СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2016 года по МПК E21B33/14 E21B33/03 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству скважин, а именно к цементированию обсадной колонны, в частности кондуктора при наличии зон с частичным поглощением.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Традиционно используемый способ цементирования обсадной колонны заключается в промывке скважины, подаче в скважину буферной жидкости, в приготовлении и подаче тампонажного раствора в скважину и в продавке тампонажного раствора в заколонное пространство (например, В.М. Муравьев, Спутник нефтяника, Недра, 1977).

Данный способ имеет множество недостатков, в частности приготовление и подача в обсадную колонну тампонажного раствора осуществляется цементосмесительными машинами и двумя цементировочными агрегатами, где один из агрегатов подает воду на затворение, а вторым закачивают и продавливают тампонажный раствор в колонну, т.е. один агрегат не задействован в закачке цементного раствора. При этом при смене смесительных машин при затворении тампонажного раствора возникает технический перерыв, что приводит к неравномерному перемешиванию составляющих раствора, поскольку при перерыве из-за разности удельных весов тампонажный раствор продолжает движение вниз по трубному пространству, вытесняя промывочную жидкость из затрубья. Из-за этого возникает ситуация, когда приходится «догонять» цемент, спустившийся во время перерыва. При этом могут возникнуть воздушные пробки, гидроудар и т.д. Все вышеперечисленое ведет к потере времени и снижению качества цементирования. Следует отметить, что при наличии зон поглощения такой способ неприменим, поскольку тампонажный раствор легко уходит в зоны даже с частичным поглощением.

Известен способ строительства скважины, позволяющий преодолеть зоны поглощения, предусматривающий изоляцию зон поглощения бурового раствора дополнительными обсадными трубами, спуск эксплуатационной колонны и разобщение пластов (например, Абдрахманов Г.С. Изоляция зон поглощения стальными трубами без уменьшения диаметра скважины. - Нефтяное хозяйство, N 4, 1982, с. 26-28).

Известен способ строительства скважин, предусматривающий подачу в интервалы поглощающих пластов вяжущих смесей с наполнителями (RU 2061840 С1, 10.06.1996).

Известен способ изоляции поглощающих пластов при помощи аэрированной буферной жидкости (RU 2057900 С1, 10.04.1996).

Недостатками указанных аналогов является низкая эффективность, заключающаяся в том, что они требуют для осуществления способа больших затрат материальных ресурсов и приводят к уменьшению механической скорости бурения и, как следствие, к увеличению продолжительности и стоимости строительства скважины.

Задачей настоящего изобретения является предоставление способа цементирования обсадных колонн, в частности кондуктора, при котором уменьшаются временные затраты, повышается качество цементирования и увеличивается скорость восходящего потока в заколонном пространстве.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данная задача решается посредством предложенного способа цементирования обсадной колонны с двух точек, содержащего этапы, на которых промывают скважину, закачивают в скважину буферную жидкость, приготовливают и закачивают тампонажный раствор в скважину, продавливают тампонажный раствор в заколонное пространство, отличающегося тем, что до устья скважины тампонажный раствор подводят по двум выходным трубопроводам, объединяя поток у устья посредством тройника в один трубопровод подачи, при этом каждый выходной трубопровод подсоединен к соответствующему цементирующему агрегату, подающему раствор с заданной скоростью подачи.

При этом тройник выполнен с возможностью преобразования двух входных (в общем случае, ламинарных) потоков в один турбулентный. Как известно из уровня техники, в случае слияния двух одинаково направленных потоков имеет место турбулентное смешение потоков (удар), при этом наибольшие турбулентные завихрения характерны при слиянии двух потоков, движущихся с различными скоростями. Этот феномен удара сопровождается потерями давления, складывающимися из:

а) потерь на турбулентное смешение двух потоков;

б) потерь на повороте потока при выходе его из бокового ответвления в трубопровод подачи;

в) потерь на расширение потока в трубопроводе подачи.

С учетом вышесказанного, диаметр трубопровода подачи выполняют приблизительно в 1,4 раза больше, чем диаметр выходных трубопроводов.

Продавку тампонажного раствора осуществляют посредством упомянутых двух выходных трубопроводов, объединенных у устья в один трубопровод подачи.

Заданная скорость подачи первого цементирующего агрегата равна заданной скорости подачи второго цементирующего агрегата или отлична от нее.

Заданная скорость равна по меньшей мере номинальной скорости подачи.

С помощью способа достигается ускорение процесса цементирования обсадной колонны, в частности кондуктора, при этом, как это указано выше, тот факт, что подача осуществляется из двух точек, объединяя ниже два ламинарных потока в один, обеспечивает естественную турбулизацию потока, способствуя воздействию на застойные зоны и на корку наслоений на стенках скважины и созданию возмущения потока раствора, что приводит к более полному вытеснению бурового раствора и замещению его тампонажным. Таким образом, при применении данного способа становится возможным не прибегать к дополнительным средствам для создания турбулентного режима потока, что в свою очередь ведет к уменьшению металлоемкости конструкции обсадной колонны и следовательно к уменьшению затрат.

Было обнаружено, что при предлагаемом способе с двухточечной подачей тампонажного раствора раствор быстрее проходит зоны с частичным поглощением, не успевая проникнуть в поры и трещины в породе, причем после поднятия тампонажного цементного раствора опасность поглощений минимальна, поскольку высота столба этой смеси для кондуктора невелика (до 500 м).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На представленной фигуре изображена предлагаемая схема размещения и обвязки цементировочной техники при цементировании кондуктора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для проведения операции по цементрованию кондуктора необходимо произвести подготовительные работы. Прежде всего, производят расстановку тампонажной техники, включающей в себя 2 цементировочных агрегата (ЦА) 1, 3 (например, ЦА-320М), содержащих каждый по бачку 5, 6 для цементного раствора, и две цементосмесительные машины (например, 2СМН-20) 2 и 4. Осуществляют обвязку техники, при этом мерные баки 8 и 9 цементировочных агрегатов используются в качестве емкости с водой для затворения цемента и соединены с соответствующими цементосмесительными машинами 2 и 4.

После этого в емкости цементносмесительных машин 2 и 4 подают воду из баков 8 и 9 соответственно и растворяют химические реагенты.

Нагнетательные линии ЦА-320 в течение 0,25 ч опрессовывают давлением, равным полуторакратному максимальному расчетному рабочему давлению, ожидаемому в процессе цементирования, но не менее 9,0 МПа.

В случае нахождения в скважине глинистого раствора в скважину подают 6 м³ буферной жидкости (2% водного раствора ТПФН (триполифосфата натрия)).

В случае нахождения в скважине технической воды закачивают глинистый раствор в количестве 10-15 м³ с добавлением до 10% наполнителя к объему глинистого раствора, а затем 6 м³ буферной жидкости.

В случае недостижения на устье пробного давления при подготовке ствола скважины, перед буферной жидкостью в кондуктор закачивают до 1,5-2 объемов скважины глинистого раствора с добавлением до 10% наполнителя к объему глинистого раствора.

Затем закачивают расчетный объем цементного раствора плотностью 1830±10 кг/м³, затворенного в технической воде или в 3-4%-ном водном растворе CaCl₂ (при необходимости сокращения времени ОЗЦ (ожидания затвердевания цемента) до 8 ч).

Закачку приготовленного тампонажного раствора в скважину и его продавку производят посредством двух цементировочных агрегатов с двух точек непрерывно. При этом трубопроводы от мерных баков 5 и 6 объединены в единый трубопровод подачи посредством тройника 10. Это является одним из отличий предлагаемого способа от традиционного способа, в котором один ЦА использовался для нагнетания воды в цементосмесительную машину, а другой - для нагнетания цементного раствора в скважину.

Как уже упоминалось ранее, за счет предлагаемого подхода увеличивается скорость восходящего потока в заколонном пространстве, что позволяет при наличии частичных зон поглощений поднять цементный раствор до устья скважины без его потерь, а двухточечная подача с объединением потока у устья позволяет обеспечить турбулентный режим потока.

Поскольку подача осуществляется с двух ЦА одновременно, то и скорость подачи превышает заданную для каждого цементировочного агрегата в два раза или меньшую из заданных для каждого цементировочного агрегата скоростей более чем в два раза. При этом заданная скорость для каждого цементировочного агрегата устанавливается равной по меньшей мере номинальной скорости закачивания, при которой достигается рабочее давление нагнетания. Рабочее давление нагнетания должно обеспечивать достаточно быстрый восходящий поток, но не должно превышать давления разрыва пласта.

При цементировании обсадных колонн давление возникает из-за разности удельных весов тампонажного раствора и бурового раствора (чем больше разность удельных весов и глубина спуска колонны, тем больше давление) + гидродинамических сопротивлений. Два агрегата позволяют увеличить расход в два раза относительно своих паспортных показателей, что обеспечивает ускорение восходящего потока и, соответственно, турбулентный режим при снижении давления на пласты.

В частном варианте исполнения, в котором использовался цементировочный агрегат ЦА-320М, номинальная скорость устанавливалась равной 11 л/с при рабочем давлении подачи 2 МПа.

Предельная заданная скорость ограничена техническими характеристиками цементировочных агрегатов.

В частном случае исполнения предельная заданная скорость устанавливалась равной наибольшей идеальной подаче, при которой давление подачи равно предельному давлению подачи цементировочного агрегата.

В частном случае исполнения, в котором использовался цементировочный агрегат ЦА-320М, наибольшая скорость устанавливалась равной 26 л/с при предельном давлении подачи 2,5 МПа.

Однако следует учитывать, что двукратное увеличение предельной скорости закачки раствора может негативно повлиять на качество цементного камня, поскольку слишком высокая скорость восхождения тампонажного раствора может привести к неэффективному вытеснению бурового раствора из сужений и расширений в стволе скважины и их незаполнению цементным раствором.

Таким образом, предпочтительно задавать скорость подачи для каждого цементировочного агрегата вблизи номинальной.

Для достижения наибольших завихрений потока подачи предпочтительно устанавливать скорость подачи первого цементировочного агрегата отличной от скорости подачи второго цементировочного агрегата.

С этой же целью, расположение патрубков тройника следует выбирать таким образом, чтобы угол между его патрубками, соединяемыми с выходными трубопроводами, был меньше, чем углы между патрубками, соединяемыми с выходными трубопроводами и патрубком, соединенным с трубопроводом подачи. Это соотношение может быть выражено как, например, 30°/165°/165°.

Кроме того, также для большей турбулизации, патрубки тройника, соединяемые с выходными трубопроводами, могут располагаться в разных плоскостях, при этом их угол наклона к плоскости патрубка, соединяемого с трубопроводом подачи, может составлять 20°-40°.

Для двукратного увеличения заданной скорости при сохранении давления подачи, соответствующего заданной скорости подачи, и для надежной работы оборудования, диаметр трубопровода подачи приблизительно в 1,4 раза превышает диаметр выходных трубопроводов цементировочных агрегатов.

Изобретение относится к области цементирования обсадных колонн в скважине и, в частности, к цементированию кондуктора. Технический результат - уменьшение временных затрат и повышение качества цементирования за счет увеличения скорости восходящего потока в заколонном пространстве. По способу осуществляют промывку скважины. Закачивают в скважину буферную жидкость. Приготавливают и закачивают тампонажный раствор. Для этого до устья скважины тампонажный раствор подводят по двум выходным трубопроводам, объединяя поток у устья посредством тройника в один трубопровод подачи. Каждый выходной трубопровод подсоединяют к соответствующему цементирующему агрегату, обеспечивающему подачу раствора с заданной скоростью. При этом тройник выполняют с возможностью преобразования потоков двух выходных трубопроводов, по существу ламинарных, в турбулентный поток в трубопроводе подачи. Для этого диаметр трубопровода подачи приблизительно в 1,4 раза превышает диаметр выходных трубопроводов. Угол между патрубками выходных трубопроводов тройника, расположенных в разных плоскостях, выполняют меньшим угла между патрубками выходных трубопроводов и трубопровода подачи. После закачки тампонажного раствора в обсадную колонну осуществляют его продавку в заколонное пространство. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ цементирования кондуктора, содержащий этапы:
- промывка скважины;
- закачка в скважину буферной жидкости;
- приготовление и закачка тампонажного раствора в скважину;
- продавка тампонажного раствора в заколонное пространство,
отличающийся тем, что этап закачки тампонажного раствора осуществляют следующим образом: до устья скважины тампонажный раствор подводят по двум выходным трубопроводам, объединяя поток у устья посредством тройника в один трубопровод подачи, при этом каждый выходной трубопровод подсоединен к соответствующему цементирующему агрегату, подающему раствор с заданной скоростью подачи, при этом тройник выполнен с возможностью преобразования потоков двух выходных трубопроводов, по существу ламинарных, в турбулентный поток в трубопроводе подачи, для чего диаметр трубопровода подачи приблизительно в 1,4 раза превышает диаметр выходных трубопроводов, а угол между патрубками выходных трубопроводов тройника, расположенных в разных плоскостях, меньше угла между патрубками выходных трубопроводов и трубопровода подачи.

2. Способ по п. 1, в котором продавку тампонажного раствора осуществляют посредством упомянутых двух выходных трубопроводов, объединенных у устья в один трубопровод подачи.

3. Способ по п. 1, в котором заданная скорость подачи первого цементирующего агрегата равна заданной скорости подачи второго цементирующего агрегата.

4. Способ по п. 1, в котором заданная скорость подачи первого цементирующего агрегата отлична от заданной скорости подачи второго цементирующего агрегата.

5. Способ по п. 1, в котором заданная скорость равна по меньшей мере номинальной скорости закачки, при которой достигают рабочего давления нагнетания.