Способ крепления обсадных колонн в скважине

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при строительстве скважин, в разрезе которых находятся галитсодержащие породы в условиях высоких температур и давлений. Способ крепления обсадных колонн в скважине включает спуск обсадной колонны, закачку буферной жидкости в виде рассола и цементирование обсадной колонны тампонажным раствором, при этом сначала опускают техническую колонну, а после того как техническая колонна перекрыла галитсодержащие породы, в нее спускают эксплуатационную колонну, в качестве буферной жидкости последовательно закачивают порции рассола плотностью до 1200 кг/м³, структурированного утяжеленного бурового раствора и жидкости без твердой фазы плотностью 1650-1700 кг/м³ в объеме 10-15 м³, а тампонажный раствор затворяют на насыщенном растворе хлорида натрия и затем дополнительно вводят сухой мелкокристаллический хлорид натрия в количестве 15-20% от веса цемента. Для увеличения жесткости труб используют обсадные колонны диаметром, большим или равным диаметру применявшихся при бурении утяжеленных бурильных труб. Обсадные колонны, перекрывающие интервал галитсодержащих пород, оборудуют винтовыми жесткими центраторами диаметром, близким или равным диаметру долота, которым пробурен интервал. Время ожидания затвердения цемента после цементирования обсадных колонн определяют моментом получения сплошности контакта цементного камня с колонной по данным акустического цементомера. Эксплуатационную колонну, спущенную в обсадную техническую колонну против интервала галитсодержащих пород, составляют из труб большего диаметра, чем остальная часть колонны, с повышенным значением жесткости Е1 в 2,5 раза, и каждую трубу оснащают жесткими винтами-центраторами. Технический результат - создание надежной изоляции обсадных колонн в интервале галитсодержащих пород. 4 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при строительстве скважин, в разрезе которых находятся галитсодержащие породы в условиях высоких температур и давлений. При строительстве нефтяных и газовых скважин галитсодержащие породы перекрывают обсадными колоннами и цементирование ведут с использованием минерализованной воды затворения.

Как показывает опыт бурения, обсадные колонны (технические или эксплуатационные) в интервале перекрытия отложений галита в условиях высоких температур и давлений приходят в негодность из-за смятия. Смятие происходит там, где: - при цементировании обсадных колонн, последние находятся в каверне или желобе; - отсутствует полное замещение бурового раствора цементным раствором, т. е. одностороннее цементирование; - при одностороннем цементировании в условиях высоких температур 90-100^oC и давлений на колонну действуют сосредоточенные критические нагрузки, которые приводят к смятию; - растворение стенок скважины из-за использования цементных растворов с недостаточной степенью минерализации приводит к росту диаметра скважины - в результате некачественное сцепление цементного камня с породой.

Известен способ предотвращения смятия обсадных колонн (Гайворонский А.А. , Цыбин А.А. Крепление скважин и разобщение пластов. - М., 1981, с. 319).

В большинстве скважин осложненные солями и пластичными глинами интервалы перекрываются промежуточными колоннами с диаметрами 324-219 мм. Обсадные трубы таких диаметров теряют несущую способность в основном из-за потери устойчивости. Поэтому повышение несущей способности этих труб можно добиться только увеличением толщин стенок, но не повышением групп прочности стали, из которых они изготовлены. При цементировании в соленосных отложениях цементы затворяются насыщенным раствором хлористого натрия (Булатов А.И. и др. Проектирование конструкций скважин. - М., 1979, с. 187). В описываемых решениях не рассмотрены вопросы замещения бурового раствора тампонажным цементным раствором, центрирования колонны в увеличенном диаметре ствола, приготовления тампонажного цементного материала. Существуют технологии, когда некачественно решают вопросы цементирования - это неполное вытеснение бурового раствора, одностороннее цементирование, недостаточное противодавление столба глинистого раствора в обсадной колонне (Антипов В.И., Нагаев В.Б., Седых А. Д. Физические процессы нефтегазового производства. - М., 1998, с. 321-323). Указанные факторы приводят к смятию обсадных колонн.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является "Способ цементирования обсадных колонн в скважинах", пат. РФ N 1776295, E 21 B 33/14.

В патенте рассматриваются условия цементирования обсадной колонны в интервале залегания отложений каменной соли при наличии увеличенного диаметра ствола скважин и наработанного желоба. Способ предусматривает закачку буферной жидкости и тампонажного раствора в обсадную колонну. После закачки осуществляют продавку этих растворов в заколонное пространство. Во время продавки буферной жидкости и головной порции тампонажного раствора через интервал желобных выработок обсадную колонну разгружают на забой. После разгрузки осуществляют натяжение обсадной колонны до ее исходного веса, чтобы осуществить осевое перемещение.

Указанный способ невозможно применить в условиях, когда цементирование осуществляют на больших глубинах выше 4000-5000 м, при температуре 100-150^oC и выше, поскольку разгруженная колонна может быть прихвачена в интервале высокопроницаемых пород и выбрать собственный вес не представится возможным из-за роста усилий трения и дифференциального давления. Способ заполнения желобных выработок цементным раствором только за счет подвижки колонны недостаточно обоснован, так как колонна работает в стволе с большим диаметром, а в желобную выработку, как интервал с малым диаметром, в котором в первую очередь образуются застойные зоны, поток не пойдет и будет двигаться по стволу. Для полного замещения бурового раствора по сечению ствола скважин следует применять буферные жидкости со специальными реологическими свойствами и составные. Таким образом, данный способ цементирования не гарантирует надежной изоляции в интервалах галитсодержащих пород.

Целью предлагаемого изобретения является решение конкретной задачи создания надежной изоляции обсадных колонн в интервале галитсодержащих пород.

Поставленная задача решается тем, что в скважину спускают обсадные колонны, проводят закачку буферной жидкости в виде рассола и цементирование обсадной колонны тампонажным раствором. Сначала опускают техническую колонну, а после того как техническая колонна перекрыла галитсодержащие породы, в нее спускают эксплуатационную колонну. В качестве буферной жидкости последовательно закачивают порции рассола плотностью до 1200 кг/м³, структурированного утяжеленного бурового раствора и жидкости без твердой фазы плотностью 1650-1700 кг/м³ в объеме 10-15 м³. А тампонажный раствор затворяют на насыщенном растворе хлорида натрия и затем дополнительно вводят сухой мелкокристаллический хлорид натрия в количестве 15-20% от веса цемента. Для осуществления способа и увеличения жесткости труб используют обсадные колонны с диаметром, большим или равным диаметру применяющихся при бурении утяжеленных бурильных труб. Обсадные колонны, перекрывающие интервал галитсодержащих пород, оборудуют винтовыми жесткими центраторами диаметром, близким или равным диаметру долота, которым пробурен интервал. Время ожидания затвердения цемента после цементирования обсадной колонны определяют моментом получения сплошности контакта цементного камня с колонной по данным акустического цементомера. Эксплуатационную колонну, спущенную в обсадную техническую колонну против интервала галитсодержащих пород, составляют из труб большего диаметра, чем остальная часть колонны, с повышенным значением жесткости EI в 2,5 раза, и каждую трубу оснащают жесткими винтовыми центраторами.

Пример. В интервал галитсодержащих пород спускают обсадную колонну диаметром выше или равным диаметру утяжеленных бурильных труб, применявшихся при бурении этого интервала. Это объясняется тем, что желобные выработки нарабатываются замками бурильных труб, диаметр которых всегда меньше диаметра утяжеленных бурильных труб. Бурильные трубы диаметром 140 мм имеют буровые замки диаметром 176 мм, а утяжеленные трубы, если диаметр долота 295,3 мм, имеют диаметры 203 мм и выше до 244,5 мм. Или если долото имеет диаметр 394 мм, то утяжеленные трубы могут применяться диаметром 300 мм, в то время как бурильные трубы и замки остаются прежних размеров. Таким образом, диаметр технической колонны в этом интервале должен быть больше диаметра 178 мм, что не позволит им входить в желобную выработку. Обсадная техническая колонна должна оборудоваться жесткими центраторами с диаметром, близким к диаметру долота, что обеспечит концентричное расположение. Так, если долото имеет диаметр 295,7 мм, то жесткий центратор должен иметь диаметр 292 мм.

После того как галитсодержащие породы перекрыты технической колонной, в нее спускают эксплуатационную колонну, которую в этом интервале оборудуют жесткими винтовыми центраторами и используют трубы с большим диаметром, чем остальная часть колонны, что позволяет увеличить жесткость E1 в 2,5 раза. Так, если эксплуатационная колонна диаметром 168,3 мм, участок колонны против галитсодержащих пород может состоять из труб диаметром 177,8 мм с толщиной стенки 17,5 мм.

Затем в качестве буферной жидкости последовательно закачивают порции рассола плотностью до 1200 кг/м³, структурированного утяжеленного бурового раствора и жидкости без твердой фазы плотностью 1650-1700 кг/м³, которая при контакте с оставшимся буровым раствором, уменьшая его вязкость и касательные напряжения сдвига, обеспечит лучшее замещение бурового раствора цементным. В тампонажный раствор, затворенный на насыщенном растворе хлориде натрия плотностью 1180-1200 кг/м³, вводят сухой мелкокристаллический хлорид натрия количеством 15-20% от веса цемента. Раствор при попадании в высокотемпературные условия и давления в процессе гидратации окажется перенасыщенным, что при охлаждении приведет к кристаллизации избытка хлорида натрия и получению цементного камня повышенной плотности и лучшему сцеплению цементного камня со стенками скважины. Во время ожидания затвердения цемента уменьшается противодавление на галитсодержащие породы и процесс пластического течения галита несколько ускоряется. Поэтому работы в колоннах могут быть начаты только после получения материала акустического каротажа, что процесс затвердения цемента и пластического течения солей завершен, поскольку смятие колонн происходит от сосредоточенных нагрузок в первый период ожидания затвердения цемента.

Таким образом, предлагаемый способ решает поставленную задачу надежной изоляции интервала галитсодержащих пород и защищает обсадные колонны от смятия.

Формула изобретения

1. Способ крепления обсадных колонн в скважине, включающий спуск обсадной колонны, закачку буферной жидкости в виде рассола и цементирование обсадной колонны тампонажным раствором, отличающийся тем, что сначала опускают техническую колонну, а после того как техническая колонна перекрыла галитсодержащие породы, в нее спускают эксплуатационную колонну, в качестве буферной жидкости последовательно закачивают порции рассола плотностью до 1200 кг/м³, структурированного утяжеленного бурового раствора и жидкости без твердой фазы плотностью 1650-1700 кг/м³ в объеме 10-15 м³, а тампонажный раствор затворяют на насыщенном растворе хлорида натрия и затем дополнительно вводят сухой мелкокристаллический хлорид натрия в количестве 15-20% от веса цемента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения жесткости труб используют обсадные колонны диаметром, большим или равным диаметру применявшихся при бурении утяжеленных бурильных труб.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обсадные колонны, перекрывающие интервал галитсодержащих пород, оборудуют винтовыми жесткими центраторами диаметром, близким или равным диаметру долота, которым пробурен интервал.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что время ожидания затвердения цемента после цементирования обсадных колонн определяют моментом получения сплошности контакта цементного камня с колонной по данным акустического цементомера.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что эксплуатационную колонну, спущенную в обсадную техническую колонну против интервала галитсодержащих пород, составляют из труб большего диаметра, чем остальная часть колонны, с повышенным значением жесткости Е1 в 2,5 раза и каждую трубу оснащают жесткими винтовыми центраторами.