Способ цементирования обсадных колонн при наличии зон поглощения Российский патент 2023 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн, особенно в скважинах, имеющих пласты с низкими градиентами поглощения.

Наиболее распространенным способом цементирования обсадных колонн является способ прямого одноступенчатого цементирования, заключающийся в том, что через цементировочную головку, расположенную на обсадной колонне, внутрь обсадной колонны последовательно закачиваются буферная жидкость и цементный раствор, которые затем через башмак обсадной колонны продавливаются в затрубное пространство и поднимаются в затрубном пространстве на необходимую высоту [Соловьев Е.М. Заканчивание скважин: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1979, - 303 с.].

Недостатком данного способа является большая продолжительность операции цементирования, необходимость применения большого количества химических реагентов для регулирования прокачиваемости цементного раствора, большие давления на пласты и большие давления на цементировочных агрегатах, высокая степень загрязнения продуктивного пласта и др.

Для снижения вероятности поглощения тампонажных растворов при цементировании обсадных колонн до спуска обсадных колон проводится изоляция зон поглощения с применением различных наполнителей кольматирующих поглощающие пласты [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2 изд., перераб. и доп. М. Недра, 1987 с. 186-187]. Данная технология требует проведения отдельных операций по изоляции зон поглощения, связанных со спуском бурильного инструмента и закачку кольматирующих композиций, что приводит к большим затратам времени и материальных средств.

Для снижения риска поглощений тампонажного раствора при цементировании широко применяют облегченные тампонажные растворы [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2 изд., перераб. и доп. М. Недра, 1987 с. 102-120]. Однако в интервале применения облегченных тампонажных растворов всегда ухудшается качество цементирования и снижается изоляционная способность образующегося камня из-за повышенной проницаемости и низкой прочности цементного камня.

Известен способ изоляции зон поглощения в скважине (патент РФ №2111337 РФ, опубл. Бюл. №14, 1998), включающий последовательную закачку в скважину в зону поглощения вязкоупругого состава и затем цементного раствора. Однако этот способ требует обязательной выдержки вязкоупругого состава в скважине на гелеобразование, что увеличивает сроки ремонта и, следовательно, его стоимость.

Известен способ изоляции зон поглощения (патент РФ №2382174, опубликовано: опубл. Бюл. №5, 2010), заключающийся в последовательной закачке в скважину вязкоупругого состава и цементного раствора, при этом в зону поглощения закачивают концентрированный раствор реагентов, способных образовывать трехмерные структуры. Недостатком этого способа является большая продолжительность работ, связанная с подъемом бурильных труб, спуском обсадной колонны и последующим ее цементированием.

Наиболее близким к заявляемому объекту является способ цементирования обсадных колонн путем закачки в обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора, продавочной жидкости с последующим продавливанием тампонажного раствора в затрубное пространство на заданную высоту (см. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: учебник для студентов вузов. - В 5 т. Т. 3 / под общ. ред. В.П. Овчинникова. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. с. 62-65). Недостатком прототипа является необходимость применения нескольких тампонажных растворов различной плотности.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в способе цементирования обсадных колонн при наличии зон поглощения путем закачки в обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора и продавочной жидкости с последующим продавливанием тампонажного раствора в затрубное пространство на заданную высоту, согласно изобретению до закачки буферной жидкости в обсадную колонну закачивают расчетное количество полимерной самосшивающейся герметизирующей композиции с заданным временем набора структурной прочности и эластичности, которую размещают в интервале и выше поглощающего пласта, а затем задавливают в поглощающий пласт, выдерживают ее внутри пласта расчетное время для перехода в упругое состояние, после чего проводят промывку скважины и проводят ее цементирование тампонажным раствором нормальной или пониженной плотности.

Сущность изобретения демонстрируется следующим примером.

В скважине глубиной 2500 м (по вертикали) диаметром 215,9 мм цементируется обсадная колонна 168,7×9,8 мм, спущенная до глубины 2495 м. Кондуктор диаметром 244,5 мм спущен на глубину 850 м. В интервале 1970-2000 м находится слабый пласт, в котором наблюдались поглощения различной интенсивности, вплоть до полных в процессе бурения промывочной жидкостью 1250 кг/м³. Попытки применить кольматирующие добавки и установки цементных мостов не дали результата.

После спуска обсадной колонны, оборудованной обратным клапаном, до проектной глубины и промывки скважины внутрь обсадной колонны закачивают 8,0 м³ полимерной герметизирующей композиции, которую прокачивают через башмак обсадной колонны расчетным количеством продавочной жидкости (воды), размещают в затрубном пространстве в интервале 1900-2010 м. Затем универсальным превентором перекрывают затрубное пространство и через линию глушения в затрубное пространство цементировочным агрегатом закачивают 7,5 м³ промывочной жидкости, обеспечивая продавливание полимерной герметизирующей композиции в поглощающий пласт. После этого скважину на 4 часа оставляют в покое для упрочнения полимерной герметизирующей композиции. С учетом времени проведения операций закачки и продавливания полимерной герметизирующей композиции (ПГК) 1,5 часа, время ее упрочнения по результатам лабораторных исследований было подобрано 4,0-4,5 часов. После упрочнения ПГК открывают универсальный превентор и буровым насосом скважину промывают. После этого проводят операцию цементирования обсадной колонны цементным раствором пониженной плотности (1700 кг/м³). Технология не отличается от технологии цементирования, принятой на данном предприятии.

Свойства данного цементного раствора пониженной плотности и камня на его основе, также аналогичные показатели для традиционных тампонажных цементов приведены в таблице 1.

В предлагаемом изобретении используются новые операции, а именно закачка полимерной герметизирующей композиции через обсадные трубы, размещение полимерной герметизирующей композиции в затрубном пространстве, ее задавливание в поглощающий пласт, выдержка для полимеризации композиции, промывка скважины и цементирование обсадной колонны тампонажным раствором пониженной плотности, что свидетельствуют о соответствии изобретения критерию «новизна».

В научно-технической литературе известно применение полимерных герметизирующих композиций для изоляции зон поглощения. В частности, см. пат. РФ №2111337 РФ, МПК Е21В 33/13, опубл. БИ №14, 1998, приведенный в качестве одного из аналогов. Однако нигде не упоминается проведение операции ликвидации зоны поглощения и последующего цементирования после спуска обсадной колонны.

Из литературы неизвестно применение тампонажного раствора пониженной плотности для обеспечения подъема цементного раствора на проектную высоту. При этом технологические характеристики цементного камня, получаемого из тампонажного раствора пониженной плотности, не уступают по качеству соответствующим характеристикам цементного камня из бездобавочного портландцементного раствора нормальной плотности.

Таким образом для реализации этого изобретения необходим комплекс технологических приемов, который позволяет обеспечивать не достигавшийся ранее эффект повышения качества цементирования. Это указывает на соответствие предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн, особенно в скважинах, имеющих пласты с низкими градиентами поглощения. Техническим результатом является повышение качества цементирования обсадных колонн при наличии зон поглощения. Заявлен способ цементирования обсадных колонн при наличии зон поглощения путем закачки в обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора и продавочной жидкости с последующим продавливанием тампонажного раствора в затрубное пространство на заданную высоту. При этом до закачки буферной жидкости в обсадную колонну в нее закачивают расчетное количество полимерной герметизирующей композиции с заданным временем перехода в упругое состояние, которую размещают в интервале и выше поглощающего пласта, а затем задавливают в поглощающий пласт и выдерживают ее внутри пласта расчетное время для завершения процесса сшивки полимера и набора им структурной прочности и эластичности. После чего проводят промывку скважины и ее цементирование тампонажным раствором пониженной плотности. 1 табл.

Способ цементирования обсадных колонн при наличии зон поглощения путем закачки в обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора и продавочной жидкости с последующим продавливанием тампонажного раствора в затрубное пространство на заданную высоту, отличающийся тем, что до закачки буферной жидкости в обсадную колонну в нее закачивают расчетное количество полимерной герметизирующей композиции с заданным временем перехода в упругое состояние, которую размещают в интервале и выше поглощающего пласта, а затем задавливают в поглощающий пласт, выдерживают ее внутри пласта расчетное время для завершения процесса сшивки полимера и набора им структурной прочности и эластичности, после чего проводят промывку скважины и проводят ее цементирование тампонажным раствором пониженной плотности.