Способ цементирования скважин в зонах многолетнемерзлых пород Советский патент 1992 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при заканчивании скважин в зонах многолетнемерзлых пород (ММП).

Известен способ прямого одноступенчатого цементирования скважин с продавкой цементного раствора до устья через башмак обсадной колонны (1).

Однако в условиях высокой каверзности замещение бурового раствора цементным неполное, так как в расширенных участках происходит снижение скорости течения цементного раствора, что приводит в процессе

продавки к неравномерному заполнению затрубного пространства цементным раствором. Регулирование времени контакта на границе раздела фаз не представляется возможным, т.к. остановки при продавке через башмак нежелательны из-за опасности начала схватывания цементного раствора в колонне (как правило при цементировании в ММП вводят ускорители сроков схватывания). Для повышения качества цементирования объем закачиваемого цементного раствора принимают на 15-30% больше расчетного (с учетом зоны смешения), что

XI о о о ел ю

приводит к перерасходу цемента, а при выходе смеси цементного и глинистого раство- ров на устье возникает проблема его удаления из мерников или амбаров. Все перечисленные ниже факторы снижают эффективность осуществления способа в зонах многолетнемерзлых пород.

Известен также способ цементирования скважин с обратной циркуляцией путем закачки цементного раствора в затрубном пространстве с выходом его во внутрико- лонное пространство И.

Однако в условиях каверзности ствола скважины полного замещения бурового раствора цементным не происходит, так как течение цементного раствора к башмаку обсадной колонны происходит по линии наименьшего сопротивления и из зашламленных зон буровой раствор не удается. В процессе закачки цементный раствор перемешивается с буровым и наибольшее смешение наблюдается у первой порции раствора, которая должна закреплять башмак обсадной колонны, это снижает эффективность осуществления способа, при этом для регулирования времени контакта на границе раздела сред необходимо останавливать цементировочные агрегаты, что также осложняет технологический процесс. Трудность определения момента выхода несмешенной порции раствора во внутреннюю полость обсадной колонны также осложняет процесс цементирования.

Известен способ закзнчивания скважин, включающий спуск обсадной колонны ниже зоны многолетнемерзлых пород (ММП), формирование замкнутого пространства за обсадной колонной путем цементирования заколонного пространства до зоны ММП, через башмак обсадной колонны, создание гидравлической связи через регулируемое отверстие в колонне, удаление бурового раствора из интервала ММП с помощью газа и цементирование обсадной колонны с устья Јз.

Однако в процессе формирования замкнутого пространства за обсадной колонной путем цементирования заколонного пространства до зоны ММП через башмак обсадной колонны будет происходить неполное замещение бурового раствора цементным из-за сложности в регулировании времени контакта на границе раздела вытесняемой и вытесняющей жидкостей (буро- вого и цементного раствора соответственно) в процессе продавки последней в результате необходимости остановок цементировочных агрегатов. При гравитационном режиме течения пеньютоновских жидкостей, который наблюдается при цементировании через башмак обсадной колонны, кольцевые сечения по длине обсадной колонны заполняются цементным

раствором неравномерно, а части сечений незаполненные цементным раствором заполняются впоследствии буровым и когда тэмпонажный раствор под действием сил бокового расширения струи начинает за0 полнять пространство остальной части сечений,

Удаление бурового раствора из зоны ММП при помощи газа снижает технологичность и увеличивает время на осуществле5 ние способа, а как следствие снижает эффективность способа при заканчивании скважин в зонах ММП, так как требуется дополнительное оборудование и персонал для его обслуживания.

0 Цель изобретения - повышение эффективности цементирования за счет сокращения времени цементирования, непрерывности технологического процесса, а также увеличение полноты вытеснения бу5 рового раствора тампонажным.

Указанная цель достигается тем, что закачивают первую порцию цементного раствора в колонну в объеме заколонного пространства ниже зоны многолетнемерз0 лых пород и осуществляют ее продувку через башмак колонны, удаляют буровой раствор из заколонного пространства в зоне многолетнемерзлых пород и заканчивают вторую порцию цементного раствора в

5 заколонное пространство с устья скважины, причем удаление бурового раствора из заколонного пространства интервала многолетнемерзлых породч осуществляют продавкой цементного раствора до устья

0 скважины, после чего осуществляют обратный переток цементного раствора в обсадную колонну до гидростатического уравновешивания его столбом бурового раствора в обсадной колонне, а закачку вто5 рой порции цементного раствора в заколонное пространство осуществляют до начала схватывания первой порции цементного раствора, причем в процессе закачки второй порции цементного раствора отмечают мак0 симальную разницу давлений в колонном и

заколонном пространствах и с началом

уменьшения этой разницы закачку второй

порции цементного раствора прекращают.

Удаление бурового раствора из зако5 лонного пространства интервала многолетнемерзлых пород продавкой цементного раствора до устья скважины и последующий обратный переток цементного раствора в обсадную колонну до гидростатического уравновешивания его столбом бурового

раствора в обсадной колонне позволяет повысить эффективность цементирования за счет сокращения времени цементирования, непрерывности технологического процесса, а также позволит увеличить полноту вытеснения бурового раствора тампонажным.

Закачка второй порции цементного раствора в заколонном пространстве до начала схватывания первой порции цементного раствора при фиксации максимальной разницы давлений в колонном и заколонном пространствах, а также прекращение закачки второй порции цементного раствора с началом уменьшения разницы давлений позволяет сократить время цементирования и предотвращает оставление излишних цементных стаканов в обсадных колоннах, что повысит эффективность цементирования скважин.

Чертеж иллюстрирует предлагаемый способ.

На чертеже изображена обсадная колонна, 1, замерзающий буровой раствор 2, внутриколонное пространство 3, заколон- ное пространство 4, цементный раствор 5, буферная жидкость 6, продавочная жидкость 7, выкидная линия 8, задвижка 9, цементировочная головка 10, манометр 11, мерная емкость 12.

Способ осуществляется следующим образом.

После спуска обсадной колонны 1 ниже зоны ММП закачивают во внутриколонное пространство 3 буферную жидкость 6, затем закачивают цементный раствор 5 и снова буферную жидкость 6. Продавливают буферную жидкость 6 продавочной жидкостью 7 до устья. Затем открывают задвижку 9 на выкидной линии 8, соединенной с цементировочной головкой 10 и осуществляют переток цементного раствора в мерную емкость 12, до выхода на равновесие, выход на равновесие можно зафиксировать по снижению скорости потока, затем начинают закачку цементного раствора с устья до начала падения максимальной разности давлений во внутриколонном пространстве 3 и заколонном пространстве. Падение давления определяют по манометру 11, При выходе цементного раствора на равновесие в расширенных участках ствола площадь контакта на границе раздела сред увеличивается, что снижает скорость перетока, а на участках ствола с номинальным диаметром скорость перетока увеличивается. Это способствует более качественному удалению бурового раствора за счет автоматического регулирования времени контакта на границе раздела сред.

После падения максимальной разности давлений на заданную величину закрывают задвижку 9 на выкидной линии 8

Пример. Бурят скважину в зоне

распространения многолетнемерзлых пород. Производят кавернометрию ствола скважины. Глубину бурения определяют, исходя из геолого-технических условий Как правило, необходимая глубина бурения определяется из условий перекрытия обсадной колонной многолетнемерзлых пород и надежного ее крепления на весь период бурения. Исходя из этого глубина спуска составляет 350-600 метров, а в некоторых

случаях до 1200 метров. По данным кавер- нометрии Определяют объем затрубного пространства и необходимый объем цементного раствора. Для подмерзлотных интервалов кавернознос ьТсбставЯяет 20-30% от

номинального диаметра скважины. Производят расчет цементирования до зоны ММП при следующих исходных параметрах; глубина скважины Н 1200 м, глубина расположениянижнейграницы

многолетнемерзлых пород Нммп 500 м, диаметр долота 393,7 мм, наружный диаметру спускаемой обсадной колонны DH 324 мм, внутренний диаметр спускаемой обсадной колонны DB 304 мм, обратный клапан типа ЦКОД устанавливают на расстоянии 10 м от башмака обсадной колонны. Объем цементного раствора в заколонном пространстве при цементировании до зоны ММП определяет по формуле

Vi - f (d2,, К - Он2) (Н - Нммп); (1)

40

Vi - з (°-394 1 3 0,3242)(1200-500)55 м3.

Объем цементного раствора в колонне определяем по формуле:

45 НЦ.СТ;

(2)

,,3042х 07мз

Тогда объем цементного раствора, который необходимо закачать в обсадную колонну

55 V 55 + 0,7 55,7 м3

Плотность цементного раствора закачиваемого во внутриколонное пространство

при цементировании до зоны ММП рассчитывают по формуле:

/Эбж Нбж +/3бж НПж;/

(3

Обозначения в формулах (1-3) следующие:

ОА - диаметр долота, м;

К - коэффициент кавернозности;

Н - глубина скважины, м;

Нммп - глубина подошвы ММП, м;

DKB - внутренний диаметр обсадной колонны, м;

/звж плотность буферной жидкости, кг/м3;

Нб.ж. - высота столба буферной жидкости, м;

А,ж- плотность продавочной жидкости, кг/м3;

Нп.ж. - высота столба продавочной жидкости, м;

Нц.р. - высота столба цементного раствора в заколонном пространстве, м;

л 1100x1374-1063x1010

/ЗЦр 2щ

150700 л107Э63° Ю20 кг/м

.з

1200

После спуска обсадной колонны закачи- вают 10 м3 буферной жидкости, затем 55,7 м3 цементного раствора, плотностью 1,8 г/см3, потом еще 10м3 буферной жидкости и продавливают буферную жидкость водой до выхода цементного раствора на устье. Затем открывают задвижку на выкидной линии и перепускают раствор в мерную емкость путем выхода его на равновесие,

Момент закрытий задвижки на стояке определяем по показанию манометра. Максимальная разность давлений между зако- лонным и внутриколонным пространствами будет наблюдаться в момент, когда цемент

ный раствор достигнет башмака обсадной колонны, после чего разность давлений начнет уменьшаться. При уменьшении давления на величину Др 1,8 кг/см . что

5 соответствует выходу цементного раствора в обсадную колЬнну на 10 м, задвижку необходимо закрыть на период 03Ц.

Способ заканчивания скважин в зонах ММП обеспечит полное вытеснение бурово10 го раствора тампонажным и позволит повысить эффективность цементирования скважин.

Формула изобретения Способ цементирования скважин в зо15 нах многолетнемерзлых пород, включающий закачку первой порции цементным раствором в колонну в объеме заколонного пространства ниже зоны многолетнемерзлых пород, ее продавку в заколонное про20 странство через башмак колонны, удаление бурового раствора из заколонного пространства в зоне многолетнемерзлых пород и закачку второй порции цементного раствора в заколонное пространство с устья

25 скважины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности цементирования за счет сокращения времени цементирования,непрерывности технологического процесса, а также увели30 чения полноты вытеснения бурового раствора тампонажным по всей глубине скважины, удаление бурового раствора из заколонного пространства интервала многолетнемерзлых пород осуществляют продавкой цемен35 тного раствора до устья скважины, после чего осуществляют обратный переток цементного раствора в обсадную колонну до гидростатического уравновешивания его столбом бурового раствора в обсадной ко40 лонне, а закачку второй порции цементного раствора в заколонное пространство осуществляют до начала схватывания первой порции цементного раствора, причем в процессе закачки второй порции цементно45 го раствора отмечают максимальную разницу давлений в колонном и заколонном пространствах и с началом уменьшения этой разницы закачку второй порции цементного раствора прекращают.

70- i

a

чтммд MM/7 TT Т Т

Использование: при заканчивании скважин в зонах многолетнемерзлых пород. Обеспечивает повышение эффективности цементирования за счет сокращения времени цементирования, непрерывности технологического процесса, увеличения полноты вытеснения бурового раствора тампонаж- ным по всей глубине скважины. Сущность изобретения: способ включает закачку первой порции цементного раствора. Ее принимают в объеме заколонного пространства ниже зоны многолетнемерзлых пород. Закачивают ее в заколонное пространство через башмак колонны. Из заколонного пространства в зоне многолетнемерзлых пород удаляют буровой раствор. Это осуществляют продавкой цементного раствора до устья скважины. С устья скважины закачивают вторую порцию цементного раствора в заколонное пространство. Осуществляют обрат- ный переток цементного раствора в обсадную колонну. Переток осуществляют до гидростатического уравновешивания цементного раствора столбом бурового раствора в обсадной колонне. Закачку второй порции цементного раствора осуществляют до начала схватывания его первой порции. При закачке второй порции отмечают максимальную разницу давлений в колонном и заколонном пространствах, Суменьшением этой разницы закачку второй порции цементного раствора прекращают. 1 ил. (Л