1.5. Крепление дополнительного ствола.

Крепление боковых стволов скважин. Вариант заканчивания скважин в боковом стволе выбирается в зависимости от следующих условий: назначения скважины; устойчивость от разрушения пород, слагающих продуктивный пласт; наличие и расстояния до газонефтяного контакта (ГНК) или водонефтяного контакта (ВНК).

С учетом этого выбираются три основных варианта крепления продуктивного пласта:

- крепление хвостовика без цементирования (рис.10 а);

-крепление хвостовика с манжетным цементированием (рис.10 б);

-крепление хвостовика с прямым цементированием по всей длине (рис.10 в).

а) б) в)

Рис. 10 Основные варианты установки и крепления хвостовиков: а – крепление хвостовика без цементирования; б – крепление хвостовика с манжетным цементированием; в – крепление хвостовика с прямым цементированием по всей длине

Манжетное цементирование хвостовика с пуском верхней цементировочной пробки после закачки тампонажного раствора для разделения тампонажного раствора и продавочной жидкости.

Т ехнология крепления колонн-хвостовиков в боковом стволе с оставлением забоя открытым .

Э

Рис. 11. Технологическая схема крепления второго бокового ствола скважины хвостовиком с манжетным цементированием с помощью комплекса типа ПХМЦ: 1 – верхняя цементировочная пробка, 2 – транспортировочная колонна, 3 – подвеска хвостовика цементируемая ПХЦ, 4 – гидравлический пакер ПГП, 5 – муфта цементировочная, 6 – манжетный переводник, 7 – фильтровая часть хвостовика, 8 – башмак

та технология применяется:

- в старых скважинах, обсаженных эксплуатационными колоннами;

- в БС, вскрывших пласты с низкими давлениями и коллекторскими свойствами;

- в условиях хорошей изученности разрезов окружающих скважин, дающих возможность не вскрывать нижележащий водоносный пласт или подошвенную воду;

- пласты представлены устойчивыми породами. В настоящее время отсутствуют пакерующие устройства для отключения открытого ствола (ОС), поэтому применяется технология установки вязкопластичного тампона (ВПТ) в ОС.

На рис. 12 показана типичная компоновка колонны сверху вниз.

П оследовательность работ по технологической схеме цементирования хвостовика с отсечением продуктивного интервала ствола скважины, установкой вязкопластичного тампона (ВПТ) через НКТ.

П

Рис. 12. Схема типичной компоновки колонны: 1 - цементировочный переводник или головка; 2 - равнопроходная бурильная колонна-подвеска диаметром 73 мм; 3 - разъединитель с якорем; 4 - пакер; 5 - обсадная колонна-хвостовик; 6 - центраторы; 7 - кольцо «стоп»; 8 - обратный клапан; 9 - башмак; 10 - ВПТ

роизводится установка ВПТ из соляробентонитовой геле-образующей смеси (СБГС) или нефтебентонитовой гелеобразующей смеси (НБГС). Гелеобразующая тампонажная смесь (ГТС) в расчетном объеме, защищенная сверху и снизу буфером из солярового масла, закачивается в скважину через насосно-компрессорные трубы, спущенные на глубину, определяемую нижней границей тампона. Затем НКТ приподнимаются и производится срезка ГТС на уровне башмака спускаемой колонны. По истечении заданного срока гелеобразования спускают колонну-хвостовик. Остальные работы производятся аналогично работам по разделу 13.3. После ОЗЦ разбуривают башмак, обратный клапан, цементный стакан, тампон, и скважину промываются до забоя от остатков тампона (ВПТ). Не допускается применение глинопорошка вместо бентонита. Для предотвращения попадания тампонажного раствора в продуктивный пласт могут быть использованы другие виды (вязкопластичные или вязкоупругие) тампонов, не ухудшающих проницаемость нефтяного коллектора.

Ниже описаны способ приготовления и принципы расчета объема гелеобразующей тампонажной смеси (ГТС) для получения ВПТ.

Необходимую длину ВПТ следует рассчитать, исходя из свойств раствора, т.е. с использованием значений статического напряжения сдвига .

Цементные мосты устанавливают в целях:

• - изоляции водонапорных и непродуктивных горизонтов при испытании и ликвидации скважин;

• - возвращения на вышерасположенный горизонт;

• - изоляции зон поглощения или проявления;

• - забуривания нового ствола;

• - создания опоры для испытания пластов и секции обсадных труб;

• - ликвидации каверн и желобных выработок.

К цементным мостам предъявляются определенные требования по долговечности, герметичности, прочности, несущей способности, а также высоте и глубине нахождения. Требования основываются на конкретных геолого-технических условиях и обусловлены назначением моста .

Несущая способность цементных мостов в значительной мере зависит от их высоты, а также от наличия, состояния и толщины слоя глинистого раствора на колонне и фильтрационной корки на стенке скважин. Если удалена рыхлая часть глинистой корки, напряжение сдвига в начальный момент составляет 0,15 – 0,2 МПа. В этом случае даже при возникновении максимальных нагрузок достаточна высота моста 10 – 20 м. Наличие же на стенках колонны слоя глинистого раствора толщиной 1 – 2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига до 0,01 – 0,02 МПа и увеличению необходимой высоты моста до 180 – 250 м.

В практике установки цементных (и прочих) мостов применяют следующие способы:

- закачку тампонажного раствора в интервал формирования моста при уравновешивании его столбов в заливочных трубах и кольцевом пространстве (балансовый способ);

- закачку цементного раствора в интервал установки моста под давлением;

- с использованием цементировочной желонки.

При распространенном балансовом способе в колонну заливочных труб, спущенную до глубины, соответствующей подошве моста, после промывки закачивают тампонажный раствор. Высота подъема раствора в кольцевом пространстве производится до расчетной высоты (с учетом объема труб). Затем заливочные трубы поднимают до кровли моста и прямой или обратной промывкой вымывают излишек тампонажного раствора.

При выборе рецептуры цементного раствора для установки моста в глубоких скважинах необходимо проводить исследования на консистометре (КЦ) по программе, имитирующей процесс установки моста не только по времени, давлению и температуре, но и по характеру проводимых работ.

При этом время загустевания цементного раствора Т_заг, должно соответствовать условию:

Т_заг > Т₁ + Т₂ + Т₃ + 1,5 (Т₄ + Т₅ + Т₆) + 1,2 Т₇,

где Т₁, Т₂, Т₃ – затраты времени соответственно на приготовление, закачивание и продавливание цементного раствора в скважину;

Т₄, Т₅, Т₆ – затраты времени на подъем колонны труб до глубины срезки моста, герметизацию устья и подготовку к срезке моста;

Т₇ – затраты времени на срезку моста.

При установке мостов в глубоких скважинах по указанной программе также необходимо исследовать смеси цементного раствора с находящимися с ним в контакте жидкостями, взятыми в соотношениях 3:1, 1:1 и 1:3. В некоторых случаях необходимо применение буферных жидкостей.

Перед установкой цементного моста подбирают тампонажный материал и рецептуру его приготовления. Состав тампонажного раствора определяется геолого-техническими условиями скважины (пластовое давление, температура, давление гидроразрыва пласта, высота столба моста). Поэтому рекомендуют следующий выбор тампонажных материалов.

1. Облегченные цементы для получения растворов плотностью 1400  1600 кг/м3, на базе тампонажного цемента для «холодных» и «горячих» скважин, а также на основе шлакопесчаной смеси для температур 90  140°С — ШПЦС-120 и для температур 160  250°С — ШПЦС-200.

2. Утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2150 кг/м3 на базе тампонажного цемента для «холодных» и «горячих» скважин, а также на основе шлакопесчаной смеси для температур 90  140°С — УШЦ-120; для температур 160  250°С — УШЦ-200.

Из тампонажного портландцемента получают цементный раствор плотностью 1820 - 1850 кг/м3 с водоцементным отношением 0,5. Причем, начало схватывания при температуре 20  30°С длится до 10 часов. При более высоких температурах время схватывания меньше, и при температуре 75°С схватывание цемента длится уже 1,5  2 часа, что порой недостаточно при производстве тампонажных работ. Поэтому в зависимости от температуры применяют добавки реагентов: ССБ в количестве от 0,1 до 0,5 %, хроматы – от 0,1 до 0,5 %, ОКЗИЛ – от 0,1 до 0,5 % от массы цемента.

Поперечное расхаживание может быть осуществлено путем применения эксцентриков, располагаемых на колонне в интервале установки цементного моста, с одновременным вращением колонны, а также при расхаживании колонны с разгружением на забой.

При вращении колонны с эксцентриками трубы, опираясь на них, перемещаются в поперечном сечении скважины, что обусловливает разрушение застойных зон. При использовании эксцентриков буровой раствор полностью вытесняется из кольцевого пространства скважины значительно большего диаметра, чем при применении центратора, даже при наличии больших каверн. В случае одновременного вращения и расхаживания колонны в осевом направлении загустевшие массы бурового раствора и скопления шлама разрушаются в результате непосредственного воздействия на них самих эксцентриков. Бурильные эксцентрики (табл. 1.4, рис. 1.13) для скважин диаметром: 214, 243, 269 и 295 мм выполнены в виде ряда радиальных ребер, жестко соединенных с корпусом и образующих в поперечном сечении своими периферийными гранями прерывистую окружность, эксцентричную по отношению к корпусу. Подобрано такое число ребер, чтобы в контакте с породой находилось не менее двух из них, а удельная нагрузка на стенки скважины не превышала 1 МПа даже при угле наклона ствола 30°С. При такой конструкции эксцентрика достигается минимальное перекрытие ствола скважины, обусловливается плавное скольжение этого устройства и предотвращаются провалы колонны в желоб. Для расхаживания и вращения колонн диаметром 114 - 168 мм применяется цементировочная головка ГЦУ-ЗН-197-300, устанавливаемая между рабочей трубой и вертлюгом. Головка позволяет проводить цементирование с двумя разделительными пробками. В каждой секции головки имеются отвод с краном для подсоединения цементировочных агрегатов и винтовой стопор для фиксации разделительной пробки. В случае цементирования с одной пробкой или вообще без пробки используют одну секцию головки вместе с обратным клапаном, который необходим для предупреждения аварийных ситуаций на скважине в случае разрыва бурового шланга.

Д ля операций по установке цементных мостов в кавернозной части ствола скважины характерна крайне низкая успешность. В большинстве случаев успех достигается только в результате проведения нескольких операций.

Основной причиной низкой успешности работ по установке цементных мостов в кавернозной части ствола является наличие в ней загустевших масс бурового раствора и шлама, статические напряжения сдвига которых могут быть на три - четыре порядка больше нормальных значений. Естественно, что за счет касательных напряжений на границе потока застойные зоны в кавернах разрушиться не могут. Для этого необходимо радиальное истечение жидкости (рис. 1.13) через боковые отверстия в колонне (гидромониторный эффект) либо механико-гидравлическое воздействие, возникающее при работе эксцентриков.

Мост в скважинах устанавливают по одной из трех схем: 1) мост из твердеющего состава, не ограниченный ни сверху, ни снизу уплотнениями; 2) мост из твердеющего состава, залитого на предварительно созданное уплотнение; 3) уплотнение без твердеющего состава. Для реализации разработаны цементировочное оборудование и оснастка заливочной колонны. Анализ оборудования, применяемого в настоящее время при установке мостов, показал, что для сложных условий наиболее приемлемыми могут быть только некоторые устройства (табл. 4.5). Из скважинного оборудования достаточно эффективным является устройство для контроля при забойном цементировании (УКЗЦ), разработанное в УкрНИИПНД. Устройство (рис. 1.14) состоит из корпуса 1, посадочной плиты 2, сменных шпилек 3, направляющей пробки 4 и двух резиновых, наполненных жидкостью разделителей 5. Последовательность технологических операций при установке цементных мостов с помощью УКЗЦ показана на рис. 1.15. Устройство в собранном виде (без шаровых разделителей) спускают до нижней отметки интервала установки цементного моста. Затем на заливочную колонну устанавливают цементировочную головку, в которой размещают два шаровых разделителя. После промывки скважины и закачки буферной жидкости освобождают первый шаровой разделитель, закачивают расчетное количество тампонажного раствора, затем освобождают второй шаровой разделитель и начинают продавливание.

До посадки первого шарового разделителя на опорную плиту (рис. 1.15, I) буровой раствор свободно выходит из заливочных труб 1 в скважину через радиальные отверстия 2 и вертикальные отверстия 3 в опорной плите 4, а после посадки этого разделителя (в период продавливания тампонажного раствора в заколонное пространство) через радиальные отверстия 2 уже выходит тампонажный раствор (рис. 1.15, II). Последние 1 - 2 м3 продавочной жидкости закачивают на пониженной скорости одним ЦА, благодаря чему на поверхности четко фиксируется момент схождения шаровых разделителей 5 и 6 (рис. 1.15, III). После подъема УКЗЦ до верхней отметки интервала установки цементного моста в колонне заливочных труб создается избыточное давление, в результате чего происходит срез стопорных шпилек 7, опорная плита с двумя шаровыми разделителями опускается до упора в торец направляющего башмака 8 (рис. 1.15, IV), радиальные отверстия 2 открываются и через них осуществляется прямая или обратная промывка при срезке кровли моста.

Аналогичное устройство для контролируемой установки цементных мостов разработано в АзНИПИнефти (рис. 1.16). Оно состоит из неподвижной и подвижной частей. Неподвижная часть представляет собой корпус 1, на верхнем конце которого имеется замковая резьба, а на нижний конец навинчивается направляющая пробка 6. Подвижная часть состоит из упругого седла 2 и стакана 5 с уплотнительным кольцом 4. Подвижная часть удерживается в корпусе с помощью двух штифтов 3. Кольцевое пространство между корпусом и направляющей пробкой представляет собой гидравлический амортизатор, заполняемый консистентной смазкой. Устройство спускают в скважину на колонне бурильных труб до нижней отметки устанавливаемого цементного моста. После окончания закачивания тампонажного раствора проталкивают разделительную пробку 7 из цементировочной головки в бурильные трубы и продавливают тампонажный раствор до получения сигнала «стоп» в момент посадки пробки 7 на упругое седло 2 устройства. Затем поднимают УКЗЦ до верхней отметки цементного моста и закачивают продавочную жидкость в бурильные трубы. При повышении давления штифты 3 срезаются и подвижная часть устройства вместе с пробкой 7 и упругим седлом 2 перемещается в крайнее нижнее положение, выдавливая при этом жидкость из гидравлического амортизатора. Переход упругого седла в расширенную часть корпуса сопровождается его расширением, и пробка проталкивается в скважину, открывая центральный канал для промывки, что фиксируется по резкому снижению давления.

Технология установки мостов с применением УКЗЦ конструкции АзНИПИнефти обладает теми же недостатками, что и с использованием предыдущего устройства.

Из устройств, обеспечивающих прохождение в заливочную колонну продавочных и разделительных пробок, как наиболее совершенное можно назвать цементировочную головку б. ВНИИКРнефти (рис. 1.17).

Она состоит из корпуса 1, переключающего механизма, в который входят колокол 2, цилиндр 3, поворотная втулка 4 с внутренней резьбой, и размещенных в пазах цилиндра сухарей 5, имеющих ответную резьбу. Во внутренней полости цилиндра 3 установлена цементировочная пробка 6, зафиксированная стопором 7 в полости колокола 2. Стопор 7, удерживающий пробку 6, фиксируется от осевого перемещения цилиндром 3 в положении, при котором перекрыты радиальные отверстия 8, выполненные в колоколе. В цилиндре и колоколе имеются циркуляционные отверстия 9. Переводник 10 служит для соединения головки с обсадной колонной. Уплотнительные элементы 11 служат для герметизации головки.

Ц

Рис. 18. Разделительная пробка конструкции ВНИИКРнефти.

ементировочная головка работает следующим образом. В положении, показанном на рис. 4.6, она устанавливается на верхнюю трубу заливочной колонны. На головку навинчивается ведущая труба, и в дальнейшем промывку и цементирование проводят через стояк, буровой шланг и вертлюг. При промывке скважины и во время закачивания тампонажного раствора циркуляция осуществляется через циркуляционные отверстия 9 в цилиндре и колоколе. После закачки тампонажного раствора осуществляют продавливание цементировочной пробки. Для этого вращают втулку 4, что приводит к перемещению сухарей 5 и цилиндра 3, жестко связанного с сухарями. Изменение положения цилиндра 3 приводит к перекрытию циркуляционных отверстий 9, открытию радиальных отверстий 8 и освобождению стопора 7. Под действием давления пробка 6 смещает стопор 7 в осевом направлении и начинает движение по колонне. В дальнейшем тампонажный раствор продавливается через отверстия в колоколе - циркуляционные 9 и радиальные 8. Во время закачивания и продавливания раствора расхаживают заливочную колонну, что улучшает вытеснение бурового раствора и повышает качество работ.

Важную роль в технологии доставки тампонажного материала к месту установки моста играют разделительные пробки. В б.ВНИИКРнефти разработан комплекс разделительных пробок — КРП (рис. 1.18). Конструктивно пробка состоит из легко разбуриваемого корпуса 1, резиновых эластичных манжет 2, собранных на корпусе без гумирования. Нижняя разделительная пробка оборудуется мембраной 3, которая установлена в обойме 4 с уплотнительным кольцом 5. Пробка применяется совместно с клапаном ЦКОД. При посадке ее на седло этого клапана повышается давление в колонне заливочных труб, в результате чего разрушается мембрана 3. Повышение давления, отмеченное на устье, свидетельствует о достижении пробкой посадочного узла. В качестве разделительной пробки для колонны бурильных труб со ступенчатым профилем внутреннего канала применяется эластичный сферический разделитель, имеющий клапан, через который внутренняя полость пробки заполняется рабочей жидкостью. За счет избыточного внутреннего давления обеспечивается необходимая поверхность контакта пробки с трубами. Чтобы пробка при прохождении сечений переменного профиля не сплющивалась и работала как поршень, внутрь ее помещается шар из прочного материала, более плотного, чем жидкость. По диаметру шар несколько больше отверстия в упорном кольце. Благодаря эластичности материала сферы и избыточному давлению рабочей жидкости внутри нее разделительная пробка способна обратимо менять форму при прохождении через места значительного сужения в колонне труб, особенно при цементировании скважин через бурильные трубы, без ущерба для качества разделения перекачиваемых жидкостей.