Цементирование обсадных колонн, способы цементирования - Цементирование обсадных колонн
Цементирование обсадный колонна тампонажный
Цементированием называют процесс заполнения заданного интервала раствором вяжущих материалов (например цемента), который в состоянии покоя превращается в прочный непроницаемый камень.
Цементирование применяют для изоляции друг от друга проницаемых пластов, вскрытых скважиной; установки цементных мостов, изолирующих нижнюю часть ствола скважины (например при забуривании нового ствола); удерживания в подвешенном состоянии обсадной колонны и герметизации заколонного пространства; изоляции поглощающих пластов, вскрытых скважиной в процессе бурения; защиты обсадных труб от коррозии агрессивными пластовыми жидкостями и газами и др.
Цементирование включает пять основных видов работ: приготовление тампонажного раствора, закачку его в скважину, подачу тампонажного раствора в затрубное пространство, ожидание затвердения закачанного материала и проверку качества цементировочных работ. Оно проводится по заранее составленной программе, обоснованной техническим расчетом.
Существует несколько способов цементирования. Они различаются схемой подачи тампонажного раствора в затрубное пространство и особенностями используемых приспособлений. Возможны два варианта подачи тампонажного раствора в затрубное пространство: раствор, закачанный внутрь цементируемой обсадной колонны, проходит по ней до башмака и затем поступает в затрубное пространство, распространяясь снизу вверх (по аналогии с промывкой называется цементированием по прямой схеме); тампонажный раствор с поверхности подают в затрубное пространство, по которому он перемещается вниз (цементирование по обратной схеме).
В промышленных масштабах применяют способы цементирования по прямой схеме. Если через башмак обсадной колонны в затрубное пространство продавливают весь тампонажный раствор, способ называется одноступенчатым (одноцикловым) цементированием. Если обсадная колонна на разных уровнях оснащена дополнительными приспособлениями (заливочными муфтами), позволяющими подавать тампонажный раствор в затрубное пространство поинтервально на разной глубине, способ цементирования называется многоступенчатым (многоцикловым). Простейший и наиболее распространенный способ - цементирование в две ступени (двухступенчатое). Иногда возникает необходимость не допустить проникновения тампонажного раствора в нижнюю часть обсадной колонны, расположенную в интервале продуктивного пласта, тогда этот интервал в затрубном пространстве изолируется манжетой, установленной на обсадной колонне, и сам способ цементирования называется манжетным. Выделяются также способы цементирования потайных колонн и секций, поскольку тампонажный раствор в этом случае закачивают по бурильной колонне, на которой спускают секцию или потайную колонну.
Цементирование скважин является сложной инженерной задачей, требующей пристального внимания на всех этапах строительства скважин. Обеспечение качественного цементирования скважин позволяет резко увеличить долговечность скважин и срок добычи безводной продукции.
Технология цементирования складывалась на основе многолетнего практического опыта и совершенствовалась с использованием достижений науки и техники. На современном уровне она включает систему отработанных норм и правил выполнения цементировочных работ, а также типовые схемы организации процесса цементирования. В каждом конкретном случае технологию цементирования уточняют в зависимости от конструкции и состояния ствола скважины, протяженности цементируемого интервала, горно-геологических условий, уровня оснащенности техническими средствами и опыта проведения цементировочных работ в данном районе.
Применяемая технология должна обеспечить: цементирование предусмотренного интервала по всей его протяженности; полное замещение промывочной жидкости тампонажным раствором в пределах цементируемого интервала; предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости; получение цементного камня с необходимыми механическими свойствами, с высокой стойкостью и низкой проницаемостью; обеспечение хорошего сцепления цементного камня с обсадной колонной и стенками скважины.
При разработке технологии цементирования для конкретных условий прежде всего подбирают способ. Он должен обеспечить подъем тампонажного раствора на заданную высоту, заполнение им всего предусмотренного интервала (а если есть необходимость, то и защиту некоторого интервала от проникновения тампонажного раствора), предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости при движении по обсадной колонне.
Исследованиями установлено, что наиболее полное замещение промывочной жидкости происходит при турбулентном режиме (98%), худшие показатели (42%) дает структурный режим. Для наиболее полного замещения промывочной жидкости рекомендуется ряд мероприятий:
- - тщательное регулирование реологических свойств промывочной жидкости, заполняющей скважину перед цементированием, с целью снижения вязкости и статического напряжения сдвига до минимально допустимых значений; - нагнетание тампонажного раствора в затрубное пространство со скоростями течения, обеспечивающими турбулентный режим; - применение соответствующих буферных жидкостей на разделе промывочной жидкости и тампонажного раствора; - расхаживание или вращение обсадной колонны при подаче тампонажного раствора в затрубное пространство; - применение полного комплекса технологической оснастки обсадной колонны.
При разработке технологии подбирают тампонажный материал, рецептуру и свойства тампонажного раствора, определяют режим закачки и продавки тампонажного раствора, суммарную продолжительность цементировочных работ и промежуток времени, необходимый для формирования в затрубном пространстве цементного камня с достаточной прочностью, позволяющей возобновить работы в скважине.
Цементирование обсадной колонны можно представить как цепочку ряда процессов и операций, таких, как: подготовка ствола скважины к цементированию; цементирование затрубного пространства (приготовление и закачка тампонажного раствора в скважину, продавливание цементного раствора в затрубное пространство); ожидание затвердения цемента (ОЗЦ): при цементировании кондуктора ОЗЦ обычно длится 5 - 8 ч, при цементировании промежуточных колонн - 12 - 24 ч; проведение контрольных замеров для определения качества цементирования, испытание обсадной колонны на герметичность, разбуривание цементного стакана в колонне, проверка герметичности изоляции затрубного пространства.
Рассмотрим наиболее распространенные способы цементирования.
- Одноцикловое цементирование с двумя пробками
Способ одноциклового цементирования с двумя пробками (рис. 7.1) был предложен в 1905 г. бакинским инженером А. А. Богушевским.
По этому способу после завершения подготовительных работ в колонну вводят нижнюю пробку с проходным каналом, временно перекрытым диафрагмой.
На верхний конец колонны навинчивают цементировочную головку и приступают к закачке тампонажного раствора, который тут же приготавливают в смесительной установке. Когда весь расчетный объем цементного раствора закачан в скважину, освобождают верхнюю пробку, которая до этого удерживалась в цементировочной головке шпильками. Начиная с этого момента в обсадную колонну подают продавочную жидкость, под давлением которой верхняя пробка гонит вниз столб цементного раствора. Вследствие своей более высокой плотности цементный раствор под собственным весом вытесняет промывочную жидкость, что отмечается по падению давления на цементировочной головке.
Рисунок 7.1 - Схема этапов выполнения одноциклового цементирования обсадной колонны:
I - начало подачи цементного раствора в скважину; II - подача закачанной порции цементного раствора по обсадной колонне; III - начало продавки в затрубное пространство; IV - окончание продавки;
1 - манометр; 2 - цементировочная головка; 3 - верхняя пробка; 4 - нижняя пробка; 5 - цементируемая обсадная колонна; 6 - стенки скважины; 7 - стоп-кольцо; 8 - продавочная жидкость; 9 - буровой раствор;10 - цементный раствор
Как только нижняя пробка достигнет упорного кольца, давление над ней повысится и под его воздействием диафрагма, перекрывающая канал в нижней пробке, разрушится; при этом наблюдается повышение давления на 4 - 5 МПа. После разрушения диафрагмы раствору открывается путь в затрубное пространство.
Объем продавочной жидкости, закачанной в скважину, непрерывно контролируют. Когда до окончания продавки остается 1 - 2 м3продавочной жидкости, интенсивность подачи резко снижают. Закачку прекращают, как только обе пробки (верхняя и нижняя) войдут в контакт; этот момент отмечается по резкому повышению давления на цементировочной головке. В обсадной колонне под упорным кольцом остается некоторое количество раствора, образующего стакан высотой 15 - 20 м. Если колонна оснащена обратным клапаном, можно приоткрыть краны на цементировочной головке и снизить давление.
- Двухступенчатое (двухцикловое) цементирование
Двухступенчатым цементированием называется раздельное последовательное цементирование двух интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).
Этот способ по сравнению с предыдущим имеет ряд преимуществ. В частности он позволяет: снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента, существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затрубном пространстве без значительного роста давления нагнетания; уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве; избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, используемого в верхнем интервале, что, в свою очередь, позволяет более правильно подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала. Для осуществления двухступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную заливочную муфту (рис. 7.2).
Подготовку скважины к цементированию ведут тем же путем, что был описан выше. После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке первой порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему первой ступени. Закачав нужный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку первой ступени, которая беспрепятственно проходит через заливочную муфту (рис. 7.2, а). Продавочной жидкостью вытесняют раствор в затрубное пространство.
После того как закачали объем продавочной жидкости, равный внутреннему объему обсадной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобождают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку второй ступени. Достигнув заливочной муфты, пробка садится во втулку и под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 7.2, б). Сигналом открытия отверстий является резкое падение давления нагнетания.
Существуют две разновидности способа двухступенчатого цементирования. По одной из них тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени - это так называемый способ непрерывного цементирования. В другом случае после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор второй ступени подают в скважину спустя некоторое время, например требуемое для схватывания раствора первой порции, - такое цементирование называется двухступенчатым с разрывом.
Рисунок 7.2 - Заливочная муфта для ступенчатого цементирования: а - при цементировании первой ступени; б - при цементировании второй ступени; 1 - корпус; 2 - верхнее седло; 3 - верхняя втулка; 4 - заливочные отверстия; 5 - нижнее седло; 6 - нижняя втулка
Этот способ позволяет повысить качество цементирования нижнего интервала за счет регулирования гидродинамического давления в затрубном пространстве.
Третью пробку (верхняя пробка второй ступени) вводят в колонну после подачи всего расчетного объема раствора для цементирования второй ступени. За третьей пробкой в скважину нагнетают продавочную жидкость. Эта пробка задерживается в заливочной муфте и под давлением смещает вниз втулку, которая перекрывает отверстия. Резкое повышение давления сигнализирует о завершении цементирования. После этого скважину оставляют в покое для формирования цементного камня.
- Манжетный способ цементирования
Манжетный способ цементирования применяют в тех случаях, когда необходимо предупредить загрязнение цементным раствором продуктивных горизонтов с низким пластовым давлением или избежать попадания цементного раствора в зону расположения фильтра. Против нижней отметки интервала цементирования в обсадной колонне устанавливают муфту с проходными отверстиями для пропуска раствора в затрубное пространство и металлической или брезентовой манжетой снаружи (рис. 7.3).
При закачке цементного раствора манжета раскрывается и перекрывает затрубное пространство таким образом, что раствор может проходить только в одном направлении - вверх. Внутри колонны ниже муфты помещают клапан, который перекрывает доступ в нижнюю часть колонны.
Рисунок 7.3 - Манжета для манжетного цементирования; 1- обсадная труба; 2 - заливочные отверстия; 3 - манжета; 4 - муфта; 5 - клапан
- Цементирование потайных колонн и секций
Спуск обсадной колонны секциями, а также потайной колонны осуществляют на колонне бурильных труб, с которой они соединены переводником с левой резьбой. Для цементирования секций и потайных колонн используют способ одноциклового цементирования с одной разделительной пробкой. Она состоит из двух частей: проходной пробки, имеющей наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру цементируемых труб (она закрепляется шпильками на разъединителе нижнего конца бурильной колонны), и упругой пробки малого диаметра, которая свободно может проходить по колонне бурильных труб.
Упругую пробку вводят в бурильную колонну вслед за тампонажным раствором, под давлением продавочной жидкости она опускается до проходной пробки и задерживается в ней. Под воздействием возрастающего давления шпильки, удерживающие проходную пробку на бурильной колонне, срезаются, и обе пробки как одно целое перемещаются вниз до упорного кольца. Сигналом полного продавливания раствора в затрубное пространство служит повышение давления нагнетания. Для промывки колонны бурильных труб от оставшегося в них цементного раствора в нижнем переводнике с помощью шара, сбрасываемого в колонну, открывают проточные отверстия. Потоком промывочной жидкости остатки цементного раствора вымываются из колонны.
- Способ обратного цементирования
Под обратным цементированием понимается такой способ, когда цементный раствор с поверхности закачивают прямо в затрубное пространство, а находящийся там буровой раствор через башмак, поступает в обсадную колонну и по ней выходит на поверхность.
Способ обратного цементирования уже давно привлекает внимание специалистов, однако широкого промышленного применения пока не получил в силу ряда технических трудностей, и в первую очередь сложности контроля момента достижения цементным раствором низа обсадной колонны и надежного обеспечения высокого качества цементирования в этой наиболее ответственной части.
Похожие статьи
-
Способ обратного цементирования - Технология цементирования
Под обратным цементированием понимается такой способ, когда цементный раствор с поверхности закачивают прямо в затрубное пространство, а находящийся там...
-
Манжетный способ цементирования - Технология цементирования
Манжетный способ цементирования применяют в тех случаях, когда необходимо предупредить загрязнение цементным раствором продуктивных горизонтов с низким...
-
Обоснование способа контроля качества цементирования - Проект крепления скважины
Направление Цементирование шахтового направления необходимо осуществлять тампонажным раствором нормальной плотности ( = 1850-1830 кг/м3) на базе...
-
Расчет цементирования одной из обсадных колонн - Проект крепления скважины
Таблица № 14. Исходные данные для расчета. Параметры Условное Обозначение № обсадной колонны 1 2 3 4 Диаметр обсадной колонны, мм 426 324 245 168...
-
План работ по подготовке ствола скважины к спуску обсадных труб Порядок проведения подготовки стволаопределяется требованием, обеспечивающим качество и...
-
Выбор типов обсадных труб для обсадных колонн - Проект крепления скважины
Расчет глубины спуска кондуктора (расчетный и графический вариант). Расчетный вариант Минимально необходимая глубина спуска кондуктора определяется из...
-
Продолжительность твердения цементных растворов для кондукторов - 16 ч, а для промежуточных и эксплуатационных колонн - 24 ч. Продолжительность твердения...
-
Общие сведения о цементировании скважин - Общие сведения о цементировании скважин
Разобщение пластов при существующей технологии крепления скважин - завершающий и наиболее ответственный этап, от качества выполнения которого в...
-
Заключительные работы и проверка результатов цементирования - Технология цементирования
Продолжительность твердения цементных растворов для кондукторов - 16 ч, а для промежуточных и эксплуатационных колонн - 24 ч. Продолжительность твердения...
-
Одноцикловое цементирование с двумя пробками - Технология цементирования
Способ одноциклового цементирования с двумя пробками был предложен в 1905 г. бакинским инженером А. А. Богушевским. По этому способу после завершения...
-
Технология проведения работ, Технология цементирования - Технология цементирования
Технология цементирования При разработке технологии цементирования для конкретных условий прежде всего подбирают такой способ который должен обеспечить...
-
Расчет диаметров долот и диаметров вспомогательных обсадных колонн - Проект крепления скважины
Исходным параметром при проектировании конструкции скважины является диаметр эксплуатационной колонны, выбираемой в зависимости от назначения скважины,...
-
Вопросы экологии и безопасного проведения работ, Общие меры безопасности - Технология цементирования
Общие меры безопасности 1. К работам по цементажу допускаются работники вахты УЦС, знающие и умеющие выполнять работы согласно главам 18, 20, 24 "ЕТКС"...
-
Выбор типа конструкции скважины и глубин спуска вспомогательных колонн - Проект крепления скважины
Построение совмещенного графика давлений и выбор плотности бурового раствора. Выбор плотности бурового раствора регламентирован действующими правилами...
-
Требования безопасности во время работы - Технология цементирования
1. Перед началом цементирования руководитель процесса должен ознакомить всех работников: - С характером и особенностями предстоящих работ; - С опасными...
-
Особенности крепления горизонтальных скважин - Технология цементирования
В настоящее время в отечественной практике горизонтальный участок ствола скважины или ствол с большим углом отклонения от вертикали, как правило,...
-
Выбор длин интервалов цементирования заколонных пространств - Проект крепления скважины
Согласно правилам безопасности в нефтяной и газовой промышленности ПБ 08-624-03 п. 2.7.4.10: при выборе длины интервала цементирования заколонного...
-
Требования безопасности по окончании работы - Технология цементирования
1. После окончания процесса цементирования необходимо закрыть кран на цементировочной головке и снизить давление в колонне и обвязке до атмосферного, а...
-
Виды и способы устройства набивных свай - Свайные работы
Набивные сваи устраивают на месте проектного положения путем укладки (набивания) бетонной смеси или песка (грунта) в полости (скважины), образуемые в...
-
Расчет нормативного времени на крепление скважины - Проект крепления скважины
Определим общую продолжительность процесса цементирования - время на закачивание буферной жидкости в обсадную колонну; - время на закачивание...
-
Под конструкцией скважины понимают совокупность данных о количестве и глубинах спуска обсадных колонн, диаметрах обсадных колонн, диаметрах ствола...
-
Облицовка стен способом "шов в шов" - Проведение облицовки стен
Перед облицовкой поверхность подготовляют обычным способом и обильно смачивают водой. Если поверхности ровные и не оштукатуренные, то на них после...
-
Расчет ступенчатой колонны, Проектирование верхней части колонны - Одноэтажное промышленное здание
Расчетные длины верхней и нижней частей колонны: Где L1 = HН = 13,63 м - длина нижнего участка колонны; L2 = HB = 7,17 м - длина верхнего участка...
-
Определение расчетных длин элементов колонны Таблица 4 - Расчетные сочетания усилий для колонны Сечения и элементы колонны Инд. из таб. Усилия Наружная...
-
Виды дефектов фундамента и способы их устранения
Виды дефектов фундамента и способы их устранения Ремонт и усиление оснований и фундаментов. Появление трещин в стенах здания в большинстве случаев...
-
Для качественного выполнения кирпичной кладки необходимо обратить особое внимание на равномерность распределения раствора на постели. От правильного...
-
В систему связей каркаса входят горизонтальные связи в плоскости верхних и нижних поясов ригеля, вертикальные - между фермами и по колоннам. Связи в...
-
Требования безопасности перед началом работы - Технология цементирования
1. До начала работ по цементированию скважин необходимо определить: - Глубину забоя; - Приемистость скважины (при малой приемистости - дренаж скважины);...
-
Центрально-сжатые колонны воспринимают вертикальную продольную силу, приложенную по оси колонны, поэтому все поперечное сечение колонны испытывает...
-
Способы разработки грунта - Земляные работы и работы по устройству монолитных фундаментов
Разработку грунта можно вести следующими методами: - механическим, при котором грунт разрабатывается послойно резанием рабочим органом землеройной...
-
Выбор способа и технологической схемы производства Рисунок 1 Выбор технологического способа производства При выборе технологии производства ячеистого...
-
Пластический расчет заключается в уменьшении опорных моментов не более 30%, при этом намечается образование пластических шарниров на опоре. Выполняем...
-
Наибольшая глубина резания бульдозерами колеблется от 20 до 60 см. Бульдозеры применяют для: разработки неглубоких выемок (до 2 м), перемещения гранта в...
-
Расчет сопряжения верхней части колонны с нижней - Разработка схемы стального каркаса рамы
Расчет сводится к тому, чтобы установить основные размеры подкрановой траверсы и толщины сварных швов. Расчетной схемой траверсы является балка на двух...
-
Определение внутренних усилий колонны от расчетных нагрузок Расчет проводим в программном комплексе "RADUGA-BETA". Расчетная схема аналогична схеме...
-
Таблица. Комбинация усилий M, N и Q от колонны по оси А Случай расчета Первая Вторая Третья N M Q N M Q N M Q Основание 638,01 -204,56 -27,53 558,01...
-
Рассматриваем вариант бетонированного стыка. В этом случае изгибающий момент на опоре воспринимается соединительными стержнями в верхней растянутой зоне...
-
Методика установки колонн в стаканы фундаментов
Установка колонн подземной части здания в стаканы фундаментов производится с помощью шарнирно-связевых кондукторов (РШИ), если последние применяются для...
-
Производительность, 25 Характеристика готовой продукции (бетона, раствора) Раствор строительный цементный марки 150 Характеристика сырья Ц:П=1:2,5 Фонд...
-
Оси Максимальная поперечная сила (на первой промежуточной опоре справа) Диаметр поперечных стержней устанавливаем из условия сварки с продольной...
Цементирование обсадных колонн, способы цементирования - Цементирование обсадных колонн