Способ ступенчатого цементирования скважины Российский патент 2017 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при спуске и цементировании эксплуатационной колонны скважины.

Известен способ двухступенчатого цементирования скважины, согласно которому спускают обсадную колонну с посадочным переводником, цементировочным клапаном, башмаком в нижней части и устройствами для ступенчатого цементирования. Устройства размещают на полых заглушках. Заглушки устанавливают на обсадной колонне. Заглушки выступают донной частью вовнутрь обсадной колонны и имеют ослабленное сечение. Устройства устанавливают выше продуктивного пласта. В обсадную колонну спускают насосно-компрессорные трубы с герметизирующим ниппелем на конце и срезающей муфтой, которой разрушают полые заглушки. Сажают герметизирующий ниппель в посадочный переводник. Закачивают цементный раствор первой ступени через насосно-компрессорные трубы несколько выше устройств. Закачку производят до момента входа продавочной пробки в посадочный переводник. Герметизирующий ниппель выводят из посадочного переводника и герметизируют межтрубное пространство. Удаляют цементный раствор. Насосно-компрессорные трубы поднимают до уровня положения герметизирующего ниппеля. Ожидают застывания цементного раствора. Закачивают цементный раствор второй ступени через насосно-компрессорные трубы и упомянутые устройства при закрытом межтрубном пространстве. Оставляют небольшой объем раствора в стволе скважины. После продавки снижают давление. Удаляют этот раствор через насосно-компрессорные трубы. Ожидают застывания цементного раствора (патент РФ №2196880, кл. E21B 33/14, опубл. 20.01.2003).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ ступенчатого цементирования скважины, в соответствии с которым при ступенчатом цементировании скважины проводят цементирование первой ступени, ввод в колонну нижней пробки для открытия циркуляционных отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования, периодическую промывку ствола скважины через циркуляционные отверстия в период ожидания затвердения цемента первой ступени, цементирование второй ступени с вводом в колонну верхней пробки для закрытия циркуляционных отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования. При цементировании первой ступени продавливают тампонажный цемент порциями бурового раствора, воды и снова бурового раствора с установкой тампонажного цемента в затрубном пространстве выше муфты ступенчатого цементирования, а порции воды в обсадной колонне в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, при ожидании затвердения цемента первой ступени проводят циклическую циркуляцию бурового раствора по обсадной колонне через цементировочную муфту ступенчатого цементирования с выходом на устье через затрубное пространство до полного удаления тампонажного цемента в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, после затвердения тампонажного цемента первой ступени при цементировании второй ступени по обсадной колонне прокачивают порцию буферного раствора и расчетный объем тампонажного цемента, размещают верхнюю пробку и продавливают технической водой до размещения пробки в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования и перекрытия отверстий последней, повышают давление в обсадной колонне на 0,5-1,5 МПа выше рабочего при закачке до закрытия отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования и проводят ожидание затвердения цемента, а при освоении скважины разбуривают верхнюю пробку. В качестве буферного раствора используют водный раствор поверхностно-активного вещества и триполифосфата натрия (патент РФ №2547863, кл. E21B 33/14, опубл. 10.04.2015 - прототип).

Общим недостатком известных способов является неполное заполнение цементным раствором затрубного пространства скважины.

В предложенном изобретении решается задача повышения качества цементирования скважины.

Задача решается тем, что в способе ступенчатого цементирования скважины, включающем закачку в колонну тампонажного цемента, введение в колонну нижней пробки, продавку тампонажного цемента порциями бурового раствора, воды и снова бурового раствора с установкой тампонажного цемента в затрубном пространстве выше муфты ступенчатого цементирования, а порции воды в обсадной колонне в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, ожидание затвердения цемента первой ступени, при этом проведение циклической циркуляции бурового раствора по обсадной колонне через цементировочную муфту ступенчатого цементирования с выходом на устье через затрубное пространство до полного удаления тампонажного цемента в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, выполнение цементирования второй ступени, по обсадной колонне прокачку порции буферного раствора и расчетного объема тампонажного цемента, размещение верхней пробки, продавливание технической водой, повышение давления в обсадной колонне выше рабочего при закачке до закрытия отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования и проведение ожидания затвердения цемента, при освоении скважины разбуривание верхней пробки, согласно изобретению при спуске колонны проводят промывки буровым раствором вязкостью не более 30 с в течение 1,5 циклов начиная с глубины 400 м через каждые 300 м и при завершении спуска, при цементировании перед продавкой тампонажного цемента закачивают в колонну вязкую буферную жидкость, в качестве тампонажного цемента используют тампонажную смесь малой плотности, тампонажную смесь большей плотности, продавку порций бурового раствора проводят до получения давления «стоп», снижают давление в колонне до атмосферного, убеждаются в герметичности обратного клапана, повторно создают избыточное давление для открытия циркуляционных окон муфты ступенчатого цементирования и вымывания излишков цемента, проводят технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента с промывкой скважины каждые 2 часа буровым раствором, при цементировании второй ступени закачивают в колонну последовательно вязкую буферную жидкость, тампонажную смесь плотностью от 1,65 до 1,90 г/см³, содержащую алюмосиликатные полые микросферы, тампонажную смесь малой плотности, освобождают запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и производят продавку технической воды до получения давления «стоп», после вывода тампонажного раствора на устье в процессе продавки в течение 2 часов ожидания затвердения цемента оборудуют устье скважины с посадкой колонны на хомут и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины.

Сущность изобретения

При ступенчатом цементировании скважины цемент не полностью заполняет затрубное пространство. В предложенном способе решается задача полного заполнения цементом затрубного пространства скважины. Задача решается следующим образом.

Собирают и спускают в пробуренную скважину колонну обсадных труб в следующей последовательности: башмак, патрубок с обратным клапаном, патрубок с разбуриваемым «стоп» кольцом, обсадные трубы, муфту ступенчатого цементирования, обсадные трубы. Колонну снабжают центрирующими фонарями.

При спуске происходит заполнение скважины породой. Для удаления породы проводят промывки скважины буровым раствором в течение 1,5 циклов на глубинах 400 м и далее через каждые 300 м и при достижении забоя. При промывках поддерживают вязкость бурового раствора не более 30 с, что позволяет полностью вымыть осыпавшуюся породу.

При цементировании устанавливают в цементировочную головку продавочную пробку и опрессовывают тампонажные линии избыточным давлением. Закачивают в эксплуатационную колонну буферную жидкость с вязкостью 15-18 с, тампонажную смесь малой плотности, тампонажную смесь большей плотности, освобождают продавочную пробку и проводят продавку до получения давления «стоп».

Использование буферной жидкости повышенной вязкости способствует более полному вытеснению остатков породы из затрубного пространства перед заполнением цементным раствором. Применение тампонажной смеси малой плотности приводит к более полному заполнению узких мест в затрубном пространстве, а затем большей плотности способствует созданию крепи повышенной прочности.

Снижают давление в эксплуатационной колонне до атмосферного, убеждаются в герметичности обратного клапана. Повторно создают избыточное давление, открывают циркуляционные окна муфты ступенчатого цементирования, вымывают излишки цемента. Проводят технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента в течение 6 часов с промывкой скважины каждые 2 часа буровым раствором.

Выполняют цементирование второй ступени.

Устанавливают в цементировочную головку запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и закачивают в эксплуатационную колонну последовательно вязкую буферную жидкость, тампонажную смесь плотностью от 1,65 до 1,9 г/см³, содержащую алюмосиликатные полые микросферы и затворенную технической водой, затем тампонажную смесь малой плотности.

Алюмосиликатные полые микросферы представляют собой смесь компонентов SiO₂; Al₂O₃; Fe₂O₃, имеют четвертый класс пожароопасности, не разрушаются в процессе приготовления и закачки облегченной цементной смеси, имеют насыпную плотность 380-450 кг/м³, прочность на сжатие не менее 1 МПа.

Освобождают запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и производят продавку технической воды до получения давления «стоп». Повышают давление выше рабочего, закрывают циркуляционные отверстия муфты ступенчатого цементирования. Снижают давление в эксплуатационной колонне до атмосферного, убеждаются в закрытии отверстий муфты ступенчатого цементирования. После вывода тампонажного раствора на устье в процессе продавки в течение 2 часов ожидания затвердения цемента оборудуют устье скважины с посадкой эксплуатационной колонны на хомут и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины. Общее время ожидания затвердения цемента составляет 48 часов.

Оборудуют устье скважины с посадкой колонны на хомут (устройство, устанавливаемое на верхнюю часть эксплуатационной колонны для подвешивания на кондуктор при цементировании) и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины.

В результате удается полностью заполнить затрубное пространство скважины цементным раствором и повысить качество цементирования скважины.

Пример конкретного выполнения

Выполняют ступенчатое цементирование скважины.

Данные по скважине: глубина 2023 м, диаметр скважины 215,9 мм. Скважина обсажена направлением диаметром 426 мм, длиной 20 м, кондуктором диаметром 245 мм, длиной 290 м. Объем затрубного пространства 36,2 м³. В качестве промывочной жидкости используют жидкость с параметрами: плотность 1380 кг/м³, условная вязкость 50-100 с, фильтрация 1-3 см³/30 минут, pH 8-10 ед. Диаметр эксплуатационной колонны 168 мм. Скорость спуска эксплуатационной колонны 1 м/с. Глубина спуска башмака эксплуатационной колонны 2023 м.

Собирают и спускают эксплуатационную колонну в следующей последовательности: башмак БК-Т(М)-168 на глубину установки 2013 м, патрубок диаметром 168 мм, длиной 2 м на глубину 2021 м, в муфту которого устанавливают обратный клапан, патрубок диаметром 168 мм, длиной 3 м на глубину 2018 м, в муфту которого устанавливают разбуриваемое «стоп» кольцо, обсадные трубы диаметром 168 мм, длиной 768 м, муфту ступенчатого цементирования МСЦ с центраторами ЖЦ сверху и снизу на глубину 1250 м, обсадные трубы диаметром 168 мм, длиной 1250 м. Глубина установки центрирующих фонарей ЛЦ-146 составляет 1460, 1440, 1251, 1249, 840, 825, 810, 535, 515, 285, 275, 265, 20, 10.

При спуске проводят промывки буровым раствором в течение 1,5 циклов на глубинах 400, 700, 1000, 1300, 1600, 1840, 2023 м. При промывках поддерживают вязкость бурового раствора не более 30 с.

При цементировании устанавливают в цементировочную головку ГУЦ-168 продавочную пробку 168 и опрессовывают тампонажные линии избыточным давлением 18 МПа. Закачивают в эксплуатационную колонну 6 м³ буферной жидкости, вязкость которой при закачке поддерживают в интервале 15-18 с, содержащей воду и 30 кг биополимера и 30 кг крахмала, 16 м³ тампонажной смеси малой плотности с плотностью 1820 кг/м³, содержащей 20 т цемента, затворенного на 10 м³ технической воды, 4,5 м³ тампонажной смеси большей плотности с плотностью 1900 кг/м³, содержащей 6 т цемента, затворенного 2,6 м³ технической воды, освобождают продавочную пробку и проводят продавку в общем объеме 39,1 м³ 14 м³ бурового раствора, 6 м³ технической воды и 19,1 м³ бурового раствора до получения давления «стоп», т.е. до давления, при котором расход становится равным нулю, несмотря на повышение давления закачки. Снижают давление в эксплуатационной колонне до атмосферного, убеждаются в герметичности обратного клапана. Повторно создают избыточное давление 16,7 МПа, открывают циркуляционные окна муфты ступенчатого цементирования, вымывают излишки цемента. Проводят технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента в течение 6 часов с промывкой скважины каждые 2 часа буровым раствором.

Выполняют цементирование второй ступени.

Устанавливают в цементировочную головку запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и закачивают в эксплуатационную колонну последовательно 6 м³ вязкой буферной жидкости, вязкость которой при закачке подцеживают в интервале 15-18 с, содержащей воду и 30 кг биополимера и 30 кг крахмала, 25 м³ тампонажной смеси плотностью от 1,65 до 1,9 г/см³, содержащей 25 т алюмосиликатных полых микросфер, затворенной на 17,5 м³ технической воды, затем 8 м³ тампонажной смеси малой плотности с плотностью 1820 кг/м³, содержащей 10 т цемента, затворенного 5 м³ технической воды.

Освобождают запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и производят продавку в объеме 24,2 м³ технической воды до получения давления «стоп». Повышают давление выше рабочего на 5-7 МПа, закрывают циркуляционные отверстия муфты ступенчатого цементирования. Снижают давление в эксплуатационной колонне до атмосферного, убеждаются в закрытии отверстий муфты ступенчатого цементирования. После вывода тампонажного раствора на устье в процессе продавки в течение 2 часов ожидания затвердения цемента оборудуют устье скважины с посадкой эксплуатационной колонны на хомут и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины. Общее время ожидания затвердения цемента составляет 48 часов.

Рабочее давление 8 МПа, давление «стоп» 12 МПа.

Количество тампонажного материала: 32 т цемента, 6 т цемента марки G, 25 т АСПМ.

В результате исследований скважины выявлено полное заполнение затрубного пространства цементом, в то время как при реализации прототипа выявлено наличие частей затрубного пространства без цемента.

Применение предложенного способа позволит повысить качество цементирования скважины.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при спуске и цементировании эксплуатационной колонны скважины. Технический результат - повышение качества цементирования скважины. По способу выполняют закачку в колонну тампонажного цемента. Вводят в колонну нижнюю пробку. Проводят продавку тампонажного цемента порциями бурового раствора, воды и снова бурового раствора с установкой тампонажного цемента в затрубном пространстве выше муфты ступенчатого цементирования, а порции воды в колонне в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования. Ожидают затвердение цемента первой ступени. При этом осуществляют циркуляцию бурового раствора в циклическом режиме по колонне через цементировочную муфту ступенчатого цементирования с выходом на устье через затрубное пространство до полного удаления тампонажного цемента в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования. Выполняют цементирование второй ступени. Для этого осуществляют прокачку по колонне порции буферного раствора и расчетного объема тампонажного цемента. Размещают верхнюю пробку и продавливают ее технической водой. Повышают давления в колонне выше рабочего при закачке до закрытия отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования. Ожидают затвердение цемента. При освоении скважины разбуривают верхнюю пробку. Особенностью способа является то, что при спуске колонны проводят промывки буровым раствором вязкостью не более 30 с в течение 1,5 циклов, начиная с глубины 400 м через каждые 300 м и при завершении спуска. При цементировании перед продавкой тампонажного цемента закачивают в колонну вязкую буферную жидкость. В качестве тампонажного цемента используют тампонажную смесь малой плотности и тампонажную смесь большей плотности. Продавку порций бурового раствора проводят до получения давления «стоп». Снижают давление в колонне до атмосферного давления. Убеждаются в герметичности обратного клапана. Повторно создают избыточное давление для открытия циркуляционных окон муфты ступенчатого цементирования и вымывания излишков цемента. Проводят технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента с промывкой скважины каждые 2 часа буровым раствором. При цементировании второй ступени закачивают в колонну последовательно вязкую буферную жидкость, тампонажную смесь плотностью от 1,65 до 1,9 г/см³, содержащую алюмосиликатные полые микросферы, тампонажную смесь малой плотности. Освобождают запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и производят продавку технической воды до получения давления «стоп». После вывода тампонажного раствора на устье в процессе продавки в течение 2 часов ожидания затвердения цемента оборудуют устье скважины с посадкой колонны на хомут и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины. 1 пр.

Способ ступенчатого цементирования скважины, включающий закачку в колонну тампонажного цемента, введение в колонну нижней пробки, продавку тампонажного цемента порциями бурового раствора, воды и снова бурового раствора с установкой тампонажного цемента в затрубном пространстве выше муфты ступенчатого цементирования, а порции воды в колонне в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, ожидание затвердения цемента первой ступени, при этом проведение циклической циркуляции бурового раствора по колонне через цементировочную муфту ступенчатого цементирования с выходом на устье через затрубное пространство до полного удаления тампонажного цемента в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, выполнение цементирования второй ступени, по колонне прокачку порции буферного раствора и расчетного объема тампонажного цемента, размещение верхней пробки, продавливание технической водой, повышение давления в колонне выше рабочего при закачке до закрытия отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования и проведение ожидания затвердения цемента, при освоении скважины разбуривание верхней пробки, отличающийся тем, что при спуске колонны проводят промывки буровым раствором вязкостью не более 30 с в течение 1,5 циклов начиная с глубины 400 м через каждые 300 м и при завершении спуска, при цементировании перед продавкой тампонажного цемента закачивают в колонну вязкую буферную жидкость, в качестве тампонажного цемента используют тампонажную смесь малой плотности и тампонажную смесь большей плотности, продавку порций бурового раствора проводят до получения давления «стоп», снижают давление в колонне до атмосферного, убеждаются в герметичности обратного клапана, повторно создают избыточное давление для открытия циркуляционных окон муфты ступенчатого цементирования и вымывания излишков цемента, проводят технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента с промывкой скважины каждые 2 часа буровым раствором, при цементировании второй ступени закачивают в колонну последовательно вязкую буферную жидкость, тампонажную смесь плотностью от 1,65 до 1,9 г/см³, содержащей алюмосиликатные полые микросферы, тампонажную смесь малой плотности, освобождают запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и производят продавку технической воды до получения давления «стоп», после вывода тампонажного раствора на устье в процессе продавки в течение 2 часов ожидания затвердения цемента оборудуют устье скважины с посадкой колонны на хомут и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины.