Установка цементных мостов

Мостом называют искусственное сооружение, полностью перекрывающее поперечное сечение скважины (или обсадной колонны) на участке сравнительно небольшой длины, удаленном, как правило, от забоя. Мосты могут быть резиновые, пластмассовые, металлические, цементные и из других материалов.

Мосты устанавливают для решения следующих задач: а) временного или постоянного разобщения нижезалегающих проницаемых пластов от вышезалегающих (например, при опробовании методом «снизу вверх», при переходе от эксплуатации нижнего истощенного продуктивного горизонта к эксплуатации верхнего горизонта и т.п.); б) устранения опасности излива пластовых жидкостей в атмосферу после ликвидации скважины или при временной консервации ее; в) создания прочной опоры для колонны труб в период пакеровки скважины при опробовании перспективных горизонтов; г) создания прочной опоры при забуривании бокового ствола; д) укрепления неустойчивых, осыпающихся или размываемых потоком промывочной жидкости пород.

Разработано множество способов установки мостов, часть из которых рассматривается в курсе «Промысловая геофизика». Наиболее часто используют цементные мосты, создаваемые путем транспортирования раствора вяжущего по колонне бурильных труб.

Наиболее эффективным является следующий способ создания цементного моста. В скважине немного ниже нижней границы участка, в котором требуется создать мост, устанавливают разбуриваемый пакер или манжетную пробку, исключающие возможность оседания вниз столба тампонажного раствора. До нижней границы этого участка спускают колонну труб и тщательно промывают скважину. Если в пределах участка имеются каверны, в состав колонны включают приспособление с боковыми гидромониторными насадками и сильными струями вымывают из каверн загустевшую промывочную жидкость и шлам. Во время промывки во всех случаях целесообразно вращать и расхаживать колонну труб. При наличии каверн расхаживать следует на такую длину, чтобы струи, вытекающие из гидромониторных насадок, могли поражать всю поверхность кавернозных интервалов.

После промывки в колонну труб последовательно закачивают первую порцию буферной жидкости, порцию тампонажного раствора возможно более жесткой консистенции, вторую порцию буферной жидкости и порцию продавочной жидкости. Тампонажный раствор отделяют от обеих порций буферной жидкости двумя разделительными пробками. По окончании закачки порции продавочной жидкости колонну труб приподнимают с небольшой скоростью несколько выше верхней границы будущего моста и тщательно промывают скважину. Затем трубы поднимают на дневную поверхность, а скважину оставляют в покое для твердения тампонажного раствора.

Вытеснение тампонажного раствора продолжают до момента достижения равенства давлений в кольцевом пространстве и в колонне труб у башмака (балансовый принцип). Чтобы облегчить решение задачи об определении момента прекращения цементировочной операции, плотности обеих порций буферной жидкости делают одинаковыми, так же как и плотности промывочной и продавочной жидкостей. Объем второй порции буферной жидкости рассчитывают так, чтобы высота столба ее в колонне труб была равна высоте столба первой порции в кольцевом пространстве, а объем порции продавочной жидкости так, чтобы в момент окончания закачки ее уровни тампонажного раствора в кольцевом пространстве И В колонне были одинаковыми. Тогда давление в головке на устье колонны в момент выравнивания уровней тампонажного раствора (рис. 87)

где рр.п — перепад давлений, необходимый для перемещения по колонне верхней разделительной пробки.

Так как высоты столбов тампонажного раствора и буферной жидкости невелики, то с достаточной точностью сумму рт+рк можно определить экспериментально по манометру на головке, если измерить давление в ней при прокачивании промывочной жидкости перед началом операции с такой же малой скоростью, как и в конце операции. Величину рр.п следует определять экспериментально также до начала цементировочной операции.

Чтобы уменьшить перемешивание тампонажного раствора с первой порцией буферной жидкости во время приподнимания колонны труб, в последнюю следует медленно подкачивать продавочную жидкость и поддерживать в головке избыточное давление Рц.г = Рр.п+Рт.

Тампонажную смесь для создания моста следует выбирать с учетом температуры и давления в заданном интервале скважины. Раствор должен иметь возможно меньшее относительное водосодержание, короткие сроки загустевания и схватывания, достаточные, однако, для выполнения цементировочной операции; камень должен иметь возможно более высокую прочность, быть практически непроницаемым при тех перепадах давлений, которые могут действовать на мост. Весьма желательно, чтобы твердение шло с расширением камня.

На практике часто допускают отклонения от рассмотренной выше технологии: не устанавливают близ нижней границы будущего моста ограничительные приспособления (пакер, манжетную пробку и т.п.), не применяют не только нижнюю, но и верхнюю разделительные пробки, а иногда и буферные жидкости. Это приводит, во-первых, к резкому увеличению перемешивания тампонажного раствора с буферными, а при отсутствии последних — с промывочной и продавочной жидкостями; во-вторых, к сползанию столба тампонажного раствора вниз относительно границ участка, где требуется создать мост; в-третьих, к необходимости кратного увеличения объема тампонажного раствора по сравнению с геометрическим объемом участка скважины. Нередки случаи, когда из-за таких отклонений и неправильного определения потребных объемов тампонажного раствора и других жидкостей, обусловленного указанными отклонениями, операции по установке мостов оказываются безуспешными.

Объемы тампонажного раствора и других жидкостей, необходимых для выполнения цементировочной операции, рассчитывают по эмпирическим формулам. Одна из методик, содержащих такие формулы, разработана во ВНИИКРнефти. Если внести в нее небольшие коррективы, для определения объемов можно воспользоваться следующими формулами:

где Fс, Fтр, Fк.п — соответственно площади поперечного сечения скважины в интервале установки моста, колонны труб и кольцевого пространства; Vтp — внутренний объем колонны труб; hм — проектная длина моста; с1, с2, с3, с4 — эмпирические коэффициенты, учитывающие, потери тампонажного раствора на стенках труб, при смешивании со смежными жидкостями, а также потери буферной жидкости при движении по колонне труб и кольцевому пространству. Ориентировочные значения этих коэффициентов для случая цементирования без разделительных пробок приведены в табл. 11.

После образования цементного камня достаточной прочности в скважину спускают колонну труб с долотом, уточняют положение верхней границы моста, разбуривают слабую верхнюю часть его и проверяют герметичность моста путем уменьшения давления на него сверху либо с помощью пластоиспытателя, спускаемого на колонне труб, либо посредством аэрации и снижения уровня жидкости. Если мост оказался негерметичным, разрушился или сместился вверх при такой проверке, его разбуривают и операцию повторяют заново.