6. Цементирование скважин

Метод цементирования обсадных технических колонн продавкой цементного раствора через башмак колонны был впервые предложен в 1905 году русским инженером А.А. Богушевским. Этот метод взят на вооружение и применяется во всем мире.

Суть метода состоит в следующем:

Допущенную до забоя скважины обсадную техническую колонну (ОК) тщательно промывают, затем через установленную на устье цементировочную головку, в которой зафиксирована цементировочная пробка, в ОК закачивается расчетное количество цементного раствора нужной плотности.

Так как основной целью цементирования ОК является качественное разобщение всех пластов, находящихся в призабойной зоне, т.е. получения качественного сцепления цементного камня со стенкой скважины и стенкой ОК, снаружи на ОК устанавливаются скребки (рисунок 4) для удаления со стенок скважины глинистой корки, турбулизаторы (рисунок 5, для придания восходящему потоку жидкости вихревого турбулентного потока), центрирующие фонари (рисунок 6, для обеспечения соосности или центровки ОК и скважины) т.е. получение цементного камня в зоне продуктивных пластов с одинаковыми толщинами стенок. Перед цементным раствором в скважину необходимо закачать 15 – 20 м³ буферной жидкости, для очищения стенок скважины и обсадной колонны от глинистой корки.

Рисунок 4. Скребок: ребро; 2- накладка; 3- усы.
Рисунок 5. Центраторы-турбулизаторы с упругими (ЦТ) и жесткими (ЦТГ) лопастями: 1- накладки; 2- упругие лопасти; 3- корпус; 4- винтовой клин.

Рисунок 6. Центрирующий фонарь типа ЦЦ

6.1. Цементирование скважин (одноступенчатое цементирование)

Одноступенчатое цементирование – крепление скважины производится за один цикл цементирование скважины (рисунок 7), если цементирование производят более 1-го цикла, то такой способ цементирования называют 2-х ступенчатый.

Для цементирования обсадной колонны используют технологическую оснастку, которая включает в себя такое оборудование: переводник для спуска колонн хвостовиками (рисунок 8), башмачные направляющие пробки (рисунок 9), циркуляционные клапана обратного действия (ЦКОД) (рисунок 10, 11, 12), клапан обратный дроссельный для горизонтальных скважин (КОДГ) (рисунок 13), схема установки колец жесткости (рисунок 13).

Индексы схематического изображения цементирования скважины.

Н	глубина залегания пласта, м;
h	мощность пласта, м;
Hбур	проектная глубина бурения, м ;
Ни.з.	глубина установки «стоп-кольца» или глубина «искусственного забоя», м;
h зум.	интервал зумпфа, м;
h ц.с.	высота (интервал) цементного стакана, м;
h т.к.	высота (интервал) технологического кармана, м;
Нц.	высота подъема цемента, м;
h1	высота подъема цемента выше кровли продуктивного пласта и башмака предыдущей колонны, м;
Dн.	наружный диаметр эксплуатационной колонны (ЭК), мм;
Dвн.	внутренний диаметр (ЭК), мм;
Dс.	диаметр скважины, мм;
Нк.	глубина спуска кондуктора, м;
Нн	глубина спуска направления, м;
Lэ.к.	глубина (длина) спуска (ЭК), м.

Рисунок 7. Схема одноступенчатого цементирования скважины

а – начало закачивания цементного раствора; б – процесс начала продавки; в – процесс выдавливания цементного раствора в затрубное пространство через башмак; г – окончание цементирования; 1 – башмак; 2 – ЦКОД – циркуляционный клапан обратного действия; 3 – упорное («стоп») – кольцо; 4 – эксплуатационная колонна; 5 – центрирующие фонари; 6 – скребок;

7 – турбулизатор; 8 – кондуктор; 9 – направление; 10 – КВД (кран высокого давления) нижний; 10 – КВД (кран высокого давления) верхний; 11 – цементировочная пробка; 12– ЦГ (цементировочная головка); 13 – манометр; 14 – стопорный винт; 15 – цементный (тампонажный) раствор; 16 – буферная жидкость; 17 – продавочная жидкость.

1- спецпереводник; 2- шар; 3- резиновое уплотнение; 4- скользящая втулка; 5- промывочное отверстие; 6- шпилька; 7- спецмуфта; 8- упорное кольцо; 9- обсадная труба.

Рисунок 8. Специальный переводник для спуска колонн хвостовиками

Рисунок 9. Башмачные направляющие пробки: а - деревянная; б - бетонная; в - чугунная; г - стальная «паук».

Рисунок 10. Обратный дроссельный клапан типа тарельчатый Рисунок 11. Обратный дроссельный клапан типа тарельчатый (вид сверху)	Рисунок 12. Обратный дроссельный клапан ЦКОД типа шаровой.
1- корпус; 2- нажимное кольцо; 3- разрезная шайба; 4- резиновая диафрагма; 5- упорное кольцо; 6- шар; 7 - ограничитель; 8- эластичная мембрана; 9- дроссель.

Рисунок 13. Клапан обратный дроссельный для горизонтальных скважин КОДГ: 1- корпус; 2- кольцо нажимное; 3- кольцо; 4- диафрагма; 5,6- набор разрезных шайб; 7- ограничитель; 8- пята; 9- дроссель; 10- пружина; 11- втулка; 12-упор; 13-кольцо уплотнительное; 14-шар.

Рисунок 14. Схема установки колец жесткости: 1- кольцо жесткости; 2- электрозаклепки.

После закачки расчетного объема цементного раствора, на цементировочной головке рисунок 15, отворачиваются стопорные винты и продавливается цементировочная пробка, после чего цементный раствор продавливается за колонну расчетным количеством продавочной жидкости.

	Рисунок 15. Головка цементировочная устьевая: 1- крышка; 2- накидная гайка; 3- пробковый кран; 4- цементировочная пробка; 5- стопорный винт; 6- элементы обвязки; 7- корпус.
По окончании продавки цементировочная пробка (рисунок 16) «садится» на упорное кольцо, образуя «искусственный» забой скважины. Скважина под давлением остается на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) до 24 часов, после чего ОК опрессовывается на герметичность. После получения положительного результата опрессовки ОК скважина осваивается и из нее получают приток содержащегося в пласте флюида.
		Рисунок 16. Цементировочные пробки: а - нижняя самоуплотняющаяся с металлическим остовом; б - верхняя; в - самоуплотняющаяся резиновая.

Расчет объема цементного раствора одинаковой плотности для одноступенчатого цементирования скважины (см. рисунок 7. Схема одноступенчатого цементирования) производится по следующим формулам:

1. Объем цементного раствора Vц.р.( м3).
Vц.р.= ;	(9)
Vц.с. = 0,785 Дскв2 ·Нц.с. , где: К – коэффициент кавернозности, определяется по данным каверномера; Hи.з. – высота подъема тампонажного раствора в заколонном пространстве, или глубина искусственного забоя (м); Нц.с. – расстояние от башмака обсадной колонны до кольца «стоп», м.	(10)
2. Объем продавочной жидкости Vпр.ж.., м3
Vпр.ж.. = 0,785 Двн.э.к.2 · Ни.з.	(11)

Варианты для решения задач№2 представлены в таблице 7.

Таблица 7. Расчет объема цементного раствора для одноступенчатого цементирования скважины