технология бурения 3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рисунок 17.26 – Муфта ступенчатого цементирования (общий вид)

Конструкций муфт ступенчатого цементирования (МСЦ) или устройств ступенчатого цементирования (УСЦ) достаточно много, но основными их элементами являются следующие.

-корпус, на концах которого имеются резьбы для соединения с трубами обсадной колонны.

-промывочные окна в корпусе, закрываемые подвижной (скользящей) втулкой, фиксируемой в корпусе срезными штифтами. В некоторых конструкциях промывочные окна закрываются диафрагмами, рассчитанными на заданное давление.

-подвижная (скользящая) втулка, закрывающая промывочные окна. Продавка тампонажного раствора, открытие и закрытие промывочных

окон осуществляется с помощью специальных пробок, количество и конструкции которых может быть различным (от 1 до 3). Как правило, первая из пробок имеет широкие резиновые манжеты, позволяющие пробке легко проходить через муфту, не вызывая ее срабатывания. Вторая пробка глухая, может быть чугунная (иногда называемая «бомбой»), служит для открытия промывочных окон. В некоторых конструкциях муфт она отсутствует. Третья пробка имеет максимальный диаметр и служит для закрытия промывочных окон.

Выбор места установки МСЦ зависит от цели проводимой операции, траектории и конфигурации ствола скважины. В частности, если ступенчатое цементирование применяется для предупреждения газопроявлений в

257

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

период ожидания затвердевания цементного раствора (ОЗЦ), то муфта устанавливается над газоносным пластом. В случае невозможности подъема тампонажного раствора на проектную высоту в одну ступень, недостаточного количества цементировочной техники или применения тампонажных материалов, отличающихся по температурным условиям применения, место установки МСЦ определяется соответствующими расчетами.

В любом случае, муфты ступенчатого цементирования рекомендуется устанавливать в интервалах устойчивых непроницаемых пород, не имеющих каверн или желобов. В наклонно направленных скважинах МСЦ необходимо размещать в вертикальной части ствола или участках с минимальной интенсивностью искривления и минимальным углом наклона. Если есть возможность, то лучше всего МСЦ разместить в предыдущей колонне.

Для повышения герметичности затрубного пространства муфты ступенчатого цементирования могут комбинировать с пакерами различных типов (рисунок 17.27).

а

б

Рисунок 17.27 – Муфты многоступенчатого цементирования с пакерами а – с надувным пакером; б – с сжимаемым пакером

На рисунке 17.28 приведена схема пакера проходного гидравлического универсального заколонного типа ППГУ. Технические характеристики пакеров приведены в справочной литературе.

Разъединители хвостовиков и секций обсадных колонн предназначены для безопасного спуска на бурильных трубах и для цементирования потайных колонн (хвостовиков) или секций обсадных колонн и последующего отсоединения от них бурильных труб. Разъединители делятся на резьбовые (левая резьба) и безрезьбовые, к которым относятся кулачковые, замковые и штифтовые разъединители. Разъединители оснащены внутренним пакерующим узлом, который позволяет проводить циркуляцию через башмак

258

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

обсадной колонны после ее цементирования и отсоединения от бурильных труб. Наличие секционной разъединительной пробки в разъединителях позволяет разделять тампонажный раствор и продавочную жидкость, а также контролировать окончание процесса цементирования потайных колонн или секций обсадных колонн.

Рисунок 17.28 – Пакер проходной гидравлический универсальный заколонный типа ППГУ:

1 – присоединительный переводник;

2 – стальная обойма;

3 – рукав;

4 – корпус уплотнительного узла;

5 – стальная обойма;

6– клапан пакеровки-допакеровки;

7– уравнительный клапан;

8– предохранительныцй клапан;

9– корпус-патрубок;

10– втулка;

11– седло радиально-разжимное;

12– пробка полая срезная;

13– верхний присоединительный переводник

Подвесные устройства применяют для подвешивания хвостовиков или секции обсадных колонн в стволе скважины с целью предотвращения их изгиба от действия собственного веса. Глубинную подвеску потайных колонн и секций обсадных колонн в скважине производят тремя способами: на цементном камне, клиньях и опорной поверхности.

Подвешивание секции обсадных колонн на цементном камне может проводиться, как в обсаженной, так и необсаженной частях ствола скважины, без ограничений длины секций, глубины скважины и кольцевых зазоров. При этом обязательным является подъем тампонажного раствора на всю длину цементируемой колонны.

259

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для спуска, подвески и герметизации хвостовиков без их цементирования применяются специальные комплексы технических средств, позволяющие осуществить спуск комплекса технических средств в составе хвостовика на транспортировочной колонне труб, проведение промывок скважины, приведение в действие заколонных проходных пакеров, приведение в действие узлов подвески хвостовика, проведение промывки и подъем транспортировочной колонны.

Приведение в действие технических средств обеспечивается последовательно от забоя к устью скважины поэтапным повышением внутреннего избыточного давления в хвостовике, соединенном с транспортировочной колонной. Повышение внутреннего избыточного давления осуществляется в заданном режиме с предварительной настройкой каждого технического средства на поверхности.

Схема одного из устройств для подвески хвостовиков и секций на цементном камне приведена на рисунке 17.29.

Рисунок 17.29. – Устройство для подвески хвостовиков и секций на цементном камне.

а – в обсаженном стволе с резьбовым разъединителем: 1 – пробка; 2 – удлинитель; 3 – срезные штифты; 4 – запорная втулка; 5 – уплотнительное кольцо;

6 – крышка; 7 – ниппель разъединителя; 8 – манжета; 9 – раструб разъединителя; 10 – муфта разъединителя;

11 – несущий патрубок; 12 – шар;

13 – седло; 14 – нижняя часть пробки;

б – в необсаженном стволе:

1 – замковая муфта; 2 – переводник; 3, 9, 10 – части корпуса; 4 – патрубок; 5 – манжетные

уплотнители; 6, 13 – секции шпинделя; 7 – упорный подшипник; 8 – радиальный подшипник; 11 – золотник; 12 – нажимная гайка; 14 – замковый ниппель.

260

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

17.5. Технология разобщения вскрытых бурением пластов

Среди важнейших требований, предъявляемых к качеству разобщения пластов, можно выделить следующие:

-разобщающая среда должна быть герметичной при любых перепадах давлений, которые существуют или могут возникнуть между проницаемыми пластами;

-разобщающая среда должна постоянно иметь плотный контакт с окружающими горными породами и поверхностью обсадной колонны;

-герметичность разобщающей среды не должна нарушаться при любых возможных деформациях обсадных труб;

-разобщающая среда должна быть долговечной, т.е. не должна разрушаться под воздействием пластовых жидкостей, газов, бактерий и при изменениях температур, возможных в период бурения;

-герметичность разобщения не должна нарушаться под действием ударных нагрузок, которые возникают при работе в скважине;

-разобщающая среда должна быть термостойкой, т.е. не разрушаться от длительного воздействия температур, а также при смене положительной температуры на отрицательную и наоборот.

-материалы, применяемые для разобщения пластов, должны способствовать повышению устойчивости стенок скважины, защищать об-

садную колонну от коррозии и смятия т.д.

Основным методом разобщения пластов в настоящее время является цементирование, т.е. заполнение заданного интервала заколонного пространства скважины тампонажным (цементным) раствором, способным затвердевать, превращаясь в прочный непроницаемый камень. В зависимости от характера решаемых задач цементирование можно подразделить на следующие способы.

-первичное цементирование;

-ремонтное цементирование;

-изоляция зон поглощений;

-установка мостов.

17.5.1. Способы первичного цементирования

Первичное цементирование проводится сразу же после спуска обсадной колонны. При этом основными технологическими операциями являются следующие:

-обвязка цементировочного оборудования;

-приготовление технологических жидкостей;

-закачка буферной жидкости, тампонажных растворов, продавка тампонажных растворов в затрубное пространство;

261

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

-ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ) – для кондуктора 5–8 ч, остальных колонн – от 12 до 24 ч;

-проверка качества цементирования, испытание обсадных колонн на герметичность,

-разбуривание цементного стакана, проверка герметичности заколон-

ного пространства.

На практике применяют несколько способов цементирования, которые можно классифицировать по нескольким признакам.

По способу подачи тампонажного раствора в заколонное пространство способы цементирования разделяют на:

-прямой, когда тампонажный раствор закачивается внутрь обсадной колонны;

-обратный, когда тампонажный раствор закачивается непосредственно в затрубное пространство.

По способу продавки тампонажного раствора:

-одноступенчатый, при этом весь тампонажный раствор продавливается через башмак обсадной колонны;

-многоступенчатый, когда тампонажный раствор продавливается поинтервально через башмак колонны и муфту ступенчатого цементирования. Разновидностью многоступенчатого цементирования можно считать и манжетное цементирование, при котором цементируется только вторая ступень.

-комбинированное цементирование, в этом случае первая ступень це-

ментируется прямым способом, а вторая – обратным.

Следует выделить и цементирование колонн, спускаемых секциями, и хвостовиков, при которых закачка и продавка тампонажного раствора проводится через бурильные трубы, на которых спускают секцию обсадной колонны или потайную обсадную колонну.

Сущность прямого одноступенчатого цементирования, схема которого представлена на рисунке 17.30, заключается в том, что тампонажный раствор закачивается внутрь обсадной колонны, прокачивается через нее, продавливается через башмак обсадной колонны в затрубное пространство, поднимаясь там до необходимого уровня. Для реализации данного способа на обсадную колонну устанавливается цементировочная головка. Низ обсадной колонны, помимо направляющего башмака, оборудуется обратным клапаном и кольцом «стоп».

После спуска колонны и промывки скважины цементировочная головка обвязывается с цементировочной техникой и проводится опрессовка нагнетательных линий на 1,5-кратное максимально возможное давление, возникающее в конце цементирования. Через нижний отвод цементировочной головки закачивается буферная жидкость, после которой в обсадную колонну запускается нижняя цементировочная пробка. Затем через один или два нижних отвода цементировочной головки начинается закачка

262

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

внутрь обсадной колонны расчетных объемов тампонажных растворов, сначала облегченного, затем нормальной плотности (утяжеленного).

После этого освобождают верхнюю разделительную пробку и через верхний отвод цементировочной головки поверх пробки закачивают продавочную жидкость. Закачку продавочной жидкости начинают одним цементировочным агрегатом на минимальной подаче. Убедившись в уходе цементировочной пробки из цементировочной головки подачу насосов увеличивают.

Рисунок 17.30 – Схема прямого одноступенчатого цементирования 1 – цементировочная

головка; 2 – нижняя пробка; 3 – центратор; 4 – обсадная колонна; 5 – обратный клапан; 6 – башмак колонны; 7 – верхняя пробка; 8 – цементный раствор

Нижняя пробка, двигаясь вниз, садится на упорное кольцо, под действием перепада давления диафрагма в пробке разрушается, и раствор через отверстия в башмаке и башмачном патрубке выходит в заколонное пространство. Поскольку плотность тампонажного раствора выше чем плотность промывочной жидкости, то, начиная с определенного момента времени, давление на насосах начинает расти. В момент посадки верхней пробки на нижнюю пробку, или, при ее отсутствии, на кольцо «стоп», давление резко (скачкообразно) растет. Это является сигналом остановки на-

263

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

сосов. Чтобы не произошло нарушений в колонне в момент получения сигнала «стоп», рекомендуется закачивание последней порции продавочной жидкости вести на минимальной скорости. Давление на цементировочных агрегатах в момент получения сигнала «стоп» не должно превы-

шать 2,5–3,5 МПа.

Если колонна оборудована обратным клапаном, то давление на устье снижается до атмосферного. При этом из колонны вытекает небольшое количество продавочной жидкости.

Если обратный клапан герметичен, то выход жидкости прекращается. В этом случае колонна с открытым краном на цементировочной головке оставляется на регламентированное время ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента), во время которого никакие работы с обсадной колонной проводить не рекомендуется.

Если обратный клапан не герметичен, и выход продавочной жидкости из обсадной колонны не останавливается, то необходимо закачать в колонну продавочную жидкость до получения «стоп» и оставить колонну под давлением на 5% выше расчетного в конце цементирования на ОЗЦ, во время которого контролировать давление в колонне (на цементировочной головке).

К достоинствам данного способа цементирования можно отнести его сравнительную простоту, распространенность, наличие большого опыта и надежность контроля процесса, который осуществляется путем измерения объемов закачиваемых жидкостей (буферная, тампонажные растворы и продавочная) и по давлению на устье скважины. В общем случае, изменение давления на устьеможнопредставитьграфиками, приведенныминарисунке17.31.

264

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При закачке цементного раствора давление на цементировочной головке будет снижаться за счет того, что цементный раствор, имея большую плотность, чем промывочная жидкость, будет опускаться под собственным весом. Это может привести к возникновению вакуума внутри колонны. Для исключения данного явления целесообразно на устье поддерживать противодавление. Образование вакуума и разрыва сплошности можно избежать увеличением скорости закачки тампонажного раствора в обсадную колонну, однако при этом может резко возрасти гидродинамическая составляющая давления на пласты, и появиться риск гидроразрыва пластов.

чатого цементирования следует отнести:

-длительность процесса, связанную с тем, что тампонажный раствор, фактически, проходит двойное расстояние, сначала вниз на всю длину обсадной колонны, а затем вверх по затрубному пространству на ту же длину;

-сложность регулирования свойств цементного раствора из-за длительности процесса и большой разницы температур на забое и устье скважины;

-большие давления на цементировочных агрегатах в конце продавки;

-высокие давления на пласты, в том числе и продуктивные. Последнее очень важно, поскольку из тампонажных растворов, обла-

дающих низкой водоудерживающей способностью, легко отфильтровывается свободная жидкость затворения, которая сильно снижает проницаемость коллекторов. Исследования, проведенные в УГНТУ, показали, что для песчаных коллекторов Западной Сибири снижение проницаемости достигает до 50 % от первоначальной.

265

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для снижения давления на цементировочных агрегатах в качестве продавочной жидкости вместо технической воды можно использовать буровой раствор. Однако это может вызвать сложности при опрессовке обсадной колонны, которая должна проводиться водой.

Другие недостатки прямого одноступенчатого цементирования могут легко устраняться применением других способов цементирования.

Обратное одноступенчатое цементирование лишено многих указан-

ных недостатков. Суть данного способа цементирования состоит в том, что тампонажный раствор закачивается в затрубное пространство, а промывочная жидкость, находящаяся в скважине, вытесняется через обсадную колонну. При этом значительно сокращается путь цементного раствора в скважине, и уменьшается время проведения операции за счет исключения этапа продавки. Важным достоинством этого способа является снижение расхода химических реагентов и исключение проблем, связанных с регулированием твердения, а также пониженные давления на цементировочных агрегатах.

Одним из главных достоинств обратного цементирования является снижение давления на пласты и исключение их гидроразрыва.

Закачка цементного раствора может вестись через открытое или герметизированное затрубное пространство. При обратном способе цементирования обсадная колонна оборудуется всеми видами наружной оснастки (направляющий башмак, центрирующие фонари, турбулизаторы, скребки) за исключением обратного клапана и кольца «стоп». Цементировочные разделительные пробки также не применяются. Сверху колонна оборудуется цементировочной головкой, которая в некоторых случаях может иметь лубрикатор для пропуска каротажного кабеля. В случае закачки цементного раствора через открытое устье, оно оборудуется специальным ящиком, в который заливается цементный раствор, причем подача цементного раствора должна быть такой, чтобы на устье скважины всегда находился цементный раствор, и не происходило разрыва сплошности потока. Для того чтобы обеспечить начало движения цементного раствора, часть глинистого раствора внутри обсадной колонны может заменяться на воду с тем, чтобы гидростатическое давление в кольцевом пространстве превышало гидростатическое давление в трубах.

При герметизированном устье скважины такая операция не требуется, и цементный раствор закачивается под давлением обратной промывкой.

Вытесняемая им промывочная жидкость поднимается вверх по обсадной колонне и через цементировочную головку, трубопровод направляется в очистную систему. После того как первая порция тампонажного раствора войдет в башмак колонны, насосы останавливают, краны на головке закрывают и скважину оставляют в покое на период твердения раствора.

Контроль процесса ведется по объему выходящей из обсадной колонны промывочной жидкости. В идеальном случае выход на устье жидкости, по

266