Способы ремонтного цементирования

Целями ремонтного цементирования являются: а) ликвидация трещин и каналов в цементном камне, по которым пластовая жидкость (газ) может перетекать из одного горизонта в другой или в атмосферу; б) устранение крупных негерметичностей в обсадной колонне; в) создание разобщающих экранов между продуктивным и водоносными горизонтами.

Прежде, чем приступить к ремонтному цементированию с целью ликвидации трещин и каналов в цементном камне, необходимо определить положение дефектного участка и направление движения жидкости в нем, очистить каналы и трещины от грязи и оставшейся промывочной жидкости и оценить возможную интенсивность течения жидкости по ним. Если необходимость ремонтного цементирования выявлена до перфорации обсадной колонны в зоне продуктивного пласта, для очистки каналов в цементном камне и последующего заполнения их тампонажным раствором против непроницаемой породы немного выше кровли пласта, из которого жидкость движется вверх по дефектному участку, пробивают кумулятивным перфоратором несколько десятков отверстий на участке длиной 1—2 м. Если негерметичность цементного камня обнаружена при опрессовке зацементированного пространства за промежуточной колонной, простреливать специальные отверстия в колонне часто не требуется: очистку каналов и заполнение их тампонажным раствором можно осуществить через открытый нижний конец этой колонны. Если необходимость ремонтного цементирования выявлена после перфорации эксплуатационной колонны против продуктивного пласта, в ней приходится пробивать дополнительно несколько десятков отверстий, через которые можно будет очистить каналы в дефектном участке и зацементировать их. Такие отверстия пробивают против непроницаемой породы несколько выше кровли продуктивного пласта, из которого пластовая жидкость (газ) движется вверх по заколонному пространству или в который притекает вода из верхнего водоносного горизонта, либо несколько выше кровли нижнего водоносного горизонта, из которого вода поступает в продуктивный пласт. В случае необходимости прострела таких отверстий выше эксплуатационного фильтра, участок эксплуатационной колонны в зоне фильтра обычно заполняют песком, а над фильтром устанавливают цементный мост.

Ремонтное цементирование, как правило, связано с необходимостью создания высокого давления в период нагнетания тампонажного раствора в каналы дефектного участка и поддержания такого давления в период твердения раствора. Существует несколько способов ремонтного цементирования. Рассмотрим некоторые из них.

Цементирование без пакера. В эксплуатационную колонну до нижних отверстий (или на 5—7 м ниже их) спускают колонну насосно-компрессорных труб; на верхний конец этой колонны навинчивают цементировочную головку с показывающим и регистрирующим манометрами, а межколонное пространство герметизируют превентором. В насосно-компрессорные трубы закачивают воду, промывают скважину а затем, закрыв кран на выкиде превентора, нагнетают воду через отверстия, пробитые в обсадной колонне, в заколонное пространство и тщательно промывают трещины и каналы в цементном камне; при этом регистрируют объемную скорость нагнетания воды и давление на устье. Если интенсивность циркуляции очень мала, иногда вместо воды закачивают порцию водного раствора ингибированной соляной кислоты, дают возможность ей прореагировать с породой и цементным камнем в трещинах и каналах, а затем через 10—15 ч тщательно удаляют продукты реакции из пласта в скважину, вызвав для этого приток из водоносного горизонта. В некоторых случаях очистку каналов в цементном камне начинают с вызова притока из водоносного горизонта.

После очистки каналов в цементном камне определяют интенсивность заколонной циркуляции по скорости нагнетания воды и давлению на устье и в зависимости от нее решают вопрос о необходимом объеме тампонажного раствора и режиме вытеснения его в заколонное пространство.

Затем в колонну насосно-компрессорных труб при открытом кране на выкидной линии превентора закачивают расчетный объем тампонажного раствора с малой водоотдачей; при этом скорость выхода жидкости из межколонного пространства краном регулируют так, чтобы избыточное давление в цементировочной головке не падало ниже 0,2—0,5 МПа. Как только нижняя граница тампонажного раствора подойдет на 100—150 м к нижнему концу насосно-компрессорных труб, кран на выкиде превентора закрывают, а тампонажный раствор через отверстия в обсадной колонне вытесняют в заколонное пространство. При вытеснении тампонажного раствора давление в цементировочной головке быстро растет; по мере роста давления скорость закачки продавочной жидкости в насосно-компрессорные трубы уменьшают так, чтобы давление не превышало допустимого для обсадной колонны. Процесс вытеснения прекращают, как только верхняя граница тампонажного раствора приблизится на 100—150 м к нижнему концу насосно-компрессорных труб либо давление поднимается до предельно допустимого для обсадной колонны. После этого насосно-компрессорные трубы поднимают так, чтобы нижний конец их оказался на 10—15 м выше верхних отверстий в обсадной колонне, и способом обратной циркуляции вымывают из скважины излишний объем тампонажного раствора. После затвердения тампонажного раствора разбуривают цементный стакан в обсадной колонне и проверяют ее герметичность.

При обратной промывке и в последующий период твердения тампонажного раствора в обсадной колонне поддерживают давление, лишь примерно на 0,5 МПа ниже наивысшего давления при вытеснении тампонажного раствора (способ Н.К. Байбакова).

Иногда при открытом кране на выкиде превентора в насоснокомпрессорные трубы закачивают не только всю порцию тампонажного раствора, но и часть объема продавочной жидкости (воды). После выравнивания уровней тампонажного раствора, в трубах и межколонном пространстве закачку прекращают, трубы приподнимают выше уровня тампонажного раствора и, закрыв превентор, нагнетают про-давочную жидкость одновременно в трубы и межколонное пространство. Вытеснение тампонажного раствора заканчивают, когда в обсадной колонне над верхними отверстиями останется лишь небольшой столб его (~10 м) либо давление достигнет предельного для обсадных труб. После этого способом обратной циркуляции скважину тщательно промывают и оставляют в покое для твердения тампонажного раствора. При промывке и твердении поддерживают такое же давление, как и при цементировании по способу Н.К. Байбакова.

Цементирование с извлекаемым пакером. В обсадную колонну спускают колонну насосно-компрессорных (или бурильных) труб с пакером, например, гидравлико-механическим, внизу. Если горизонт, из которого вода поступает в продуктивный пласт, расположен ниже последнего, пакером герметизируют участок обсадной колонны в сечении между эксплуатационным фильтром и верхними отверстиями, пробитыми над водоносным горизонтом. После пакеровки в насосно-компрессорные трубы нагнетают воду, которая проходит через отверстия в обсадной колонне ниже пакера, поднимается по каналам в цементном камне до продуктивного пласта и через отверстия эксплуатационного фильтра поступает в межколонное пространство выше пакера. После тщательной промывки каналов в цементном камне в насосно-компрессорные трубы закачивают необходимый объем тампонажного раствора и вытесняют последний в заколонное пространство. Затем освобождают пакер, приподнимают его на 15—20 м выше эксплуатационного фильтра и способом обратной циркуляции тщательно промывают скважину. В период промывки и последующего схватывания и твердения тампонажного раствора на устье поддерживают избыточное давление несколько ниже максимального в период цементирования.

Если целью ремонтного цементирования является ликвидация притока в продуктивный пласт воды из верхнего горизонта или каналов и трещин, по которым перетекает газ в верхние горизонты или в атмосферу, отверстия в обсадной колонне пробивают несколько выше кровли продуктивного пласта против непроницаемых пород, а пакер устанавливают выше верхних отверстий. В случае газовой скважины глубина участка обсадной колонны, в котором пробивают отверстия, должна удовлетворять условию

где рс — давление в закрытой скважине, заполненной газом.

При ремонтном цементировании с пакером наибольшее давление в период вытеснения тампонажного раствора не должно превышать предельно допустимого для насосно-компрессорных труб; оно всегда должно быть меньше давления разрыва пород на участке перфорации.

После затвердения тампонажного раствора трубы с пакером поднимают на дневную поверхность, цементный камень разбуривают, а обсадную колонну испытывают на герметичность.

Цементирование с неизвлекаемым пакером. Операция отличается от рассмотренной выше тем, что после вытеснения тампонажного раствора через перфорационные отверстия 8 (рис. 95) в заколонное пространство пакеровку не нарушают, а колонну насосно-компрессорных труб 4 вращением вправо отделяют от пакера 11, приподнимают и после тщательной промывки скважины способом обратной циркуляции извлекают на дневную поверхность. Для этого используют специальный пакер 11 с обратным шаровым клапаном 12. Пакер соединяют с нижним концом колонны труб 4 с помощью безопасного замка 10. Чтобы уменьшить гидравлические сопротивления, при спуске пакера в скважину обратный клапан оставляют открытым. Шар клапана занимает рабочее положение в момент пакеровки. По окончании операции обратный клапан закрывается, поэтому в подпакерной зоне давление при освобождении насосно-компрессорных труб не снижается. После затвердения тампонажного раствора пакер и цементный стакан в обсадной колонне разбуривают.

При движении по трещинам и каналам в цементном камне тампонажный раствор под воздействием большого избыточного давления обезвоживается и превращается в труднопрокачиваемую массу. Чтобы добиться максимально полного заполнения каналов и трещин в цементном камне, следует использовать тампонажные растворы с малой водоотдачей при всех способах ремонтного цементирования.

При ремонтном цементировании разделительные пробки, как правило, не применяют; поэтому тампонажный раствор перемешивается с промывочной и продавочной жидкостями, что нужно учитывать при определении потребного объема раствора. Обычно необходимый объем тампонажного раствора рассчитывают по формуле

где U1 — объем, необходимый для заполнения каналов и трещин в дефектном участке заколонного пространства; U2 — объем цементного стакана, оставляемого в обсадной колонне; U3 — объем, расходуемый на образование смеси со смежными жидкостями.

Надежных способов расчета объемов U1 и U3 нет, поэтому их определяют приближению с учетом накопленного опыта.