Конспект_ТС

покое на период твердения цементного раствора. Разделительные пробки изготовляют из легкоразбуриваемых материалов (резина, пластмасса, дюралюминий и т.п.).

Если колонна оборудована прочными и герметичными обратными клапанами, после окончания закачки продавочной жидкости ее целесообразно оставлять открытой на устье.

При цементировании длинных колонн сигнал об остановке верхней пробки приходит на поверхность и фиксируется манометром на устье с запозданием на несколько секунд. Так как закачка жидкости в колонну продолжается, то под влиянием быстро возрастающего давления могут быть разрушены пробка, упорное кольцо или колонна. Во

избежание этого на расстоянии 150-200 м от упорного кольца устанавливают сигналкольцо (рис. 6). Сигнал - кольцо 3 укрепляют в колонне с помощью срезных шпилек 2, вставленных во втулку 1. Герметичность кольца обеспечивается манжетами 4. В момент, когда верхняя пробка достигнет сиг- нал-кольца и давление в колонне резко возрастет, возникнет сигнал, который через несколько секунд будет зафиксирован на поверхности как скачок стрелки манометра. При повышении давления на 3-4 МПа шпильки срезаются, и пробка продолжает двигаться к упорному кольцу. Получив на

Рисунок 6 – Сигналповерхности сигнал, операторы смогут своекольцо временно прекратить закачку продавочной

жидкости.

Двухступенчатое цементирование (с разрывом во времени)

производят, когда:

1)трудно обеспечить поднятие уровня раствора на требуемую

высоту;

2)требуется цементирование не всего объема затрубного пространства, а лишь заданных интервалов;

3)раствор может затвердеть раньше окончания процедур цементирования (например, при высокой забойной температуре).

В этом случае интервал цементирования делят на две части, а в обсадной колонне у границы раздела устанавливают специальную цементировочную муфту (рис. 7). Снаружи колонны над муфтой и под ней размещают центрирующие фонари.

Сначала цементируют нижнюю часть колонны. Для этого в колонну закачивают первую порцию цементного раствора в объеме, необходимом для заполнения кольцевого пространства от башмака колонны до цементировочной муфты (рис. 8, а), а затем продавочную жидкость. Для цементирования первой ступени объем продавочной

41

		жидкости должен быть равен внутрен-
		нему объему колонны. Закачав прода-
		вочную жидкость, сбрасывают в колонну
		шар 12 (рис. 8, б). Под действием силы
		тяжести шар опускается по колонне и
		садится на нижнюю втулку 7 цементиро-
		вочной муфты. Тогда вновь начинают
		закачивать продавочную жидкость в ко-
		лонну. Давление в ней над пробкой воз-
		растает, втулка 7 смещается вниз до
		упора 10, а продавочная жидкость через
		открывшиеся отверстия 8 выходит за
		колонну. Через эти отверстия скважину
		промывают, пока не затвердеет цемент-
		ный раствор (от нескольких часов до су-
		ток) (рис. 8, в).
		После этого в колонну закачивают
		вторую порцию цементного раствора,
		освобождают верхнюю пробку 13 и вы-
		тесняют раствор второй порцией прода-
		вочной жидкости (рис. 8, г). Пробка, дос-
		тигнув втулки 5, укрепленной с помощью
		штифтов 6 в корпусе цементировочной
		муфты, сдвигает ее вниз; при этом втул-
		ка 5 закрывает отверстия 8 муфты и ра-
		зобщает полость колонны от кольцевого
	Рисунок 7 – Цементиро-	пространства (рис. 8, д). После затвер-
		дения цементного раствора пробки раз-
	вочная муфта	буривают.
	1- корпус, 2- уплотнение,	Место установки муфты выбирают
	3- верхняя втулка, 4- срезные
		в зависимости от причин, вызвавших
	штифты, 5- запорная втулка,	проведение ступенчатого цементирова-
	6- отверстия, 7 – нижняя втул-
	ка, 8 - ограничитель	ния. В газовых скважинах цементиро-
		вочную муфту устанавливают на 100-

200 м выше кровли продуктивного горизонта. Если же при цементировании скважины существует опасность поглощения, место установки муфты рассчитывают так, чтобы сумма гидродинамического давления и давления столба растворов в заколонном пространстве была меньше давления разрыва пласта. Цементировочную муфту следует размещать против устойчивых непроницаемых пород и центрировать фонарями.

При описанных выше способах цементирования возникает опасность зацементирования малодебетных или сильно дренированных пластов, в результате чего резко снизится производительность скважины. В этом случае часть эксплуатационной колонны, располагающу-

42

а

б

в

г

д

Рисунок 8 - Схема двухступенчатого цементирования

а - закачка цементного раствора для нижней степени;

б - перед окончанием цементирования нижней ступени; в - промывка скважины после цементирования нижней ступени;

г - продавка цементного раствора для верхней ступени; д - окончание цементирования верхней ступени; 1 - цементировочная головка; 2 - обсадная колонна;

3 - цементный раствор для нижней ступени; 4 - промывочная жидкость; 5 - верхняя втулка муфты; 6, 9 - срезные штифты; 7 - нижняя втулка;

8 - отверстия в муфте; 10 - ограничитель перемещения нижней втулки; 11 - продавочная жидкость для нижней ступени; 12 - шар; 13 - верхняя разделительная пробка; 14 - цементный раствор для второй ступени;

15 - продавочная жидкость для второй ступени

юся в пределах нефтеносного и газоносного пластов составляются из перфорированных труб (фильтра) и производят манжетное цемен-

43

тирование скважины.

В процессе манжетного цементирования цементный раствор из обсадной колонны в затрубное пространство скважины поступает через боковые отверстия в обсадных трубах, расположенных над фильтром. Ниже боковых отверстий внутри обсадной колонны на стыке труб устанавливается «прямой» клапан, открывающийся вверх и пропускающий жидкость только снизу вверх, а снаружи устанавливают воронкообразную манжету. Назначение манжеты - преградить путь цементу вниз. Манжета представляет собой воронку, изготовленную из эластичного материала (брезента, кожи и т. п.), высотой 60-70 см, причем верхний диаметр манжеты несколько больше диаметра скважины.

Цементирование хвостовиков. Хвостовик (рис. 9) спускается на бурильных трубах 1 с помощью переводника 4 с левой резьбой. Так как диаметры хвостовика обсадных труб 9 и бурильных труб, на которых его спускают, существенно различны, для разделения цементного раствора и продавочной жидкости используют цементировочную пробку, состоящую из двух частей. Нижняя часть 8 подвешивается в хвостовике на специальном патрубке 6 с помощью штифтов 7. Верхняя 2 движется по колонне бурильных труб 1 за цементным раствором. Когда верхняя часть пробки садится в отверстие нижней пробки и перекрывает его, создается избыточное давление, штифты срезаются, и до упорного кольца обе части пробки движутся совместно.

Рисунок 9 – Схема цементирования хвостовика

44

9. ТАМПОНИРОВАНИЕ В ЗОНАХ ОСЛОЖНЕНИЙ

9.1 Схемы тампонирования зон осложнений

Осложнением называется нарушение состояния скважины, которые затрудняет процесс проведения бурения вплоть до необходимости его прекращения. Часто осложнения являются причиной сложных аварий из-за прихвата инструмента.

Распространенным видом осложнений является поглощение промывочной жидкости. Поглощение может быть частичным, когда жидкость выходит на поверхность и полным, когда вся закачиваемая в скважину жидкость поглощается в скважине. В свою очередь полное поглощение может быть интенсивным и катастрофическим.

Катастрофические поглощения чаще всего возникают, когда скважина вскрывает зону влияния горных работ. После проведения горных работ (выемки полезного ископаемого) породы кровли оседают, разделяясь трещинами и разрушаясь на куски. При катастрофическом поглощении статический уровень жидкости (расстояние от устья до уровня в скважине) находится непосредственно в зоне влияния выработки или у ее подошвы, а при доливе жидкости динамический уровень не устанавливается.

Интенсивное полное поглощение характеризуется тем, что статический уровень располагается на некотором расстоянии от подошвы зоны поглощения. Чем меньше проницаемость зоны поглощения, тем выше находится статический уровень, т.к. для движения жидкости в породе необходимо определенное гидростатическое давление. Долив в скважину жидкости, поднимает уровень жидкости, который является динамическим.

Интенсивность поглощения может быть охарактеризована коэффициентом поглощающейся способности зоны:

	KT =	Q	,
		hст −hдин

где Q – количество поглощаемой жидкости, м3/ч,

hст, hдин – соответственно статический и динамический уровни, измеренные от устья скважины, м.

Полное поглощение характеризуется величиной КТ от 1 до 20. Работам по тампонированию поглощающих и водопроявляющих

зон должны предшествовать расходометрические исследования проницаемого интервала с целью определения его местоположения, мощности, характера изменения проницаемости по мощности, количественной оценки проницаемости. Эти данные позволяют более полно оценить сложности предстоящих тампонажных работ, выбрать схему и технологию тампонирования, получить исходные данные для вычис-

45

ления параметров трещиноватости, а затем и объемов тампонажной смеси.

Наиболее простой способ тампонирования проницаемой зоны заключается в заливке тампонажного раствора в скважину через колонну бурильных труб (схема а, рис. 10). По этой схеме тампонируют слабые водопроявления и поглощения, характеризующиеся коэффициентом Кт=0,5–2 при глубине скважины до 150-200 м.

Бурильные трубы рекомендуется устанавливать от 3 до 25 м выше кровли зоны поглощения. Режим закачки должен обеспечивать высоту столба тампонажного раствора над кровлей 2–5 м. С увеличением интенсивности поглоще-

	ния скорость закачки следует
	увеличивать.
	Для изоляции				водопро-
	являющего		горизонта			конец
	бурильных труб надо опускать
	до подошвы проницаемой зо-
	ны с обеспечением уровня 2–5
	м тампонажного раствора над
	кровлей в процессе закачки.
	В слабопроницаемых зо-
	нах, залегающих на глубине
	свыше 200 м, при частичном
	поглощении или слабом водо-
	проявлении требуется создать
	избыточное			давление		на
	пласт, чтобы обеспечить на-
	дежное проникновение тампо-
	нажного раствора во все тре-
	щины горных пород. В этом
	случае тампонирование					про-
	водят	по колонне бурильных
	труб	через пакер (схема б),
	устанавливаемый выше кров-
	ли поглощающего или					водо-
	проявляющего горизонта.
	Использование				пакера
	позволяет		ликвидировать по-
	глощения с Кт=2-4. Тампонаж-
	ный	раствор		нагнетается
	только в заданный интервал,
	что	обеспечивает			высокую
Рисунок 10 - Схемы тампонирова-	эффективность изоляционных
	работ и минимальное загряз-
ния зон осложнений	нение ствола скважины.

46

С использованием пакера возможно последовательное тампонирование нескольких проницаемых зон снизу вверх.

При возникновении поглощения намного выше забоя, но и на значительной глубине от устья скважины тампонируют по схеме в через двойное пакерующее устройство. Обычно такие поглощения вызваны гидроразрывом горных пород или некачественным тампонированием ранее встреченных поглощающих зон.

При отсутствии двойного пакера возможно тампонирование по схеме б с установкой в подошве проницаемого интервала разбуриваемого пакера или специального моста.

Места установки пакерующих устройств выбирают по данным кавернометрии на участках скважины, представленных крепкими породами с небольшой разработкой стенок.

Для изоляции поглощений с Кт=2–10 применяется схема г. В скважину после полного или частичного перебуривания поглощающего интервала в колонковой трубе спускают БСС, сроки схватывания которой должны быть подобраны таким образом, чтобы смесь начала схватываться сразу же после ее выдавливания. За счет некоторого избыточного гидростатического давления смесь заполняет трещины в приствольной зоне. После твердения раствора скважину разбуривают. При неполном вскрытии поглощающей зоны такая операция повторяется (поинтервальное тампонирование). Эффективность тампонирования обусловлена правильным подбором сроков твердения тампонажного состава и его реологических свойств в момент выдавливания.

В колонковой трубе могут доставляться сухие компоненты смеси, разрушаемые в зоне осложнений специальным снарядом.

Тампонирование по схеме д связано с использованием тампонажных устройств (скважинных смесителей), с помощью которых тампонажный состав готовится непосредственно в проницаемом интервале. Это позволяет существенно продлить время на проведение изоляционных работ до начала схватывания смеси. Схема используется для изоляции проницаемых зон с Кт=2–10. Заполнение трещин здесь, как и в схеме г, происходит под действием гидростатического давления смеси, имеющей большую плотность, чем пластовая жидкость. Эффективность ее зависит от надежности получения заданной рецептуры тампонажного состава.

Совместное использование пакерующего устройства и скважинного смесителя позволяет готовить смесь непосредственно в зоне осложнения и нагнетать ее в трещины под избыточным давлением. С помощью этих устройств ликвидируются поглощения с Кт=10–15.

По схеме е производят тампонирование зон катастрофического поглощения (Кт=15–25) с помощью устройств для перекрытия пластов. Она эффективна в интервалах проницаемых зон, представленных горными выработками и кавернами с размерами по диаметру, превышающими три номинальных диаметра скважины.

47

9.2 Особенности тампонирования зон осложнений при бурении нефтегазовых скважин

Способы и средства борьбы с осложнениями при бурении глубоких скважин на нефть и газ зависят от интенсивности поглощения.

При поглощении малой интенсивности (менее 10-15 м3/час) рекомендуются следующие мероприятия по ликвидации поглощения:

1.В мелко трещиноватых и гранулированных породах переход с промывки водой на промывку глинистым раствором.

2.Снижение гидростатического давления промывочной жидкости путем применения облегченных буровых растворов, аэрации промывочной жидкости и т.д.

3.Введение в циркулирующий буровой раствор наполнителей,

размер которых меньше размера трещин.

При поглощении средней интенсивности (15-60 м3/час) применя-

ется:

1.Закачка (продавливание) в зону поглощения высокоструктурированного тиксотропного бурового раствора и прекращение бурения на 2-6 часов для образования в трещинах и порах структурной сетки.

2.Закачка в зону поглощения специального тампонажного рас-

твора:

а) глиноцементного раствора; б) быстросхватывающейся смеси (тампонажный раствор с ус-

корителем схватывания); в) специальные тампонажные растворы (битумные составы,

растворы на основе синтетических смол).

При поглощении высокой интенсивности (60-200 м3/час) рекомендуется использовать:

1.Нагнетание в поглощающий пласт тампонажных растворов.

2.В твердых известняках, песчаниках, доломитах допускается бурение без выхода промывочной жидкости на поверхность. В качестве бурового раствора в этом случае используют воду. Частицы выбуренной породы попадают в поглощаемую зону и постепенно заполняют трещины, выполняя функцию закупоривающего материала. Интен-

сивность поглощения при этом снижается.

При поглощении с интенсивностью более 200 м3/час используют:

1.Снижение интенсивности поглощения путем намыва в зону осложнения песка, глины, торфа и т.д. Намыв производится без бурения по колонне бурильных труб со снятым долотом. После снижения интенсивности поглощения выполняется тампонирование БСС.

2.Зона поглощения изолируется специальными перекрывающими устройствами. Конструкция и принцип действия таких устройств описан в разделе 11.5.

48

10. ЛИКВИДАЦИОННОЕ ТАМПОНИРОВАНИЕ

Ликвидационное тампонирование производится по окончании бурения разведочной скважины и служит для устранения возможности сообщения между собой отдельных горизонтов месторождения через старые стволы скважин. От качества ликвидационного тампонирования при последующей эксплуатации месторождения зависит приток воды или газа в выработки, безопасность работ, а при гидрогеологическом бурении сохранность водоносных горизонтов.

Существует два метода ликвидационного тампонирования. Простой метод тампонирования заключается в заполнении

всей скважины тампонирующей смесью. По этому методу тампонируют скважины, не вскрывшие угольные пласты рабочей мощности, не пересекающие водоносные и поглощающие горизонты и горные выработки. Простой метод применяется и в случае, когда скважина пересекла горные выработки, но они изолированы обсадными трубами до проведения ликвидационных работ.

В качестве тампонирующего раствора используют смесь тампонажного цемента с суглинками, песком, золой (табл. 7). Для ускорения схватывания составы могут обрабатываться хлористым кальцием в количестве 3-4% от твердой фазы. Могут также применяться пластичные глиноцементные растворы и отверждаемые глинистые растворы. При применении глиноцементных растворов требуется создание избыточного давления 6-8 МПа через герметизированное устье в течении 30-40 мин.

Сложный метод ликвидационного тампонирования (специальный метод) заключается в установке разделительных изолирующих пробок (мостов). Разделительные пробки устанавливают в кровле неизолированных горных выработок, угольных пластов рабочей мощности, рудных тел, которые рассматриваются как перспективные горные выработки, кровле проявившихся при исследовании в скважине напорных и поглощающих горизонтов, в почве горных выработок, пластов и водонапорных горизонтов, а также на коренных и покровных отложениях.

Разделительные пробки могут быть различных конструкций. На рис. 11 приведена схема деревянной разрезной пробки. В средней части пробки 9 вставлена пружина 10. Нижнюю конусную часть пробки скрепляют проволокой 11. Верхнюю часть протачивают по диаметру колонковой трубы 4.

Перед спуском пробку плотно вставляют в колонковую трубу длиной не менее 4 м и закрепляют гвоздями. В трубу поверх пробки засыпают щебень 6 на высоту 0,4 – 0,5 м, а остальную часть трубы заполняют тампонажной смесью 5 и накрывают круглой картонной пластиной 3. Навинчивают переходник 2, и на колонне бурильных труб 1 снаряд опускают в скважину.

49

Рисунок 11 – Тампонажная			Рисунок 12 – Схема постановки
разделительная пробка			разделительной пробки
1		– бурильные трубы; 2 – переходник;	1	– колонковая труба
3		– разделительная пластина;	2	– тампонажная смесь
4		– колонковая труба;	3	– деревянная пробка
5		– тампонажная смесь; 6 – щебень;	4	- распорная пружина
7	– деревянный клин; 8 – гвозди;
9	– деревянная пробка; 10 – распорная

пружина; 11 - проволочная стяжка

В месте постановки разделительной пробки содержимое трубы выдавливается промывочной жидкостью (рис. 12). Пружина раскрывает половинки пробки, прижимая их к стенкам скважины. Поверх бетонной смеси через бурильные трубы нагнетается тампонирующая смесь.

Расстояние между разделительными пробками на угольных ме-

50