47. Осложнения и аварии при цементировании. Причины. Способы преду-преждения и ликвидации.

При цементировании скважин могут иметь место поглощение тампонажного раствора и промывочной жидкости, резкое повышение давления в период вытеснения тампонажного раство-ра из обсадной колонны, газопроявления и перетоки через заколонное пространство, чаще всего в период схватывания и твердения тампонажного раствора, неполное заполнение заданного интер-вала заколонного пространства тампонажным раствором, оголение башмака колонны и другие осложнения.

Поглощения являются следствием возникновения чрезмерно высоких давлений на стенки скважины при цементировании. Может быть несколько причин опасно высокого повышения дав-ления:

а) неправильный выбор величины плотности тампонажного раствора без учета индексов давлений поглощения, гидродинамических давлений при движении в заколонном пространстве и высоты интервала цементирования;

б) неправильный выбор режима и способа цементирования, без учета тех же факторов; гид-родинамическое давление, особенно при турбулентном режиме течения, увеличивается с ростом скорости; при неправильном выборе скорости движения суммарное давление в заколонном про-странстве может превысить давление поглощения наиболее слабых пород;

в) обезвоживание тампонажного раствора в интервале, сложенном проницаемыми порода-ми;

г) образование большого объема густой высокотиксотропной смеси тампонажного раствора и промывочной жидкости;

д) одностороннее продвижение тампонажного раствора по широкой части поперечного се-чения заколонного пространства;

е) преждевременное загустевание и схватывание тампонажного раствора вследствие не-правильного выбора состава его, нарушения заданной рецептуры при приготовлении, значитель-ного увеличения срока цементирования по сравнению с расчетным, применительно к которому разработана рецептура, или сильного обезвоживания при контакте с проницаемыми породами.

В процессе цементирования давление в заколонном пространстве всегда должно быть вы-ше пластовых давлений. Под влиянием разности этих давлений неизбежно отфильтровывание ча-сти свободной воды из тампонажного раствора в проницаемые породы. Такое обезвоживание не представляет опасности только в том случае, если раствор находится в непрерывном движении, а на стенках скважины имеется малопроницаемая фильтрационная корка из частиц твердой фазы промывочной жидкости. Если же эта корка на каком-либо участке скважины удалена, из тампонаж-ного раствора будет отфильтровываться свободная вода, а на стенках скважины образуется це-ментная корка. Чем больше скорость течения, тем меньше толщина корки, особенно при турбу-лентном режиме течения. Если же движение раствора хотя бы кратковременно приостанавливает-ся, корка в короткий срок может заполнить полностью или почти полностью весь зазор между ко-лонной и стенками скважины. При восстановлении циркуляции на участках с толстой фильтраци-онной коркой возникают весьма большие местные гидравлические сопротивления. Для проталки-вания раствора через такие участки нередко требуется настолько повысить давление, что могут быть разорваны породы в интервале между башмаком колонны и участком с толстой коркой либо обсадные трубы.

Чтобы устранить опасность быстрого обезвоживания тампонажного раствора, необходимо, во-первых, не допускать ни малейшей остановки в движении его с момента выхода первой порции в заколонное пространство до завершения всего процесса цементирования; во-вторых, снижать водоотдачу раствора путем соответствующей обработки до уровня не более 10—15 см3 за 30 мин или кольматировать поровые каналы в стенках скважины, используя для этого специальную бу-ферную жидкость.

При разработке рецептуры тампонажного раствора для цементирования конкретного интер-вала скважины необходимо правильно оценить температуру и давление в нем и испытывать рас-твор при данных условиях. Если свойства раствора определены при существенно иных условиях, например, при комнатной температуре и атмосферном давлении, при цементировании скважины свойства под воздействием высоких температуры и давления могут настолько измениться, что начнется преждевременное загустевание раствора и обусловленное этим повышение давления.

Осложнения могут быть следствием нарушения рецептуры раствора при его приготовлении на буровой: значительное уменьшение водосодержания в отдельных порциях раствора, закачива-емых в скважину, может быть причиной уменьшения подвижности и преждевременного загусте-вания, а значительное увеличение водосодержания — причиной резкого ухудшения седимента-ционной устойчивости, возникновения суффозионных каналов и т. п. Как правило, в приготовлении тампонажного раствора на буровой одновременно участвуют несколько смесительных машин. Це-лесообразно порции раствора, приготовляемые разными машинами, направлять сначала в общую осреднительную емкость достаточно большого объема, тщательно перемешивать в ней и, лишь убедившись, что свойства перемешанного раствора соответствуют рекомендованным для цемен-тирования данного интервала, закачивать его в скважину. Отсюда вытекает необходимость непре-рывного контроля свойств как порций раствора, приготовляемого каждой смесительной машиной, так и раствора, полученного после тщательного перемешивания в осреднительной емкости, и опе-ративного управления режимом работы машин с целью быстрого регулирования состава приготов-ляемого раствора и доведения свойств его до рекомендованных значений. Такой контроль и управление можно осуществлять, например, с помощью станций СКЦ-2М.

Газопроявления и перетоки пластовых жидкостей через заколонное пространство являются следствием снижения противодавления на стенки скважины ниже пластовых давлений в проница-емых горизонтах; возникновения каналов в заколонном пространстве, обусловленного седимента-ционной неустойчивостью тампонажного раствора и суффозией его; оставления в цементируемом интервале невытесненной промывочной жидкости и фильтрационных глинистых корок; усадки за-густевшей промывочной жидкости и тампонажного камня; растрескивания глинистой пленки при контракции цемента. Они могут возникнуть также вследствие образования зазора между тампо-нажным камнем и обсадной колонной, обусловленного уменьшением давления и температуры жидкости в последней.

Предотвратить газопроявления и перетоки в период собственно цементирования можно, ес-ли соблюдать правильное соотношение между плотностями и объемами жидкостей, закачиваемых в заколонное пространство, а при обратном цементировании — также регулировать противодавле-ние на устье обсадной колонны так, чтобы давление на стенки скважины всегда было выше пла-стового. В период же схватывания и твердения тампонажного раствора снижение перового давле-ния в нем неизбежно при любом составе раствора. Против проницаемых пластов оно снижается до пластового в течение нескольких часов, если на стенках скважины имеется фильтрационная глини-стая корка, и еще быстрее при отсутствии корки. Так, при цементировании неглубоких скважин в Татарии и в Краснодарском крае поровое давление снижалось практически до пластового в тече-ние 5—10 ч. При большом удалении от проницаемых пластов поровое давление при твердении снижается еще более значительно. Один из наиболее эффективных способов предотвращения осложнений при цементировании и в последующий период — применение разделительных паке-ров на обсадной колонне, Такие пакеры для предотвращения газопроявлений и перетоков должны устанавливаться выше кровли горизонта с повышенным коэффициентом аномальности, а также между горизонтами с относительным перепадом пластовых давлений, значительно отличающимся от единицы, а для предотвращения поглощения при ступенчатом цементировании—выше кровли поглощающего объекта, всегда на участке с номинальным диаметром ствола против устойчивых пород. Пакеры расширяются в радиальном направлении и плотно прижимаются к стенкам скважи-ны под воздействием механического или гидравлического усилия, прикладываемого к ним сразу же после окончания цементирования.

Причинами неполного заполнения заданного интервала заколонного пространства тампо-нажным раствором могут быть ошибки в определении объема этого пространства при планирова-нии операции, ошибки в измерении объема раствора, фактически закачанного в скважину, погло-щение раствора, а также оставление значительного объема последнего в обсадной колонне. Необ-ходимый для цементирования заданного интервала объем тампонажного раствора рассчитывают по среднему диаметру скважины, который определяют по кавернограмме, записанной перед спус-ком колонны. Так как конфигурация поперечного сечения ствола часто заметно отличается от круга, объем, рассчитанный таким образом, следует рассматривать, как первое приближение. К нему нужно ввести поправочный коэффициент, чтобы компенсировать неточность в определении истин-ного объема заколонного пространства, а также учесть возможные потери раствора вследствие об-разования нетвердеющей смеси с буферной и промывочной жидкостями, из-за отфильтровывания некоторого количества воды через проницаемые стенки скважины и по другим причинам. Одной из возможных ошибок в определении объема тампонажного раствора, фактически закачанного в скважину, является неправильный учет сжимаемости его, особенно в тех случаях, когда для обра-ботки используют реагенты, способствующие вспениванию раствора (например, лигносульфонаты). Наиболее надежные данные можно получить с помощью расходомера и сумматора, установлен-ных на станции СКЦ. При отсутствии таких приборов коэффициент сжимаемости раствора следует оценить с помощью лабораторных приборов. При спуске в скважину колонны, оборудованной скребками, турбулизаторами, центраторами и манжетами, вокруг этих элементов могут образовы-ваться небольшие сальники из частиц содранной глинистой корки. Такие сальники повышают гид-равлическое сопротивление заколонного пространства и, следовательно, благоприятствуют возник-новению поглощений. Во избежание этого необходимого чаще делать промежуточные промывки и удалять из скважины скопившиеся кусочки содранной корки.