Осложнения при цементировании и способы их предотвращения

17.11.2020

При цементировании скважин могут иметь место поглощение тампонажного раствора и промывочной жидкости, резкое повышение давления в период вытеснения тампонажного раствора из обсадной колонны, газопроявления и перетоки через заколонное пространство, чаще всего в период схватывания и твердения тампонажного раствора, неполное заполнение заданного интервала заколонного пространства тампонажным раствором, оголение башмака колонны и другие осложнения.

Поглощения являются следствием возникновения чрезмерно высоких давлений на стенки скважины при цементировании. Может быть несколько причин опасно высокого повышения давления:

а) неправильный выбор величины плотности тампонажного раствора без учета индексов давлений поглощения, гидродинамических давлений при движении в заколонном пространстве и высоты интервала цементирования;

б) неправильный выбор режима и способа цементирования, без учета тех же факторов; гидродинамическое давление, особенно при турбулентном режиме течения, увеличивается с ростом скорости; при неправильном выборе скорости движения суммарное давление в заколонном пространстве может превысить давление поглощения наиболее слабых пород;

в) обезвоживание тампонажного раствора в интервале, сложенном проницаемыми породами;

г) образование большого объема густой высокотиксотропной смеси тампонажного раствора и промывочной жидкости;

д) одностороннее продвижение тампонажного раствора по широкой части поперечного сечения заколонного пространства;

е) преждевременное загустевание и схватывание тампонажного раствора вследствие неправильного выбора состава его, нарушения заданной рецептуры при приготовлении, значительного увеличения срока цементирования по сравнению с расчетным, применительно к которому разработана рецептура, или сильного обезвоживания при контакте с проницаемыми породами.

В процессе цементирования давление в заколонном пространстве всегда должно быть выше пластовых давлений. Под влиянием разности этих давлений неизбежно отфильтровывание части свободной воды из тампонажного раствора в проницаемые породы. Такое обезвоживание не представляет опасности только в том случае, если раствор находится в непрерывном движении, а на стенках скважины имеется малопроницаемая фильтрационная корка из частиц твердой фазы промывочной жидкости. Если же эта корка на каком-либо участке скважины удалена, из тампонажного раствора будет отфильтровываться свободная вода, а на стенках скважины образуется цементная корка. Чем больше скорость течения, тем меньше толщина корки, особенно при турбулентном режиме течения. Если же движение раствора хотя бы кратковременно приостанавливается, корка в короткий срок может заполнить полностью или почти полностью весь зазор между колонной и стенками скважины. При восстановлении циркуляции на участках с толстой фильтрационной коркой возникают весьма большие местные гидравлические сопротивления. Для проталкивания раствора через такие участки нередко требуется настолько повысить давление, что могут быть разорваны породы в интервале между башмаком колонны и участком с толстой коркой либо обсадные трубы.

Чтобы устранить опасность быстрого обезвоживания тампонажного раствора, необходимо, во-первых, не допускать ни малейшей остановки в движении его с момента выхода первой порции в заколонное пространство до завершения всего процесса цементирования; во-вторых, снижать водоотдачу раствора путем соответствующей обработки до уровня не более 10—15 см3 за 30 мин или кольматировать поровые каналы в стенках скважины, используя для этого специальную буферную жидкость.

При разработке рецептуры тампонажного раствора для цементирования конкретного интервала скважины необходимо правильно оценить температуру и давление в нем и испытывать раствор при данных условиях. Если свойства раствора определены при существенно иных условиях, например, при комнатной температуре и атмосферном давлении, при цементировании скважины свойства под воздействием высоких температуры и давления могут настолько измениться, что начнется преждевременное загустевание раствора и обусловленное этим повышение давления.

Осложнения могут быть следствием нарушения рецептуры раствора при его приготовлении на буровой: значительное уменьшение водосодержания в отдельных порциях раствора, закачиваемых в скважину, может быть причиной уменьшения подвижности и преждевременного загустевания, а значительное увеличение водосодержания — причиной резкого ухудшения се-диментационной устойчивости, возникновения суффозионных каналов и т. п. Как правило, в приготовлении тампонажного раствора на буровой одновременно участвуют несколько смесительных машин. Целесообразно порции раствора, приготовляемые разными машинами, направлять сначала в общую осреднительную емкость достаточно большого объема, тщательно перемешивать в ней и, лишь убедившись, что свойства перемешанного раствора соответствуют рекомендованным для цементирования данного интервала, закачивать его в скважину. Отсюда вытекает необходимость непрерывного контроля свойств как порций раствора, приготовляемого каждой смесительной машиной, так и раствора, полученного после тщательного перемешивания в осреднительной емкости, и оперативного управления режимом работы машин с целью быстрого регулирования состава приготовляемого раствора и доведения свойств его до рекомендованных значений. Такой контроль и управление можно осуществлять, например, с помощью станций СКЦ-2М.

Газопроявления и перетоки пластовых жидкостей через заколонное пространство являются следствием снижения противодавления на стенки скважины ниже пластовых давлений в проницаемых горизонтах; возникновения каналов в заколонном пространстве, обусловленного седиментационной неустойчивостью тампонажного раствора и суффозией его; оставления в цементируемом интервале невытесненной промывочной жидкости и фильтрационных глинистых корок; усадки загустевшей промывочной жидкости и тампонажного камня; растрескивания глинистой пленки при контракции цемента. Они могут возникнуть также вследствие образования зазора между тампонажным камнем и обсадной колонной, обусловленного уменьшением давления и температуры жидкости в последней.

Предотвратить газопроявления и перетоки в период собственно цементирования можно, если соблюдать правильное соотношение между плотностями и объемами жидкостей, закачиваемых в заколонное пространство, а при обратном цементировании — также регулировать противодавление на устье обсадной колонны так, чтобы давление на стенки скважины всегда было выше пластового. В период же схватывания и твердения тампонажного раствора снижение порового давления в нем неизбежно при любом составе раствора. Против проницаемых пластов оно снижается до пластового в течение нескольних часов, если на стенках скважины имеется фильтрационная глинистая корка, и еще быстрее при отсутствии корки. Так, при цементировании неглубоких скважин в Татарии и в Краснодарском крае поровое давление снижалось практически до пластового в течение 5—10 ч. При большом удалении от проницаемых пластов поровое давление при твердении снижается еще более значительно. Свести к минимуму опасность возникновения перетоков и газопроявлений можно путем установки пакеров на обсадной колонне, обеспечения максимально возможной полноты замещения промывочной жидкости тампонажным раствором, использования расширяющихся цементных растворов с наибольшей тампонирующей способностью, сокращения разрыва во времени между окончанием цементирования и началом схватывания раствора, создания многочисленных локальных зон седиментационного уплотнения тампонажного раствора, поддержания избыточного давления в заколонном пространстве у устья в период загустевания и схватывания раствора, а также использования ступенчатого цементирования с разрывом во времени.

В первый период покоя твердая фаза тампонажного раствора постепенно осаждается вниз. Если на колонне разместить некоторое число лепестковых резиновых манжет зонтичного типа, твердая фаза будет скапливаться над ними. В результате над каждой манжетой образуется небольшой высоты уплотненный слой раствора с существенно меньшей проницаемостью и с более коротким сроком начала загустевания. Такие слои препятствуют образованию сквозных седиментационных каналов. Манжеты рекомендуется размещать над каждой муфтой на участках выше кровли проницаемых пород с повышенным коэффициентом аномальности или значительным относительным перепадом давлений, особенно в тех случаях, когда не удаляется глинистая корка.

Если в интервале, подлежащем цементированию, имеется лишь один проницаемый горизонт, предотвратить возникновение газопроявлений из него можно, если в заколонном пространстве у устья в период схватывания тампонажного раствора поддерживать избыточное давление. Величину необходимого давления можно рассчитать по формуле

где рст — статическое давление столба промывочной и буферной жидкостей; рж — давление столба дисперсионной среды тампонажного раствора на рассматриваемый горизонт.

Таким же способом можно предотвратить перетоки через заколонное пространство, связанные с суффозией тампонажного раствора, если относительные перепады пластовых давлений между проницаемыми горизонтами в интервале цементирования невелики. Если относительные перепады значительны, перетоки могут возникнуть, как правило, между нижними горизонтами, так как в результате обезвоживания тампонажного раствора под влиянием избыточного давления против одного из верхних проницаемых горизонтов образуется цементный мост. После образования моста устьевое избыточное давление практически не передается на более глубоко расположенные участки заколонного пространства.

При ступенчатом цементировании с разрывом во времени давление на стенки скважины можно регулировать путем соответствующего выбора глубины установки цементировочной муфты, плотности жидкости для промывки скважины после цементирования нижнего интервала, скорости промывки и величины избыточного давления в заколонном пространстве у устья. Для этого необходимо соблюдать следующие условия:

а) во избежание поглощения тампонажного раствора при цементировании нижнего участка

б) во избежание поглощения того же раствора в начальный период промывки скважины через цементировочную муфту

где рц.р — давление столба тампонажного раствора на слабый пласт; ру.к — избыточное давление у устья в заколонном пространстве при промывке через муфту; рп — давление поглощения слабого пласта, расположенного ниже цементировочной муфты;

в) для предотвращения газо-нефтепроявлений в период загустевания и схватывания тампонажного раствора в нижнем интервале

где рпл — пластовое давление в газовом (нефтяном) пласте, залегающем ниже муфты.

В зоне контакта тампонажного раствора с буферной жидкостью образуется смесь, обладающая обычно низкой изоляционной способностью. Высота столба такой смеси, по-видимому, не превышает в большинстве случаев 100—150 м. Поэтому цементировочную муфту целесообразно устанавливать в колонне на 200—300 м выше кровли горизонта с повышенным коэффициентом аномальности.

Один из наиболее эффективных способов предотвращения осложнений при цементировании и в последующий период — применение разделительных пакеров на обсадной колонне. Taкие пакеры для предотвращения газопроявлений и перетоков должны устанавливаться выше кровли горизонта с повышенным коэффициентом аномальности, а также между горизонтами с относительным перепадом пластовых давлений, значительно отличающимся от единицы, а для предотвращения поглощения при ступенчатом цементировании — выше кровли поглощающего объекта, всегда на участке с номинальным диаметром ствола против устойчивых пород. Пакеры расширяются в радиальном направлении и плотно прижимаются к стенкам скважины под воздействием механического или гидравлического усилия, прикладываемого к ним сразу же после окончания цементирования.

На рис. 81 показан пакер гидравлического действия для ступенчатого и манжетного цементирования. Он состоит из корпуса 8, резино-тканевого уплотнительного элемента 9 и цементировочной муфты. Нижняя втулка 6 муфты закрывает не только отверстия А для выхода промывочной жидкости в заколонное пространство, но также каналы В, с помощью которых кольцевая полость Г между корпусом и уплотнительным элементом может сообщаться с внутренней полостью обсадной колонны. В конце цементирования нижнего интервала скважины в колонну сбрасывают шар 7, который садится на нижнюю втулку 6. Под влиянием возрастающего давления в колонне втулка 6 смещается вниз до упора шпилек 5 в нижний край отверстий А; при этом отверстия Б во втулке совмещаются с входными окнами каналов В, промывочная жидкость по этим каналам поступает в кольцевую полость Г и расширяет уплотнительный элемент 9 до плотного прижатия к стенкам скважины. При дальнейшем повышении давления в колонне шпильки 5 срезаются, втулка 6 перемещается вниз до упора и герметично закрывает вход в канал В; при этом отверстия А в муфте открываются и промывочная жидкость выходит в заколонное пространство.

Причинами неполного заполнения заданного интервала заколонного пространства тампонажным раствором могут быть ошибки в определении объема этого пространства при планировании операции, ошибки в измерении объема раствора, фактически закачанного в скважину, поглощение раствора, а также оставление значительного объема последнего в обсадной колонне. Необходимый для цементирования заданного интервала объем тампонажного раствора рассчитывают по среднему диаметру скважины, который определяют по кавернограмме, записанной перед спуском колонны. Так как конфигурация поперечного сечения ствола часто заметно отличается от круга, объем, рассчитанный таким образом, следует рассматривать, как первое приближение. К нему нужно ввести поправочный коэффициент, чтобы компенсировать неточность в определении истинного объема заколонного пространства, а также учесть возможные потери раствора вследствие образования нетвердеющей смеси с буферной и промывочной жидкостями, из-за отфильтровывания некоторого количества воды через проницаемые стенки скважины и по другим причинам. Одной из возможных ошибок в определении объема тампонажного раствора, фактически закачанного в скважину, является неправильный учет сжимаемости его, особенно в тех случаях, когда для обработки используют реагенты, способствующие вспениванию раствора (например, лигно-сульфонаты). Наиболее надежные данные можно получить с помощью расходомера и сумматора, установленных на станции СКЦ. При отсутствии таких приборов коэффициент сжимаемости раствора следует оценить с помощью лабораторных приборов.

При спуске в скважину колонны, оборудованной скребками, турбулизаторами, центраторами и манжетами, вокруг этих элементов могут образовываться небольшие сальники из частиц содранной глинистой корки. Такие сальники повышают гидравлическое сопротивление заколонного пространства и, следовательно, благоприятствуют возникновению поглощений. Во избежание этого необходимого чаще делать промежуточные промывки и удалять из скважины скопившиеся кусочки содранной корки.

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