Обоснование способа контроля качества цементирования

6. Обоснование способа контроля качества цементирования

Для определения глубины кровли тампонажного камня и наличия плотного контакта между камнем, обсадной колонной и стенками скважины широко применяется способ акустической цементометрии (АКЦ). При акустической цементометрии измеряют амплитуды звуковых волн, распространяющихся от спущенного в скважину источника по обсадной колонне и по горным породам, в разных точках по глубине. Амплитуда колебаний, распространяющихся по колонне, окруженной промывочной жидкостью, значительно больше амплитуды на том участке, где она плотно прижата к камню, а амплитуда сигнала, прошедшего по горным породам, тем больше, чем плотнее контакты между колонной, камнем и стенками скважины.

Способ позволяет достаточно правильно найти глубину кровли камня, если плотность промывочной жидкости меньше плотности тампонажного раствора не менее чем на 200 кг/м³. Кривую АКЦ первый раз следует регистрировать до замены продавочной жидкости в колонне жидкостью меньшей плотности и опрессовки. Если записать кривую АКЦ повторно после уменьшения давления в колонне, можно по изменению амплитуды выявить те участки, на которых между колонной и камнем мог нарушиться контакт при радиальном сжатии обсадных труб.

Герметичность обсадной колонны проверяют опрессовкой. Предварительно в эксплуатационной колонне, а также в тех промежуточных колоннах и кондукторах, на которых должно быть установлено противовыбросовое оборудование, уточняют положение цементного стакана. Если длина его велика, излишнюю часть стакана до посадочного седла для разделительной пробки разбуривают. Для проверки герметичности эксплуатационной колонны продавочную жидкость в ней заменяют водой и на устье создают избыточное давление Р_0П, которое должно на 10 % превышать наибольшее ожидаемое в этом сечении в период опробования, испытания или эксплуатации скважины; давление опрессовки должно быть не меньше 12,5 МПа.

Колонну признают герметичной, если после замены продавочной жидкости водой не возникают перелив последней и выделение газа на устье и если в период выдержки колонны под давлением снижение последнего в течение 30 мин не превышает 0,5 МПа. Контроль за изменением давления начинают через 5 мин после создания заданного давления опрессовки.

Если внутреннее давление в обсадной колонне после образования тампонажного камня будет существенно больше того, при котором он формировался, камень может растрескиваться в результате радиального расширения обсадных труб, тогда крепь станет негерметичной. Опасное повышение давления в колонне возможно как при опрессовке, так и при эксплуатации скважины. Предотвратить растрескивание камня можно, если опрессовывать колонну до начала формирования цементной оболочки, а на период эксплуатации в обсадную колонну спускать НКТ с пакером внизу и в межколонном пространстве после пакеровки поддерживать давление не выше того, при котором шло формирование камня.

 

7. Выбор и обоснование способа освоения скважины

Основным работающим объектом является продуктивный пласт БС16-22. С учетом этого фактора в качестве основного принимается перфоратор типа ПК-105:

-  плотность перфорации – 10 отв/м;

-  мощность интервала перфорации – 50м;

-  количество одновременно спускаемых зарядов – 20 шт.

Перфорация производиться при заполнении эксплутационной колонны, от искусственного забоя на 150 м выше интервала перфорации, водным раствором хлористого кальция (для колонны Ǿ 146мм объем 2м³).

Опробование скважины испытателем пластов представляет, в сущности, заканчивание скважины, при котором исследуемая зона некрепленного ствола скважины изолируется, разгружается от гидростатического столба жидкости и может давать приток через колонну труб.

Перед началом опробования в течении некоторого времени создают циркуляцию, чтобы удалить из скважины выбуренною породу, а раствор должен быть доведен до необходимых удельного веса и вязкости. Пакер должен быть установлен на участке ствола скважин, где диаметр близок к номинальному, и в наиболее плотных и устойчивых породах.

В процессе бурения без установки цементных мостов проектируется испытать на приток с помощью пластового испытателя КИИ-146 с получением гидродинамических параметров.

Вызов притока осуществляется свабированием. Свабирование осуществляется со стандартного подъемника А-50 и с использованием геофизического подъемника, оснащенного стальным каротажным кабелем.

Величина депрессии на пласт при вызове притока находиться в пределах 100-140 атм. В проекте принимается величина депрессии равна 100 атм, что соответствует снижению уровня до 1000 м.

При вызове притока свабированием необходимо выполнять следующие основные требования:

1.Торцевые части НКТ, предназначенных для спуска для спуска в интервал свабирования, должны быть отрайбированы.

2. До начала работ должны быть опрессованы:

-  фонтанная арматура на давление опрессовки обсадной колонны;

-  межтрубное пространство эксплутационной колонны и кондуктора на 90 кгс/см²;

-  лубрикатор и его сальник на 100 кгс/см².

3. При спуске в скважину одноразмерной колонны НКТ 73 мм. В нижней части колонны НКТ устанавливается безопасная муфта-воронка с внутренним диаметром 50 мм.

4. Накопительная емкость, куда поступает поднятая из скважины свабом жидкость, должна быть оборудована указателем объема жидкости в ней.

5. Трубные и затрубные задвижки фонтанной арматуры в процессе свабирования должны быть открыты.

6. Не допускается опорожнение колонны ниже уровня, указанного в плане на свабирование.

7. Все участники и производители работ должны быть инструктированы по технологическим правилам и мерам безопасности проведения операции вызова притока свабированием.

8. Свабирование должно производиться до получения фонтанного притока жидкости из пласта или до снижения уровня в колонне до проектной глубины в соответствии с планом освоения скважины.

8. Вопросы ОТ, ОС и ТБ при заканчивании скважин

Спуск и цементирование обсадных колонн в цикле строительства скважины, травмоопасные и ответственные процессы.

Крепление скважины допускается только после проверки мастером и механиком основных узлов вышки, ее вертикальности, надежности талевой системы, лебедки, ротора, фундамента вышки и правильности показаний КИП. Крепление скважины недопустимо без утвержденного главным инженером плана проведения соответствующих работ, акта на опрессовку цементировочной головки и обратных клапанов. Трудоемкость крепления скважины связано с подготовкой обсадных труб к спуску, навинчиванием и цементированием труб, перемещением элеватора на столе ротора, закрытием крышки элеватора, при цементирование скважины трудоемок процесс загрузки цементосмесительной машины.

В процессе закачивания цемента в скважине создается очень высокое давление и по этому персонал не должен находиться в опасных зонах, так же запрещены ремонтные работы.

При вскрытии продуктивных пластов возможны нефтегазопроявления и одна из опасностей - это наличие сероводорода. При этом следует уделять особое внимание удельному весу промывочной жидкости и других ее параметров. На каждой буровой должны быть приборы - газоанализаторы, противогазы, а также комплект безискрового инструмента.

При освоении скважины:

- для каждой скважины, подлежащей освоению, составляется план с учетом технологических регламентов на эти работы и назначением ответственных лиц за их выполнение;

- вторичное вскрытие должно производится при обвязке устья скважины превенторной установкой для перфорации;

 - при перфорации скважина заполняется взрывобезопасной жидкостью- солевым раствором;

-  вызов притока флюидов осуществляется с использованием взрывобезопасной пенной системой;

-  устье скважины, манифольдный блок и выкидные линии обвязываются с емкостями для сбора флюидов только жесткими трубопроводами.

Выбор рациональной конструкции скважины является основным этапом проектирования, обеспечивающим качество строительства скважины.

Проектная конструкция несет в себе следующие природоохранные функции: - обеспечивает охрану от загрязнения поверхностных грунтовых вод обязательным спуском направления и подъемом ЦР за ним до устья;

- обеспечивает охрану недр надежным разобщением флюидосодержащих горизонтов друг от друга, предупреждая перетоки;

- предупреждает возникновение нефтегазоводопроявлений и открытых выбросов путем использования рационального количества обсадных колонн, расчета глубин их спуска, изоляции нефтегазоводоносных горизонтов тампонажными растворами за всеми обсадными колоннами, а также обязательной установкой на предыдущую колонну противовыбросового оборудования при наличии в разрезе скважины напорных нефтяных горизонтов;

-  для улучшения сцепления цементного камня со стенками обсадных труб и стенками скважины в проекте предусматривается предварительная прокачка нетоксичной буферной жидкости, разрушающей глинистую корку.

Все выборы по цементированию обсадных колонн осуществляются с установкой техники на специальной площадке у устья скважины. Не допускаются разливы жидких отходов цементирования. Перевозка сухих цементов, глинопорошка и их смесей до буровой площадки предусматривается спецтранспортом и в спецтаре.

Специальная часть

 

Подготовка ствола скважины и обсадных труб к цементированию

Подготовка ствола скважины.

Правильная подготовка ствола скважины имеет существенное значение для допуска обсадной колонны до намеченной глубины и обеспечения качественного цементирования.

Большое значение при этом имеет обеспечение проходимости обсадной колонны по стволу. Для правильного решения этой задачи необходим детальный анализ условий бурения в закрепляемом обсадной колонной интервале, а также данных кавернометрии и инклинометрии.

Анализом фактических данных бурения скважины выявляются все интервалы затяжек и посадок колонны бурильных труб, сужений и номинального диаметра, интервалы со значительным изменением углов искривления и азимута. Затем составляется план проработки и шаблокирования ствола скважины. Проработке подлежат все интервалы, в которых происходили затяжки и посадки колонны бурильных труб в процессе бурения, а также интервалы с наличием сужений ствола, определенных по кавернограмме. Особенно тщательно следует проработать интервалы со значительными изменениями углов искривления и азимута. Рекомендуется проработку производить трехшарошечными долотами при следующих скоростях:

а) интервалов сужений ствола — 35—40 м/ч; б) интервалов с постоянными затяжками и посадками колонны бурильных труб — 20—25 м/ч; в) призабойной зоны (100 м) вне зависимости от состояния ствола — 20—25 м/ч.

Ствол рекомендуется прорабатывать только роторным способом, так как при этом гарантируется вращение долота, а вращающаяся колонна бурильных труб уплотняет корку и способствует лучшему выносу породы из скважины.

В начальной стадии проработки в глинистый раствор должны быть введены различные добавки, способствующие уменьшению вероятности прихватов инструмента (графит, нефть, ПАВ и др.). Формирование глинистой корки протекает при наличии указанных добавок, что является благоприятным фактором.

В процессе проработки скважина промывается при максимально возможной производительности насосов для полной очистки ствола от породы, осадка и пр. Нельзя допустить проработку скважины, если глинистый раствор имеет вязкость и CHС высокие, так как может резко ухудшиться вынос породы и осадка из скважины. Поэтому в процессе проработки следует систематически обрабатывать раствор химическими реагентами.

При выборе компоновки низа бурильной колонны необходимо руководствоваться следующими положениями:

а) если ствол сужен и происходили посадки и затяжки колонны, не вызываемые желобами, проработка скважины должна осуществляться той же компоновкой, которая использовалась в процессе бурения ствола;

б) если имеются желоба, искривления ствола более 1° на 10 м и происходили резкие изменения азимута (более чем на 80—90°), проработка ствола должна осуществляться следующей компоновкой бурильной колонны: долото трехшарошечное; 8—10 м УБТ; трехшарошечный расширитель того же диаметра, что и долото; 20—25 м УБТ; трехшарошечный расширитель и остальная часть УБТ; четырех- и пятилопастной центратор на 5—10 мм меньше диаметра долота; бурильные трубы.

Процесс подачи долота при проработке рекомендуется осуществлять непрерывно. Длительное вращение долота на одном месте может быть причиной забуривания второго ствола, особенно при наличии кривизны ствола более чем 6—8°.

После окончания проработки необходимо интенсивно промыть скважину в течение 1,5—2 циклов и произвести химическую обработку раствора с целью доведения его параметров до параметров, обусловленных геолого-техническим нарядом.

Проработка ствола является непременным условием подготовительных работ, осуществляется она не столько для удаления глинистой корки со стенок скважин, но также для восстановления нормального диаметра в зонах сужений, при посадках, затяжках колонны и т. д. В последнее время все шире начинает распространяться (особенно при креплении скважин обсадными колоннами с большой жесткостью, а также в процессе спуска колонн на большие глубины) шаблонирование (калибровка) ствола колонной с жесткой компоновкой.

Жесткость компоновки достигается установкой одного или двух (очень редко трех) расширителей (центраторов) по диаметру долота. Компоновка бурильной колонны при шаблонировании может быть следующей:

а) долото; 12 м УБТ; расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы;

б) долото; расширитель (центратор); 12 м УБТ, расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы;

в) долото; 12 м УБТ; расширитель (центратор); 12 м УБТ; расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы;

г) долото; 24—27 м УБТ; расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы;

д) долото; расширитель (центратор); 6—8 м УБТ; расширитель (центратор); 12 м УБТ; расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы.

При шаблонировании ствола спускают до забоя колонну одной из указанных выше компоновок, из которых рекомендуется тип «д», интенсивно промывают ствол на забое и затем поднимают колонну на поверхность. Все интервалы затяжек и посадок, выявленные в процессе шаблонирования, прорабатываются до полного их устранения.

Для осуществления указанных требований при подготовке ствола скважины к спуску колонны придерживаются определенного порядка работ.

1. В процессе последнего рейса перед осуществлением полного объема электрометрических работ в промывочную жидкость вводят нефть, графит, ПАВ и другие необходимые добавки, доводя их содержание до установленных норм для данной площади. В нефти как добавке во избежание коагуляции промывочной жидкости не должно содержаться более 2% примесей пластовой воды.

2. На основании анализа фактического материала по бурению выявляют все интервалы, в которых происходят затяжки и посадки бурильных труб при спускоподъемных операциях.

3. Подбирают данные об интервалах сужений, номинальном диаметре, о кавернах и желобах по стволу скважины, а также об интервалах со значительным изменением угла и азимута искривления.

4. Ствол скважины прорабатывают в интервалах сужений; постоянно повторяющихся затяжек и посадок колонны бурильных труб, а также мест посадок при спуске на проработку; призабойной зоны (100 м) вне зависимости от состояния ствола скважины; интервалы ствола, имеющие номинальные и увеличенные вследствие кавернозности диаметры, не прорабатывают. Ствол под спуск колонны для таких интервалов только шаблонируют и периодически промывают. Проработку ствола скважины рекомендуется осуществлять роторным способом и трехшарошечными долотами.

5. Во время выбора конструкции компоновки низа бурильной колонны для проработки скважины руководствуются следующим: при наличии только сужений, посадок и затяжек (не вызываемых наличием желобов) ствол скважины прорабатывают тем же инструментом, что и при бурении; при наличии желобов, искривлений ствола скважины и резких изменений азимута ствол прорабатывают инструментом с жесткой компоновкой низа колонны.

6. При проработке должно соблюдаться следующее: параметры промывочной жидкости, поступающей в скважину вначале и на протяжении всего процесса проработки, должны соответствовать параметрам, предусмотренным в ГТН; промывка скважины должна осуществляться со скоростью, не меньшей, чем при бурении скважин, а скорость вращения ротора должна быть такой, чтобы исключить поломку бурильных труб из-за заклинивания расширителей в желобах; подачу долота осуществлять непрерывно с нагрузкой на долото 20—30 кН, не допуская длительной работы на одном месте во избежание забуривания второго ствола, особенно при наличии кривизны 6—8°; не допускать резких гидродинамических колебаний давления в скважине при спусках колонны бурильных труб в промежутках между прорабатываемыми интервалами. С этой целью спуск колонны бурильных труб нужно осуществлять с пониженной скоростью.

7. При достижении забоя необходимо интенсивно промывать скважину до полной очистки промывочной жидкости в течение не менее 1,5—2 циклов с доведением параметров промывочной жидкости до величин, указанных в плане работ на спуск колонны.

8. Организация работ должна обеспечивать без нарушения технических требований максимальное сокращение времени от начала подъема бурильных труб до окончания цементирования обсадной колонны.

Подготовка обсадных труб

Обсадные трубы, предназначенные к спуску в скважину, должны быть разложены в порядке, соответствующем прочностным расчетам и очередности спуска; каждая труба должна быть тщательно осмотрена.

Трубы, имеющие изъяны проката в виде плен, закатов, шлаковых включений, расслоений металла, вмятин, трещин, песочин, а также кривизну, превышающую 1,3 мм на 1 м на концевых участках, равную 1/3 длины трубы, испорченную резьбу на концах или муфтах, бракуют и заменяют.

После визуальной отбраковки трубы шаблонируют жесткими двойными шаблонами, размеры которых должны соответствовать данным трубы .

После шаблонирования все пригодные для спуска трубы опрессовывают гидравлическим давлением, величину которого рассчитывают для каждого конкретного случая. При расчете давления опрессовки учитывают радиальные давления, действующие на обсадную колонну в момент ее испытания на герметичность. При этом принимается следующее:

а) изменение давления за обсадной колонной соответствует давлению гидростатического столба промывочной жидкости плотностью, равной плотности жидкости, применяемой перед цементированием;

б) давление на устье при испытании колонны на герметичность равно пластовому;

в) обсадные трубы на поверхности опрессовывают на давление на 15—20% больше, чем действующие внутренние давления в колонне при испытании ее на герметичность;

г) изменение давлений по глубине следует линейному закону.

Все трубы с пропусками в резьбе и по телу, выявленные опрессовкой, отбраковывают. После опрессовки резьбы муфты и ниппеля следует протереть ветошью, смазать консистентной смазкой и навинтить на них предохранительные ниппель и кольцо для защиты резьб. Не разрешается использовать металлические щетки для очистки резьб.

Если колонну спускают с применением специальных хомутов, необходимо проверить величину проточек под хомут предельными скобами, и трубы, имеющие больший диаметр проточки, чем предельная скоба, должны быть отбракованы.

В процессе спуска обсадных колонн в результате некачественно проведенных подготовительных работ возможны следующие осложнения.

1. Прихваты, которые обычно возникают при длительном оставлении обсадных колонн без движения (5—10 мин и более) в процессе навинчивания трубы, при доливе в колонну промывочной жидкости или в процессе промежуточной промывки. Возможность прихвата возрастает, если в скважине имеется промывочная жидкость не обработанная нефтью, графитом либо подобными им по действию добавками.

Как правило, прихваченную колонну цементируют, так как ликвидация прихватов большей частью безуспешна. Предупреждение их обеспечивается четкой организацией работ, расхаживанием обсадной колонны через каждые 3—5 мин.

2. Невозможность восстановления циркуляции, которая может быть вызвана следующими причинами.

Высоким статическим напряжением сдвига промывочной жидкости, в этом случае при восстановлении циркуляции возникает повышенное продавочное давление, в результате чего может произойти гидроразрыв и поглощение раствора. При этом обсадную колонну следует либо поднять и вновь провести подготовительные работы, либо зацементировать ее с закачкой цементирующего раствора в зону разрыва пород (на поглощение). Предупреждать это осложнение можно спуском обсадных колонн с применением промежуточных промывок, так как в процессе циркуляции структура промывочной жидкости разрушается, и следовательно, количество последующих продавок уменьшается. Признаком затруднений при восстановлении циркуляции обычно является отсутствие выхода из скважины вытесняемого колонной раствора или значительное его запаздывание.

Гидроразрывом пород, который может произойти при спуске обсадных колонн с большой скоростью (1 м/сек и более) в результате возникновения гидродинамических давлений.

3. При спуске обсадных колонн с установленным обратным (или двумя) клапаном необходимо, чтобы происходило систематическое заполнение ее промывочной жидкостью. Допустимое опорожнение колонны устанавливается планом работ по креплению скважин. Следует всегда учитывать, что при сломе обратного клапана в большинстве случаев сминается спускаемая обсадная колонна, в результате чего скважина может быть ликвидирована.

4. При спуске обсадных колонн больших диаметров (273 мм и более) существует опасность навинчивания резьбы через нитку. В этом случае происходит срез части ниток резьбы и уменьшение прочности соединения, в результате чего возможен обрыв и падение на забой части колонны, находящейся ниже этого соединения. Иногда обрыв колонны происходит в процессе цементирования. В связи с указанным необходимо тщательно контролировать правильность навинчивания каждого резьбового соединения. При спуске колонны диаметрами более 219 мм рекомендуется первые три-четыре нитки навинчивать вручную.

5. При нарушении принципа подбора вяжущих веществ в соответствии с конкретными условиями в скважине вследствие смешивания цементирующих веществ различных партий, а также смешивания веществ различных типов исполнителями работ может произойти преждевременное схватывание раствора в процессе цементирования, что вызывает недоподъем его на заданную высоту, необходимость разбуривания больших цементных стаканов и проведение ремонтных цементирований с затратой значительных средств и времени.

6. Обычно в процессе спуска колонны с целью проверки внутреннюю полость труб шаблонируют. Для предупреждения упуска шаблона в колонну необходимо выделять специально ответственное лицо из числа рабочих вахты и иметь в работе только один шаблон. При упуске шаблона в колонну, как правило, поднимают на поверхность уже спущенные в скважину трубы.

7. В ряде случаев недоспуск обсадных колонн является следствием их длительного спуска. При этом обычно в нижней части ствола скважины вследствие обвалов и осыпи горных пород происходят осложнения. Можно легко установить время, в течение которого скважина бурится без осложнений в стволе, оставленном без промывки. Для этого следует проанализировать поведение ствола после проведения спуско-подъемных операций: интервалы посадок колонны и проработок в зависимости от времени между очередными промывками.

 8. Заклинивание обсадных колонн в процессе их спуска может происходить вследствие искривления ствола с меняющимися зенитными и азимутальными углами в скважинах, в которых не было произведено шаблонирование бурильной колонной жесткой компоновки. За редким исключением, такие обсадные колонны цементируются на глубине их заклинивания, так как освободить колонну обычно не удается.

Литература

 

1.  Материалы собранные при прохождении производственной и преддипломной практики.

2.  2.К.В.Иогансен «Спутник буровика».

3. А.Г.Калинин Н.А.Григорян Б.З.Султанов Справочник «Бурение наклонных скважин».

4. Е.М.Соловьев «Задачник по заканчиванию скважин».

5. А.Ф. Озеренко, А.К. Куксов и др., «Предупреждение и ликвидация газопроявлений при бурении скважин».

6. А.И. Булатов, Н.А. Сидоров, «Осложнения при креплении глубоких скважин».