Способ обратного цементирования обсадной колонны

цессе продвижения тампонажного раствора ниже этих зон в пласты уходит часть тампонажного раствора, а посколькутампонажный раствор зэкачивэют строго определенного объема и после закрытия трубного пространства на устье не производят проверку и контроль уровня последнего в обсадной колонне по окончании первого этапа - обратной продавки, внутрь обсадной колонны может поступить недостаточное количество тэмпонажного раствора и, возможно не поступит совсем, тогда будет иметь место "оголение" башмака, В процессе прямой продавки кольцевое пространство устья скважины не перекрывается, тем самым не используется возможность дополнительной кольматации и изоляции поглощающего горизонта. А в процессе ожидания затвердевания цементного раствора (ОЗЦ) в течение времени до схватывания или загустевания произойдет поглощение еще не успевшего схватиться и затвердеть тампонажного раствора над зоной поглощения - падаетуровень последнего в затруб нам пространстве, но тампонажный раствор, из-за малой сжимаемости промывочной жидкости и перекрытого внутриколонного пространства, ниже поглощающего горизонта все же не поступит, Вследствие постоянного движения (перетока в поглощающий горизонт) замедляется скорость роста структурных показателей тампонажного раствора, находящегося над зоной поглощения, и его затвердевание, поэтому продолжительность периода поглощения и падения уровня в затрубном пространстве увеличивается. По изложенным причинам потребуется проведение повторного цементировэния для исправления некачественного первичного цементирования и невысокой степени локализации зон осложнений,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ обратного цементирования обсадной колонны, включающий закачку тампонакного раствора в затрубное пространство с выпуском промывочной жидкости из обсадной колонны на устье, контроль положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки - первого этапа цементирования, перекрытие затрубного пространства устья и прямую закачку - второго этапа цементирования, через трубное пространство в поглощающие пласты с рэсхоДом, обеспечивающим давление закачки продавочной жидкости на глубине поглощающих пластов, по меньшей мере равное разнице гидростатических давлений столбов тампонажного раствора в затрубном и промывочной жидкости в трубном пространствах в течение времени до схватыва-.ния тампонажного раствора.Недостатком этого способа является то,5 что он решает задачу оставления тампонажного раствора в межколонном пространствев необходимом интервале без сниженияверхнего уровня тампонажного раствора иизменения положения последнего внизу об 10 садной колонны лишь при отсутствии негерметичности предыдущей обсадной колонныи гидравлической связи с заколонным пространством последней. Поскольку возможен гидроразрыв пластов и поглощение15 тампонажного раствора при прямой закачкеводы после поглощения тампонажного раствора, находящегося ниже зоны негерметичности, в поглощающий горизонт будетпоступать и вода, что приводит к промыву,20 межколонным и заколонным перетокам, некачественному цементированию башмакаобсадной колонны. Для устранения негерметичности и локализации зон осложненийтребуется выполнение ремонтно-изоляци 25 онных работ (РИР), связанных с повторнымцементированием,Цель изобретения - повышение качества цементирования и надежности локализации зон осложнений,30 Поставленная цель достигается тем, чтозакачивают дополнительную порцию тампонажного раствора в объеме поглощения,равную объему поглощения тампонэжногораствора в период его продвижения ниже35 зоны поглощения при обратной продавке иобъема дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цементного стакана, высоту которогоопределяют дважды, предварител ьно перед40 обратной закачкой из выражения4 кяаР а к 1 аГ 1 - тз - т 8- т 2где(а - к а "+к а Р) где Н - расчетная высота дополнительного 45 столба тампонажного раствора в обсаднойколонне выше планируемогоуровня цементного стакана по окончании первого этапацементирования - обратной закачки, м;К 1, К 2 - переводные коэффициенты при емистости пластами тампонажного раствора в отношении к промывочной жидкости .соответственно при прямой и обратной промывках К 1=0 тр /Опж р, К 2=0 тр /Опж р)Оп Р - приемистость пласта на различобр55 ных режимах при обратной промывке, м /с;Оп Р - приемистость пласта при прямой продавке на поглощение, м /с;0 - производительность цементировочных насосов на 1-скорости, м /с;51015 20 25 30 35 40 45 50 55 Ьсх - срок начала схватывания первой порции тампонажного раствора, с; 1 з - время, пошедшее на эатворение тампонажного раствора, с;1 п о Р - вРемЯ обРатной закачки и пРодавки тампонажного раствора до поглощающего пласта, с;1 с о Р - вРемЯ обРатной пРодавки в интервале от поглощающего пласта до уровня цементного стакана, с;бв - внутренний диаметр обсадной колонны, м;и уточняют при контроле положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки для определения объема продавочной жидкости второго этапа цементирования - прямой закачки, а последнюю порцию тампонажного раствора в объеме интервала заколонного пространства до поглощающего пласта закачивают с меньшими сроками схватывания, чем предыдущие порции тампонажного раствора, но больше времени первого этапа цементировэния - обратной закачки,На фиг,1 изображена операция закачки тэмпонажного раствора путем обратной циркуляции; на фиг.2 - операция контроля положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки; на фиг.3 -окончание операции закачки продавочной жидкости в обсадную колонну и прямого продавливэния тампонажного раствора в поглощающий горизонт. Способ осуществляют следующим об, разом.Первоначально в скважину 1 опускают, например, кондуктор 2. Эксплуатационную обсадную колонну 3 с башмаком 4 спускают одной секцией до забоя скважины 1 с поглощающим пластом 5. После спуска обсадной колонны 3 на нее наворачивают цементировочную головку 6 с краном 7 высокого давления и манометром 8, закрывают превентор 9, открывают кран 10 отвода 11 превентора 9 с манометром 12, подсоединяют цементировочные агрегаты и производят профилактическую промывку в режимах, моделирующих процесс цементирования, при этом определяют приемистость поглощающего горизонта 5,Вначале моделируют первый этап цементирования путем обратной циркуляции, причем в трубном пространстве устья создают противодавление, фиксируемое манометром 8, равное разности давлений,создаваемых столбами тампонажного раствора 13 и промывочной жидкости 14 с учетом гидродинамической составляющей, а подачу создают равную той, на которой будет идти процесс цементирования при прохождении тампонажного раствора 13 ниже эоны 5 поглощения, Время обратной продавки от поглощающего горизонта 5 в ээтрубье до уровня цементного стакана 15 в обсадной колонне 3 составляет, обр ч с л О с - б йДе - Я + дуН 5 л ск 1 0 в р 4 (О- к 10 п р) где Чс - объем цементного стакана и эатрубного пространства обсадной. колонны ниже зоны поглощения, м;Ов ых 2 - КОЛИЧЕСТВО П РОМЫ ВОЧНОйобржидкости на выходе трубного пространства скважины при обратной промывке, м /с;Ос - диаметр скважины, м;бн, бв - соответственно наружный и внутренний диаметр обсадной колонны, м;- длина обсадной колонны, м;Ьп - расстояние от устья скважины до эоны поглощения, м;пс - высота цементного стакана, м.А время обратнойпродавки в период подъема тампонажного раствора 13 внутри обсадной колонны 3 на высотудополнительного столба 16 составляет н обр н ЛбБН К 1 0 вйб . 4 (О - К 1 0 й 1) где Чн - объем дополнительного столба тэмпонажного раствора в обсадной колонне по окончании первого этапа цементировэния,зЗатем моделируют второй этап прямой продавки в поглощающий горизонт 5, при этом кран 10 на отводе 11 превентора 9 закрывают, а в трубное пространство закачивают промывочную жидкость 14 при режимах, когда на устье затрубного пространства поддерживается избыточное давление, фиксируемое манометром 12, также равное разности давлений, создаваемых столбами тампонажного раствора 13 и промывочной жидкости 14 с учетом гидродинамических составляющих. Время прямой продавки тампонажного раствора 13 на поглощение составляетпр Жд Н4 К 20 РПроцесс цементирования планируют закончйть в момент начала схватывания или загустевания первой порции тампонажного раствора 13;нсх т 3+оп ОбР+ ОбР+т ОбР+1 н ПРПОдСтаВИМ ЗНаЧЕНИя Сн бр И Ь "р1 нсх 1 3+ обр+% обр +бЬ 2 Н бН4 О - К 1 0 й 1) 4 К 2 0 йРоткуда получим расчетный объем дополнительного столба тампонажного раствора вобсадной колонне выше цементного стакана: м, 5 причем дл трубного давлениеДале порцию т поглоще иия: я режима продавки когда на пространства поддержива равное атмосферному,е определяют дополнителампонажного раствора 13 в обния на первом этапе цементи устье ется 1 ьную, ъеме рова 15 нажно- нитель- олонне Ц где Чпсх - объем последней порции там нажного раствора, заполняющего зат ное пространство верха обсадной кодо до поглощающего горизонта, м;О, - внутренний диаметр обсадтруб кондуктора, м;1 к - глубина спуска кондуктора, м.. Тампонажный раствор 13 при движе ниже поглощающего горизонта 5 части (Чс+Чн обР) УхоДит в послеДний и че башмак 4 поступает в обсадную колонн а вытесняемую промывочную жидкост 50 нии чно рез уЗ, ь 14 чсР г О,а к"- ЙЩ - ,+лаЩ4 (О- К 1 О Ур)у 4 ф,к ОфР обр 1 ОФлбЬн4(О-к 039")где Чс о Р - объем поглощения тэмпонажно го раствора в период продвижения ниже зоны поглощения до уровня цементного стакана мз;Чн Р - объем поглощения тампообрго раствора при образовании допол 25 нозго столба раствора в обсадной км.СКЛадЫВая ПОСЛЕДНЕЕ (Чс бр+Чн бр) С объемом дополнительного столба тампо- НажНОГО РаСтВОРа (Чн=0,785 бв Нрасч) ПОЛгучают полный объем поглощения (Чпогл).В процессе цементирования в затрубное пространство обсадной колонны закачивают тампонажный раствор в обьеме кольцевого пространства скважины, цемен тного стакана и дополнительную порцию в объеме поглощения, При этом последнюю порцию 17 тампонажного раствора в обьеме интервала эаколонного пространства до поглощающего пласта 5 закачивают с мень шим сроком схватывания, чем предыдущая порция, но со сроком схватывания, превышающим продолжительность первого этапа цементирования - обратной продавки;д 01 - с 1 гн 1 к+,тг Ос - дгн п - к 45 Чпсхперепускают через открытое устье обсадной колонны 3 в циркуляционную систему буровой. После закачки всего объема тампонажного раствора 13 он займет уровень, равный сумме высот цементного стакана 15 (Ьс) и дополнительного столба 16 (Н). Цементировочные насосы останавливают, краны отвода 7 и 10 превентора 9 и цементировочной головки 6 закрывают. Поскольку гидравлическая связь внутриколонного и заколонного пространства через отверстия в башмаке 4 сохраняется, манометром 8 цементировочной головки 6 фиксируют избыточное давление (фиг,2) по которому уточняют объем продэвочной жидкости (может служить промывочная жидкость 14) для второго этапа цементирования:Чпр= Нуточн ДЕ Нуточн - УтОЧНЕННЫй ОбЬЕМ ДОПОЛНИтЕЛЬ- ного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цементного стакана по окончании первого этапа цементирования; Рс, Рн - Давление в кольЦевом пРот стрэнстве устья скважины, соответственно планируемое по окончании прямой закачки и фиксируемое по окончании обратной: закачки, Па;с) - ускорение свободного падения, м/с;ртр,рнж - соответственно плотность первой порции тампонажного раствора и промывочной жидкости, кг/м .В ИдЕаЛЬНОМ СЛуЧаЕ ВЕЛИЧИНЫ Чн И Чпр должны совпадать.Кран 7 цементировочной головки 6 открывают и закачивают уточненную порцию продавочной жидкости 14. При этом давление на глубине поглощающих пластов 5 поддерживают, по меньшей мере равным разнице гидростатических давлений столбов тампонажного раствора в затрубном и промывочной жидкости в трубном пространстве, а дополнительный столб 16 тампонажного раствора методом прямой продавки вытесняют из обсадной колонны 3 через башмак 4 в затрубное пространство, далее в поглощающий горизонт 5, Общее время цементирования рассчитывают таким образом, что момент, когда тампонажный раствор 13 в обсадной колонне 1 займет положение цементного стакана 15, соответ; ствует времени начала схватывания илизэгустения тампонажного раствора 13, Поэтому из-за непредусмотренных технологических остановок или изменений приемистости пласта в процессе проведения операции цементирования вносятся коррективы (ускоренная, на повышенных давлениях закачка согласно индикаторных кривых ЬР-О). По окончании закачки кран 7 цементировочной головки 6 закрывают. Так как последняя порция 17 тампонажного раствора, находящаяся нэд зоной 5 поглощения, имеет срок схватывания меньше общей продолжительности цементирования (обратной и прямой закачки), к тому же при операции прямой закачки неподвижна, процессы структурообразования в ней ускоряются и поэтому после окончания цементированйя загустевший тампонажный раствор, вероятнее всего, поглощаться не будет, Перед оставлением скважины на ОЗЦ превентор 9 открывают.П р и м е р. Необходимо определить общий объем приготавливэемого тампонажного раствора для обеспечения качественного цементирования. .=2500 м, к=500 м, п=2300 м, Ьс=50 м, Ос=0,220 м, Ох=0,225 м, с 3 н=0,168 м, ив=0,150 м, Рнж=1100 кг/мЗ.Из опыта бурения и после крепления нескольких скважин.на конкретном месторождении с конкретными буровыми и тампонажными растворами установили, что К 1 = К 2 = 1. В процессе профилактических промывок перед цементированиемсредняя интенсивность поглощения в процессе обратной закачки с общей производительностью цементировочных насосов равной О=0,014 м /с при продвижении тампонажзного раствора ниже поглощающего горизонта до уровня цементного стакана в обсадной колонне Опсо Р=0,002 м /с, э средняя интенсивность поглощения при создании дополнительного столба тампонажного раствора Опн обР=0,003 м/с, Средняя интенсивность поглощения при прямой продавке на поглощение Оп 1 "Р=0,004 м /с (при этом производительность одного цементиравочного агрегата также равна 0,004 м /с),Первую порцию тампонажного раствора закачивают плотностью р,р=1830 кг/м,з водоцементным отношением В/Ц=0,5 и сроком начала схватывания босх=1 ч 50 мин (или епсх=6600 с) при температуре, соответствующей забойной =90 С,Объем тампонажного раствора в затрубном пространстве обсадной колонны и цементного стакана составляет 41,36 мз, А объем поглощения при продвижении тампонажного раствора ниже зоны поглощения до уровня планируемого цементного стакана.Расчетное время цементирования до заполнения обсадной колонны тампонэжным раствором соответствующего уровнюцементного стакана составляет тз+тп Р+сс бРс, Тогда высоту дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цементного стакана (при работе двух цементировочных агрегатов с общей производительностью насосов в процессе обратной продэвки в этом интервале равной О=0,014 и прямой продавки Ом пР=0,004 мз/с) определяют следующим образом. 5 10 Если величина Н будет превышать-пс=2450 м, то первую порцию тампонажного раствора выбирают с меньшим сроком начала схватывания, Объем поглощения в процессе обратной закачки при создании 15 жинах, характеризующихся наличием поглощающих горизонтов, поскольку позволяет сохранить уровень тампонажного раствора в заколонном пространстве верха обсадной колонны и недопустить "оголение" башмака и заколонные перетоки, Кроме того, предусмотренный столб тэмпонажного раствора в обсадной колоннз после обратной закачки и, в зависимости от величины избыточного давления на устье 50 55 обсадной колонны, объем продавочиой жидкости прямой закачки до момента времени дополнительного столба тампонажного раствора составляетобр 208 3Объем последней порции тампонажно го раствора, заполняющего затрубное пространство верха обсадной колонны до поглощэощего горизонта Чпсх=-37,30 м . Так.зкэк расчетная продолжительность второго этапа цементирования - прямой закачки 25 Ь пР=1980 с, последнюю порцию тампонажного раствора подбирают, чтобы срок начала схватывания в забойных условиях был меньше 6600 с, но больше 4692 с, например 5160 с (1 ч 26 мин), чему соответствует тампонажный раствор плотностью фтр=1900 кг/мЗ с водоцементным отношением В/Ц=0,4, Регулировать сроки схватывания последней порции можно также обработкой ускорителями схватывания. Рс=19,1 МПэ, а избыточное давление, которое покажет манометр на цементировочной головке по окончании обратной закачки Рн =16,0 УПэ.Объем продавочной жидкости для прямой закачки Чпр =7,63 м . Дополнительная порзция тампонажного раствора в объеме погло- щениЯ: Чпогл=Чс +Чн Р+Чпр=10,39. Тогдаобр обрнеобходимый полный объем тампонажного раствора составляет 51,75 мз.Экономическая эффективность от применения предлагаемого способа обеспечивается за счет повышения качества цементирования обсадной колонны в сквэначала схватывания или загустения тампонажного раствора повышают надежность локализации зон осложнений, что исключает проведение ремонтно-изоляционных работ повторного цементирования. 5Формула изобретенияСпособ обратного цементирования обсадной колонны, включающий закачку тампонажного раствора в затрубноепространство с запуском промывочной жид кости из обсадной колонны на устье, контроль положения тэмпонажного раствора по окончании обратной закачки - первого этапа цементирования, перекрытие затрубного пространства устья и прямую закачку - вто рого этапа цементирования через трубное пространство в поглощающие пласты с расходом, обеспечивающим давление закачки продавочной жидкости на глубине поглощающих пластов, по меньшей мере равное 20 разнице гидростатических давлений столбов тампонажного раствора в затрубном и промывочной жидкости в трубном пространствах в течение времени до схватывания тампонажного раствора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения каче ства цементирования и надежности локализации зон осложнений, закачивают дополнительную порцию тампонажного раствора в объеме поглощения, равную объ ему поглощения тампонажного раствора в период его продвижения ниже эоны поглощения при обратной продавке и объема дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цемент ного стакана, высоту которого определяют дважды, предварительно перед обратной закачкой из выражения ндкгаЗР аГ а - к 1 а Рр .сх - м - сп"р - тйР 40 лдВ(а - к 1 аФ+ктайР) где Н - расчетная высота дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше планируемого уровня цементного стакана по окончании первого этапа цементирования - обратной закачки, м;Кт, К 2 - переводные коэффициенты приемистости пластами тампонажного раствора в отношении к промывочной жидкости соответственно при прямой и обратной промывкахО ттр К тО об)О пОп Р - пРиемистость пласта назоэзныхобррежимах при обратной промывке, м /с;Ом р- приемистость пласта при прямой продавке на поглощение, м /с;О - производительность цементировочнь 1 х насосов на скорости, м /с;т нсвт - срок начала схватывания первой порции тампонажного раствора, с;тз - время, пошедшее на затворение тампонажного раствора, с;тп Р - вРемЯ обРатной закачки и пРообрдавки тампонажного раствора до поглощающего пласта, с;то Р - вРемЯ обРатной пРодавки в инобртервале от поглощающего пласта до уровня цементного стакана, с;бв - внутренний диаметр обсадной колонны, м,и уточняют при контроле положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки для определения объема продавочной жидкости второго этапа цементирования - прямой закачки, а последнюю порцию тампонажного раствора в объеме интервала заколонного пространства до поглощающего пласта, зэкачивают с меньшими сроками схватывания, чем предыдущие порции тампонажного раствора, но больше времени первого этапа цементирования - обратной закачки.1749445 Составитель Н,ПетровТехред М. Моргентал Коррек Редактор По ола зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарин Заказ 2574 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5