Изобретение относится к строительству скважин в условиях многолетнемерзлых и низкотемпературных пород, но может быть использовано при оценке качества крепления и в интервалах пород с более высокими температурами.
Известен способ оценки качества цементирования скважин с использованием акустического метода и термокаротажа при ОЗЦ [1]
Этот способ оценки качества крепления скважины позволяет оценить сцепление цемента с колонной и породой, а термокаротаж в данном способе используется для отбивки высоты подъема цемента за колонной, но не дает оценки полноты заполнения цементом затрубного пространства.
Недостатком известного способа является также то, что он не позволяет оценить удельное тепловыделение цемента при гидратации в затрубном пространстве зацементированной колонны и контролировать процесс схватывания.
Наиболее близким по своей технической сущности является способ комплексного временного термоакустического исследования скважин [2]
Использование этого способа позволяет оценить сроки схватывания цемента в скважине.
Недостатком этого способа является невозможность оценить удельное тепловыделение цемента при гидратации, выявить зоны в затрубье с невытесненным буровым раствором и зоны поглощения раствора. Известный способ не позволяет также определить температуры в цементном кольце и спускаемых в скважину труб, которые необходимо поддерживать на определенном уровне для повышения качества крепления скважин в интервалах ММП.
Целью изобретения является повышение эффективности оценки качества крепления скважины за счет контроля тепловыделения при его гидратации в цементном кольце.
Цель достигается тем, что измеряют температуру окружающих скважину пород, бурового раствора при бурении и промывке, температуру обсадной колонны перед спуском и при спуске в скважину, выходящих бурового и тампонажного растворов на устье скважины при цементировании обсадной колонны, по которым определяют в исследуемом интервале удельное тепловыделение в затрубном пространстве скважины тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента, тепло, выделяемое цементным кольцом и перераспределенное в нем и между ним и окружающими скважину породами, продавочной жидкостью и обсадной колонной за время, прошедшее после окончания цементирования до момента исследования, во время ожидания затвердевания цемента, при его гидратации, предельное суммарное количество тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации в цементном кольце, выявляют интервал и радиус зоны поглощения бурового и тампонажного растворов в окружающих скважину породах, определяют критерий качества цементирования обсадной колонны из выражения
где Ккц критерий качества цементирования обсадной колонны;
qп предельное суммарное количество тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации в цементном кольце, ккал/кг;
qц суммарное тепловыделение в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования, во время ожидания затвердевания цемента, в исследуемом метровом интервале, определяемое из выражения:
где
Qц, Qп, Qж, Qк тепло, выделяемое цементным кольцом и перераспределенное, соответственно в нем и между ним и окружающими скважину породами, продавочной жидкостью и обсадной колонной за время, прошедшее после окончания цементирования до момента исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации, ккал;
ρц плотность тампонажного раствора в затрубном пространстве скважины, кг/м3;
rкав, rк радиусы, соответственно открытого ствола скважины и зацементированной обсадной колонны в исследуемых интервалах, м;
а оценку качества крепления скважины производят в пределах значения коэффициента качества цементирования обсадной колонны от 0 до 0,7 при этом значении коэффициента качества цементирования обсадной колонны от 0 до 0,1 судят об отсутствии цемента в затрубном пространстве скважины, от 0,1 до 0,4, о плохом качестве цементирования, от 0,4 до 0,7 об удовлетворительном качестве и о хорошем при превышении коэффициентом качества цементирования обсадной колонны 0,7.
Цель достигается также за счет того, что при превышении критерием качества цементирования единицы, определяют суммарное тепло, выделенное при гидратации цементом, поглощенным окружающими скважину породами за исключением тепла, израсходованного на нагрев поглощенных окружающими скважину породами бурового и тампонажного растворов на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента, а суммарное тепловыделение в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования, во время ожидания затвердевания цемента, в исследуемом метровом интервале определяют из выражения:
,
где Qпц суммарное тепло, выделенное при гидратации цементом, поглощенным окружающими скважину породами, за исключением тепла, пошедшего на нагрев поглощенных окружающими скважину породами бурового и тампонажного растворов на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента, ккал.
Цель также достигается за счет того, что измеряют массу 1 погонного метра обсадной колонны, теплоемкость бурового раствора в скважине и обсадной колонны, температуру бурового раствора в скважине перед и при спуске обсадной колонны, температуру в цементном кольце при гидратации цемента поддерживают в течение 16 ч после окончания цементирования выше 9,0oC и на момент времени до 26 ч после окончания цементирования выше 6,0oC, при этом температуру обсадной колонны при спуске в скважину поддерживают выше значения определяемого из выражения
где tб температура бурового раствора в скважине при спуске обсадной колонны, oC;
tт температура обсадной колонны при спуске в скважину, oC;
dкав, dк, dко диаметр, соответственно, открытого ствола скважины, обсадной колонны наружный и внутренний, м;
Mт масса одного погонного метра спускаемой обсадной колонны, кг;
ρб плотность бурового раствора в скважине, кг/см3;
Cб, Cт теплоемкость, соответственно бурового раствора в скважине и обсадной колонны, ккал/кл, oC,
с целью выявления интервалов многолетнемерзлых и низкотемпературных пород со значительными объемами замерзающего бурового раствора невытесненного цементом из затрубья при величине коэффициента качества цементирования обсадной колонны в этих интервалах меньшей 0,4 и начальной температуре окружающих пород меньшей 2,5oC, определяют объем бурового раствора невытесненного из затрубья, температуру в цементном кольце на момент исследования, температуру бурового раствора, невытесненного цементом из затрубья на момент окончания закачки продавочной жидкости, тепло, выделенное цементным кольцом при гидратации цемента, перераспределенное в буровом растворе невытесненным цементом из затрубья, суммарное количество тепла выделяемое 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале ниже и выше исследуемого, а суммарное тепловыделение в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента в исследуемом метровом интервале определяют из выражения
Qб тепло, выделенное цементным кольцом при гидратации цемента и перераспределенное в буровом растворе, невытесненном цементом из затрубья, определяемое из выражения:
Qб Cб • Vб • (tц tнб) ккал, (6)
где Vб объем бурового раствора, невытесненного из затрубья, м3;
tц, tнб температура, соответственно, в цементном кольце на момент исследования и бурового раствора, невытесненного цементом из затрубья на момент окончания закачки продавочной жидкости, oC,
при этом, если суммарное количество тепла (gцв), выделяемое 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале, выше исследуемого, больше суммарного количества тепла (gцн), выделяемого 1 кг раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале, ниже исследуемого и меньше или равно 0,4 величины предельного суммарного количества тепла (gп), которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента, при его гидратации в цементном кольце, принимают суммарное тепловыделение (gц) в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердения цемента в исследуемом метровом интервале, равным суммарному количеству тепла (gцн, т.е. gц gцн при gцн < gцв ≅ 0,4 gп), выделяемого 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале ниже исследуемого, если суммарное количество тепла (gцн), выделяемое 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале, ниже исследуемого, больше суммарного количества тепла (gцв), выделяемого 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале выше исследуемого и меньше или равно 0,4 величины (gп) предельного суммарного количества тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации в цементном кольце, принимают суммарное тепловыделение (gц gцв при gцв < gцн ≅ 0,4 gп) в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента в исследуемом метровом интервале, равным суммарному количеству тепла, выделяемого 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в межтрубном интервале выше исследуемого, а если суммарное количество тепла (gцв), выделенное 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале, выше исследуемого, больше или равно 0,4 величины (gп) предельного суммарного количества тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации в цементном кольце и суммарное количество тепла (gцн), выделяемое 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале, ниже исследуемого, больше или равно 0,4 той же величины (gп), принимают суммарное тепловыделение (gц) в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента в исследуемом метровом интервале, равным 0,4 величины (gц 0,4 gп при gцв ≥ 0,4 gп и gцн ≥ 0,4 gп) предельного суммарного количества тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердения цемента при его гидратации в цементном кольце.
Способ позволяет впервые с использованием термометирческого метода определить величину тепловыделения цемента при гидратации в скважине и оценить на основе этого качество цементирования колонн;
выявить зоны поглощения бурового и цементного растворов, зону теплового возмущения пород при бурении скважины и оценить радиусы этих зон;
повысить качество крепления скважин в интервалах ММП и НП, на основе поддержания необходимого теплового режима, температуры труб и цементного кольца.
На фиг. 1 дана оценка качества цементирования кондуктора диаметра 245 мм по скважине N 130, а на фиг. 2 промежуточной колонны диаметром 245 мм по скважине N 6100 в интервалах ММП и НП.
На фиг. 1 и 2 представлена начальная температура 1 окружающих пород в интервалах ММП и НП. При проходке, промывке ствола перед креплением непродолжительное время, менее 10 ч, и поддержании низкой температуры бурового раствора, менее 9oC, а также пониженной теплоотдачи от специального бурового раствора в окружающие породы, в 1,5 и более раз ниже, чем при использовании в качестве бурового раствора воды, тепловое поле окружающих пород считается слабовозмущенным (невозмущенным) и в выражении (2) в качестве температуры окружающих пород перед цементированием фиг. 1 принимается начальная температура окружающих пород. При интенсивном тепловом воздействии на окружающие породы при бурении, промывке температуры окружающих пород 6 перед цементированием значительно отличаются от начальных температур пород 1 фиг. 2. Объем ствола скважины оценивается по данным кавернометрии (профилеметрии) 3 при номинальном диаметре ствола 5. По температуре 2 замеренной в скважине в процессе ОЗЦ определяется суммарное тепловыделение 4 при гидратации цемента за колонной с учетом температур окружающих пород 1 и 6.
Сущность способа оценки качества крепления скважины заключается в следующем.
Измеряют температуру окружающих скважину пород во время бурения, промывки скважины, замеряют, контролируют температуру бурового раствора на входе его и выходе из скважины на устье, температуру и плотность закачиваемого в скважину цементного и продавочного раствора, а также температуру бурового и цементного растворов, выходящих на устье из скважины при цементировании колонны. Перед спуском колонны оценивают объем ствола скважины и контролируют температуру обсадных труб, опускаемых в скважину. В процессе ОЗЦ, но не ранее чем через 10 ч после окончания продавки цемента, проводят замер температур в скважине (ОЦК или с использование термистров, установленных за колонной). Затем, с использованием полученной термограммы по выражению (2), оценивают суммарное тепловыделение qц в цементном кольце при гидратации по исследуемым интервалам на момент снятия термограммы и производят с использованием выражения (1) оценку качества цементирования обсадной колонны термометрическим методом.
В интервалах каверн, в затрубье, где отмечается Kкц<0,4, при температурах окружающих пород tп≅-2,5oC, при опасности смятия колонн, при обратном промерзании оценивают объем Vб бурового раствора, водосодержащих масс, невытесненных цементным раствором из затрубья.
Учитывая тип цемента условия его схватывания в затрубье оценивают предельное суммарное количество тепла qп, которое может выделить 1 кг цементного раствора в затрубье при его гидратации на момент исследования. Оценку qп проводят по максимальным значениям qп, отмеченным при исследовании в затрубье в прилегающих к исследуемому интервалах или на основе лабораторного исследования отобранных проб цементного раствора.
Учитывая qп, определяется критерий Kкц и согласно ему оценивается качество крепления скважин.
Выражение (2) получено из уравнения теплового баланса, которое можно записать в следующем виде:
Qг=Qп + Qц + Qж +Qк,
Qг= qц•ρц•π•(r
где Qг суммарное количество тепла, выделяющееся при гидратации цемента в цементном кольце за колонной на исследуемый момент времени.
С учетом количества тепла Qб, которое пошло на нагрев бурового раствора, невытесненного цементом из затрубного пространства, а также тепла Qпц гидратации цемента, проникшего в окружающие породы, выражение (7) примет следующий вид:
Qг Qп> + Qц + Qж + Qк + Qб - Qпц,
где rкав радиус ствола скважины, каверн в исследуемом интервале, м;
tцп температура цементного раствора, проникшего в окружающие породы на момент исследования, oC;
tнц начальная температура цементного раствора, проникшего в окружающие породы после окончания продавки, oC;
Cцп объемная теплоемкость цементного раствора проникшего в окружающие породы, ккал/м3, oC;
βц относительный объем занимаемый цементным раствором, проникшим в окружающие породы, в долях единицы.
Пример реализации способа.
На скв. 130 бурение под кондуктор диаметром 0,245 м, опускаемый до глубины 550 м, вели долотами диаметром 0,295 м. В процессе углубления температура бурового раствора на входе в скважину не превышала 16,0oC и в среднем при углублении и промывке равнялась 8,9oC, а соответственно на выходе из скважины, на устье 8,7oC. При бурении применялся специальный обработанный полимерами глинистый раствор, а время промывки, бурения ствола до проектной глубины составило 9,0 ч при прокачке бурового раствора с расходом не выше 140,0 м3/ч. После окончания бурения проведена кавернометрия ствола. Объем ствола по кавернограмме до глубины 498 м составил 35,4 м3, а до глубины 550 м соответственно 39,7 м3. Температура опускаемых в скважину обсадных труб составляла 5,0oC. Кондуктор в интервале ММП цементировался облегченным цементным раствором ЦВС, плотность которого при замерах колебалась в пределах 1550-1740 кг/м3, а на башмак кондуктора закачивался цемент нормальной плотности, по замерам 1790-1810 кг/м3. Температура закачиваемого цементного раствора составляла 8,8-9,5oC. Цемент вышел из затрубья на устье скважины. Температура его в желобе изменялась в пределах 9,0-10,2oC. Плотность выходящего на устье цементного раствора составила по замерам 1500 кг/м3. Температура бурового раствора плотностью 1130-1180 кг/м3, использованного как продавочный раствор, при закачке колебалась в пределах 8,1-9,0oC. Кавернограмма 3 фиг. 1 ствола под кондуктор была снята до глубины 500 м дальше каверномер не пошел. На этой фигуре представлена термограмма ОЦК, позиция 2, снятая через 22 ч после окончания цементирования. На фиг. 1 приведены результаты определения тепловыделения 4 при его гидратации в пространстве за кондуктором и оценка качества его цементирования термометрическим способом. Температура 1 окружающих ствол пород считается невозмущенной и изменяется в пределах от -2,6 до +3,0oC.
Так на глубине 50 м диаметр каверны составил 0,384 м, начальная температура окружающих пород tп равнялась -2,6oC, начальная температура tнц цементного раствора закачанного за колонну равнялась 9,0oC, продавочной жидкости tнж= 8,5oC, цементируемой колонны tнк 9,0oC. Интервал на глубине 50 м зацементирован облегченным цементным раствором плотностью ρц 1700 кг/м3 с включением вермикулита и затворенного на растворе хлористого кальция.
Величины, входящие в выражения (1, 2), определяли следующим образом:
Для использованного указанного типа тампонажного материала можно принять qп 45 ккал/кг.
Kкц 13,2/45,0=0,29
где Cц, Cж, Cк объемная теплоемкость цемента в затрубье, продавочной жидкости и колонны в скважине соответственно ккал/м3, oC;
λп, Cп коэффициент теплопроводности и объемная теплоемкость прилегающих к стволу скважины пород, соответственно, ккал/м•ч, oC и ккал/м3 oC;
tц температура цементного кольца, продавочной жидкости и цементируемой колонны в скважине считается равной в исследуемый момент времени ОЗЦ, ч;
rц, rк, rко внешний радиус цементного кольца за колонной, внешней и внутренней радиусы цементируемой колонны, м;
rвл радиус влияния согласно И.А. Чарного;
α= 1,50 эмпирический безразмерный коэффициент (для определения верхней оценки тепла Qп, ушедшего в окружающие породы α, принимается равным 2,0).
Лабораторные исследования используемого тампонажного материала на образцах показали, что при условиях твердения цемента в затрубье предельное суммарное количество тепла гидратации, выделенное через 22 ч его твердения, должно равняться qп=45 ккал/кг, т.к. Kкц=0,29<0,40.
Учитывая, что Kкц<0,4, а температура окружающих пород tп=-2,6oC меньше, чем минус 2,5oC используем выражение (5) и определяем объем Vб невытесненного цементом замерзающего бурового раствора на интервале одного метра. Считая, что при полном заполнении цементом каверны оценка качества цементирования должна была быть удовлетворительной, т.е. Kкц≥0,4, принимаем для определения qц из выражения (1), Kкц=0,4, учитывая также, что под исследуемой каверной в интервале номинального ствола на глубине 90-125 м, тепловыделение изменяется в пределах 20,0-32,0 ккал/кг, получим
qц=Kкц•qп=0,4•45=18,0 ккал/кг,
В каверне, на интервале один метр, таким образом, объем невытесненного бурового раствора цементом составляет Vб=0,0193 м3.
Таким образом, значительный объем бурового раствора остается невытесненным в каверне на глубине 50 м цементом и в этом интервале возможны смятия колонн при простоях и обратном промерзании водосодержащих масс, что подтверждает оценку качества цементирования колонны на этой глубине как "плохое" (Kкц=0,29). В исследованном интервале требуется проведение специальных мероприятий для предупреждения смятия колонн.
Температура же спускаемых труб в скважину составляет 5,0oC, что значительно выше, чем tт, рассчитанной по выражению (4) при tб=2,0oC и поэтому не отмечено осложнений со спуском колонны, связанных с примерзанием колонны труб к стенке скважины в интервале ММП.
В интервалах наименьшего диаметра ствола в ММП dкав=0,295 м, где примерзание колонны при спуске наиболее опасно
tт=-176,8•(0,2952-0,2452+0,2202)=-176,8•0,0754=-13,3oC
Согласно термограмме ОЦК фиг. 1 зависимость 2 температура в стволе скважины в процессе ОЗЦ на момент времени 22 ч не снижается ниже 6,0oC, что при соответствующей технологии цементирования скважин обеспечило хорошее качество цементирования кондуктора, т.е. в интервале глубин 0-500 м хорошее качество цементирования составило 57,0% удовлетворительное 34,0% и плохое 9,0% на интервале каверны 35-41, 48-61 м, 414-428 м, 433-445 м. Скважина, на которой проведено исследование качества крепления, фиг. 1, считается качественно построенной, т. к. при ее строительстве не отмечены осложнения и качество цементирования кондуктора в интервале криолитозоны на 91,0% его длины отмечается как хорошее и удовлетворительное.
Пример применения способа при креплении скважин, в которых отмечается значительное возмущение теплового поля за время бурения.
Бурение скважины N 6100 под промежуточную колонну велось из-под кондуктора диаметром 0,324 м, опущенного до глубины 381 м. Ствол скважины под промежуточную колонну диаметром 0,245 м прошли долотом 0,295 м до глубины 781 м. В процессе углубления ствола проводился замер температуры бурового раствора на входе-выходе на устье скважины. Температура бурового раствора колебалась в пределах 8,0-19,0oC. Температура закачиваемого тампонажного и продавочного растворов изменялась в пределах 13,0-16,0oC, плотность тампонажного раствора 1700-1800 кг/м3, продавочного раствора 1200 кг/м3. Буровой раствор и цемент вышли на устье скважины с температурой 12,0-13,0oC. Температура спускаемой в скважину колонны составляла - 7,5oC. Перед спуском колонны снята кавернограмма ствола. В связи с длительным бурением с остановками и промывками ствола скважины, температура окружающих ствол пород существенно изменилась. Активное тепловое воздействие на окружающие породы в процессе бурения продолжалось в течение 22 сут. На фиг. 2 показана средняя температура 6 пород окружающих скважину, установившаяся в результате теплового возмущения в процессе бурения перед началом крепления. Для ее определения производится замер температуры в скважине перед началом крепления. Начальная температура пород в криолитозоне изменяется в пределах 0 минус 3,8oC. До глубины 381 м внутренний диаметр ствола равен внутреннему диаметру кондуктора 0,302 м. В интервале 5,0-100,0 м возможно смятие колонн при обратном промерзании водосодержащих масс при их неполном вытеснении из затрубья цементом. Температура мерзлых пород в этом интервале колеблется в пределах от -2,5 до -3,8oC. При отсутствии данных замера температуры в стволе скважины перед началом крепления оценку средней температуры tпв окружающих ствол пород и тепловыделение цемента при гидратации определяют следующим образом. Проведем расчет для глубины 70 м при tп=минус 3,7oC и τтв> τц, tц=8,2oC, rц= 0,151 м, Qпц=0,
Qц=700•3,14•(8,2-13,0)•(0,1512-0,1222)-84 ккал,
Qж=880•3,14•(8,2-15,0)•1122)=-236 ккал,
Qп=1,5•550•3,14•(8,2-1,8)•0,0558=925 ккал,
Qк=860•3,14•(8,22-15,0)•(0,1222-1122)-41 ккал,
Поглощения цемента в интервале не было, поэтому Qцп=0. Лабораторное исследование образцов цемента при соответствующих температурных условиях затрубья показало, что предельное суммарное количество тепла гидратации, выделенное цементом через 17 ч, ОЗЦ достигает qп=36,0 ккал/кг. Определение тепловыделения qц= 26,0-30,0 ккал/кг на участках с хорошим качеством цементирования подтвердило лабораторные оценки qп. Таким образом, на глубине 70 м, без учета тепла Qб, пошедшего на нагрев бурового раствора невытесненного цементом с учетом критерия Ккц=0,38 качество цементирования оценивается как плохое. Учитывая температуру окружающих пород tп=минус 3,7oC и качество цементирования плохое, оцениваем объем Vб невытесненного замерзающего бурового раствора в затрубье. Определим qц=0,4 • 36,0=14,4 ккал/кг.
Vб=3,14•(0,1512-0,1492)=0,00157 м3
Vц=3,14•(0,1492-0,1222)=0,0231 м3
В затрубном пространстве на глубине 70 м в интервале одного метра объем невытесненного бурового раствора цементом в процентах от полного объема затрубного пространства составил
При наличии в этом интервале на глубине 70 м за кондуктором и промежуточной колонной невытесненного бурового раствора может привести при обратном промерзании затрубного пространства к разгерметизации колонн. Но в связи с малым объемом 6,3% невытесненного бурового раствора за промежуточной колонной, смятия и разрыва этой колонны на глубине 79 м при обратном промерзании не произойдет.
Учитывая же температуру спускаемой колонны 7,5oC, согласно расчету по выражению (4), при спуске примерзания колонны к стенке скважины и, соответственно осложнений при спуске, связанных с примерзанием колонны к стенке, не будет.
Согласно термограмме ОЦК фиг. 2 зависимость 2 через 17 ч температура в интервале 42,0 130,0 м ниже 9,0oC и колеблется в интервале в пределах 8,0 8,7oC и при этом при отсутствии каверн (цементирование здесь произведено внутри кондуктора), качество цементирования отмечается как плохое. Ниже же интервала 130,0 м температура в скважине повышается с 9,2 до 14,0oC на глубине 455 м. Ниже отмечается кавернозность и понижение температуры до 13,4 13,7oC. И в этом интервале отмечается плохое качество цементирования фиг. 2 зависимость 4. Удовлетворительное и хорошее качество цементирования по промежуточной колонне составило 51,0% в интервале 25 679 м.
Пример выявления согласно способу зоны поглощения бурового и тампонажного растворов. На скважине N 2 бурение под кондуктор диаметром 0,245 м, спускаемый до глубины 690 м вели долотами диаметром 0, 295 м. Бурение под кондуктор вели из-под направления диаметром 762 мм, спущенного до глубины 92 м. В процессе бурения под кондуктор были отмечены интенсивные поглощения циркуляции. Способ позволил выявить интервалы поглощения бурового и цементного растворов. В интервале на глубине 102,0 м диаметр каверны составил 0,305 м, температура ОЦК через 21 ч ОЗЦ равнялась 19,3oC. В этом интервале отмечено существенное тепловое возмущение теплового поля в окружающих породах по сравнению с начальным, общее время бурения и ликвидации осложнений, связанных с поглощением бурового раствора, составило 10,5 сут. Средняя температура бурового раствора при бурении на входе-выходе на устье скважины колебалась в пределах 10,0-12,0oC. Плотность закачиваемого цементного раствора колебалась в пределах 1670-1800 кг/м3, причем температура закачиваемого цементного раствора в среднем равнялось 12,0oC, а продавочного раствора +14,0 oC. Определим среднюю температуру tпв окружающих ствол пород при тепловом воздействии на них при строительстве скважины:
tтв=11,0oC, tп=0,4oC, rкав=0,152 м, τтв10,5 сут,
tпв 1,75 • (11,0 0,4) • (0,220 0,0107) +0,4 4,3oC,
Qц 700 • 3,14 • (19,3 12,0) • (0,1522 - 0,1222) 132 ккал,
Qж 830 • 3,14 • (19,3 14,0) • 0,112 167 ккал,
Qк 860 • 3,14 • (19,3 14,0) • (0,1222 - 0,112) 40 ккал,
Qп 1,5 • 610 • 3,14 • (19,3 4,3) • 0,0594 2558 ккал,
Оценка предельного суммарного тепловыделения qп цемента при гидратации показала, что qп 54,0 ккал/кг. С учетом этого коэффициента качества цементирования Ккц 1,18 больше единицы, поэтому в этом интервале согласно способу отмечается поглощение бурового и цементного растворов. В интервалах, где отмечается поглощение бурового и цементного растворов, вытеснение бурового раствора цементом из затрубья достаточно полное, поэтому принимает Qб0. Оценим радиус rпр проникновения бурового и цементного растворов в окружающие породы, согласно следующему выражению
где rпр оценка радиуса зоны проникновения бурового и цементного растворов в окружающие породы, м;
qцп, ρцп удельное суммарное тепловыделение цемента при гидратации, проникшего в окружающие породы и соответственно его плотность, ккал/кг и кг/м3;
βц относительный объем, занимаемый буровым и цементным растворами, проникшими в окружающие породы, в долях единицы;
Сцп теплоемкость цементного и бурового растворов, проникших в окружающие породы ккал/м3 • oC;
tнц, tцп начальная осредненная температура проникших в окружающие породы бурового и цементного растворов и их осредненная температура на момент исследования, oC.
где tцпн, tцпв осредненные нижняя и верхняя оценка tцп, oC.
При условии tцп=tцпн, получаем из (10) rпрн, которое будет, соответственно, равно rпрн < rпр, а при tцп=tцпв, получим rпрв > rпр.
Для метрового интервала на глубине 102 м имеем следующую оценку радиуса зоны проникновения бурового и цементного растворов с учетом того, что в интервале проникновения качество цементирования хорошее qц=0,8 • qп=0,8 • 54,0=43,2 ккал/кг и приняв βц=0,03 при rпр ≅ rтв,
где tцпо, rпро осредненные оценки tцп и rпр, соответственно oC и м.
Принимаем rпр=rпро=0,89 м при βц0,03
При βц0,05 и qцп=10,0 ккал/кг радиус зоны проникновения составит
Таким образом, оценка радиуса проникновения бурового и цементного растворов в окружающие породы составляет rпр=0,61 0,89 м. На скважине N 2 за направлением, спущенным и зацементированным до глубины 92 м, отмечались проявления бурового раствора при бурении под кондуктор на глубине 102,0 м, что подтверждает полученную оценку радиуса зоны проникновения, так как бурение ствола под направление велось долотом диаметром 0,914 м.
Применение описанного способа позволяет эффективно использовать данные термометрии ОЦК в скважинах, оценить и повысить качество крепления скважин в ММП и НП, выявить зоны поглощения бурового и цементного растворов и зоны невытесненного цементом из затрубья промерзающих водосодержащих масс, промерзание которых при температурах минус 2,5 oC и ниже приводит к смятиям и разрывам колонн.
Оценка качества цементирования с использованием предложенного способа, проведенная на ряде скважин месторождений Крайнего Севера Европейской части и Тюменской области показала эффективность его применения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Способ оценки качества цементирования скважины в низкотемпературных породах | 2017 |
|
RU2652777C1 |
| СПОСОБ ОБОРУДОВАНИЯ СКВАЖИН НАПРАВЛЕНИЕМ ПРИ ИХ СТРОИТЕЛЬСТВЕ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ | 1993 |
|
RU2097530C1 |
| РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ТАМПОНАЖНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СКВАЖИН | 1998 |
|
RU2155263C2 |
| СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН | 1996 |
|
RU2111342C1 |
| ГИПСОЦЕМЕНТНАЯ ТАМПОНАЖНАЯ СМЕСЬ | 1996 |
|
RU2127798C1 |
| СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА | 2002 |
|
RU2213844C1 |
| СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ В УСЛОВИЯХ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ПОРОД | 2006 |
|
RU2342517C2 |
| СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИНЫ В УСЛОВИЯХ АНОМАЛЬНО НИЗКИХ ПЛАСТОВЫХ ДАВЛЕНИЙ В ЗОНЕ ПОГЛОЩЕНИЯ | 2000 |
|
RU2188302C2 |
| СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ | 2000 |
|
RU2183724C2 |
| Способ герметизации заколонных пространств обсадных колонн скважин в условиях распространения низкотемпературных пород | 2022 |
|
RU2792859C1 |
Использование: в области строительства скважин. Сущность изобретения: способ включает измерение плотности и температуры, закачиваемых в скважину тампонажного раствора и продавочной жидкости, диаметров зацементированной обсадной колонны, открытого ствола скважины, температуры в скважине в процессе ожидания затвердевания цемента. Дополнительно измеряют температуру окружающих скважину пород бурового раствора при бурении и промывке, температуру обсадной колонны перед спуском в скважину, выходящих бурового и тампонажного растворов на устье, по которым определяют в исследуемых интервалах суммарное тепловыделение в затрубном пространстве тампонажного раствора, теплo, выделяемое цементным кольцом, и перераспределенное в нем и между ним и окружающими скважину породами, продавочной жидкостью и обсадной колонной за время от окончания цементирования до момента исследования, передельное суммарное количество тепла, выделяемое 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования, выявляют интервалы и радиус зоны поглощения бурового и тампонажного растворов и определяют значение критерия качества цементирования колонны. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Кк ц qц/qп
где Ккц критерий качества цементирования обсадной колонны;
qп предельное суммарное количество тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации в цементном кольце, ккал/кг;
gц суммарное тепловыделение в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента в исследуемом метровом интервале, определяемое из выражения
где Qц, Qп, Qж, Qк тепло, выделяемое, цементным кольцом и перераспределенное соответственно в нем и между ним и окружающими скважину породами, продавочной жидкостью и обсадной колонной за время, прошедшее после окончании цементирования до момента исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации, ккал;
ρц- плотность тампонажного раствора в затрубном пространстве скважины, кг/м3;
rк а в, rк радиусы соответственно открытого ствола скважины и зацементированной обсадной колонны в исследуемых интервалах, м;
а оценку качества крепления скважины производят в пределах значения коэффициента качества цементирования обсадной колонны 0 0,7, при этом при значении коэффициента качества цементирования обсадной колонны 0 0,1 судят об отсутствии цемента в затрубном пространстве скважины, 0,1 0,4 о плохом качестве цементирования, 0,4 0,7 об удовлетворительном качестве, а о хорошем при превышении коэффициентом качества цементирования обсадной колонны 0,7.
где Qп ц суммарное тепло, выделенное при гидратации цементом, поглощенным окружающими скважину породами, за исключением тепла, пошедшего на нагрев поглощенных окружающими скважину породами бурового и тампонажного растворов на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента, ккал.
где tт температура обсадной колонны при спуске в скважину, oС;
dк а в, dк, dк о диаметр соответственно открытого ствола скважины, обсадной колонны наружный и внутренний, м;
Мт масса одного погонного метра спускаемой обсадной колонны, кг;
ρб- плотность бурового раствора в скважине, кг/м3;
Сб, Ст теплоемкость соответственно бурового раствора в скважине и обсадной колонны, ккал/кг•oС;
tб температура бурового раствора в скважине при спуске обсадной колонны.
где Qб тепло, выделенное цементным кольцом при гидратации цемента, перераспределенное в буровом растворе, невытесненном цементом из затрубья, определяемое из выражения, ккал,
Qб Сб • Vб • (tц - tн б),
где Vб объем бурового раствора, невытесненного из затрубья, м3;
tц, tн б температура соответственно в цементном кольце на момент исследования и бурового раствора, невытесненного цементом из затрубья на момент окончания закачки продавочной жидкости, oС,
при этом, если суммарное количество тепла, выделяемое 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале выше исследуемого, больше суммарного количества тепла, выделяемого 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале ниже исследуемого и меньше или равно 0,4 величины предельного суммарного количества тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации в цементном кольце, принимают суммарное тепловыделение в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента в исследуемом метровом интервале, равном суммарному количеству тепла, выделяемого 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале ниже исследуемого, если суммарное количество тепла, выделяемое 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале ниже исследуемого больше суммарного количества тепла, выделяемого 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале выше исследуемого и меньше или равно 0,4 величины предельного суммарного количества тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации в цементном кольце принимают суммарное тепловыделение в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента в исследуемом метровом интервале, равным суммарному количеству тепла, выделяемого 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в межтрубном интервале выше исследуемого, а если суммарное количество тепла, выделенное 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале выше исследуемого, больше или равно 0,4 величины предельного суммарного количества тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента при его гидратации в цементном кольце и суммарное количество тепла, выделяемое 1 кг цементного раствора в затрубном пространстве при гидратации цемента в метровом интервале ниже исследуемого больше или равно 0,4 той же величины, принимают суммарное тепловыделение в затрубном пространстве скважины 1 кг тампонажного раствора на момент исследования во время ожидания затвердевания цемента в исследуемом метровом интервале, равным 0,4 величины предельного суммарного количества тепла, которое выделяет 1 кг тампонажного раствора при заполнении им всего затрубного пространства на момент исследования во время ожидания затвердения цемента при его гидратации в цементном кольце.
| Булатов А.И | |||
| и др | |||
| Влияние геолого-технических факторов на качество цементирования скважин | |||
| Обзорная информация | |||
| Сер | |||
| "Бурение" | |||
| - М.: ВНИИОЭИГ, 1982, с | |||
| Приспособление для плетения проволочного каркаса для железобетонных пустотелых камней | 1920 |
|
SU44A1 |
| Беспалов В.В | |||
| и др | |||
| Оценка качества цементирования скважин специальными тампонажными материалами | |||
| - М.: ВНИИОЭИГ, 1983, с | |||
| Способ обработки медных солей нафтеновых кислот | 1923 |
|
SU30A1 |
