33. Способы цементирования обсадных колонн.

Цементированием называется процесс заполнения заданного интервала скважины суспензией вяжущих материалов, способной в покое загустевать и превращаться в прочный, практически непро­ницаемый камень. В нефтегазодобывающей промышленности цемен­тирование широко применяется для решения следующих задач:

а) изоляции насыщенных жидкостями и газом проницаемых горизонтов друг от друга после того, как они вскрыты скважиной;

б) создания высокопрочных мостов в скважине, способных вос­принимать достаточно большие осевые нагрузки (например, при забуривании новых стволов, при опробовании горизонтов испыта­телями пластов с опорой на забой и др.);

в) создания разобщающих экранов, препятствующих обводне­нию продуктивных горизонтов;

г) удержания в подвешенном состоянии обсадной колонны;

д) защиты обсадной колонны от воздействия агрессивных пласто­вых жидкостей и газов, вызывающих коррозию металла;

е) ликвидации поглощения промывочной жидкости;

ж) упрочнения стенок скважины в неустойчивых породах. Существует несколько способов цементирования. Условно их можно разделить на две группы: способы первичного цементирования и способы вторичного (ремонтного) цементирования. В данном па­раграфе рассматриваются основные способы первичного цементи­рования.

Одноступенчатое цементирование.

Из всех способов первичного цементирования наиболее распространенным является одноступенчатое через башмак обсадной колонны. После окончания промывки скважины в обсадную колонну вста­вляют нижнюю разделительную пробку, навинчивают специальную цементировочную головку, боковые отводы которой с помощью трубопроводов соединяют с цементировочными насосами, и внутрь колонны закачивают водную суспензию тампонажных материалов, которую называют цементным раствором, или тестом. Суспензию готовят, как правило, с помощью специальных машин. Цементный раствор, закачиваемый через нижние боковые отводы 2 цементировочной головки 1, проталкивает раздели­тельную пробку 4 вниз по колонне. Закачав в колонну порцию цементного раствора в объеме, необходимом для заполнения задан­ного интервала кольцевого пространства и участка обсадной колонны ниже упорного кольца, закрывают краны 9 и промывают водой ли­нии обвязки цементировочных насосов. Затем освобождают верхнюю разделительную пробку 10, подвешенную в цементировочной головке, открывают кран 8 на верхнем боковом отводе и закачивают в колонну продавочную жидкость. Когда верхняя пробка войдет в обсадную колонну, открывают краны 9 и закачивают продавочную жидкость также через нижние боковые отводы. Нижняя пробка, дойдя до упорного кольца 6 в колонне, остана­вливается. Так как закачка жидкости продолжается, давление в ко­лонне возрастает, диафрагма в нижней пробке под влиянием разности давлений в колонне и в кольцевом пространстве разрушается, и це­ментный раствор устремляется в кольцевое пространство между ко­лонной и стенками скважины. Плотность цементного раствора почти всегда выше плотности промывочной жидкости в скважине, поэтому по мере того, как ко­лонна заполняется цементным раствором, разность давлений столбов жидкости в ней и кольцевом пространстве возрастает, а давление в цементировочных насосах и цементировочной головке уменьшается. С того момента, как цементный раствор начнет выходить в кольце­вое пространство, давление в насосах и цементировочной головке вновь возрастает. Как только верхняя пробка достигнет нижней и остановится, давление в колонне начнет резко возрастать. Быстрый рост давления («скачок») служит сигналом для прекращения закачки в колонну продавочной жидкости. Краны 8 и 9 цементировочной головки закрывают, а колонну оставляют в покое на период твердения цементного раствора. Разделительные пробки изготовляют из легко-разбуриваемых материалов (резина, пластмасса, дюраль). Если колонна оборудована проч­ными и герметичными обратными клапанами, после окончания закачки продавочной жидкости (про­давки) ее целесообразно оставлять открытой на устье. При цементировании длинных колонн сигнал об остановке верх­ней пробки приходит на поверхность и фиксируется манометром на устье с запозданием на несколько секунд. Это опасно, так как закачка жидкости в колонну продолжается, и под влиянием быстро возрастающего давления могут быть разрушены пробка, упорное кольцо или колонна. Во избежание этого целесообразно на некотором расстоянии (150—200 м) от упорного кольца устанавливать сигнал-кольцо. Такое кольцо укрепляют в колонне с помощью тарированных шпилек (рис. 174). В момент, когда верхняя пробка достигнет сиг­нал-кольца и давление в колонне резко возрастет, возникнет сигнал, который через несколько секунд будет зафиксирован на поверхности как скачок стрелки манометра. При повышении давления на 3— 4 МПа шпильки срезаются, и пробка продолжает двигаться к упорному кольцу. Получив на поверхности сигнал, операторы смогут своевременно прекратить закачку продавочной жидкости. Двухступенчатое це­ментирование (с разрывом во времени). В этом случае интервал цементирования делят на две части, а в обсадной колонне у границы раздела устанавливают специальную цементировочную муфту. Снаружи колонны над муфтой и под ней разме­щают центрирующие фонари. Сначала цементируют нижнюю часть колонны. Для этого в ко­лонну закачивают первую порцию цементного раствора в объеме, необходимом для заполнения кольцевого пространства от башмака колонны до цементировочной муфты, а затем продавочную жидкость. Для цементирования первой ступени объем прода­вочной жидкости должен быть равен внутреннему объему колонны. Закачав продавочную жидкость, сбрасывают в колонну шар 12. Под действием силы тяжести шар опускается по колонне садится на нижнюю втулку 7 цементировочной муфты. Тогда вновь начинают закачивать продавочную жидкость в колонну. Давление в ней над пробкой возрастает, втулка 7 смещается вниз до упора 10, а продавочная жидкость через открывшиеся отверстия 8 выходит за колонну. Через эти отверстия скважину промывают, пока не зат­вердеет цементный раствор (от нескольких часов до суток). После этого в колонну закачивают вторую порцию цементного раствора, освобождают верхнюю пробку 13 и вытесняют раствор второй порцией продавочной жидкости. Пробка, до­стигнув втулки 5, укрепленной с помощью штифтов 6 в корпусе цементировочной муфты, сдвигает ее вниз; при этом втулка 5 закры­вает отверстия 5 муфты и разобщает полость колонны от кольцевого пространства. После затвердения цементного раствора пробки разбуривают. Место установки муфты выбирают в зависимости от причин, вызвавших проведение ступенчатого цементирования. В газовых скважинах цементировочную муфту устанавливают на 100—200 м выше кровли продуктивного горизонта. Если же при цементирова­нии скважины существует опасность поглощения, место установки муфты рассчитывают так, чтобы сумма гидродинамического давления и давления столба растворов в заколонном пространстве была меньше давления разрыва пласта. Цементировочную муфту следует разме­щать против устойчивых непроницаемых пород и центрировать фонарями. Цементирование хвостовиков. Хвостовики це­ментируют в одну ступень через башмак, причем нижнюю раздели­тельную пробку не применяют. Поскольку диаметры хвостовика и бурильных труб, на которых его спускают, существенно различны, для разделения цементного раствора и продавочной жидкости исполь­зуют секционную верхнюю пробку. Такая пробка состоит из двух секций. Нижняя секция выполняется по диаметру хвостовика, имеет внутренний проходной канал и при спуске хвостовика в сква­жину подвешивается при помощи срезных шпилек в разъединителе. Верхняя же секция изготовляется под внутренний диаметр бурильных труб. Ее сбрасывают в бурильные трубы сразу же после закачки цементного раствора. В процессе закачки продавочной жидкости в бурильную колонну верхняя секция, продвигаясь вниз, садится на нижнюю; при этом давление жидкости возрастает, шпильки срезаются, и пробка движется дальше по хвостовику до упорного кольца. По окончании продавки скважину, начиная от верхнего конца хвостовика, промывают, удаляя попавший сюда цементный раствор. Для этого в конце закачки продавочной жидкости в бурильные трубы сбрасывают шар, который перекрывает отверстие во втулке 3 разъединителя; при этом срезаются шпильки 2, втулка смещается вниз и открывает отверстия 4 для выхода жидкости в заколонное пространство. Аналогично цементируют нижние участки обсадных колонн при спуске секциями. Обратное цементирование. Перед цементирова­нием устье обсадной колонны оборудуют головкой с крапами высо­кого давления и лубрикатором, а заколонное пространство — превентором. Цементный раствор закачивают непосредственно в коль­цевое пространство скважины. Так как разделительные пробки при этом способе применить невозможно, цементный раствор отделяют от промывочной и продавочной жидкостей с помощью порций буфер­ной жидкости. Наибольшую трудность при обратном цементировании предста­вляет определение момента, когда первая порция цементного раствора подойдет к башмаку обсадной колонны. Обычно для этого в обсад­ную колонну через лубрикатор спускают прибор для радиоактив­ного каротажа, устанавливая его поблизости от башмака. При обратном цементировании на стенки скважины создается меньшее давление, чем при одноступенчатом цементировании через башмак колонны; требуется значительно меньшая мощность насосов; легче, чем при других способах, добиться хорошего вытеснения про­мывочной жидкости из заколонного пространства. Однако при этом способе качество цементного раствора, поступаю­щего в нижнюю часть скважины, в зону залегания продуктивных пластов, существенно ниже, чем при цементировании через башмак колонны. Поэтому способ обратного цементирования целесообразно применять в тех районах, где трудно или невозможно сосредоточи­вать на буровой достаточное число мощных цементировочных на­сосов, а также в случаях, когда существует опасность поглощения при цементировании через башмак колонны. Из-за большей сложности по сравнению с первым из описанных способов обратное цементирование применяется довольно редко.