Способ цементирования кондуктора, технической колонны при строительстве скважин Российский патент 2023 года по МПК E21B43/14 

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к способу цементирования обсадной колонны, а именно кондуктора, технической колонны в стволе скважины. Изобретение применительно к сложным горно-геологическим условиям, где геологический разрез под кондуктор, под техническую колонну представлен трещиноватыми и кавернозными породами, например, доломитами, характеризующимися интенсивными или полными поглощениями промывочной жидкости, например, технической воды, с частичной циркуляцией промывочной жидкости или полным ее отсутствием при проводке ствола скважины.

Для цементирования кондуктора, технической колонны при строительстве скважин в несложных горно-геологических условиях традиционно применяют прямой способ закачки тампонажного раствора нормальной плотности или облегченного, либо последовательно двух тампонажных растворов, нормальной плотности и облегченного, включающий в себя последовательную закачку в скважину через колонну обсадных труб: буферной жидкости; тампонажных растворов; жидкости продавки тампонажного раствора в затрубное пространство, с продавочной пробкой до момента «стоп». Однако такой способ не обеспечивает требуемого качества цементирования в сложных горно-геологических условиях.

Некоторые из известных способов основаны только на обратном способе закачки, контролируемом косвенными методами, такими как измерение давления на устье или расхода воздуха. Однако в описанных сложных горно-геологических условиях применение подобных способов может привести к наличию интервалов в заколонном пространстве, характеризующихся отсутствием сцепления цементного камня с обсадной колонной, или полным отсутствием цементного камня в заколонном пространстве из-за поглощения.

Известны также способы ступенчатого цементирования, цементирования с применением дополнительных технических устройств, которые усложняют технологию, увеличивают сроки и стоимость строительства скважин, но также не решают проблему с поглощением тампонажного раствора. Аэрированные тампонажные растворы и облегченные тампонажные растворы, в том числе с микросферами, не позволяют получить механически прочный непроницаемый цементный камень, зачастую имеют более длительные сроки схватывания, а их плотность в любом случае предполагает существенное превышение гидростатического давления столба воды.

Известен способ обратного цементирования обсадной колонны, согласно которому в затрубное пространство закачивают тампонажный раствор с одновременным выпуском промывочной жидкости из обсадной колонны на устье (первый этап), затем закачивают дополнительную порцию тампонажного раствора в объеме поглощения, равную объему поглощения тампонажного раствора в период его продвижения ниже зоны поглощения при обратной продавке и объема дополнительного столба тампонажного раствора в обсадной колонне выше цементного стакана (второй этап), высоту которого определяют дважды по приведенным формулам и уточняют при контроле положения тампонажного раствора по окончании обратной закачки для определения объема продавочной жидкости второго этапа цементирования - прямой закачки, а последнюю порцию тампонажного раствора в объеме интервала заколонного пространства до поглощающего пласта закачивают с меньшими сроками схватывания, чем предыдущие порции тампонажного раствора, но больше времени первого этапа цементирования - обратной закачки (см. патент SU 1749445). Такой способ для описанных сложных горно-геологических условий не приведет к повышению качества цементирования, поскольку тампонажный раствор первого этапа цементирования и во время второго этапа цементирования будет продолжать перемещаться из затрубного пространства в зону поглощения, оставляя часть пространства без цемента, а фактическое состояние заполнения цементом затрубного и трубного пространств будет отличаться от расчетного, что приведет к нарушению всей сложной технологии, предусматривающей как последовательные этапы закачки (обратный и прямой способы) сопровождающиеся оперативными расчетами и возможными корректировками, так и разные сроки схватывания тампонажного раствора.

Известен способ цементирования обсадных колонн, согласно которому перед подачей вяжущих смесей, заменяющих по назначению тампонажный раствор, из заколонного и внутри колонного пространств скважины удаляют промывочную жидкость, перекрывают внутриколонное пространство по всему сечению в призабойной зоне, после чего вяжущие смеси подают в заколонное пространство порциями с подачей последующей порции после схватывания предыдущей и определения высоты ее подъема, при этом вяжущие смеси с наполнителями подают в интервалы поглощающих пластов, а в течение всего процесса подачи вяжущих смесей внутриколонное пространство периодически заполняют технологической жидкостью с условием допустимого превышения давления в заколонном пространстве над внутри-колонным в период схватывания очередной порции вяжущей смеси (см. патент RU 2061840). Такой способ для описанных сложных горно-геологических условий не приведет к повышению качества цементирования, поскольку в интервалах кондукторов, технических колонн при попытке удаления промывочной жидкости из заколонного пространства оно заполняется пластовой водой по причине водонасыщенности и проницаемости пластов горных пород. Приток пластовой воды может ухудшать качество или полностью вытеснять вяжущую смесь из поглощающих пластов. Кроме того, способ предусматривает увеличение времени строительства скважины, что приводит к удорожанию.

Известен способ цементирования скважин в условиях поглощения, который принят за прототип, включающий закачку технологической жидкости пониженной плотности до создания избыточного давления на устье и тампонажного раствора с последующим их продавливанием, отличающийся тем, что, с целью повышения качества цементирования, в момент подъема тампонажного раствора до зоны поглощения (прямым способом закачки) в затрубное пространство дополнительно (обратным способом закачки) закачивают технологическую жидкость пониженной плотности в течение времени цементирования обсадной колонны до зоны поглощения, а после затвердевания тампонажного раствора ниже зоны поглощения производят цементирование остальной части обсадной колонны выше зоны поглощения обратным способом закачки (см. патент SU 933944). Такой способ для описанных сложных горно-геологических условий не приведет к повышению качества цементирования, поскольку технологическая жидкость пониженной плотности будет постоянно дренироваться в зону поглощения без создания избыточного давления. Кроме того, встречная закачка технологической жидкости пониженной плотности будет ухудшать качество тампонажного раствора разбавляя его.

Задачей изобретения является повышение качества цементирования, которое определяется по показателю качества контакта цементного камня с обсадной колонной на основе интерпретации акустической цементометрии.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в предложенном способе цементирования, включающем прямой и обратный способы закачки тампонажного раствора, предусмотрены следующие отличия: при прямом способе закачки после буферной жидкости используют тампонажный раствор нормальной плотности, и, в случае невыхода тампонажного раствора на устье скважины, закачивают обратным способом тампонирующую систему с мгновенной фильтрацией, затем закачивают тампонажный раствор нормальной плотности, до заполнения затрубного пространства до устья скважины, выполняя все этапы в рамках одной технологической операции без ожидания затвердевания после прямой закачки.

Сущность предложенного способа цементирования обсадной колонны, а именно кондуктора, технической колонны, после установления в ствол скважины обсадной колонны и подготовки и присоединения к оборудованию устья скважины необходимого технологического оборудования для цементирования, заключается в выполнении следующих последовательных этапов:

- последовательно закачивают в скважину через колонну обсадных труб (прямым способом закачки): буферную жидкость, например, техническую воду; тампонажный раствор нормальной плотности, причем объем тампонажного раствора рассчитывается, исходя из заполнения всего объема пространства между обсадной колонной и стенкой скважины с учетом коэффициента кавернозности от башмака до устья; в расчетном объеме жидкость продавки тампонажного раствора, например, техническую воду, с продавочной пробкой до момента «стоп»;

- в случае невыхода тампонажного раствора из пространства между обсадной колонной и стенкой скважины на устье скважины, через устройство встречного цементирования определяют наличие приемистости в затрубном пространстве; закачивают обратным способом закачки тампонирующую систему с мгновенной фильтрацией; и затем, руководствуясь условием не превышения допустимого давления, закачивают и продавливают объем тампонажного раствора нормальной плотности до заполнения затрубного пространства до устья скважины.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.

Пример 1. При бурении скважины в карбонатном разрезе на глубине 188 м произошла потеря циркуляции и поглощение промывочной жидкости, (в качестве промывочной жидкости использовали пресный полимерглинистый буровой раствор). Перешли на бурение с использованием технической воды в качестве промывочной жидкости. Дальнейшее бурение до проектного забоя осуществлялось с частичным поглощением промывочной жидкости.

Глубина скважины перед спуском кондуктора равна 815 м. Глубина спуска кондуктора диаметром 245 мм - 809 м. Подготовили и присоединили к оборудованию устья скважины необходимое технологическое оборудование для цементирования.

Подготовили и последовательно закачали прямым способом: буферную жидкость (использовали техническую воду) в объеме 3 м³; тампонажный раствор на основе портландцемента тампонажного марки ПЦТ I-50 плотностью 1850 кг/м³ в объеме 44 м³ (из них последние 4 м³ обработано хлоридом кальция); жидкость продавки (использовали техническую воду) в объеме 32 м³ с продавочной пробкой. Рабочее давление закачки равно 6,0 МПа, давление «стоп» - 8,2 МПа. На устье скважины выхода тампонажного раствора не было.

Через устройство встречного цементирования определили наличие приемистости пространства между обсадной колонной и стенкой скважины. Подготовили и последовательно закачали обратным способом: тампонирующую систему с мгновенной фильтрацией, в объеме 3 м³; тампонажный раствор на основе портландцемента тампонажного марки ПЦТ I-50 плотностью 1850 кг/м³ в объеме 12 м³ (обработан хлоридом кальция и тампонажным гипсом); жидкость продавки (использовали техническую воду) в объеме 0,2 м³. Наибольшее давление продавки по завершении закачки было равно 3,0 МПа, что ниже максимально допустимого давления, равного 4,0 МПа.

Контроль процесса цементирования осуществлялся в полевой лаборатории с использованием общеизвестных стандартных методик, лабораторных приборов и оборудования.

По результату оценки качества цементирования, выполненной с помощью геофизических методов, показатель качества контакта цементного камня с обсадной колонной равен 0,825.

Пример 2. При бурении скважины в карбонатном разрезе на глубине 145 м произошло частичное поглощение промывочной жидкости (в качестве промывочной жидкости использовали пресный полимерглинистый буровой раствор), интенсивностью 20 м³/ч. Перешли на бурение с использованием технической воды в качестве промывочной жидкости. Дальнейшее бурение до проектного забоя осуществлялось с частичным поглощением промывочной жидкости.

Глубина скважины перед спуском кондуктора равна 840 м. Глубина спуска кондуктора диаметром 245 мм - 831 м. Подготовили и присоединили к оборудованию устья скважины необходимое технологическое оборудование для цементирования.

Подготовили и последовательно закачали прямым способом: буферную жидкость (использовали техническую воду) в объеме 3 м³; тампонажный раствор на основе портландцемента тампонажного марки ПЦТ I-50 плотностью 1850 кг/м³ в объеме 47 м³ (из них последние 4 м³ обработано хлоридом кальция); жидкость продавки (использовали техническую воду) в объеме 33 м³ с продавочной пробкой. Рабочее давление закачки равно 7,8 МПа, давление «стоп» - 10,5 МПа. На устье скважины выхода тампонажного раствора не было.

Через устройство встречного цементирования определили наличие приемистости пространства между обсадной колонной и стенкой скважины. Подготовили и последовательно закачали обратным способом: тампонирующую систему с мгновенной фильтрацией, в объеме 3 м³; тампонажный раствор на основе портландцемента тампонажного марки ПЦТ I-50 плотностью 1850 кг/м³ в объеме 2 м³ (обработан хлоридом кальция и тампонажным гипсом); жидкость продавки (использовали техническую воду) в объеме 0,2 м³. Наибольшее давление продавки по завершении закачки было равно 3,0 МПа, что ниже максимально допустимого давления, равного 4,0 МПа.

Контроль процесса цементирования осуществлялся в полевой лаборатории с использованием общеизвестных стандартных методик, лабораторных приборов и оборудования.

По результату оценки качества цементирования, выполненной с помощью геофизических методов, показатель качества контакта цементного камня с обсадной колонной равен 0,815.

Таким образом, предлагается новый способ цементирования кондуктора, технической колонны при строительстве скважин позволяющий повысить качество цементирования в сложных горно-геологических условиях по отношению к применяемому ранее способу.

Предлагаемый новый способ, при сравнении с известными, имеет следующие преимущества:

- если некоторый объем тампонажного раствора при прямой закачке разместится в горной породе, в области поглощения, то этот объем полностью или частично изолирует поглощающую область, и будет компенсирован при обратной закачке, так как полная изоляция поглощающей области будет завершена с помощью тампонирующей системы с мгновенной фильтрацией, и при стандартной оснащенности цементировочного звена возможна закачка обратным способом необходимого объема тампонажного раствора до достижения заполнения объема пространства между обсадной колонной и стенкой скважины;

- все этапы способа последовательно выполняются за один подход к скважине, в рамках одной технологической операции цементирования, без ожидания затвердевания после прямой закачки;

- используется тампонажный раствор нормальной плотности, наиболее оптимальный с экономической и технологической точек зрения, имеющий лучшие вязкость и срок схватывания, характеризующийся прочным непроницаемым цементным камнем;

- не требуются специально разработанное дополнительное оборудование;

- снижается вероятность разбавления тампонажного раствора пластовыми водами и ухудшения его качеств;

- интервал под обсадную колонну при интенсивных поглощениях можно добурить используя техническую воду в качестве промывочной жидкости, без применения дополнительных изоляционных работ.

Предложенное изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к способу цементирования обсадной колонны, а именно кондуктора, технической колонны в стволе скважины. Изобретение применительно к сложным горно-геологическим условиям, где геологический разрез под кондуктор, техническую колонну представлен трещиноватыми и кавернозными породами, характеризующимися интенсивными или полными поглощениями промывочной жидкости, с частичной циркуляцией или полным ее отсутствием при проводке ствола скважины. Способ цементирования обсадной колонны, а именно кондуктора, технической колонны, в сложных горно-геологических условиях включает прямую и обратную закачки тампонажного раствора. Перед закачкой обратным способом осуществляют определение наличия приемистости пространства между обсадной колонной и стенкой скважины через устройство встречного цементирования. При прямом способе закачки последовательно закачивают буферную жидкость и тампонажный раствор нормальной плотности, а при обратном способе последовательно закачивают тампонирующую систему с мгновенной фильтрацией и тампонажный раствор нормальной плотности. Тампонажный раствор при обратной закачке закачивают до заполнения затрубного пространства до устья скважины, выполняя все этапы в рамках одной технологической операции без ожидания затвердевания после прямой закачки. Технический результат - повышение качества цементирования в сложных горно-геологических условиях, которое определяется по показателю качества контакта цементного камня с обсадной колонной на основе интерпретации акустической цементометрии. 2 пр.

Способ цементирования обсадной колонны, а именно кондуктора, технической колонны, в сложных горно-геологических условиях, включающий прямую и обратную закачки тампонажного раствора, отличающийся тем, что перед закачкой обратным способом осуществляют определение наличия приемистости пространства между обсадной колонной и стенкой скважины через устройство встречного цементирования, при этом при прямом способе закачки последовательно закачивают буферную жидкость и тампонажный раствор нормальной плотности, а при обратном способе последовательно закачивают тампонирующую систему с мгновенной фильтрацией и тампонажный раствор нормальной плотности, причем тампонажный раствор при обратной закачке закачивают до заполнения затрубного пространства до устья скважины, выполняя все этапы в рамках одной технологической операции без ожидания затвердевания после прямой закачки.