книги / Техника и технология капитального ремонта скважин
..pdfбинации с райбером: долото разбуривает цементную корку, а райбер центрирует долото и оправляет колонну.
При разбуривании цементных мостов используют также секционные трубобуры и забойные винтовые двигатели Д1-54, Д-85 в сочетании с долотами соответствующих диаметров.
Для промывки применяют техническую воду или буровой ра створ.
Цементную корку со стенок эксплуатационной колонны очищают пикообразным или трехшарошечным долотом, гру
шевидными фрезерами, ступенчатыми фрезерами |
и |
скребками |
с режущими лезвиями, роторным или турбинным |
способом. |
|
РЕМОНТНО-ИЗОЛЯЦИОННЫЕ РАБОТЫ |
|
|
Ремонтно-изоляционные работы (РИР) — работы |
по пере |
крытию путей проникновения вод в эксплуатационный объект скважины и отключение от нее отдельных пластов и обводнен ных интервалов. РИР — одно из основных средств реализа ции мероприятий по увеличению степени извлечения нефти из пласта, охране недр, и окружающей среды.
Тампонажные материалы и технологические схемы цемент ных работ выбирают в зависимости от целей РИР, геолого технических и гидротермальных условий в изолируемой зоне скважины.
Тампонирование скважин проводят в случаях, когда необ ходимо:
а) обеспечить изоляцию продуктивных объектов от вод;
б) |
создать цементный |
стакан |
на забое скважины или це |
|
ментный мост в колонне; |
при переводе скважины |
на выше- |
||
в) |
перекрыть фильтр |
|||
или нижезалегающий горизонт; |
призабойной зоне |
скважины |
||
г) |
создать цементные |
пояса в |
для надежной изоляции от высоконапорных чуждых нижних вод;
д) |
перекрыть дефекты в эксплуатационной колонне; |
е) |
изолировать продуктивные горизонты друг от друга и |
от чуждых вод в интервале спуска эксплуатационной колонны или хвостовика при зарезке и бурении второго ствола;
ж) закрепить призабойную зону скважины с целью пре дотвращения или уменьшения пробкообразования.
Основное требование к технологии РИР — обеспечение за качки рабочих растворов изоляционного агента в скважину и продавливание в изолируемый интервал с сохранением их изо лирующих свойств, т. е. предупреждение или ограничение до минимума дополнительного разбавления растворов. Это дости гается прежде всего за счет исключения из технологии условий и операций, способствующих разбавлению рабочих растворов, а также в результате заполнения скважины однородной по плотности жидкостью; применения рабочих растворов изоля-
;ционного реагента плотностью, большей, чем плотность жид кости, заполняющей скважину; использования разбуриваемых пакеров и др.
Тампонажные материалы |
|
|
|
|
|||||
Цементы и |
другие |
вяжущие |
вещества, |
применяемые |
для |
||||
тампонирования |
скважин, называются т а м п о н а ж н ы м и |
||||||||
м а т е р и а л а м и . |
ц е м е н т — продукт, |
состоящий |
из |
||||||
Т а м п о н а ж н ы й |
|||||||||
•смеси вяжущих |
веществ |
(портландцемента, |
шлака, |
извести, |
|||||
пластмасс и |
др.), минеральных |
(кварцевого песка, |
асбеста, |
||||||
глины, шлака |
и др.) или |
органических (отходов |
целлюлозного |
||||||
производства |
и |
др.) |
добавок, |
способствующих |
образованию |
после затворения водой или другой жидкостью раствора, за твердевающего в прочный цементный камень.
В зависимости от жидкости затворения различают следую щие тампонажные растворы: водные, водно-эмульсионные (во донефтяные), нефтецементные (дизельное топливо, предельный керосин, безводные ~нефти и др.), а по времени начала схва тывания— быстро схватывающиеся со сроком схватывания ме
нее 40 мин; ускоренно схватывающиеся (от |
40 мин до 1 ч |
20 мин), нормально схватывающиеся (от 1 ч |
20 мин до 2 ч), |
медленно схватывающиеся (более 2 ч). |
|
Для цементирования скважин используют различные сорта |
|
тампонажного портландцемента, показатели |
которых опреде |
ляются техническими условиями. |
|
Тампонажные цементы должны обладать: замедленным на чалом схватывания; ускоренным началом твердения с соответ ствующейэтому моменту высокой прочностью; низкой прони цаемостью после схватывания и твердения; большой теку честью; высокой плотностью.
В зависимости от температуры испытания и условий при менения различают три класса тампонажных цементов:
а) для «холодных» скважин (ХЦ) с температурой испыта
ния 22±2°С; |
|
с температурой испыта |
|||
б) |
для |
«горячих скважин» (ГЦ) |
|||
ния 75 ±3°С; |
|
|
(ВЦ), кото |
||
в) |
для глубоких высокотемпературных скважин |
||||
рые в свою очередь подразделены на |
несколько групп (до 100, |
||||
120, 150, 170 и 200 °С). |
|
|
|
||
Для цементирования скважин при температуре на забое до |
|||||
40 °С |
применяют тампонажный цемент для «холодных» сква |
||||
жин, |
при |
температуре |
до 75 °С — тампонажный |
цемент для |
|
«горячих» |
скважин, при |
температуре |
выше 75 °С — специаль |
ные цементы для сверхглубоких скважин.
Данные о сроках схватывания цементных растворов и проч ности образцов цементного камня для «холодных» и «горячих» скважин приведены в табл. V.2.
|
Температура |
Начало схва |
Ко!нец схва- |
Предел проч |
|
|
тывания по |
тыван1ня по |
|||
Цемент или раствор |
ности |
при из |
|||
твердения, |
сле затворе- |
сле затворе- |
гибе, МПа |
||
|
“С |
ния (не ра |
ння (не позд |
||
|
(не |
менее) |
|||
|
|
нее) |
нее) |
||
|
|
|
|
||
Для «холодных» скважин |
2 2 ± 2 |
2 Ч |
10 ч |
|
2,7 |
Для «горячих» скважин |
75±3 |
1 ч 45 мин |
4 ч 30 мин |
|
6,2 |
Начало схватывания цементного раствора характеризуется потерей подвижности и загустеванием раствора. На схваты вание цементного раствора в скважине влияет водо-цементное отношение, степень помола, присутствие и состав воды, нефти и газа, температура и давление.
В о д о ц е м е н т н о е |
о т н о ш е н и е — отношение |
массово |
го количества воды к |
массовому количеству сухого |
цемента |
(В : Ц ). Для цементирования скважин применяют тампонаж ные растворы с водоцементным отношением от 0,4 до 0,5.
Регулирование свойств цементного раствора и камня
Свойства цементного раствора и камня можно изменить введением в раствор наполнителей, активных добавок или об работкой химическими реагентами. К параметрам тампонаж ных систем, количественное изменение которых часто вызы вается необходимостью технологии или особенностями условий
скважины, относятся: для тампонажных |
растворов — время |
||||
загустевания |
или сроки |
схватывания, |
плотность, |
водоотдача, |
|
реологические |
свойства, |
седиментационная |
устойчивость; для |
||
тампонажного |
камня — механическая |
прочность, |
проницае |
мость, коррозионная устойчивость и др.
Для увеличения сроков схватывания цементных растворов
применяют |
реагенты — замедлители, |
а для сокращения — |
ускорители. |
Ускорители рекомендуется |
применять при темпе |
ратуре среды от —2 до 40 °С, а замедлители сроков схватыва ния— выше 60 °С для шлаковых цементов.
Применение понизителей водоотдачи цементных растворов рекомендуется практически при всех видах РИР.
* В качестве реагентов-замедлителей применяют: сульфитспиртовую барду (ССБ), карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) различных марок, лесохимические полифенолы (ПФЛХ), синтан марки ПЛ, винно-каменную кислоту (ВКК), технический
винный камень |
(ТВК), смесь винно-каменной и борной кисло |
ты (ВК и БК), |
трилон Б, сегнетовую соль, лимонную кислоту |
и др. |
* |
В качестве |
реагентов-ускорителеи наибольшее применение |
получили хлориды натрия и кальция, каустик, хлористый алю миний, кальцинированная сода, жидкое стекло и др.
Хлориды кальция и натрия наряду с ускорением сроков
схватывания и твердения несколько повышают первоначаль ную подвижность цементных растворов.
С помощью различных химических реагентов можно регу лировать плотность тампонажных растворов и прочность це ментного камня.
С н и ж е н и е п л о т н о с т и растворов достигается введе нием в них реагентов и материалов с высоким газо(воздухо)/содержанием: легких органических и неорганических мате риалов или реагентов, а также материалов,-которые способны удерживать значительные количества воды. Наиболее эффек тивны для этих целей реагенты-структурообразователи (на пример, КМЦ, гипан), материалы типа пластмасс с плот ностью, близкой к 1000 кг/м3, бентонитовые глинопорошки, хо рошо удерживающие воду.
П о в ы ш е н и е п л о т н о с т и тампонажного раствора до стигается введением утяжеляющих добавок (барит, магнетит, гематит и др.) и кварцевого песка; снижением водоцементного отношения с одновременной обработкой растворов реагентамипластификаторами.
Механическую прочность и проницаемость тампонажного камня регулируют путем введения в раствор различных мате риалов и химических реагентов.
При всех температурных условиях механическая прочность портландских и шлаковых цементов увеличивается, а прони цаемость уменьшается при снижении водоцементного отноше ния; такое же действие в условиях высоких температур и дав лений оказывает введение кварцевого песка в тампонажный раствор.
Добавление глины в небольших количествах (до 5—8%) способствует повышению механической прочности портландцементного и шлакоцементного камня в условиях высоких тем ператур и давлений.
Количество химических реагентов определяют лаборатор ным путем в зависимости от характера скважины, способа цементирования и сорта тампонажного цемента.
Транспортирование и хранение цемента
Цемент отгружают в бумажных мешках или специальных машинах — цементовозах.
Для его упаковки применяют многослойные (четырех-, пяти, или шестислойные) бумажные мешки, на которых долж ны быть обозначены: наименование завода, название цемента, номер заводской партии, год, месяц и число затаривания. Це мент, отгруженный в цементовозах, сопровождают документом, содержащим те же сведения. Хранят его раздельно по видам.
При транспортировании и хранении цемент следует предо хранять от воздействия влаги и загрязнения посторонними при месями.
Способы тампонирования скважин
Основной метод ликвидации негерметичности обсадных ко лонн и заколонного пространства — тампонирование под дав лением через отверстия фильтра скважины или через дефект в колонне с целью продавить в пласт или за колонну расчет ный объем раствора, необходимый для надежной изоляции нефтяного горизонта от проникновения чуждых вод. При этом чем медленнее продавливают раствор в пласт, чем выше дав ление, тем надежнее перекрываются пути движения чуждых вод, тем эффективней сама изоляция нефтяного пласта (гори зонта). При этом, однако, давление не должно превышать до пустимого внутреннего для данной эксплуатационной колонны (с учетом ее состояния, диаметра и марки стали труб). В про тивном случае могут произойти слом или смятие колонны.
Способы тампонирования под давлением необходимо пла нировать в зависимости от положения динамического уровня жидкости'в колонне при проверке скважины на заполнение и расчетной продолжительности операции, которая должна со
ставлять не более 75% от срока |
загустевания тампонажного |
||
материала. |
|
|
|
На практике применяют следующие разновидности тампо |
|||
нирования под давлением. |
п о д |
д а в л е н и е м |
ч е р е з |
Т а м п о н и р о в а н и е |
|||
т р у б ы с п о с л е д у ю щ и м |
р а з б у р и в а н и е м |
с т а |
|
к а н а . В скважину спускают НКТ и устанавливают |
на 5— |
10 м выше верхних отверстий фильтра или дефекта в колонне и через них под давлением продавливают тампонажный раст вор. Оставшиеся излишки раствора вымывают способом обрат ной или прямой промывки. Стакан, образующийся в скважине ниже конца НКТ, после твердения разбуривают.
Т а м п о н и р о в а н ие п о д д а в л е н и е м ч е р е з т р у бы с в ы м ы в а н и е м и з л и ш к о в ц е м е н т н о г о р а с т в о р а применяют в случаях, если необходимо избежать разбуривания цемента в колонне. При этом конец НКТ дол жен быть установлен у верхних отверстий фильтра. После продавки раствора в пласт колонну НКТ наращивают и вы мывают тампонажный раствор из скважины. Эту операцию можно выполнять и без наращивания труб, для чего конец их следует устанавливать ниже нижних отверстий фильтра. В та ком случае процесс вымывания тампонажного раствора из скважины при этом будет протекать с противодавлением на пласт, а сама промывка должна закончиться до начала схва тывания цемента. Этот способ рекомендуется применять при
использовании нефтецементных растворов. |
при |
необ |
||||
К о м б и н и р о в а н н ы е |
с п о с о б ы |
применяют |
||||
ходимости оставления скважины |
под |
давлением |
до |
конца |
||
схватывания |
раствора. Сущность |
его |
заключается |
в следую |
||
щем. Нижний |
конец НКТ |
устанавливают у нижних |
отверстий |
фильтра. После прокачки и вытеснения тампонажного раство ра из труб, последние поднимают с таким расчетом, чтобы конец их оказался выше уровня раствора; затем устье герме тизируют, тампонажный раствор продавливают в пласт закач кой жидкости в трубы или одновременно в трубы и в затрубное пространство. Затем скважину герметически закрывают и оставляют под давлением до конца схватывания раствора.
Тампонирование под давлением через обсадную колонну
Этот способ применяют для изоляции сквозных дефектов обсадных колонн и наращивания цементного кольца за ними, а также для тампонирования каналов межпластовых перетоков между непродуктивными горизонтами, когда условия проведения РИР не допускают разгрузку колонны от избыточного давления после задавливания тампонирующей смеси
Сущность этого способа заключается в следующем. На ко лонный фланец герметично крепят устьевую арматуру через которую тампонажный раствор закачивают в колонну и затем продавливают в изолируемую зону при давлении, не превы шающем регламентированного для опрессовки колонны. Необ ходимость применения разделительных пробок и буферных жидкостей устанавливают в зависимости от характера взаимо
действия промывочной жидкости и используемой тампонирую щей смеси.
Скважину оставляют в покое на период ожидания затворения цемента (ОЗЦ) под воздействием достигнутого давления или предварительно плавно снизив его (не более 0,5 МПа/мин)
до планируемого. |
’ |
7 |
Для устранения негерметичности обсадных |
колонн, |
когда |
местоположение дефекта не установлено и непрерывная’ закач ка жидкости через него при давлении, допустимом для обсад ных колонн, невозможна, а приемистость характеризуется лишь его падением во время опрессовки колонны водой, применяют тампонирование под давлением с непрерывной прокачкой там
понирующей смеси по затрубному пространству и с периоди ческими остановками прокачки. v
Тампонирование под давлением с непрерывной прокачкой смеси по затрубному пространству
Нижний конец НКТ устанавливают на 5—10 м выше искус ственного забоя. В качестве тампонажного материала исполь зуют гелеобразующие или водонерастворимые отверждающие ся полимерные тампонажные материалы (ПТМ), рецептуру
которых подбирают по максимальной температуре в сква жине.
Приготовленную смесь закачивают в одну из половин мер ной емкости насосной установки. Нагнетая промывочную жид
кость в затрубное пространство при |
подаче насоса |
3—5 дм3/с |
и открытом трубном, восстанавливают циркуляцию. |
выкиде из |
|
Применяя штуцеры различных |
диаметров на |
НКТ, устанавливают давление в колонне при циркуляции жид кости, регламентированное для опрессовки колонны. Не пре кращая закачки жидкости, переключают краны насосной уста новки на подачу тампонажного раствора в скважину, прока чивая его по затрубному пространству, не превышая допусти мое давление в колонне. По мере перехода раствора из затрубного пространства в НКТ постепенно уменьшают подачу насосов, снижают давление прокачки на 20—30% ниже перво начального и вымывают излишки смеси на поверхность.
Поднимают НКТ, и скважину оставляют в покое на срок
озц.
Тампонирование под давлением прокачкой смеси по затрубному пространству с остановками
При этом способе допускаются периодические остановки при прокачке тампонирующей смеси по затрубному простран ству для наблюдения за динамикой изменения избыточного давления, что позволяет установить местоположение негерме тичного интервала колонны. В качестве тампонирующего ма териала используют только гелеобразующие полимерные там понажные материалы (ПТМ).
Для проведения работ необходимо приготовить не менее 1 м3 тампонирующей смеси вязкостью не менее 10-1 Па-с. За тем опрессовывают колонну на герметичность водой и фикси руют снижение давления Ар в течение контрольного времени. При открытом выкиде затрубного пространства закачивают тампонирующий раствор в НКТ, вытесняя воду из них. За крыв кран на арматуре из затрубного пространства и продол жая закачку промывочной жидкости, доводят давление в затрубном пространстве до допустимого при опрессовке ко лонны.
Выдержав колонну под воздействием давления в течение контрольного времени tK, фиксируют его снижение. Если ре зультат опрессовки не отличается от ранее полученных данных, то, уменьшая давление в затрубном пространстве до атмосфер ного и продолжая закачивать промывочную жидкость в НКТ, перемещают тампонажную смесь по затрубному пространству для опрессовки следующего, расположенного выше, интервала колонны. Поинтервальную опрессовку продолжают до тех пор, пока резкое уменьшение Ар не укажет на перекрытие там понирующим составом негерметичного интервала колонны.
Количество продавочной жидкости для очередного переме щения тампонирующего состава должно составлять не более
80% от его объема. Затем вымывают излишки состава из скважины на поверхность и выдерживают скважину под дав лением до истечения срока ОЗЦ.
Тампонирование под давлением с применением пакера
Этот способ применяют для:
защиты обсадных колонн при давлениях ’нагнетания, пре вышающих допустимые для опрессовки;
защиты продуктивных пластов от загрязнения при нагне тании тампонирующей смеси в изолируемый интервал, распо ложенный ниже зоны перфорации;
направленной подачи тампонирующей смеси под давлением в изолируемый объект, выше которого имеются негерметичные
отверстия в колонне. |
осуществляют в |
Ц е м е н т и р о в а н и е б е з д а в л е н и я |
|
случаях, когда необходимо создать новый |
цементный забой |
(цементный стакан) в стволе скважины или перекрыть ниж нюю часть фильтра цементным камнем. Этот способ в основ ном используют при переводе скважины на вышезалегающий горизонт, когда нет опасности прорыва чуждых вод. Этот процесс протекает успешно при условии, если скважина хоро шо промыта и не поглощает жидкость. При полном или ча стичном поглощении жидкости забой следует засыпать песком или глиной для перекрытия отверстий фильтра.
Цементирование без давления можно осуществлять насос ной установкой по способу «сифона» или при помощи Же лонки.
Цементирование насосной установкой
После обследования колонны в скважину спускают НКТГ нижний конец которых устанавливают над песчаной пробкой на высоте, соответствующей нижнему основанию создаваемого цементного стакана.
После соединения устьевой арматуры с насосной установ кой и опрессовки коммуникаций сначала прокачивают воду в объеме, равном 1,5—2,0 объемам НКТ (для контрольной про верки их чистоты), а затем расчетный объем цементного раст вора, который проталкивают и вытесняют в затрубное про странство до выравнивания высоты столба раствора в трубах и затрубном пространстве и приподнимают трубы на высо^у создаваемого в колонне цементного стакана. Излишки раствора вымывают обратной промывкой. После окончания срока твердения в скважину спускают НКТ и при прокачке воды проверяют местонахождение и крепость цементного забоя.
Цементирование по способу «сифона»
В скважину спускают колонну НКТ и промывают водой до полной замены в ней жидкости. Затем разъединяют верт люг, и трубы оставляют подвешенными на элеваторе, установ ленном на устье; при этом нижний их конец спускают до глу бины, соответствующей основанию создаваемого цементного стакана. На верхний их конец устанавливают специальную воронку с сеткой, через которую расчетный объем цементного раствора, затворенного в емкости (чане), заливают в трубы. Затем через вертлюг насосом в трубы закачивают воду.
Движение жидкости происходит до тех пор, пока не на ступит равновесие столбов цементного раствора в трубах и в затрубном пространстве. Прекращение движения жидкости будет означать окончание продавки цементного раствора. За тем трубы приподнимают на высоту, соответствующую высоте создаваемого цементного стакана, и излишки цементного раст вора вымывают прямой промывкой. Приподнимают 80—100 м труб и скважину оставляют в покое на срок ОЗЦ. По окон чании этого срока допуском труб с промывкой водой опреде ляют местонахождение цементного стакана и проверяют его крепость.
Ц е м е н т и р о в а н и е с и з в л е к а е м ы м п а к е р о м применяют при изоляции чуждых вод, дефектов в эксплуата ционной колонне и установке цементных мостов.
Цементирование с извлекаемым пакером применяют при изоляции чуждых вод, дефектов в эксплуатационной колонне
иустановке цементных мостов.
Вэтом случае процесс происходит следующим образом.
Вначале скважину обследуют и промывают. Затем спускают колонну НКТ с извлекаемым пакером, который устанавливают и уплотняют на глубине L (в м):
L = Н —ftup4p/pB, |
(V.1) |
где Н — расстояние от устья скважины до верхних |
отверстий |
фильтра; /гц — высота цементного стакана: рцр и рв — плотность соответственно тампонажного раствора и воды.
В трубы закачивают раствор и продавливают его водой. Затем срывают пакер и поднимают его из скважины. Скважи
ну оставляют в покое на срок ОЗЦ. |
п а к е |
|
Ц е м е н т и р о в а н и е |
с н е и з в л е к а е м ы м |
ром применяют в тех же случаях, что и с извлекаемым паке ром. Однако при этом полностью исключается разжижение тампонажного раствора водой, находящейся в колонне или притекающей из призабойной зоны. Неизвлекаемыи пакер спускают на глубину (Я—К ), устанавливают и уплотняют. После закачки тампонажного раствора в трубы бросают шарик, который садится на конусное седло и закрывает доступ жидкости под пакер. Затем отвинчивают переводник и вымывают излиш
ки раствора над пакером. При этом давление столба жидкости
в стволе скважины |
не |
передается в пространство, находящее |
|
ся над пакером. |
|
ж е л о н к о й . |
Этот способ приме |
Ц е м е н т и р о в а н и е |
|||
няют в скважинах с небольшой глубиной |
(до 1000 м). |
||
Для успешного |
цементирования этим |
способом необходимы |
плотный забой скважины, обеспечивающий открытие клапана желонки при ударе о забой, и соответствующая водная среда
для |
нормального схватывания |
и твердения цемента. |
Поэтому |
||
до |
начала цементирования с |
помощью желонки |
в |
несколько |
|
приемов забой скважины заливают морской или |
пресной |
во |
|||
дой. Затем заполненную цементным раствором |
желонку |
спу |
скают в скважину, ударяют о забой, при этом клапан откры вается и цементный раствор выливается. Желонку с цементным раствором спускают несколько раз, пока на забое не нако пится расчетный объем раствора. Количество раствора, по требного на один спуск, зависит от диаметра и длины желон
ки, определяемых |
диаметром |
эксплуатационной колонны. |
В ряде случаев |
раствор |
надежно не схватывается и не |
твердеет вследствие неудовлетворительного качества цемента, плохой подготовки ствола, наличия различных примесей в воде и ряда других причин.
Поэтому после цементирования необходимо проверить проч ность цементного стакана допуском НКТ с промывкой скважи ны. Если цемент вымывается, то необходимо промыть скважи ну и произвести повторный цементаж. Если цементный стакан рыхлый, то он в процессе эксплуатации скважины может раз рушиться и в нее проникнут чуждые воды.
Установка искусственных пробок в колонне
И с к у с с т в е н н ы е |
п р о б к и |
(песчаные, глинистые, гли- |
|
нопесчаные, цементные, |
резиновые, |
резино-металлические) в |
|
колонне устанавливают |
в следующих |
случаях: при переходе |
|
на вышезалегающий горизонт; для |
изоляции от чуждых вод |
тампонированием под давлением через специально прострелен ные отверстия или через дефект в колонне; при необходимости обследования состояния верхней части эксплуатационной ко
лонны; при осуществлении мероприятий по ликвидации сква жины.
Для п е с ч а н ы х п р о б о к |
используют |
песок, просеянный |
через сито с ячейками 2x2 мм. |
|
расстоянии 30— |
Нижний конец труб устанавливают на |
50 м над искусственным забоем. К верхней муфте НКТ при соединяют предусмотренную для одновременной закачки жид кости и засыпки песка конусообразную воронку. Ведущую тру бу поднимают над устьем так, чтобы нижний ее конец был установлен над горловиной воронки. С ростом скорости вытес нения жидкости из труб песчаной пульпой увеличивают ско