монолитный цементный камень с одинаковой прочностью по

всему стволу; 2) сокращаются затраты времени на операции по цементиро­

ванию; 3) ограничиваются одной зоной смешения глинистого и це­

ментного растворов; 4) гидродинамический расчет более точен для призабойной

зоны, так как гидравлические потери в колонне обсадных труб проще поддаются расчету;

5) возможна закачка тампонажного раствора в турбулентном потоке без опасения разрыва пласта и возникновения погло­ щений, что важно при вытеснении промывочной жидкости из затрубного пространства;

6) требуются меньшие мощности оборудования для цемен­ тирования.

Несмотря на это, способ обратного цементирования имеет ог­ раниченное применение из-за отсутствия средств контроля за процессом цементирования.

С целью предотвращения поглощений при цементировании эксплуатационных колонн применяют способ ступенчатого це­ ментирования скважин с подъемом тампонажного раствора за обсадной колонной в две ступени и более.

7.4. СХЕМЫ РАЗМЕЩЕНИЯ И ОБВЯЗКИ ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ

В настоящее время в различных нефтегазовых районах при­ меняют несколько отличающихся друг от друга технологичес­ ких схем приготовления и нагнетания тампонажных растворов. Это отличие обусловлено спецификой геолого-технических, а иногда и климатических условий данного района, что опреде­ ляет выбор конструкции скважины, способа цементирования и тампонажного материала для каждого конкретного района.

Отличие этих схем заключается в использовании различного числа цементировочных агрегатов и цементно-смесительных машин, а также в применении специальных устройств или ме­ ханизмов, повышающих качество раствора или цементирования в целом и улучшающих условия труда обслуживающего персо­ нала. Схема обвязки оборудования при использовании 20-40 т сухого тампонажного материала для приготовления раствора приведена на рис. 7.15.

Рис. 7.15. Схема обвязки агрегатов при цементировании скважин с использо­ ванием 20-40 т сухого тампонажного материала:

1 - цементно-смесительная машина 2СМН-20; 2 , 3 - цементировочный агрегат соответственно ЦА-320М; ЗЦА-400А; 4 - блок манифольда 1БМ-700; 5 - стан­ ция контроля цементирования; 6 - цементировочная головка; пунктирная линия - движение продавочной жидкости; сплошная линия - движение там­ понажного раствора

При использовании 40-60 т сухого материала для приготов­ ления и нагнетания тампонажного раствора применяют боль­ шее число агрегатов, позволяющих аккумулировать весь сухой материал в трех точках затворения. Если масса сухого материа­ ла превышает 60 т, изменяется схема обвязки цементировоч­ ных агрегатов и цементно-смесительных машин (рис. 7.16).

Во всех этих схемах, как правило, предусматривается такое соотношение между численностью цементно-смесительных машин и цементировочных агрегатов, при котором обеспечива­ ется бесперебойное приготовление и нагнетание тампонажного раствора в скважину с заданным темпом. Обычно с одной це­ ментно-смесительной машиной 2СМН-20 работают два цемен­ тировочных агрегата, один из которых (имеющий водоподаю­ щий насос) подает жидкость на затворение в гидровакуумное

-□одР Ь чО

Рис. 7.16. Схема обвязки агрегатов при цементировании скважин с использо­ ванием более 60 т сухого материала.

Обозначения см. на рис. 7.15

смесительное устройство цементно-смесительной машины, а второй (не имеющий водоподающего насоса) вместе с первым нагнетает готовый раствор в скважину. При этом суммарная подача жидкости (по паспортным данным) двумя агрегатами несколько больше производительности цементно-смесительной машины. Как правило, для продавливания верхней раздели­ тельной пробки используют агрегат ЗЦА-400А, который обвя­ зывают с цементировочной головкой.

Вразличных районах страны в связи со специфическими ус­ ловиями схемы обвязки оборудования несколько видоизменя­ ются.

Вб. Грознефти и Краснодарнефтегазе использовали осреднительные емкости, смонтированные на автомашине и имеющие

перемешивающие устройства. Прежде чем подать раствор в скважину, его некоторое время перемешивают в этой емкости; благодаря этому улучшается его однородность, что существен­ но повышает качество цементирования. Представляется целе­ сообразным организовать серийное изготовление таких емкос­ тей. На рис. 7.17 показана схема расстановки и обвязки обору­ дования при цементировании скважин облегченным тампонаж­ ным раствором с применением осреднительной емкости и ис­ пользованием резервуара вместимостью 40 м3 для заготовки воды затворения.

Иногда для аккумулирования жидкости затворения исполь­ зуют передвижные емкости различной вместимости (рис. 7.18). Пунктирными линиями показано движение жидкости затворе­ ния, сплошными - тампонажного раствора; когда нет возмож­ ности применять для аккумулирования жидкости затворения стационарные или передвижные емкости, с этой целью исполь­ зуют мерные емкости цементировочных агрегатов (рис. 7.19). Пунктирными линиями показано направление движения воды, сплошными - тампонажного раствора, штрихпунктирными - продавочной жидкости. При работе по этой схеме после приго­ товления и нагнетания тампонажного раствора, при его продавливании смесительные машины и обвязанные с ними цементи­ ровочные агрегаты могут быть отсоединены и отправлены на базу.

В б. ВНИИКРнефти разработана и внедрена специальная технологическая схема приготовления и нагнетания тампонаж­ ного раствора (рис. 7.20), исключающая его потери (особенно при использовании вспенивающих реагентов) и позволяющая увеличить подачу насосов цементировочных агрегатов за счет создания подпора на приеме.

В ЗапСиббурнефти для приготовления растворов из лежалых цементов иногда используют фрезерно-струйную мельницу, соединенную с оборудованием по схеме, указанной на рис. 7.21 (разработана в б. ВНИИКРнефти); также находит применение схема цементирования скважин с применением гидравлическо­ го способа активации цемента, при котором поток тампонажного раствора под большим давлением подается в устройство, где соударяется со стенкой или встречным потоком; в результате этого разрушаются комкообразные включения и повышается степень гидратации.

С целью увеличения степени вытеснения бурового раствора из затрубного пространства скважины при цементировании, а следовательно, для повышения его качества были разработаны и внедрены способ применения и комплекс устройств, позволя-

Рис. 7.18. Схема обвязки агрегатов с использованием двух емкостей для ак­ кумулирования жидкости затворения вместимостью по 25 м3:

1 - цементно-смесительная мяплтия 2СМН-20; 2 ,3 - цементировочный агрегат соответственно ЦА-320М и ЗЦА-400А; 4 - блок манифольда 1БМ-700; 5 - станция контроля цементирования СКЦ-2М; 6 - цементировочная головка; 7 - емкость

ния и отдельных устройств, обеспечивающих расхаживание колонны в процессе нагнетания жидкости при цементирова­ нии.

Представляет интерес сопоставить различные схемы расста­ новки и обвязки цементировочного оборудования, выявить их преимущества и недостатки.

Анализ данных по ряду объединений с большим объемом бу­ рения, а также со сложными конструкциями скважин показал, что до 80 % скважин цементируют с применением от 20 до 80 т сухого тампонажного материала. При этом подача раствора и продавочной жидкости в скважину не превышает 25 л/с, а дав­ ление 30,0 МПа.

ночных агрегатов. Обозначения см. на рис. 7.15

Для удобства сравнений этих схем примем одинаковые для всех случаев условия цементирования, которые приведены ни­ же.

Рис. 7.22. Схема размещения и обвязки оборудования при цементировании скважины с расхаживанием колонны:

1 - цементно-смесительная машина 2СМН-20; 2, 3 - цементировочный агрегат соответственно ЦА-320М н ЗЦА-400А; 4 - блок манифольда 1БМ-700; 5 - станция контроля цементирования; 6 - цементировочная головка; 7 - шар­ нирныезвенья гибкого металлического шланга; 8 - стояк

Наиболее распространенная технологическая схема (рис. 7.23, а, вариант 1) предусматривает участие в процессе цемен­ тирования серийного цементировочного оборудования. Каждая цементно-смесительная машина 2СМН-20 работает с двумя це­ ментировочными агрегатами, один из которых может не иметь

водоподающего насоса (ЗЦА-400А). Как правило, цементиро­ вочный агрегат ЦА-320 при работе на IV скорости не обеспечи­ вает откачку из цементного бачка всего количества приготавли­ ваемого раствора, поэтому к откачке подключается второй агре­ гат. Это также практикуется для повышения надежности про­ цесса.

Таким образом, суммарная подача обоих агрегатов намного превосходит производительность цементно-смесительной ма­ шины и приводит к недоиспользованию мощности цементиро­ вочных агрегатов. В связи с этим неоправданно увеличивается их число при цементировании, что усложняет проведение про­ цесса и ухудшает его технико-экономические показатели. Кро­ ме того, если применяется специальная жидкость затворения, то для ее приготовления и аккумулирования используются до­ полнительные цементировочные агрегаты, помимо указанных на схеме. Положение с аккумулированием жидкости затворе­ ния усугубляется при приготовлении облегченных тампонаж­ ных растворов. Однако практически нигде для этой цели не ис­ пользуются автоцистерны.

Вторая технологическая схема (вариант 2) предусматривает применение так называемой осреднительной установки —емко­ сти (см. рис. 7.23, б). Установка имеет перемешивающее уст­ ройство, обеспечивающее выравнивание параметров тампонаж­ ного раствора, поступающего от различных цементно­ смесительных машин, которые участвуют в процессе. Как вид­ но из сопоставления вариантов 1 и 2, число единиц используе­ мого оборудования в них почти одинаково. На практике находит применение разновидность варианта 2, при котором жидкость затворения под большим давлением (до 7 МПа) цементировоч­ ным насосом подается в смесительное устройство цементно­ смесительной машины 2СМН-20, а готовый раствор за счет ки­ нетической энергии струи по шлангу поступает в осреднительную установку. В этом случае число единиц оборудования оста­ ется таким же, как и для варианта 2. Однако при этом наруша­ ется требование ТУ на смеситель, где указано рабочее давление

затворяющей жидкости - 2 Мпа.

Третья технологическая схема (вариант 3) предусматривает применение кроме осреднительной установки также установки для приготовления и раздачи жидкости затворения (см. рис. 7.23, в), серийно не выпускаемой. Применение такой установки позволяет заранее готовить и аккумулировать часть жидкости затворения, исключив из этого процесса дополнительные це­ ментировочные агрегаты. Однако при работе по этой схеме тре­ буется заменять отработавшие цементно-смесительные маши-

Рис. 7.23. Схемы приготовления тампонажного раствора:

а - типовая (вариант 1); б — с применением осреднительной установки (вариант 2); в - с применением осреднительной установки и установки для приготовления ираздачи жидкости затворения (вариант 3); г - с применением гидроактиваторов (вариант 4); д —с использованием стационарных блоков приготовления буровых растворов и смесительного устройства б. ВНИИКР- нефти (вариант 5); е - с применением смесительной установки периодического действия (вариант 6); ж - с применением смесительных установок УС5-30 (вариант 7); з - с применением насосных установок УНБ2-630 (вариант 8); и - с применением смесительных установок УС5-30, насосных установок УНБ2-630 и автоцементовозов (вариант 9); к - с применением перспективного автомати­ зированного комплекса (вариант 10); л - с применением перспективного блоч­ ного цементировочного Оборудования (вариант 11); 1 - цементно-смесительная мяпттгня 2СМН-20; 2 ,3 - цементировочный агрегат соответственно ЦА-320А и ЗЦА-400А; 4 - блок манифольда 1БМ-700; б - самоходная лаборатория СКЦ2М-69; 6 - скважина; 7 - осреднительная установка; 8 - установка для приготовления и раздачи жидкости затворения; 9 - гидроактиваторы; 10 - стационарные блоки приготовления буровых растворов 2БПР; 11 - смеситель­ ная установка периодического действия; 12 - цементовоз; 13 - смесительная установка УС5-30; 14 - насосная установка УНБ2-630; 16 - автоматизирован­ ный комплекс; 16 - насосный блок; 17 - приводной блок; 18 - силосы пере­ движные; 19 - смесеприготовительный блок; 20 - загрузчик; 21 - склад

ны на другие, загруженные 20 т тампонажного материала, в то время как завод-изготовитель автомобиля КрАЗ запрещает движение с перегрузкой. Замена отработавших цементно­ смесительных машин связана с остановкой процесса приготов­ ления раствора, хотя ее можно производить поочередно, что не будет оказывать особого влияния на режим нагнетания тампо­ нажного раствора благодаря наличию осреднительной установ-

г

6

е

6 "-HEED

УНБ2-630 i* смесительных установок УС5-30. Такая схема еще не апробирована, но преимущества ее очевидны. Количество оборудования здесь сведено к минимуму. Однако участие в це­ ментировании большого числа цементовозов потребует дооснащения ими тампонажных организаций.

На рис. 7.23, к показана перспективная схема (вариант 10), по которой тампонажный раствор приготовляется автоматизи­ рованным комплексом, условно названным КСПТР. Предпола­ гаемая максимальная производительность комплекса 50 л/с раствора с допустимыми колебаниями плотности ± 0,03 г/см3. Исходные требования предусматривают компоновку оборудо­ вания комплекса на шасси автомобиля. Этот комплекс будет со­ держать устройства, средства регулирования и контрольно­ измерительную аппаратуру, которые автоматически должны обеспечивать приготовление качественного раствора с задан­ ным темпом. В состав комплекса должны входить установки для приготовления и выдачи жидкости затворения, снабжен­ ные устройствами, обеспечивающими требуемую степень авто­ матизации для работы всего оборудования.

На рис. 7.23, л представлена схема (вариант 11) с примене­ нием перспективного блочного оборудования, которая может быть использована при разбуривании автономных кустов и от­ дельных разведочных скважин. Масса блоков не превышает 5 т, что позволяет перевозить их либо автотранспортом, либо верто­ летом МИ-6. Насосный и приводной блоки транспортируются отдельно и соединяются на месте. Предусмотрены отдельный блок приготовления раствора и вертикальные бункеры для там­ понажного материала с загрузчиком. Испытание опытного об­ разца такого комплекса оборудования позволит определить его работоспособность и эффективность применения в труднодос­ тупных районах.

Сопоставление и анализ приведенных схем приготовления и нагнетания тампонажных растворов, данные о количестве и ти­ пах применяемого оборудования (табл. 7.4) показывают, что во всех схемах по различным причинам серийное оборудование используется недостаточно эффективно. Разработчикам цемен­ тировочного оборудования следует уделить больше внимания повышению его надежности, улучшению технических ха­ рактеристик. Одно из важных направлений - создание комплексных систем установка смесительная - установка на­ сосная.

Применение осваиваемого и предполагаемого к разработке нового оборудования (высокопроизводительных насосных уста­ новок типа УНБ, смесительных установок повышенной грузо-

Таблица 7.4

Количество и тип оборудования, применяемого при цементировании скважин