- •Глава 1
- •1.2. ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН
- •1.3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕОРИИ ФИЛЬТРАЦИИ
- •Глава 2
- •2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ БУРЕНИЕ И ВСКРЫТИЕ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА
- •2.4. ИЗМЕНЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА.
- •БУРОВЫЕ РАСТВОРЫ ДЛЯ ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИН
- •2.5. ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ БУРЕНИЕ
- •Глава 3
- •КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИН
- •3.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ СКВАЖИН
- •3.2. ТИПЫ КОНСТРУКЦИЙ СКВАЖИН, ПРИМЕНЯЕМЫХ В НЕКОТОРЫХ РЕГИОНАХ
- •3.3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА
- •Глава 4
- •КОНСТРУКЦИИ ЗАБОЕВ СКВАЖИН
- •4.1. ТИПЫ КОНСТРУКЦИЙ ЗАБОЕВ СКВАЖИН
- •4.3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИИ ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ
- •4.4. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЙ В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ
- •4.5. ПАКЕРЫ
- •Глава 5
- •5.1. ПОДГОТОВКА СТВОЛА СКВАЖИНЫ
- •Глава 6
- •Глава 7
- •7.1. УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОТОКА РАСТВОРА И ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ В СКВАЖИНЕ
- •7.4. СХЕМЫ РАЗМЕЩЕНИЯ И ОБВЯЗКИ ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ
- •7.5. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА КРЕПИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
- •УСТАНОВКА ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ
- •8.1. СПЕЦИФИКА УСТАНОВКИ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ В ГЛУБОКИХ СКВАЖИНАХ
- •8.2. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА РЕЦЕПТУРЫ РАСТВОРОВ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ УСТАНОВКИ МОСТОВ
- •8.3. ОЦЕНКА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ИСХОД РАБОТ ПО УСТАНОВКЕ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ
- •8.4. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ДОСТАВКИ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА В ИНТЕРВАЛ УСТАНОВКИ МОСТА
- •8.5. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СРЕЗКИ ШТИФТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОБОК
- •8.6. ТЕХНИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
- •8.7. ВЛИЯНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ РАСТВОРА, ВОДООТДАЧИ ИВОДООТСТОЯ
- •8.8. СУБЪЕКТИВНЫЕ ФАКТОРЫ
- •8.10. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛАМ И ПРОЦЕССАМ ПРИ УСТАНОВКЕ МОСТОВ
- •8.11. ПЛАНИРОВАНИЕ РАБОТ ПО УСТАНОВКЕ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ
- •Глава 9
- •9.1. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕРФОРАЦИИ
- •9.2. ПУЛЕВАЯ ПЕРФОРАЦИЯ
- •9.3. КУМУЛЯТИВНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ
- •9.4. СКВАЖИННЫЕ ТОРПЕДЫ
- •9.5. ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА В СКВАЖИНЕ
- •9.6. ГИДРОПЕСКОСТРУЙНАЯ ПЕРФОРАЦИЯ
- •9.8. ВЫБОР ПЛОТНОСТИ ПЕРФОРАЦИИ И ТИПОРАЗМЕРА ПЕРФОРАТОРА
- •9.9. СКИН-ЭФФЕКТ ПРИ ПЕРФОРАЦИИ
- •9.12. ОЧИСТКА ПЕРФОРАЦИОННОЙ СРЕДЫ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ
- •9.13. ТЕХНОЛОГИЯ ВСКРЫТИЯ ПЛАСТОВ ПУТЕМ ПЕРФОРАЦИИ В СРЕДЕ ОЧИЩЕННОГО СОЛЕВОГО РАСТВОРА
- •9.14. ПЕРФОРАЦИЯ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ
- •Глава 10
- •10.1. МЕТОДЫ ОПРОБОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ
- •10.2. ИСПЫТАТЕЛИ ПЛАСТОВ
- •10.3. ТЕХНОЛОГИЯ ОПРОБОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ
- •10.4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ
- •Глава 11
- •ВОПРОСЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
- •11.1. МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ И ШЛАМА
- •11.2. МЕТОДЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТРАБОТАННЫХ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ И ШЛАМА
- •11.3. ЗАЩИТА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА
Глава 7
ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ ОБСАДНЫХ
КОЛОНН
Весь комплекс работ, связанных с замещением бурового рас твора цементным (тампонажным), называется цементировани ем скважины или обсадной колонны; сюда же входят ожидание затвердения цементного раствора (ОЗЦ) и период формирова ния цементного камня. Существует несколько методов цемен тирования. Из них наиболее распространен метод прямого це ментирования, применяемый с некоторыми вариациями и из менениями с начала нашего века.
Важность качественного цементирования обусловлена тем, что это заключительный этап строительства скважин, поэтому неудачи при его выполнении могут свести к минимуму ожидае мый эффект, стать причиной неправильной оценки перспектив ности разведываемых площадей, появления "новых” залежей нефти и особенно газа в коллекторах, перетоков флюидов, грифонообразования, газопроявлений и т.д. Стоимость скважин, особенно глубоких, высока, а ущерб от некачественного их крепления, может быть еще большим. Процессе цементирова ния скважин - операция необратимая, ремонт и восстановление их связаны со значительными затратами средств и времени.
Цементный раствор поступает в заколонное пространство, замещая находящийся там буровой раствор, и затвердевает в камень.
Назначение и функции, выполняемые цементным камнем, многообразны.
1. Разобщение пластов, их изоляция, т.е. образование в ство ле безусадочного тампона, внутреннюю часть которого состав ляет колонна обсадных труб. Важное условие - равномерная толщина цементного камня с любой стороны света. Размеры кольцевого зазора (т.е. толщина цементного кольца) не опреде ляют качества разобщения пластов, однако оказывают влияние
на формирование цементного камня или предопределяют его отсутствие.
2.Удержание обсадной колонны от всевозможных переме щений: проседания под действием собственного веса, темпера турных деформаций, деформаций вследствие возникновения перепадов давления в колонне, ударных нагрузок, вращений и т.д.
3.Защита обсадной колонны от действия коррозионной сре
ды.
4.Повышение работоспособности обсадной колонны с увели чением сопротивляемости повышенным (против паспортных данных) внешнему и внутреннему давлениям. Естественно, це ментное кольцо должно быть сплошным и иметь при этом опре деленную физико-механическую характеристику.
5.Сплошное цементное кольцо, приобретая в процессе фор мирования камня способность к адгезии (цементный камень сцепляется с металлом труб, образуя интерметаллический слой), создает предпосылки к еще большему повышению со противляемости высоким внешним и внутренним давлениям.
Краткосрочность операции цементирования скважин не де лает ее менее значимой, хотя может быть причиной недостаточ ного внимания к ее выполнению.
Эксплуатация скважин требует устойчивой работы крепи, что обеспечивается формированием цементного камня вдоль ствола и заполнением им всего заколонного пространства, соот ветствием свойств камня (и всей крепи) требованиям, обуслов ленным внешними воздействиями (нагрузками, коррозии и т.д.). Количественно оценить все факторы сложно, что объясня ется сложностью моделирования процессов и получения досто верных результатов. Основные трудности при этом заключают ся в недостатке информации об условиях, в которых предстоит формирование цементного камня, и о свойствах материала, ко торый образуется в скважине в результате замещения им буро вого раствора.
Профиль и азимут ствола, расположение, глубина, форма и перемежаемость горных пород, состояние бурового раствора, степень его "защемленности", размеры зон "защемленности", возникновение "центров" движения бурового раствора, толщи на фильтрационной корки, размеры зон смешения бурового и тампонажного растворов, концентрация растворов по сечениям,
атакже события на границах - у стенок скважины и обсадной колонны - явления случайные. Случаен и сам факт качествен ного или некачественного разобщения пластов.
Цементирование скважин должно быть скорее некачествен
ным, так как за один цикл закачки цементного раствора при принятой технологии полного вытеснения бурового раствора без специальных мероприятий добиться невозможно. Поэтому к качеству цементирования надо подходить как к явлению слу чайному и делать все возможное для его повышения. Работоспо собность цементного камня также определяется рядом случай ных событий.
Необходимо с начала бурения управлять процессами форми рования ствола скважины, приближать его конфигурацию к "идеальному" цилиндру, создавать будущие условия работы цементного камня с учетом максимального срока безаварийной эксплуатации скважин и обеспечения охраны недр. Часто ствол получается таким, что заведомо может гарантировать только некачественное цементирование вследствие создания такой конфигурации и такого профиля ствола, из которого полное вы теснение бурового раствора невозможно.
Негативным фактором является отсутствие (иногда полное) информации о состоянии цементного камня в скважине. Ис пользуемые приборы фиксируют не качество цементирования, полноту вытеснения бурового раствора цементным, отсутствие или наличие каналов в цементном растворе-камне, а некоторую разность плотностей растворов и камня на их границах, наличие или отсутствие контакта колонны (и только!) с цемент ным камнем - и при этом неповторяемо, непостоянно и неодно значно.
Высокое качество цементирования любых скважин включа ет два понятия: герметичность обсадной колонны и герметич ность цементного кольца за колонной.
Качество цементирования скважин в настоящее время определяется неоднозначно, а соответствующие методы оценки порой дают противоречивые и взаимоисключающие результа ты.
Высокое качество цементирования скважин (результат рабо ты) следует отличать от успешного проведения процесса цемен тирования. Этот процесс может быть выполнен успешно, а каче ство цементирования остается низким. Известны случаи, когда операция завершалась при чрезмерно больших давлениях или в ходе ее отмечались поглощения либо другие осложнения, одна ко качество цементирования было высоким.
Для создания герметичности при наличии тампонажных растворов высокого качества необходимо обеспечить контакт бе зусадочного цементного камня, обсадной трубы и стенки сква жины. В процессе цементирования не должно быть гидрораз рыва пластов.
В обеспечении герметичности скважин одно из центральных мест занимает технология цементирования.
Под технологией цементирования нефтяных и газовых сква жин следует понимать соблюдение выработанных норм и пра вил работы с целью наиболее полного заполнения заколонного пространства скважины тампонажным раствором определенно го качества (взамен бурового) на заданном участке и обеспече ния контакта цементного раствора-камня с поверхностью обсад ной колонны и стенкой скважины при сохранении целостности пластов.
Технологический процесс цементирования определяется ге ологическими, технологическими и субъективными фактора ми. При анализе влияния различных факторов на качество це ментирования скважин субъективный фактор может не рассма триваться, так как предполагается, что операторы имеют необ ходимую квалификацию и нарушений в проведении технологи ческого процесса нет.
Технологические факторы необходимо совершенствовать, однако не все из них могут быть изменены. Геологические фак торы следует тщательно изучать и учитывать при назначении определенных параметров технологического процесса. Напри мер, склонность пород к гидроразрыву необходимо брать за ос нову при назначении высоты подъема тампонажного раствора, изменении его плотности и обеспечении скорости движения растворов в заколонном пространстве.
Большинство технико-технологических факторов управляе мые. Во всех случаях следует стремиться к тому, чтобы все ре жимные параметры оказывали воздействие на процесс цементи рования для обеспечения полного замещения бурового раствора тампонажным. Важное значение при этом имеют состояние ствола скважины, его чистота, конструкция скважины, геомет рия заколонного пространства и его гидродинамическая харак теристика. На практике качественное цементирование скважин достигается с большим трудом, если ему не уделено должное внимание еще в процессе бурения, т.е. при формировании ство ла. Ускоренная проводка скважин без одновременного учета требований для последующего качественного цементирования приводит к заведомо некачественному разобщению пластов.
К отличительным особенностям цементирования скважин относятся:
использование техники, которая позволяет цементировать скважины на достаточно высоком уровне;
разнообразие применяемых способов цементирования (сплошное, двухступенчатое, секциями, обратное и др.);
широкий ассортимент специальных тампонажных цементов, позволяющий охватить практически все геолого-физические условия скважин.
Как показывает опыт крепления скважин у нас в стране и за рубежом, повысить качество разобщения пластов можно при менением комплекса мероприятий технического характера и усовершенствованием технологии цементирования, а не изыскиванием "универсальных" способов цементирования.
В настоящее время изучено значительное число факторов, определяющих качество цементирования скважин. К основным из них относятся те, которые обеспечивают контактирование тампонажного раствора с породами и обсадной колонной при наиболее полном вытеснении бурового раствора тампонажным с заданными свойствами и наименьших затратах средств и времени:
1)сроки схватывания и время загустевания тампонажного раствора, его реологическая характеристика, седиментационная устойчивость, водоотдача и другие свойства;
2)совместимость и взаимосвязь свойств буровых и тампо
нажных растворов;
3)режим движения буровых и тампонажных растворов в заколонном пространстве;
4)объем закачиваемого тампонажного раствора, время его контакта со стенкой скважины;
5)качество и количество буферной жидкости;
6)режим расхаживания колонны в процессе цементирова
ния;
7)применение скребков;
8)центрирование колонны;
9)использование элементов автоматизации, приспособлений
иустройств для повышения качества цементирования.
При проведении цементировочных работ необходимо учиты вать, что применение одного мероприятия требует осуществле ния или изменения другого. Так, очищение стенок скважины от глинистой корки скребками при расхаживании обсадных ко лонн в большинстве случаев не может быть выполнено без обра ботки используемых тампонажных растворов для снижения по казателя фильтрации и т.д.
Таким образом, технологические факторы, способствующие повышению качества цементировочных работ, взаимосвязаны и взаимозависимы.
Технологические свойства буровых и тампонажных раство ров - это комплекс свойств указанных жидкостей, влияющих на наиболее полное замещение одной жидкости другой без на
рушения процесса цементирования. К ним относятся реологи ческие параметры, показатель фильтрации, абразивные свойст ва, седиментационная устойчивость, способность не загустевать при взаимном перемешивании, сохранять подвижность в тече ние процесса цементирования и т.д. При основном цементирова нии такие свойства, как механическая прочность и проницаем мость тампонажного камня, не могут считаться технологичес кими, тогда как, например, при установке цементных мостов для забуривания стволов скважин прочность камня - это техно логический параметр процесса.
На качество цементировочных работ оказывают влияние ста тическое и динамическое напряжение сдвига бурового раство ра, его вязкость и показатель фильтрации, а также толщина, механические свойства и проницаемость глинистой корки.
Даже при удовлетворительных характеристиках бурового раствора он не может быть вытеснен в полном объеме из-за на личия застойных зон и каверн. Глинистая корка остается на стенках скважины.
При закачке и продавке цементный раствор смешивается с буровым раствором. При этом иногда наблюдается сильное загустевание смеси, что приводит к резкому повышению давле ния. Подбором оптимальных составов тампонажных и буровых растворов во многих случаях можно уменьшить загущение сме сей или исключить его.
Успех работы по цементированию скважин часто определя ется показателем фильтрации тампонажных растворов. В ре зультате отфильтровывания воды раствор становится вязким, труднопрокачиваемым, сроки схватывания его ускоряются. Если процесс цементирования осуществляется с очищением стенок скважины от глинистой корки, необходимо принимать эффективные меры для резкого снижения показателя фильтра ции цементного раствора.
Реологические характеристики тампонажных и буровых растворов определяются природой базисных материалов и на полнителей, зависят от их соотношения, количества и природы введенных реагентов, температуры, давления, конструктив ных особенностей аппаратуры, методики определения парамет ров и предыстории деформации жидкости.
Тампонажные (как и буровые) растворы обладают свойством тиксотропии.
Впервые реологические свойства цементных растворов были изучены Р.И. Шищенко.
Реологические свойства тампонажных растворов существен но зависят от наличия в них галита (NaCl), сильвина (КС1), би-
шофита (MgCl-6H20) и карналлита (KCl-MgCl2*6H20). Наличие хлорида натрия в растворе значительно снижает динамическое напряжение сдвига т0 на протяжении всего наблюдения и не сколько увеличивает пластическую вязкость Т|в начальный мо мент. Темп изменения пластической вязкости во времени отста ет от интенсивности роста вязкости цементного раствора без га лита.
При полном насыщении тампонажного раствора галитом до стигается наибольшее снижение реологических констант.
Ввод 5 % сильвина ускоряет структурообразование. При дальнейшем повышении содержания сильвина до полного насыщения им раствора снижается динамическое напряжение сдвига, но возрастает пластическая вязкость.
При содержании в цементном растворе 15 % бишофита уже через 30 мин после затворения реологические константы дости гают предельных значений. При полном насыщении бишофитом раствора последний быстро загустевает. Пластическая прочность, измеренная сразу же после затворения, превышает
30мПа.
Как показал химический анализ фильтрата тампонажного
раствора, при содержании в нем MgCl2 происходит полный об мен между катионами Mg2*, содержащимися в жидкой фазе, и катионами Са2+, находящимися в твердой фазе.
Технический карналлит неоднороден по химическому соста ву, и ионы К+ и Mg2* содержатся в нем в различных соотноше ниях. Хлориды кальция и магния, находящиеся в карналлите, оказывают на структурообразование раствора противоположное действие. При введении карналлита, имеющего в составе боль ше хлоридов калия, чем магния, система разжижается и уве личивается период ее прокачиваемости, а присутствие карнал лита с преобладанием хлоридов магния вызывает ускорение структурообразования.
Одна из характерных особенностей цементных растворов - резкое снижение динамического напряжения сдвига в присут ствии электролитов с одновалентными катионами (от 50 % до насыщения). Затем вследствие гидратации этот показатель уве личивается и уменьшается напряжение сдвига. Такая же зако номерность наблюдается при содержании в растворе от 5 до 12 % бишофита или от 5 до 21 % карналлита.
Вытеснение бурового раствора тампонажным характеризу ется коэффициентом вытеснения Лв. Под коэффициентом вытес нения бурового раствора тампонажным понимают отношение объема вытесненного бурового раствора AV (или закачанного цементного при отсутствии поглощения или проявления) к пол