Основные факторы, влияющие на качество цементирования

17.11.2020

Качество разобщения проницаемых пластов путем цементирования зависит от следующих групп факторов:

а) состава тампонирующей смеси;

б) состава и свойств тампонажного раствора;

в) способа цементирования;

г) полноты замещения продавочной жидкости тампонажным раствором в заколонном пространстве скважины;

д) прочности и герметичности сцепления тампонажного камня с обсадной колонной и стенками скважины;

е) использования дополнительных средств для предотвращения возникновения фильтрации и образования суффозионных каналов в тампонажном растворе в период загустевания и схватывания;

ж) режима покоя скважины в период загустевания и схватывания тампонажного раствора.

Состав тампонажной смеси нужно выбирать так, чтобы в диапазоне температур, которые могут возникнуть в скважине в период ее службы, и при том составе горных пород и пластовых жидкостей, с которым тампонажный камень будет взаимодействовать, полностью удовлетворялись требования, сформулированные ранее. Это значит, что, если в период цементирования температура в скважине колеблется, например, от минус 5°С близ устья до плюс 50°С у забоя, а в период эксплуатации может повышаться до 250°С, состав тампонажной смеси должен быть таким, чтобы цементный камень оставался прочным и практически непроницаемым в течение долгих лет службы при температуре 250°С, а раствор из этой смеси схватывался и затвердевал без усадки при температуре минус 5°С. Если в горных породах и пластовых жидкостях, с которыми будет контактировать камень, содержатся агрессивные компоненты (например, сероводород или хлористый магний), камень должен быть стойким против коррозии, вызываемой этими веществами, а раствор должен схватываться в их присутствии.

При планировании состава и свойств тампонажного раствора учитывают динамическую (т. е. при промывке) температуру в интервале цементирования, наибольшее давление в скважине в период цементирования, пластовые давления в проницаемых породах, давления гидроразрыва пород, а также относительные перепады давлений между близрасположенными проницаемыми пластами. Рецептуру тампонажного раствора разрабатывают с таким расчетом, чтобы при максимальной динамической температуре и наибольшем давлении срок начала загустевания был несколько больше (на 20—30 мин — в зависимости от глубины скважины и длины цементируемого интервала) времени, необходимого для транспортирования раствора в заданный интервал скважины. Если геостатическая температура в цементируемом интервале ниже нуля °С, в состав раствора нужно ввести вещество, способное понизить температуру замерзания воды хотя бы на 3—5 К ниже минимальной температуры пород.

Качество цементирования существенно зависит от изоляционных свойств тампонажного раствора, от соотношений плотностей и реологических свойств тампонажного раствора и промывочной жидкости. Целесообразно поэтому для цементирования использовать раствор с наибольшим возможным значением показателя тампонирующей способности.

Условимся называть относительным перепадом давлений Арпл отношение разности давлений р'пл—р''пл в двух проницаемых горизонтах (р'пл>р''пл) к давлению столба воды между ними

где Az — расстояние между горизонтами.

Если вскрыты несколько проницаемых горизонтов с большим относительным перепадом давлений (Арпл>1,5) или газовый пласт, для предотвращения образования в тампонажном растворе в покое суффозионных каналов и возникновения перетоков пластовых жидкостей (газа) следует устанавливать на обсадной колонне наружные пакеры. Пакеры рекомендуется размещать выше кровли газового пласта и между горизонтами с большим Арпл против непроницаемых пород на участках с номинальным диаметром скважины. При небольших Арпл и отсутствии пакеров полезно на колонне устанавливать манжеты. В покое в результате седиментации над манжетой образуется слой тампонажного раствора с увеличенной концентрацией твердой фазы и повышенным показателем тампонирующей способности, затрудняющий образование суффозионных каналов и возникновение перетоков.

Соотношения плотностей и реологических свойств тампонажного раствора и промывочной жидкости влияют, во-первых, на полноту вытеснения промывочной жидкости из заколонного пространства; во-вторых, на величину давления на стенки скважины. В любой момент цементирования статическое давление столба жидкостей в заколонном пространстве во избежание газонефтепроявлений должно быть больше пластового в проницаемых породах; сумма же статического и гидродинамического давлений во избежание поглощения тампонажного раствора либо промывочной жидкости должна быть меньше давлений поглощения наиболее слабых горизонтов.

Весьма слабым участком является контакт между обсадной колонной и цементным камнем. Прочность сцепления даже чистой новой поверхности с камнем очень мала. В большинстве случаев на наружной поверхности колонны имеются масляные пятна и пленка промывочной жидкости (чаще всего — глинистая пленка), из-за которых прочность сцепления еще более снижается. Это малопрочное сцепление разрушается при радиальной деформации колонны, обусловленной снижением внутреннего давления. В результате отрыва колонны от цементного камня между ними образуется тонкий зазор, по которому могут фильтроваться пластовые жидкости.

Существенно увеличить прочность сцепления можно, если сделать наружную поверхность труб грубошероховатой. Для этого на поверхность труб наносят покрытие из эпоксидной смолы и грубозернистого кварцевого песка. Смолопесчаное покрытие можно использовать при температурах до 150—170°С. Оно также способствует защите труб от коррозии.

Для уменьшения опасности образования зазора между обсадной колонной и тампонажный камнем целесообразно сразу же по окончании цементирования стравить избыточное внутреннее давление в колонне у устья. Тогда камень будет формироваться при близком к минимальному наружном диаметре колонны.

Уменьшить опасность разрушения сцепления в результате осевой деформации труб можно, если прибегнуть к ступенчатому цементированию с разрывом во времени и перед цементированием верхних участков колонну натянуть с соответствующим усилием.

Крайне слабым участком, как правило, является контакт между тампонажным камнем и горными породами. Образованию прочного и герметичного сцепления между ними препятствует фильтрационная корка промывочной жидкости, образующаяся на проницаемых участках стенок скважины, и пленка этой жидкости — на непроницаемых участках, а также усадка камня против непроницаемых участков большой протяженности. Герметичность контакта камня с непроницаемыми породами может быть нарушена вследствие того, что при контракции цемента пленка обезвоживается, уменьшается в объеме и растрескивается.

Слабая связь между тампонажным камнем и горными породами может быть сравнительно легко разрушена, если между двумя проницаемыми пластами возникнет в процессе эксплуатации скважины (или существует в природных условиях) значительный перепад давлений.

Чтобы сделать сцепление камня с горными породами более надежным, необходимо с поверхности стенок скважины при цементировании удалить полностью фильтрационную корку промывочной жидкости и пленку ее либо, в крайнем случае, превратить их в прочное твердое тело, имеющее хорошее сцепление с породами и цементным камнем и не разрушающееся при контракции цемента. Удаление фильтрационных корок возможно механическим либо химическим путем. Для механического удаления используют специальные скребки, которые сдирают фильтрационную корку при расхаживании (рис. 74, а) или вращении (рис. 74, б) обсадной колонны. Сдираемая со стенок корка восходящим потоком промывочной жидкости и первых порций тампонажного раствора удаляется от поверхности породы; на ее месте образуется цементная корка, обладающая гораздо большей прочностью.

Скребки устанавливают на обсадной колонне против проницаемых пород и закрепляют неподвижно. Наибольший наружный диаметр скребка должен быть несколько больше диаметра скважины. Скребки, изображенные на рис. 74, а, размещают на расстоянии примерно 3 м друг от друга; во всяком случае оно не должно превышать 0,6—0,7 длины расхаживания колонны. Скребки, изображенные на рис. 74, б, должны быть размещены вдоль всего участка колонны против проницаемых пород.

Разрушению фильтрационных корок и улучшению сцепления цементного камня со стенками скважины, по данным Уфимского нефтяного института, способствует наложение вибраций с частотой примерно 100—175 Гц на поток тампонажного раствора. Генератор вибраций размещают у башмака обсадной колонны.

Для химического разрушения фильтрационных корок используют специальные жидкости, которые прокачивают в скважину перед тампонажный раствором. Такие жидкости обычно называют буферными, так как они разделяют промывочную жидкость от тампонажного раствора.

При цементировании скважин в хемогенных отложениях соли могут растворяться в дисперсионной среде тампонажного раствора; при этом не только возрастает минерализация жидкой среды и изменяется ее солевой состав, что сказывается на свойствах раствора и камня, но между формирующимся тампонажным камнем и стенками скважины может образоваться жидкая прослойка высокоминерализованной воды. Такая прослойка является каналом для перетока пластовых жидкостей. Вследствие того, что при растворении солей из стенок скважины степень минерализации оказывается неодинаковой в разных участках поперечного сечения столба раствора (наиболее высокая близ стенок ствола, наименьшая — у обсадной колонны), происходит неодновременное схватывание его, а твердение идет с разной интенсивностью. При существенном различии в скоростях твердения разных слоев раствора в камне могут возникнуть местные напряжения, которые способствуют разрушению его. Поступление солей в состав тампонажного раствора благоприятствует коррозии камня.

Свести к минимуму опасность, образования жидкостной прослойки между камнем и стенками скважины и предотвратить возникновение местных напряжений при твердении можно, если тампонажный раствор готовить из солестойкого цемента на рассоле, содержащем избыточное количество водорастворимых солей, которые входят в состав хемогенных пород, вскрытых данной скважиной. Так как температура на дневной поверхности всегда меньше, чем в цементируемом интервале, по мере транспортирования в скважину избыток солей будет растворяться в воде и пересыщенный водный раствор станет насыщенным или немного недонасыщенным. Применение солестойких цементов позволяет предотвратить интенсивную коррозию камня.

Другим способом предотвращения возможности образования жидкостной прослойки между камнем и хемогенными породами является использование обращенных тампонажных эмульсионных растворов. Для приготовления эмульсии целесообразно также использовать воду, насыщенную теми водорастворимыми солями, которые содержатся в данной породе.

Для повышения герметичности контакта тампонажного камня с горными породами и обсадной колонной всегда полезно использовать растворы, расширяющиеся при твердении. Наибольший эффект от использования таких растворов может быть достигнут при условии полного вытеснения промывочной жидкости и удаления фильтрационных глинистых корок.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна