Способ ступенчатого цементирования скважин

 

Использование: при цементировании обсадных колонн в скважинах. Обеспечивает предотвращение заколонных газонефтеводопроявлений во время загустевания и схватывания тампонажного раствора первой ступени. Сущность изобретения: по способу закачивают в обсадную колонну тампонажный раствор первой ступени. Продавливают его в скважину через башмак колонны. Открывают боковые цементировочные отверстия в колонне. Вымывают из скважины лишнюю порцию тампонажного раствора. Это обеспечивают закачиванием в затрубное пространство технической воды. Ее закачивают в расчетном объеме. Этот объем составляет больше половины объема смеси технической воды с тампонажным раствором. После закачки технической воды поток жидкости на выходе из скважины дросселируют. После окончания вымывания лишней порции тампонажного раствора закачивают дополнительную порцию технической воды. Ее закачивают в затрубное пространство. Это осуществляют через боковые цементировочные отверстия. Дополнительную порцию технической воды закачивают в необходимом объеме. Он превышает половину объема смеси этой воды с буровым раствором в затрубном пространстве. В начале закачки дополнительной порции технической воды дросселирование потока жидкости на устье временно прекращают. Его прекращают до полного падения давления на устье. После закачки дополнительной порции технической воды затрубное пространство на устье герметизируют. В колонне создают избыточное давление. Это обеспечивает закачиванием в колонну с устья жидкости. Давление поддерживают до окончания срока схватывания тампонажного раствора первой ступени.

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к способам проведения цементировочных работ в скважинах в две и более ступеней.

Известен способ ступенчатого цементирования скважин, включающий закачивание тампонажного раствора в обсадную колонну, продавливание его в скважину на первой ступени цементирования через башмак колонны, открытие циркуляционных отверстий и вымыв из затрубного пространства буровым раствором излишка тампонажного раствора, поднятого выше циркуляционных отверстий (ЦО) на первой ступени цементирования [1] Недостатком этого способа является частое возникновение заколонных газонефтеводопроявлений из-за снижения гидростатического давления в процессе загустевания и схватывания тампонажного раствора первой ступени до гидростатического давления столба жидкости его затворения.

Над головой столба тампонажного раствора образуются малопроницаемые перемычки в виде смеси его с используемым для промывки скважины буровым раствором. Давление вышерасположенного в затрубном пространстве столба бурового раствора передается перемычкой, как поршнем, на столб тампонажного раствора и в значительной мере гасится за счет зависания тампонажного раствора на стенках скважины и внешней поверхности колонны.

Известен также способ ступенчатого цементирования скважин, [2] в котором этот недостаток ослаблен за счет того, что вначале промывки скважины на стыке столбов промывочной жидкости и тампонажного раствора не образуется загустевающих малопроницаемых перемычек.

Этот способ, являющийся прототипом предлагаемого способа ступенчатого цементирования скважин, включает закачивание тампонажного раствора в обсадную колонну и продавливание его в скважину через башмак колонны, открытие боковых цементировочных отверстий в колонне и вымывание из скважины поднятого выше них тампонажного раствора первой ступени закачиванием в начале операции вымыва через боковые циркуляционные отверстия технической воды с последующей заменой ее буровым раствором.

Недостатком прототипа является то, что он не исключает возникновения заколонных газонефтеводопроявлений во время загустевания и схватывания тампонажного раствора, так как по мере увеличения за колонной объема и высоты столба технической воды в процессе вымыва тампонажного раствора из скважины снижается величина гидростатического давления этого столба на пласты в интервале первой ступени цементирования.

При этом в случае превышения пластового давления над поровым давлением в столбе тампонажного раствора начинается переток пластовых флюидов в скважину с образованием и развитием переточных каналов в столбе тампонажного раствора. Кроме того при последующем переходе с технической воды на буровой раствор, с целью предотвращения дальнейшего снижения гидростатического давления на столб тампонажного раствора первой ступени, начавшиеся процессы перетока пластовых флюидов в скважину продолжаются, так как из-за образования малопроницаемой перемычки между столбами бурового и тампонажного растворов и зависания последнего на стенках скважины и обсадной колонны рост гидростатического давления не передается сверху вниз вдоль столба начинающего загустевать и схватываться тампонажного раствора.

Целью изобретения является предотвращение заколонных газонефтеводопpоявлений во время загустевания и схватывания тампонажного раствора первой ступени путем активного поддержания порового давления в его столбе за колонной.

Цель достигается тем, что в процессе вымывания тампонажного раствора после подачи в затрубное пространство чистой технической воды в объеме, равном половине объема ее смеси с тампонажным раствором, поток жидкости на выходе из скважины дросселируют, а по окончании процесса вымывания закачивают в затрубное пространство через боковые цементировочные отверстия дополнительную порцию чистой технической воды в объеме, превышающем половину объема и смеси с буровым раствором в затрубном пространстве, герметизируют затрубное пространство на устье, создают в колонне избыточное давление закачиванием в нее с устья жидкости и поддерживают это давление до окончания срока схватывания тампонажного раствора первой ступени, причем после начала закачивания дополнительной порции чистой технической воды в затрубное пространство дросселирование потока жидкости на выходе из скважины прерывают на одну-полторы минуты.

Совокунпость ограничительных признаков предлагаемого способа обеспечивает создание и активное поддержание избыточного давления на столб тампонажного раствора первой ступени на стадии его загустевания и схватывания, а наличие на контакте со столбом тампонажного раствора чистой технической воды обеспечивает взаимодействие ее с жидкостью затворения тампонажного раствора и активное поддержание порового давления в столбе тампонажного раствора, что препятствует поступлению пластовых флюидов в тампонажный раствор и возникновению последующих заколонных газонефтеводопроявлений.

Предлагаемый способ ступенчатого цементирования скважин осуществляют следующим образом.

На первой ступени цементирования тампонажный раствор сначала закачивают в обсадную колонну, а затем продавливают его в заколонное пространство через башмак колонны тремя порциями продавочной жидкости с использованием в первой и последней порциях бурового раствора, а в промежуточной порции чистой технической воды, инертной по своему физико-химическому воздействию на тампонажный раствор. Объем промежуточной порции продавочной жидкости выбирают большим половины объема ее смесей с выше и ниже расположенными частями столба продавочной жидкости при движении границ этих частей в колонне и с тампонажным раствором за колонной при движении технической воды по затрубному пространству от боковых цементировочных отверстий до бокового отвода из затрубья на устье скважины.

Объем первой порции продавочной жидкости выбирают таким, чтобы после цементирования первой ступени в колонне в интервале цементировочных отверстий и выше находилась чистая техническая вода, не смешенная с буровым раствором.

После вытеснения всего объема тампонажного раствора за колонну открывают боковые цементировочные отверстия и вымывают из затрубного пространства поднятый выше них на первой ступени тампонажный раствор закачиванием в затрубное пространство через боковые цементировочные отверстия сначала чистой технической воды, а затем бурового раствора. После подачи технической воды в затрубное пространство в объеме, равном половине объема ее смеси с тампонажным раствором, включают на устье скважины дроссель на боковом отводе из затрубного пространства и закрывают затрубное пространство выше дросселя превентером. При этом составные столбы технологических жидкостей в затрубном пространстве проседают.

В процессе вымыва тампонажного раствора буровым на выходе из цементировочных отверстий в затрубное пространство происходит образование смеси бурового раствора с водой за счет турбулентной диффузии и образующаяся смесь проседает в затрубном пространстве ниже цементировочных отверстий.

По окончании вымыва излишки тампонажного раствора из скважины закачивают в затрубное пространство через цементировочные отверстия дополнительную порцию технической воды в объеме, превышающем половину объема ее смеси с буровым раствором в затрубном пространстве, причем начинают закачивать воду в затрубное пространство при включенном дросселе на боковом отводе, а затем дроссель временно включают, т.е. полностью открывают на одну-полторы минуты. При этом просевшая ниже цементировочных отверстий пачка бурового раствора сначала отсекается от столба бурового раствора столбом чистой технической воды, а затем во время кратковременного выключения дросселя поднимается по затрубному пространству выше цементировочных отверстий за счет упругого расширения составного столба жидкостей за колонной и далее за счет вытеснения свежими порциями чистой технической воды, поступающими в затрубное пространство через боковые цементировочные отверстия. После закачивания в затрубное пространство дополнительной порции технической воды дроссель полностью закрывают, создают в колонне избыточное давление, подкачивая в нее с устья жидкость, и поддерживают это давление до окончания срока схватывания тампонажного раствора первой ступени. При этом перепад давления передается сверху вниз через столб жидкости в колонне и далее через боковые цементировочные отверстия и водяной столб в затрубном пространстве на столб схватывающегося тампонажного раствора первой ступени, активно поддерживая поровое давление в нем, не давая ему снижаться ниже критических значений, равных пластовому давлению пласта, склонного к проявлению. Затем дроссель открывают, проводят цементирование второй ступени в обычном порядке и закрывают боковые цементировочные отверстия в колонне.

Рассмотрим предлагаемый способ на практическом примере его использования при цементировании в две ступени обсадной колонны диаметром 146 м, спущенной на глубину 3500 м в скважину, пробуренную долотом диаметром 215,9 мм. Пластовое давление на забое 555 кгс/см², давление гидроразрыва пластов 740 кгс/см². Муфта ступенчатого цементирования установлена на глубине 2000 м. Плотность бурового раствора 1600 кг/м³. Тампонажный раствор плотностью 1800 кг/м³ имеет сроки начала и конца схватывания 3 ч 30 мин и 5 ч.

После закачивания в колонну 34 м³ тампонажного раствора первой ступени пускают вслед за ним разделительную продавочную пробку и закачивают последовательно три порции продавочной жидкости: 18,5 м³ бурового раствора, 5,0 м³ чистой технической воды и еще 22,0 м³ бурового раствора. Объем смеси технической воды с буровым раствором в колонне составляют около 2 м³, а с тампонажным раствором за колонной 5 м³. Время закачивания тампонажного раствора в колонну составляет 45 мин, время продавливания его за колонну 55 мин.

После получения сигнала "Стоп" на первой ступени пускают в колонну падающую пробку-бомбу для управления муфтой ступенчатого цементирования и через 35-40 мин открывают боковые цементировочные отверстия в колонне созданием давления на столб продавочной жидкости, восстанавливают через них циркуляцию жидкости и в течение 45-60 мин промывают скважину для вымыва из нее тампонажного раствора, поднятого на первой ступени выше боковых цементировочных отверстий. При этом через 2,0-2,5 мин после закачивания в колонну 2,0-2,5 м³ бурового раствора закрывают превентер и включают дроссель на боковом отводе так, чтобы в затрубном пространстве на устье скважины за счет дросселирования потока возникло избыточное давление 7,5-8,5 МПа. Под действием избыточного давления водяной столб в затрубном пространстве смоет столб тампонажного раствора и просядет ниже цементировочных отверстий на 15-20 м. Еще через 14-15 мин промывку продолжают сначала закачиванием в колонну пачки чистой технической воды в объеме 3,5-4,0 м³, а вслед за ней снова бурового раствора в объеме 23-24 м⁴. Убедившись при этом, что излишек тампонажного раствора первой ступени полностью вымыт из скважины, временно прерывают дросселирование потока на выходе из скважины до снижения давления на устье перед дросселем до нуля, а затем возобновляют его и после закачивания в затрубное пространство 2,5-3,0 м³ технической воды герметизируют затрубное пространство на устье (закрывают кран на боковом отводе), создают в колонне на устье избыточное давление 7,5-8,5 МПа и поддерживают его до окончания срока схватывания тампонажного раствора первой ступени, т.е. еще в течение 110 мин. Для этого конкретного примера характерно, что давление на устье перед дросселем будет примерно таким же.

При этом столб тампонажного раствора первой ступени постоянно находится в контакте с чистой технической водой, которая пополняет потери жидкости затворения раствора за счет водоотделения и активно поддерживают поровое давление в столбе схватывающегося тампонажного раствора.

Технико-экономическая эффективность ступенчатого цементирования скважин предложенным способом обеспечивается за счет предотвращения заколонных газонефтеводопроявлений во время цементирования и исключения необходимости проведения ремонтно-исправительных работ на скважине.

Формула изобретения

СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающий закачивание в обсадную колонну тампонажного раствора первой ступени и продавливание его в скважину через башмак колонны, открытие боковых цементировочных отверстий в колонне и вымывание из скважины лишней порции тампонажного раствора закачивание в затрубное пространство через боковые цементировочные отверстия сначала технической воды в объеме, большем половины объема ее смеси с тампонажным раствором, а затем бурового раствора, цементирование второй ступени и закрытие боковых цементировочных отверстий, отличающийся тем, что, с целью предотвращения заколонных газонефтеводопроявлений во время загустевания и схватывания тампонажного раствора первой ступени, после закачивания в затрубное пространство технической воды поток жидкости на выходе из скважины дросселируют, а после окончания вымывания лишней порции тампонажного раствора закачивают в затрубное пространство через боковые цементировочные отверстия дополнительную порцию технической воды в объеме, превышающем половину объема ее смеси с буровым раствором в затрубном пространстве, при этом вначале закачки дополнительной порции технической воды дросселирование потока жидкости на устье временно прекращают до полного падения давления на устье, а после закачки дополнительной порции технической воды затрубное пространство на устье герметизируют, создают в колонне избыточное давление закачиванием в нее с устья жидкости и поддерживают это давление до окончания срока схватывания тампонажного раствора первой ступени.