книги из ГПНТБ / Шацов Н.И. Разобщение пластов в нефтяных и газовых скважинах (конструкции, крепление и цементирование скважин)

ГЛАВА XI

ЦЕЛИ И МЕТОДЫ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Цементирование скважин в основном преследует следующие цели:

1) предотвратить возможность движения любой жидкости или газа из одного горизонта в другой через затрубное простран­ ство, а также выброс газа из затрубного пространства;

2)обеспечить длительную изоляцию продуктивных объектов от верхних или нижних вод;

3)укрепить неустойчивые породы путем плотного сцепления цементного камня со стенками скважины и с обсадной колонной;

4)изолировать водоносные пласты, используемые для местных

нужд;

5)предохранить колонну обсадных труб от смятия внешним давлением и от коррозии;

6)в случае необходимости закрепить колонну обсадных труб на любом расстоянии от забоя.

При наличии в районе бурящихся и эксплуатирующихся сква­ жин следует помнить о возможности проникновения воды через пористые пласты пз одной скважины в другую. Поэтому при цементировании скважин надо учитывать уровень вод в соседних скважинах. На рис. 47 наглядно показаны последствия, которые

возникают в случаях, когда не учитывается уровень вод в раз­ личных стратиграфических горизонтах.

Наличие самостоятельно схватившегося цементного столба в затрубном пространстве без плотного соединения его со стен­ ками скважины и с обсадными трубами не даст надежного разоб­ щения пластов. Жидкость из затрубного пространства может протекать к башмаку колонны между стенками скважины и це­ ментным кольцом пли между цементным кольцом и стенками обсадных труб. Глинистая корка на стенках скважины и глинистая пленка на обсадной колонне труб препятствуют плотному контакту цементного раствора с ними. Поэтому необходимо промывать скважину перед цементированием более жидким раствором. Часто на буровых перед самым началом прокачки цементного раствора закачивают 1—2 nt3 чистой воды.

144

Разжижать глинистый раствор можно только в том случае, если в процессе бурения не было осложнений в виде поглощения раствора или выбросов. Разжижение раствора имеет следующие преимущества: вогервых, в разжиженном глинистом растворе, менее вязком, колонна обсадных труб свободнее и легче доходит до забоя. Во-вторых, в процессе цементирования глубоких колонн облегчается работа насоса, продавливающего цементный раствор, так как глинистый раствор для продавки обычно выбирают с боль­ шим удельным весом, чем глинистый раствор, находящийся

Рис. 47. Пути проникновения воды из одной скважины в другую.

1 — эксплуатационная колонна; 2 — промежуточная колонна; <3 — водонос­ ный пласт; 4 — цементный камень; 5 — нефтеносный пласт; 6 — краевая вода; 7 — нефтеносный пласт непродуктивный; 8 — нефтеносный или газонос­ ный пласт продуктивный.

в затрубном пространстве в момент закачки цементного раствора. В-третьих, разжиженный раствор облегчает удаление корки со стенки скважины и пленок со стенок труб.

Чтобы обеспечить положительные результаты цементирования необходимо:

1) выбрать соответствующий цемент и добавки к нему; 2) пра­ вильно подобрать водо-цементное отношение; 3) точно установить интервал цементирования колонны и, в частности, высоту подъ­ ема цементного раствора в затрубном пространстве; 4) обеспечить концентричное положение обсадных труб со стволом скважины выше кровли продуктивного горизонта; 5) подобрать соответ­ ствующее оборудование для цементирования; 6) четко органи­ зовать процесс цементирования.

Более радикальным мероприятием по разобщению пластов является беструбное крепление стенок скважин. Конкретное решение этой проблемы исключило бы необходимость спуска металлических обсадных труб. Это дало бы возможность начинать бурение нефтяных и газовых скважин меньшим диаметром,

атакже ускорило бы и значительно удешевило их строительство.

ВСоветском Союзе проводятся экспериментальные работы по

частичному креплению ствола скважины и по замене в ряде случаев металлических обсадных труб асбоцементными, фибровыми и др.

Успех цементирования скважин во многом зависит от равномерного распределения рас­ твора в затрубном пространстве, что в свою очередь достигается применением пружинных фонарей, скребков и башмаков с клапанами специальной конструкции, обеспечивающих завихрение раствора.

На рис. 48 изображено положение колонны

жины, и цементный раствор отвердевает, не попадая в про­ странство, находящееся вблизи контакта между обсадными тру­ бами и стенками скважины (сечение Г).

Имеются все основания предполагать, что цементный раствор при недостаточной скорости в затрубном пространстве поднимается вверх в виде отдельных струй — «каналов». Там, где породы менее проницаемы, легче удаляется со стенок глинистая корка.

Между цементным раствором и породами в стенках скважины, характеризующимися значительной проницаемостью, имеется

146

всегда глинистая корка, которая с трудом поддается удалению и легко восстанавливается даже при проработке, когда прини­ маются специальные меры для ее разрушения [52]. Расхаживание колонны, наличие муфты или циркуляция воды могут снизить толщину глинистой корки, но не полностью ее удалить. Цемент­ ный раствор стремится обойти места контакта обсадных труб с породой, оставляя продольные «прожилки» глинистой корки. В этих случаях в пространство между породой и обсадными трубами цементный раствор не попадает.

Для удаления глинистой корки наиболее эффективными являются следующие методы: 1) гидравлический — действие струи жидкости, создаваемой в башмаках с завихрением и напра­ вленной радиально; 2) механический — удаление при помощи скребков, установленных на обсадных трубах и действующих при расхаживании колонн; 3) химический — обработка соляной кислотой как пород, содержащих известняки, так и корок из известкового глинистого раствора.

Следует иметь в виду, что удаление глинистой корки со сте­ нок скважины допустимо при нормальных условиях бурения, когда это не вызывает осложнений (обвалов, поглощения, вы­ бросов).

Нефтеносные и газоносные коллекторы отличаются друг от друга степенью насыщенности, литологическим составом, про­

нескольких вариантов цементирования, но все они преследуют одни и те же цели: изолировать продуктивный объект от окру­ жающей среды и обеспечить максимальный приток нефти и газа к забою скважины.

На качество цементирования скважины влияет продолжи­ тельность предварительной промывки скважины. Промывать скважину следует до того момента, когда удельные веса про­

§ 1. Цементирование с пробками

После спуска в скважину колонны обсадных труб на верх­ нюю муфту навинчивают цементировочную головку, соединен­ ную шлангами с насосами буровой, и начинают промывать сква­ жину.

Затем приступают к приготовлению цементного раствора, предварительно спустив нижнюю пробку в обсадную колонну.

Пускают в ход цементосмесительные машины, приготовляю­ щие цементный раствор. В это время включают насосы на цемен­ тировочных агрегатах, которые засасывают приготовленный це­ ментный раствор и закачивают его в скважину.

После закачки необходимого количества цементного рас­ твора в обсадные трубы спускают верхнюю пробку. Цементный раствор движется между пробками к башмаку колонны в резуль­ тате продавки его вниз.

Спуск нижней пробки по существу ничем не оправдан. Це­ ментный раствор, поступая в затрубное пространство, все равно приходит в контакт с глинистым раствором. Поэтому в целом ряде районов отказались от спуска нижней пробки.

Чтобы определить положение верхней пробки, необходимо знать объем закачиваемой в скважину продавочной жидкости. Определив объем закачиваемой в скважину жидкости и зная

ном растворе и тогда последний полностью не продавливается в затрубное пространство; иногда же продавочная жидкость перекачивается ниже башмака колонны

резиновые цементировочные пробки с алюминиевым сердечником (рис. 50, А).

Более радикальным решением вопроса герметизации яв­ ляется применение самоуплотняющейся резиновой верхней пробки. Эта пробка (рис. 50, Б) состоит из двух секций 1 и круглой ман­ жеты 2 из прорезиненного ремня, скрепленных между собой болтом 3. Секции изготовляют в специальной пресс-форме, ис­ пользуя обычную сырую резину [7].

Технология изготовления самоуплотняющихся пробок такая же, как и технология изготовления резиновых деталей поршней и клапанов насоса. На каждую секцию пробки расходуется 1,4 кг резины, а на всю пробку 2,8 кг.

148

Корпус резиновой пробки значительно меньше по сравнению

щения манжет, которые при продавливании цементного рас­ твора прижимаются к стенкам колонны и предотвращают воз­ можность проникновения продавочной жидкости под пробку.

$12,5

Б

Рис. 50. Нижние и верхние цементировочные пробки.

А — резиновая; а — нижняя: 1 — диафрагма, 2 — формованная резина, 3 — литая алюминиевая втулка; б — верхняя: 1 — формованная резина, 2 — литая алюминиевая

плита; Б — самоуплотняющаяся.

Процесс сборки пробки очень прост: одну секцию наклады­ вают на другую, подводят прорезиненную манжету и через от­ верстия пропускают болт 3 со шляпкой, который затягивают гайкой 4.

Снизу пробки для удобства завинчивания гайки ставят план­ шайбу 5. Для обеспечения плотности соединения секций пробки диаметр отверстия для болта должен быть на 1 мм меньше диа­ метра болта.

Самоуплотняющуюся резиновую пробку, так же как и дере­ вянную, перед началом цементирования скважин закладывают

вцементировочную головку.

Вряде районов, где бурят тяжелыми химически обработан­

ными глинистыми растворами удельного веса 1,8—2,2 г/см;', цементирование скважин может обеспечить удовлетворительные результаты только в случае применения утяжеленных цементных растворов.

На качество цементирования скважин влияет, как показывают наблюдения, соотношение между удельными весами глинистого

149

и цементного растворов: чем меньше разница, тем хуже резуль­ таты.

При цементировании скважин, пробуренных с утяжеленными, химически обработанными глинистыми растворами, часто це­ ментный раствор не поднимается на необходимую высоту. Это объясняется тем, что в скважинах возможно наличие больших каверн и трещин, а также тем, что эти растворы, поглощая газ и воздух во время заполнения мерников на цементировочных агрегатах, в затрубном пространстве уменьшаются в объеме вследствие более высокого давления.

§ 2. Манжетное цементирование

Манжетное цементирование применяют только на месторо­ ждениях с низким пластовым давлением, допускающих вскрытие всего или значительной части пласта без осложнений и при усло­ вии, что в нефтяном пласте нет водоносных прослоев. Таким образом, особенностью применения манжетного способа цементи­ рования является необходимость предварительного вскрытия продуктивного горизонта.

При этом способе нефтяной пласт вскрывается до проектной глубины, а затем спускают комбинированную колонну, верхняя часть которой состоит из сплошных, а нижняя — из перфори­ рованных обсадных труб, представляющих собой фильтр, через который будет производиться эксплуатация. В месте перехода фильтра к сплошным трубам внутри колонны устанавливают упорное кольцо, уровень которого соответствует кровле вскры­ того нефтяного пласта. С наружной стороны этой колонны выше упорного кольца монтируется манжета, отчего этот способ и получил наименование «манжетного» цементирования. Цемент­ ный раствор, закачиваемый с двумя пробками, в затрубное про­ странство проходит не через башмак, а через отверстия в обсад­

спуске колонны прямой клапан открывается и глинистый рас­ твор поступает внутрь труб. При промывке и закачке глинистого и цементного растворов клапан изолирует продуктивную зону.

Ниже отверстий на удлиненной резьбе трубы навинчивается воронкообразный патрубок 3 с манжетой 4. Манжета делается из кожи или брезента.

На рис. 51, в показана схема движения цементного раствора. Когда колонна собрана, приступают к закачке цементного раствора. Во избежание порчи манжеты колонну не расхаживают, а ставят на забой. При извлечении клиньев из ротора колонну

150

спускают эксплуатационную колонну длиной 800—1000 м с го­ товым фильтром. Во избежание попадания цементного раствора

После разбуривания верхней заглушки спуск инструмента прекращают и столб жидкости заменяют свежим раствором.

152