Технология цементирования

Технология цементирования складывалась на основе многолетнего практического опыта и совершенствовалась с использованием достижений науки и техники. На со­временном уровне она включает систему отработанных норм и правил выполнения це­ментировочных работ, а также типовые схемы организации процесса цементирования. В каждом конкретном случае технологию цементирования уточняют в зависимости от конструкции и состояния ствола скважины, протяженности цементируемого интервала, горно-геологических условий, уровня оснащенности техническими средствами и опыта проведения цементировочных работ в данном районе.

Применяемая технология должна обеспечить:

• цементирование предусмотренного интервала по всей его протяженности;

• полное замещение промывочной жидкости тампонажным раствором в пределах цементируемого интервала;

• предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости;

• получение цементного камня с необходимыми механическими свойствами, с вы­сокой стойкостью и низкой проницаемостью; обеспечение хорошего сцепления цементного камня с обсадной колонной и стенками скважины.

При разработке технологии цементирования для конкретных условий прежде все­го подбирают такой способ который должен обеспечить подъем тампонажного раство­ра на заданную высоту, заполнение им всего предусмотренного интервала (а если есть необходимость, то и защиту некоторого интервала от проникновения тампонажного раствора), предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости при движении по обсадной колонне.

Наиболее полное замещение промывочной жидкости происходит при турбулент­ном режиме (98 %), худшие показатели (42 %) дает струйный режим.

Для наиболее полного замещения промывочной жидкости рекомендуется ряд ме­роприятий:

• тщательное регулирование реологических свойств промывочной жидкости, за­полняющей скважину перед цементированием, с целью снижения вязкости и ста­тического напряжения сдвига до минимально допустимых значений;

• нагнетание тампонажного раствора в затрубное пространство со скоростями тече­ния, обеспечивающими турбулентный режим;

• применение соответствующих буферных жидкостей на разделе промывочной жидкости и тампонажного раствора;

• вращение обсадной колонны при подаче тампонажного раствора в затрубное про­странство;

• применение полного комплекса технологической оснастки обсадной колонны.

При разработке технологии подбирают тампонажный материал, рецептуру и свой­ства тампонажного раствора, определяют режим закачки и продавки тампонажного раствора, суммарную продолжительность цементировочных работ и промежуток вре­мени, необходимый для формирования в затрубном пространстве цементного камня с достаточной прочностью, позволяющей возобновить работы в скважине.

Рис. 10.1. Схема одноступенчатого цементирования

Одноцикловое (одноступенчатое) цементирование с двумя пробками

Способ одноциклового цементирования с двумя пробками (рис. 10.1) был пред­ложен в 1905 г. бакинским инженером А. А. Богушевским.

По этому способу после завершения подготовительных работ в колонну вводят нижнюю пробку с проходным каналом, временно перекрытым диафрагмой.

На верхний конец колонны навинчивают цементировочную головку и приступают к закачке тампонажного раствора, который тут же приготавливают в смесительной установ­ке. Когда весь расчетный объем цементного раствора закачан в скважину, освобождают верхнюю пробку, которая до этого удерживалась в цементировочной головке шпильками. Начиная с этого момента в обсадную колонну подают продавочную жидкость, под давле­нием которой верхняя пробка гонит вниз столб цементного раствора. Вследствие своей более высокой плотности цементный раствор под собственным весом вытесняет промы­вочную жидкость, что отмечается по падению давления на цементировочной головке.

Как только нижняя пробка достигнет упорного кольца, давление над ней повысит­ся и под его воздействием диафрагма, перекрывающая канал в нижней пробке, разру­шится; при этом наблюдается повышение давления на 4...5 МПа. После разрушения диафрагмы раствору открывается путь в затрубное пространство.

Объем продавочной жидкости, закачанной в скважину, непрерывно контролируют. Когда до окончания продавки остается 1.2 м продавочной жидкости, интенсивность по­дачи резко снижают. Закачку прекращают, как только обе пробки (верхняя и нижняя) вой­дут в контакт; этот момент отмечается по резкому повышению давления на цементировоч­ной головке. В обсадной колонне под упорным кольцом остается некоторое количество раствора, образующего стакан высотой 15.20 м. Если колонна оснащена обратным кла­паном, можно приоткрыть краны на цементировочной головке и снизить давление.

Двухступенчатое (двухцикловое) цементирование

Двухступенчатым цементированием называется раздельное последовательное це­ментирование двух интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).

Этот способ по сравнению с предыдущим имеет ряд преимуществ. В частности он позволяет:

• снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента;

• существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затрубном про­странстве без значительного роста давления нагнетания;

• уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве;

• избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, ис­пользуемого в верхнем интервале, что, в свою очередь, позволяет более правиль­но подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала.

Для осуществления двухступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную зали­вочную муфту (рис. 10.2). Подготовку скважины к цементированию ведут тем же пу­тем, что был описан выше. После промывки скважины и установки на колонну цемен­тировочной головки приступают к закачке первой порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему первой ступени. Закачав нужный объем це­ментного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку первой ступени, которая беспре­пятственно проходит через заливочную муфту (рис. 10.3, а).

Рис. 10.2. Схема двухступенчатого цементирования

Продавочной жидкостью вытесняют раствор в затрубное пространство.

После закачки объема продавочной жидкости, равного внутреннему объему об­садной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобож­дают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку второй ступени. До­стигнув заливочной муфты, пробка садится во втулку и под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 10.3, б). Сигналом открытия отверстий яв­ляется резкое падение давления нагнетания.

Существуют две разновидности способа двухступенчатого цементирования. По од­ной из них тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени - это так называемый способ непрерывного цементи­рования. В другом случае после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор второй ступени подают в сква­жину спустя некоторое время, например требуемое для схватывания раствора первой порции, - такое цементирование называется двухступенчатым с разрывом.

Рис. 10.3. Заливочная муфта для ступенчатого цементирования: а - при цементировании первой ступени, б - при цементировании второй ступени,

1 - корпус 2- верхнее седло, 3 - верхняя втулка, 4 - заливочное отверстие,

5 - нижнее седло, 6 -нижняя втулка

Этот способ позволяет повысить качество цементирования нижнего интервала за счет регулирования гидродинамического давления в затрубном пространстве.

Третью пробку (верхняя пробка второй ступени) вводят в колонну после подачи всего расчетного объема раствора для цементирования второй ступени. За третьей проб­кой в скважину нагнетают продавочную жидкость. Эта пробка задерживается в заливоч­ной муфте и под давлением смещает вниз втулку, которая перекрывает отверстия.

Резкое повышение давления сигнализирует о завершении цементирования. После этого скважину оставляют в покое для формирования цементного камня.

Способ обратного цементирования

Под обратным цементированием понимается такой способ, когда цементный раствор с поверхности закачивают прямо в затрубное пространство, а находящийся там буровой раствор через башмак, поступает в обсадную колонну и по ней выходит на поверхность.

Способ обратного цементирования уже давно привлекает внимание специалистов, однако широкого промышленного применения пока не получил в силу ряда техниче­ских трудностей, и в первую очередь сложности контроля момента достижения це­ментным раствором низа обсадной колонны и надежного обеспечения высокого каче­ства цементирования в этой наиболее ответственной части.

Установка цементных мостов

В отдельных случаях возникает необходимость в обсаженном или открытом стволе скважины надежно изолировать от остальной его части отдельный интервал (например, при проведении испытаний пластов в обсаженной скважине последовательно от нижнего к верхнему, при переходе на эксплуатацию вышележащего продуктивного горизонта и т. п.). Самый распространенный на практике способ изоляции нижнего интервала скважины - создание в стволе цементного моста. Его устанавливают также при необходимости созда­ния искусственного забоя (например, при искривлении ствола скважины и т. п.).

Цементный мост представляет собой цементный стакан в стволе высотой в несколько десятков метров, достаточной для создания надежной и непроницаемой изоляции.