочных агрегатов при закачке цементного раствора n₂=2m=2·3=6.

Так как V_ц<V_пр, то гидравлические сопротивления будут меньше расчетных (р_мах=9,8 МПа).

Тогда для обеспечения производительности 44 дм3/с можно взять (QIV=13,3 дм3/с. Суммарная производительность смесительных машин обеспечит полученную подачу агрегатов.

Предусматриваем закачивание 0,98 объема продавочного раствора с помощью n-1=6-1=5 агрегатов (ЦА-320М) при подаче Q_III=8,7 дм3/с. Оставшиеся 0,02 объема продавочного раствора будут закачиваться одним агрегатом при Q_III=8,7 дм3/с, что необходимо для ловли момента «стоп» - момента посадки верхней разделительной пробки на упорное кольцо.

Продолжительность цементирования по формуле (11.30)

Выбираем тампонажный цементный раствор для цементирования обсадной колонны, характеризующийся началом загустевания:

Принимаем тампонажный раствор на основе портландцемента по ГОСТ 1581-78 со следующими показателями: растекаемость (при водоцементном отношении m=0,5) 18 см; начало схватывания - не ранее 2 ч; конец схватывания - не позднее 10 ч.

Установка цементного моста

Цементный мост - это непроницаемая для газа, нефти и воды перемычка внутри скважины.

Установка цементных мостов - это технологическая операция, используемая при ремонтно-изоляционных работ при бурении, заканчивании и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Цементный мост - это непроницаемая для природного газа, нефти и воды перемычка внутри скважины.
Материал моста - цементная смесь.
Высота может составлять несколько 10 ков метров, что достаточно для надежной и непроницаемой разобщающей перемычки.

Назначение цементных мостов:

• изоляция водонапорных и непродуктивных горизонтов при испытании и ликвидации скважин;
• сохранение стабильного показателя давления воздуха в нижней части скважины;
  
• возвращение на вышерасположенный горизонт;
• изоляция зон поглощения или проявления;
• забуривание нового ствола;
• создание опоры для испытания пластов и секции обсадных труб;
• ликвидация каверн и желобных выработок
• проведение КРС.

• по долговечности,
• герметичности,
• прочности,
• несущей способности,
• по высоте и глубине нахождения.

Требования формируются на основе конкретных геолого-технических условий и назначения моста.
Несущая способность моста зависит от его высоты, наличия, состояния и толщины слоя глинистого раствора на колонне и фильтрационной корки на стенке скважин.

При установке цементных мостов в непоглощающих скважинах, прежде всего их промывают в течении 1,5-2 циклов для выравнивания плотностей промывочной жидкости в НКТ и в затрубном пространстве.
Приготовленный объем цементного раствора закачивают в НКТ и продавливают промывочным раствором до равновесия столбов жидкости в НКТ и затрубном пространстве.
Объем продавочной жидкости определяется следующим образом: путем деления объема закачанного в НКТ цементного раствора (в литрах) на объем одного метра эксплуатационной колонны (в литрах) определяют высоту столба, которую займет цементный раствор в колонне.
Затем эту величину вычитают из общей длины спущенной в скважину НКТ.

Полученную величину умножают на объем 1 м НКТ и определяют объем продавочной жидкости.

Башмак НКТ поднимают до верхней границы устанавливаемого моста и излишки цементного раствора вымывают.

Затем НКТ поднимают на 20-30 м, скважину заполняют и ожидают затвердевание цемента.

По истечении времени ОЗЦ проверяют глубину расположения моста и его прочность посадкой НКТ, а герметичность моста - опрессовкой.

Перед установкой цементных мостов в поглощающих скважинах (приемистость более 7 м 3 /(чМПа)) должны быть приняты меры по ограничению поглотительной способности пластов.

Для этого используют измельченные, закупоривающие материалы с размерами частиц 5-10 мм (древесные опилки, волокно и т.д.).

В качестве жидкости-носителя применяют глинистый раствор, водоцементная суспензия и водоглинистая суспензия.

Закачивание закупоривающего материала продолжают до восстановления полной циркуляции.

Цементирование обсадной колонны скважины и тампонаж

Цементирование обсадной колонны - одна из самых ответственных операций, от успешности которой зависит долговечность и дальнейшая нормальная эксплуатация скважины.
Цементирование - закрепление обсадной колонны на стенке ствола скважины и отсечение избыточных флюидов от попадания в ствол скважины посредством нагнетания цементного раствора по обсадной трубе и вверх по кольцевому зазору.
Это процесс закачивания тампонажного раствора в пространство между обсадной колонной и стенкой скважины.
Способ цементирования выбирают в зависимости от вида колонны, спущенной в пробуренный ствол (сплошной или хвостовика).

Рис 1. Схема этапов выполнения 1- циклового цементирования обсадной колонны:I - начало подачи цементного раствора в скважину, II - подача закачанной порции цементного раствора по обсадной колонне, III - начало продавки в затрубное пространство, IV - окончание продавки;
1 - манометр, 2 - цементировочная головка, 3 - верхняя пробка, 4 - нижняя пробка, 5 - цементируемая обсадная колонна, 6 - стенки скважины, 7 - стоп-кольцо, 8 - продавочная жидкость, 9 - буровой раствор, 10 - цементный раствор.

• колонну обсадных труб периодически расхаживают,
• непрерывно промывают скважину для предотвращения прихвата колонны, ее устанавливают на 1-2 м выше забоя, оборудуют цементировочной головкой,
• закачивают расчетный объем цементного раствора.

Многоступенчатое цементирование
Многоступенчатое цементирование - цементирование нескольких горизонтов (интервалов) пласта за обсадной колонной скважины с использованием соединений с отверстиями.
При этом, обсадная колонна на разных уровнях оснащена дополнительными приспособлениями (заливочными муфтами), позволяющими подавать тампонажный раствор в затрубное пространство поинтервально на разной глубине.

Распространено 2-ступенчатое цементирование - раздельное последовательное цементирование 2 х интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).

• позволяет снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента,
• существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затрубном пространстве без значительного роста давления нагнетания;
• уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве;
• избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, используемого в верхнем интервале, что позволяет эффективнее подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала.

Рис. 2 Заливочная муфта для ступенчатого цементирования:
а - при цементировании первой ступени, б - при цементировании второй ступени;
1 - корпус, 2 - верхнее седло, 3 - верхняя втулка, 4 - заливочные отверстия, 5 - нижнее седло, 6 - нижняя втулка

Для проведения 2-ступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную заливочную муфту (рис. 2).

Подготовку скважины аналогична 1- ступенчатому цементированию.
После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке 1 й порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему 1 й ступени. Закачав нужный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку 1 й ступени, которая проходит через заливочную муфту (рис. 2, а).
Продавочной жидкостью вытесняют раствор в затрубное пространство.

После закачки объема продавочной жидкости, равного внутреннему объему обсадной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобождают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку 2 й ступени.
По достижении заливочной муфты, пробка садится во втулку, резко понижая давление нагнетания, но под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 2, б). .

При использовании способа непрерывного цементирования, тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени.
2-ступенчатое цементирование с разрывом - после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор 2 й ступени подают в скважину спустя некоторое время, к примеру, после схватывания раствора 1 й порции.

Цементирование хвостовика.
После промывки ствола скважины на устье ее устанавливают цементировочную головку, в которую вставляют верхнюю секцию разделительной заливочной пробки.
Закачивают расчетное количество цементного раствора, который продавливают буровым раствором или водой.
Когда раствор будет продавлен в объеме, равном внутреннему объему бурильных труб, верхняя секция пробки войдет в нижнюю и перекроет отверстия кольца.
При этом давление в бурильных трубах резко возрастет.
Шпильки, удерживающие нижнюю секцию в переводнике, срезаются, и обе секции, как одно целое, перемещаются вниз по хвостовику до резкого подъема давления.
После этого колонну необходимо посадить на забой, и путем вращения инструмента по часовой стрелке освободить бурильные трубы с переводником от хвостовика и вымыть излишек цементного раствора.
Через 16-20 часов следует определить высоту подъема цемента за колонной, оборудовать устье скважины, испытать колонну на герметичность и перфорировать в интервале продуктивного пласта.
Заключительный этап процесса восстановления скважины методом зарезки и бурения 2 го ствола - испытание эксплуатационной колонны на герметичность, перфорирование отверстий против продуктивного горизонта и освоение скважины (вызов притока нефти или газа из пласта).

Тампонаж
Тампонирование (цементирование) скважин - технологический процесс упрочнения затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего действия горных пород и грунтовых вод.
В процессе цементирования заданный интервал заполняется раствором вяжущих материалов (цемента), который в состоянии покоя превращается в прочный непроницаемый камень.
Используется специальный тампонажный цемент - модификацию портландце­мента с повышенными требованиями к минералогическому составу клинкера.
В состав цемента введены добавки, замедляющие его застывание.

Читайте также:

  
• Можно ли наносить гелькоут на бетон
  
• Протекает кирпичная кладка что делать
  
• Можно ли в шпаклевку добавлять колер
  
• Укладка плитки на двп
  
• Технолог в производстве кирпича