Способ устранения заколонных перетоков и грифонов при цементировании направлений в условиях распространения многолетнемерзлых пород Российский патент 2024 года по МПК E21B43/00 E21B33/14 C09K8/42 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при первичном цементировании направлений в условиях многолетнемерзлых пород (ММП).

Известен способ цементирования направлений в многолетнемерзлых породах с высокой льдистостью, заключающийся в том, что бурение осуществляют без промывки скважины буровым раствором, спускают теплоизолированное направление, оснащенное центрирующими элементами, колонным башмаком и каналом для мониторинга температуры по всей длине, с внешней стороны закрепляют трубы малого диаметра, по которым заколонное пространство заполняют тампонажным раствором типа ЦТРО АРМ с добавками, а одновременно с этим для компенсации гидравлического равновесия внутриколонное пространство заполняют незамерзающей жидкостью. (Патент RU 2662830 С1, «Способ крепления скважины направлением в разрезе многолетнемерзлых пород с высокой льдистостью», МПК Е21В 43/10; Е21В 33/14; Е21В 36/00, опубл. 31.07.2018)

Недостатком данного способа является низкая надежность герметизации заколонных пространств направлений тампонажными растворами с добавками электролитов, сокращающих сроки схватывания и твердения в интервалах заколонного пространства при отрицательных и низких положительных температурах, при этом в процессе твердения данных растворов образуются тампонажные камни с величиной объемной усадки 5-7% и более, что приводит к устранению контакта камня как с направлением, так и с многолетнемерзлыми породами.

Кроме того, при отсутствии в составе низа направления обратного клапана существует опасность перетока тампонажного раствора внутрь направления, в случае превышения плотности последнего над плотностью незамерзающей жидкости, что приведет к понижению уровня в заколонном пространстве и образованию пустоты против многолетнемерзлых пород.

Известен способ цементирования направления, включающий спуск его в скважину, нагнетание и продавку тампонажного раствора в заколонное пространство до устья. Далее, вышедший на устье тампонажный раствор через отвод нагнетают в осреднительную емкость, обеспечивая создание прямой круговой циркуляции. В процессе круговой циркуляции тампонажный раствор в осреднительной емкости подогревают, а круговую циркуляцию ведут непрерывно до начала схватывания тампонажного раствора, осуществляют контроль и регулирование его свойств во время подогрева в осреднительной емкости. (Патент RU 2083802 С1, «СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ», МПК Е21В 33/14, опубл. 10.07.1997)

Недостатком указанного выше способа цементирования является сложность технологии и опасность потери текучести и преждевременного схватывания тампонажного раствора во внутриколонном и заколонном пространствах в результате интенсификации процесса структурообразования при непрерывной круговой циркуляции с подогревом в осреднительной емкости, что приведет к поглощению и недоподьему тампонажного раствора до устья.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа первичного цементирования направлений, при реализации которого предотвращалось бы растепление ММП, заколонные перетоки и грифоны, возникающие в процессе строительства и эксплуатации газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, осложненных наличием многолетнемерзлых пород.

Техническим результатом заявленного способа является повышение качества первичного цементирования направлений и гарантированное устранение заколонных перетоков и грифонов в период ожидания затвердевания пресного облегченного тампонажного раствора, возникающего при использовании расширяющегося тампонажного материала без ускорителей сроков загустевания-схватывания в составе, образующего в процессе твердения камня, с величиной объемного расширения более 5%, создающего напряженный контакт как с колонной, так и с породами.

Технический результат обеспечивается тем, что при первичном цементировании направления в условиях многолетнемерзлых пород, включающем шнековое бурение ствола скважины диаметром не менее 800 мм до глубины установки башмака в устойчивых породах, спуск жестко-центрированного у забоя и устья направления диаметром не более 530 мм, оснащенного башмаком диаметром не более 700 мм, с разгрузкой на забой, приготовление пресного облегченного тампонажного раствора плотностью не более 1400 кг/м³, нагревание данного раствора до 25-30°С и последующее нагнетание его в затрубное пространство до устья, нагнетание внутрь зацементируемого направления нагретой до 50°С минерализованной буферной жидкости на минеральной основе и организация ее рециркуляции для поддержания внутри колонны температуры 50°С в течение не менее 3-5 часов, при этом для приготовления пресного облегченного тампонажного раствора используют расширяющийся тампонажный материал без ускорителей сроков загустевания - схватывания в своем составе, образующий в процессе гидратации седиментационно-устойчивый облегченный тампонажный раствор, а в процессе твердения камень с пониженной теплопроводностью и с величиной объемного расширения более 5% при температуре 20±2°С и давлении 0,1 МПа.

Способ осуществляется следующим образом.

Бурение под направление диаметром не более 530 мм следует вести шнеком диаметром не менее 800 мм «сухим» способом с использованием мобильной передвижной установки.

При кустовом строительстве на точках будущих скважин бурение под направление и его цементирование может осуществляться заблаговременно (до монтажа либо до передвижки буровой установки), что позволит значительно сократить затраты времени на данную операцию.

Направление диаметром не более 530 мм, оснащенное жесткими центраторами и колонным башмаком диаметром не более 700 мм, спускается до глубины установки башмака в устойчивых породах, с разгрузкой на забой, для изоляции межмерзлотных напорных вод и газогидратных проявлений. На голову разгруженного на забой направления устанавливается устройство обеспечивающее герметизацию внутренней части колонны и равномерное распределение нагнетаемого пресного облегченного тампонажного раствора в заколонное пространство, исключающее эрозионное воздействие потока на породы стенок скважины.

Далее, с применением установки смесительной, оснащенной воронкой гидравлической низкого давления, цементного бака, цементировочного агрегата, осреднительной емкости с нагревательным устройством типа УСО-20Р1-12 или аналогичной установки, расширяющегося тампонажного материала и жидкости затворения - технической воды, осуществляется приготовление при перемешивании и нагревание до 25-30°С пресного облегченного тампонажного раствора требуемой плотности и расчетного объема. Пресный облегченный тампонажный раствор нагревается в результате продолжительного и интенсивного перемешивания в осреднительной емкости, с целью повышения теплоемкости раствора при использовании в условиях низких положительных и отрицательных температур.

Подключенный к осреднительной емкости цементировочный агрегат, посредством колонны гибких труб диаметром 89 мм, нагнетает пресный облегченный тампонажный раствор, нагретый до 25-30°С в заколонное пространство направления до устья.

Для приготовления пресного облегченного тампонажного раствора плотностью не более 1400 кг/м³ используют расширяющийся тампонажный материал без ускорителей сроков загустевания-схватывания в своем составе. При этом расширяющийся тампонажный материал должен образовывать в процессе гидратации седиментационно-устойчивый облегченный тампонажный раствор, а в процессе твердения камень с пониженной теплопроводностью и с величиной объемного расширения более 5% при температуре 20±2°С и давлении 0,1 МПа (в соответствии с ГОСТ 26798.1-96), с целью устранения контракционных процессов в растворах-камнях и создания напряженного контакта как с колонами, так и с породами в заколонном пространстве скважины.

Затем устройство обеспечивающее герметизацию внутренней части направления и равномерное распределение нагнетаемого нагретого облегченного тампонажного раствора в заколонное пространство удаляется, а на голову направления устанавливается и закрепляется новое герметизирующее внутриколонное пространство устройство с центральным отверстием и патрубками с резьбами для присоединения снизу колонны гибких труб диаметром 89 мм длиной 20-40 м, а сверху для присоединения колонны гибких труб диаметром 89 мм от цементировочного агрегата.

На расстоянии до 0,5 м от головы в стенку направления вваривается патрубок с резьбой для присоединения колонны гибких труб диаметром 89 мм к осреднительной емкости.

С применением установки смесительной, оснащенной воронкой гидравлической низкого давления, цементного бака, цементировочного агрегата, осреднительной емкости с нагревательным устройством типа УСО-20Р1-12 или аналогичной установки, буферного материала на минеральной основе и жидкости затворения - минерализованной воды плотностью не ниже 1100 кг/м³, осуществляется приготовление при перемешивании и нагревание до 50°С минерализованной буферной жидкости на минеральной основе требуемой плотности и расчетного объема.

Подключенный к осреднительной емкости цементировочный агрегат, посредством колонны гибких труб диаметром 89 мм, нагнетает минерализованную буферную жидкость на минеральной основе с температурой 50°С внутрь направления практически до забоя, что приводит к равномерному нагреву стенок колонны.

При подъеме минерализованной буферной жидкости на минеральной основе до устья происходит нагнетание ее, посредством колонны гибких труб диаметром 89 мм, в осреднительную емкость, в которой она дополнительно нагревается до требуемой температуры 50°С, посредством нагревательного устройства и регулируемой частоты вращения перемешивателей от двигателя автомобиля путем переключения скоростей с использованием коробки передач.

При круговой рециркуляции нагретой до 50°С минерализованной буферной жидкости на минеральной основе в течение 3-5 часов через стенки направления происходит конвективный теплообмен, в результате которого сроки схватывания пресного облегченного тампонажного раствора плотностью не более 1400 кг/м³ значительно сокращаются, а ранняя прочность образующегося камня и величина его объемного расширения существенно возрастают, что обеспечивает защиту ММП от растепления, а тем самым исключает заколонные перетоки и грифоны в процессе строительства и эксплуатации скважин.

Реализация заявленного способа позволяет существенно повысить качество первичного цементирования направлений и гарантированное устранение заколонных перетоков и грифонов в период ожидания затвердевания пресного облегченного тампонажного раствора за счет использования расширяющегося тампонажного материала без ускорителей сроков загустевания-схватывания в составе, образующего в процессе твердения камень с пониженной теплопроводностью и с величиной объемного расширения более 5%, создающего напряженный контакт как с направлением, так и с породой.

Изобретение относится к способу устранения заколонных перетоков и грифонов при цементировании направлений в условиях распространения многолетнемерзлых пород. Техническим результатом является повышение качества первичного цементирования направлений и устранение заколонных перетоков и грифонов. Способ включает шнековое бурение ствола скважины до глубины установки башмака. Также включает спуск центрированного у забоя и устья, с разгрузкой на забой. Также способ включает установку на голову направления устройства, выполненного с возможностью герметизации внутренней части колонны и равномерного распределения нагнетаемого тампонажного раствора в заколонное пространство. Также способ включает приготовление тампонажного раствора плотностью не более 1400 кг/м³ и нагревание данного раствора до 25-30°С и нагнетание его в заколонное пространство до устья. После чего использующееся устройство удаляется, а на голову направления устанавливается устройство, выполненное с возможностью герметизации внутриколонного пространства. На расстоянии до 0,5 м от головы в стенку направления вваривается патрубок с резьбой для присоединения колонны гибких труб к осреднительной емкости. После чего подключенный к осреднительной емкости цементировочный агрегат нагнетает минерализованную буферную жидкость, нагретую до температуры 50°С, внутрь направления до забоя. Для приготовления тампонажного раствора используют расширяющийся тампонажный материал без ускорителей сроков загустевания-схватывания в своем составе.

Способ устранения заколонных перетоков и грифонов при первичном цементировании направлений в условиях распространения многолетнемерзлых пород, включающий шнековое бурение ствола скважины диаметром не менее 800 мм до глубины установки башмака в устойчивых породах, спуск центрированного у забоя и устья направления диаметром не более 530 мм, оснащенного башмаком диаметром не более 700 мм, с разгрузкой на забой, установку на голову направления устройства, выполненного с возможностью герметизации внутренней части колонны и равномерного распределения нагнетаемого тампонажного раствора в заколонное пространство, с применением установки смесительной, оснащенной осреднительной емкостью с нагревательным устройством, приготовление тампонажного раствора плотностью не более 1400 кг/м³ и нагревание данного раствора до 25-30°С, подключение к осреднительной емкости цементировочного агрегата, посредством колонны гибких труб диаметром 89 мм для нагнетания тампонажного раствора в заколонное пространство до устья, после чего устройство, выполненное с возможностью герметизации внутренней части колонны и равномерного распределения нагнетаемого тампонажного раствора в заколонное пространство, удаляется, а на голову направления устанавливается устройство, выполненное с возможностью герметизации внутриколонного пространства с центральным отверстием для присоединения снизу колонны гибких труб диаметром 89 мм и длиной 20-40 м, а сверху - для присоединения колонны гибких труб диаметром 89 мм от цементировочного агрегата, при этом на расстоянии до 0,5 м от головы в стенку направления вваривается патрубок с резьбой для присоединения колонны гибких труб диаметром 89 мм к осреднительной емкости, после чего подключенный к осреднительной емкости цементировочный агрегат, посредством колонны гибких труб диаметром 89 мм, нагнетает минерализованную буферную жидкость на минеральной основе, нагретую до температуры 50°С, внутрь направления до забоя, обеспечивая круговую рециркуляцию нагретой минерализованной буферной жидкости на минеральной основе в течение 3-5 часов через стенки направления, при этом для приготовления тампонажного раствора используют расширяющийся тампонажный материал без ускорителей сроков загустевания-схватывания в своем составе, образующий в процессе гидратации седиментационно-устойчивый тампонажный раствор, а в процессе твердения камень с пониженной теплопроводностью и с величиной объемного расширения более 5% при температуре 20±2°С и давлении 0,1 МПа.