технология бурения 3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В частности, агрегаты типа ЦА-320 и его аналоги, монтируются на базе шасси грузового автомобиля и имеют два насоса. Первый – высокого давления с приводом от двигателя автомобиля, предназначенный для закачивания и продавки цементного раствора. Насос имеет сменные втулки диаметром 110 и 125 мм и способен обеспечить давление 32 МПа и подачу до 25л/с. Другой насос – водяной, производительностью 13 л/с, с давлением до 1,5 МПа, имеет отдельный привод и предназначен для подачи воды при приготовлении цементного раствора. Цементировочный агрегат имеет две мерные емкостью по 3,2 м3 с внутренней обвязкой, приемный бак 0,25 м3, систему трубопроводов длиной 50 м на быстросъемных соединениях. Обвязка цементировочного агрегата позволяет производить откачку жидкости из одной емкости с одновременным заполнением другой, перекачку жидкости из одной емкости в другую, проведение откачки жидкости насосами высокого и низкого давления и т.д. Существует несколько модификаций данного агрегата: 5ЦА-320С на санях; 5ЦА-320ГБ на гусеничном прицепе и др. [9, 11, 12].

Цементировочные агрегаты типа ЗЦА-400 и его аналоги имеют насос высокого давления 11Т (Рмах=40МПа, Q=37л/с), две емкости по 3 м3, приемный бачок, трубопроводы и т.д. Агрегаты данного типа не имеют водоподающего насоса, что предопределяет некоторую специфику в обвязке цементировочной техники.

Современными аналогами рассмотренных цементировочных агрегатов являются установки СИН 35 (УНБ 200х50), оборудованные трехплунжерными насосами СИН 32 с диаметром плунжеров 100 и 125 мм и обеспечивающие максимальное рабочее давление 50 и 32 МПа соответственно.

Для закачки и продавки цементного раствора могут также использоваться насосные агрегаты АН-500 (Рмах до 50МПа) и АН-700 (Рмах до 70МПа), снабженные плунжерными насосами высокого давления. В отличие от цементировочных агрегатов, агрегаты типа АН не имеют мерных емкостей. Они также используются для гидроразрыва пластов (ГРП) и солянокислотных обработок.

Смесительные машины и агрегаты (рисунок 17.39) применяют для транспортирования цемента и приготовления цементных, а также буровых растворов из глинопорошков. Наибольшее применение находят цементосмесительные машины 2СМН-20 и 2АС-20. Агрегаты монтируются на шасси автомобиля и включают бункер емкостью 14,5м3, в который можно загрузить 20 т чистого цемента при стационарном положении агрегата, транспортная грузоподъемность шасси составляет 10т. Данный факт необходимо учитывать при планировании и подготовке операций цементирования, когда возникает необходимость использования специальных цементовозов. Цементосмесительные агрегаты оснащены воронкой и шнеком для загрузки цемента, поставляемого в мешках. В бункере смесительной машины располагаются шнеки, перемещающие цемент к узлу затворения.

277

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рисунок 17.39 – Цементосмесительная машина; а – общий вид; б – вид сзади

Рисунок 17.40 – Блок манифольдов БМ-700; а – общий вид; б – напорный коллектор; в – коллектор низкого давления.

Большинство машин и агрегатов имеет гидровакуумное смесительное устройство, присоединяемое к торцу разгрузочной коробки, в которую шнеками подается цемент. Одновременно в камеру смесительного устройства насосом закачивается вода. При движении воды в камере создается разрежение, происходит подсасывание цемента и смешение его с водой. Образующийся раствор по выкидной трубе стекает в приемный чан, откуда непрерывно подается в скважину цементировочным насосом. Плотность получаемого цементного раствора регулируется подачей воды или сухого цемента.

На базе рассмотренных агрегатов изготавливались агрегаты 1СМН-10 и 3СМН-10 с вариантом для вертолетной перевозки или перевозки на полозьях.

Блок манифольдов (рисунок 17.40) применяется для централизованной обвязки цементировочных агрегатов с устьем скважины. Он состоит из напорного коллектора высокого давления для соединения цементировочных насосов и агрегатов с устьем скважины и коллектора низкого давления (раздаточной гребенки) для распределения воды и продавочной жидкости, подаваемой к цементировочным агрегатам. Блоки манифольдов оборудуют грузоподъемными устройствами, которые используются при монтаже и демонтаже линий обвязки.

278

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Агрегаты для контроля процесса цементирования. К данной группе агре-

гатов относятся станция контроля цементирования (СКЦ). Она устанавливается на автомобиле и имеет приборы для визуального контроля и записи давления на цементировочной головке, расхода и плотности жидкости, закачиваемой в скважину. Их датчики устанавливают на блоке манифольдов.

Вспомогательные агрегаты. К ним относятся осреднительные емкости, цементовозы и др.

Осреднительные емкости предназначены для аккумулирования приготовленного цементного раствора, его кондиционирования, выравнивания свойств и включаются в обвязку цементировочной техники. Цементовозы применяются для доставки цемента на буровые и перегрузки его в цементосмесительные машины.

В последние годы, в связи с выходом зарубежных фирм на российский нефтяной рынок, широко начали применяться цементировочные комплексы зарубежного производства (Халибертон и др.). Они включают два трехплунжерных насоса высокого давления с производительностью, варьируемой в широких пределах, лопастную мешалку для приготовления раствора, емкость для выравнивая параметров получаемого раствора, циркуляционный насос для кондиционирования раствора, электронную систему дозирования цемента и жидкости затворения; регулирования параметров получаемого раствора; управления подачей насосов при закачке всех жидкостей, закачиваемых в скважину. Их применение существенно упрощает схему обвязки техники при цементировании, облегчает управление процессом, обеспечивает постоянство параметров технологических жидкостей.

Российские машиностроители также начали производство подобных цементировочных комплексов (рисунок 17.40).

Рисунок 17.41 – Комплекс для цементирования скважин СИН 35.10.

17.6. Организация и проведение процесса цементирования

Руководство процессом цементирования осуществляет ответственный представитель тампонажной службы по плану работ на крепление скважины, утвержденному буровой организацией. Он проверяет готовность цементировочной техники к выполнению операций, проводит инструктаж с

279

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

персоналом по очередности ввода в работу машин, заданному режиму работы агрегатов, допустимым максимальным давлениям, значениям плотности тампонажного раствора, а также распределяет объемы продавочной жидкости и дает другие указания в соответствии с планом.

В случае возникновения осложнений при цементировании, вызванных поглощением бурового или тампонажного раствора, газо-, водо-, нефтепроявлениями и др., дальнейшие операции по цементированию следует согласовать с ответственным представителем буровой организации.

Запрещается начинать цементирование обсадной колонны при наличии газонефтепроявления в скважине.

Если при цементировании обсадной колонны возникнут признаки газонефтепроявлений, то процесс цементирования следует продолжить с регулированием противодавления в заколонном пространстве с помощью превентора.

При цементировании скважины не допускается загрязнение территории буровой использованными тампонажными и буровыми растворами, а также их сброс в открытое море и другие водоемы.

17.6.1. Подготовительные работы к цементированию

Данный этап работ по креплению скважин включает вопросы, обеспечивающие выполнение работ по креплению скважин с максимальной эффективностью.

Подготовка тампонажных материалов

Применяемый тампонажный материал должен соответствовать геологическим условиям цементирования скважин (по пластовым давлениям и температурам) и удовлетворять требованиям ГОСТ 1581-96 или соответствующих технических условий.

Потребное количество тампонажного материала для цементирования обсадной колонны в пробуренной скважине следует определять с учетом данных профилеметрии. Для проектируемых скважин учитывается имеющийся опыт цементирования скважин на конкретной площади.

Количество тампонажного материала, затареного в смесители, необходимо контролировать взвешиванием.

Подбор рецептуры тампонажного раствора необходимо производить заблаговременно в соответствии со стандартными методиками, и не менее чем за пять суток до цементирования результаты должны быть переданы на буровую и внесены в карточку «испытание проб тампонажного раствора».

Подбор рецептур тампонажного раствора для конкретных условий должен осуществляться производственными лабораториями тампонажных и буровых организаций, а для отдельных глубоких скважин – соответствующими лабораториями территориальных научно-исследовательских организаций.

280

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Если со дня выбора рецептуры до начала цементирования прошло 10 суток, то рецептуру следует подвергнуть контрольной проверке и в случае необходимости провести ее корректировку.

Проведение цементирования при отсутствии результатов контрольных испытаний проб тампонажного материала и рецептуры раствора запрещается.

Доставка тампонажных материалов на буровую, как правило, должна осуществляться специально оборудованными транспортными средствами (цементосмесительными машинами, цементовозами, контейнерами и т.д.). При транспортировке и в процессе хранения тампонажных материалов на объектах должна быть обеспечена надежная их защита от атмосферных осадков, паводковых вод и т.п.

Рекомендуется применять тампонажные смеси, как правило, заводского приготовления. В случае использования тампонажных смесей, приготавливаемых непосредственно при загрузке цементосмесительных машин, необходимо произвести 2–3 кратное перетаривание сухой смеси из одного бункера в другой. Перебункеровке подлежат также тампонажные материалы, которые хранились в цементосмесительных машинах более 2 суток перед началом цементирования.

Тампонажные материалы длительного хранения (лежалые цементы) следует подвергнуть дополнительному диспергированию с помощью дезингеграторных установок, мельниц и других устройств или применять активацию тампонажного материала (раствора).

Подготовка цементировочного оборудования

Заявка (заказ) на цементирование обсадной колонны должна быть передана в тампонажную службу за 6–7 суток и подтверждена за сутки до проведения работ. В зависимости от местных условий эти сроки могут быть скорректированы.

При подготовке к выезду на буровую следует очистить мерные емкости агрегатов, проверить соответствие размеров цилиндровых втулок и поршней цементировочных насосов ожидаемому давлению, наличие и исправность манометров высокого и низкого давлений, предохранительных клапанов и запорных устройств, а у цементосмесительных машин – соответствие размеров насадок заданной плотности тампонажных растворов.

Цементировочные головки должны быть оборудованы манометрами, кранами высокого давления и заблаговременно опрессованы на полуторократное максимальное рабочее давление, которое ожидается при цементировании.

Конструкция цементировочной головки должна обеспечивать возможность предварительного размещения в ней цементировочной пробки соответствующего размера, удерживаемой с помощью стопоров (шпилек), и исключать возникновение перепада давления над пробкой при цементировании.

Если ожидаемое рабочее давление при цементировании превышает 20,0 МПа, следует заблаговременно проверить рабочие соединения мани-

281

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

фольдов цементировочных агрегатов и опрессовать их поэлементно на полуторократное ожидаемое давление.

Бункеры цементосмесительных машин и цементовозов перед загрузкой в них шлаковых или магнезиальных цементов должны быть тщательно очищены от портландцемента и смесей, содержавших портландцемент, промыты и просушены, а автоцистерны – очищены от загрязнения.

Потребное количество единиц цементировочной техники определяется исходя их технических характеристик, объема тампонажных смесей и продавочной жидкости с учетом завершения процесса цементирования за расчетное время.

Подготовка к процессу цементирования

До начала спуска обсадной колонны на буровой при необходимости следует произвести планировку площадки для размещения цементировочной техники, установку емкостей и монтаж дополнительных водоводов и освещения. При этом необходимо обеспечить горизонтальность размещения цементировочных агрегатов.

При цементировании должны применяться осреднительные емкости, блок-манифольд и станция контроля цементирования (СКЦ).

До начала цементирования в мерных емкостях цементировочных агрегатов или специальной емкости должна быть приготовлена согласно рецептуре жидкость затворения с 10 %-ным резервным объемом. Также заблаговременно необходимо подготовить буферную и продавочную жидкости.

Обвязка агрегатов с цементировочной головкой должна предусматривать наличие отдельной напорной линии для продавливания верхней цементировочной пробки после закачивания тампонажного раствора.

Нагнетательные линии должны быть опрессованы давлением, в 1,5 раза превышающим максимальное ожидаемое давление при цементировании.

Для предупреждения осложнений при закачке и продавке тампонажных растворов следует проверить совместимость буферной жидкости с буровым и тампонажным растворами, не допуская при этом ухудшение их свойств. Потребное количество буферной жидкости должно быть определено согласно расчетной методике.

Обвязка цементировочной техники. Расстановка и обвязка цементиро-

вочной техники на буровой проводится в соответствии с утвержденной схемой, учитывающей наличие цементировочной техники по видам, количество применяемых тампонажных материалов и технологических жидкостей и др.

При любом количестве тампонажных материалов необходимо наметить узлы приготовления тампонажных материалов по видам, определив количество цементировочных агрегатов, работающих с каждой цементосмесительной машиной.

Например, со смесительной машиной при приготовлении цементного раствора может работать один агрегат типа ЦА-320 или его аналог, компоновка которых позволяет забирать жидкость затворения из мерника ЦА, и

282

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

водоподающим насосом качать эту жидкость на узел приготовления, а насосом высокого давления закачивать приготовленный тампонажный раствор в скважину.

В то же время, агрегат типа ЦА-400 или его аналог, не имеющий водоподающего насоса, сможет в паре со смесительной машиной , либо только приготовить тампонажный раствор, либо только провести его закачку в скважину. Поэтому со смесительной машиной должно работать два агрегата подобного типа.

Необходимо предусмотреть обвязку линий, подающих жидкость затворения и продавочную жидкость, при необходимости запланировав для этой цели дополнительные цементировочные агрегаты. С отдельным (побочным) агрегатом обвязывается линия, соединяющая его с верхним отводом цементировочной головки, через которую начинается процесс продавки тампонажного раствора.

Через блок манифольдов к цементировочным агрегатам протягиваются линии подачи технологических жидкостей. Датчики давления, расхода и плотности закачиваемой жидкости, расположенные на блок-манифольде соединяются со станцией контроля цементирования.

Примерная схемы обвязки цементировочной техники отечественного производства приведена на рисунке 17.42.

Рисунок 17.42– Схема расстановки спецтехники и оборудования при цементированииобсадных колонн с массой цемента до 90 тонн

1– Цементировочный агрегат ЦА-320А – 8 ед.; 2 – Цементосмесительная машина – согласно тоннажа; 3 – Осреднительная емкость УСО – 1 ед.; 4 – БМ-700 – 1 ед.; 5 – СКЦ-ИМС-01 – 1 ед.; 6 – Линия подачи жидкости затворения;

7 – Линия подачи продавочной жидкости; Нагнетательная линия высокого давления; Линия подачи готового цементного раствора;

Отвод для промывки нагнетательной линии; Компьютерная линия

283

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

17.6.2. Проведение процесса цементирования

Приготовление тампонажных растворов и закачивание их в скважину.

Подачу тампонажного материала в смесительное устройство следует начинать после обеспечения стабильного режима работы цементосмесительной машины. Закачивание затворяемого раствора непосредственно в скважину запрещается.

Время вывода цементосмесительных машин на стабильный режим работы с требуемой плотностью тампонажного раствора не должно превышать 1,5–2 мин. В процессе приготовления тампонажных растворов не допускается колебания их плотности относительно заданной более чем на ± 0,03 г/см3 для «чистых» портландцементов и ±0,05 для утяжеленных или облегченных тампонажных смесей.

Как правило, сначала готовится облегченный тампонажный раствор, а затем раствор нормальной плотности (тяжелый раствор). При этом заранее определяется порядок работы узлов приготовления растворов. Приготовленный тампонажный раствор откачивают в осреднительную емкость (УСО – установка смесительная осреднительная), где он непрерывно перемешивается. После того как осреднительная емкость заполнится на 60–70%, из нее начинают отбирать тампонажный раствор и закачивать в скважину, одновременно продолжая затворение растворов. Освободившиеся от приготовления раствора цементировочные агрегат, набирают в свои мерники продавочную жидкость.

Продавливание тампонажного раствора

После того как весь тампонажный раствор будет закачан в скважину, на цементировочной головке освобождают продавочную пробку и отдельно стоящим агрегатом (пробочным) начинают продавку тампонажного раствора. В это время производится промывка нагнетательных линий от остатков тампонажного раствора.

При цементировании эксплуатационных колонн продавку тампонажного раствора рекомендуется начинать с закачивания 2–2,5м3 воды или водного раствора ПАВ (кроме случаев, когда продавочная жидкость - утяжеленный буровой раствор) для обеспечения последующего прохождения геофизических приборов до забоя.

Если после прокачивания расчетного объема продавочной жидкости давление «стоп» не зафиксировано, то допускается дополнительное закачивание ее до 5 % сверх расчетного объема.

Для предотвращения резкого повышения давления «стоп» последние 2 % объема продавочной жидкости следует закачивать одним или двумя цементировочными агрегатами на первой скорости.

При использовании насосов буровой установки для продавливания тампонажного раствора рекомендуется применять устройство УОК конструкции ВНИИБТ.

284

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Давление «стоп» должно быть выше максимального в конце цементирования на 2,5–3,0 МПа, но не превышать максимально допустимое давление, определяемое из условий прочности секции обсадной колонны на внутреннее давление с учетом плотностей жидкостей, заполняющих трубное и затрубное пространство.

Контроль за процессом цементирования

Централизованный контроль и управление процессом цементирования обсадных колонн осуществляют с помощью станции контроля цементирования (СКЦ).

Параллельно с работой СКЦ в процессе цементирования необходимо:

-в каждом пункте (узле) приготовления тампонажного раствора непрерывно производить замеры его плотности ареометром с отбором проб из бачков для затворения и блок-манифольда для последующего их хранением в течение времени ОЗЦ;

-контролировать давление нагнетания жидкостей в обсадную колонну по манометрам высокого давления на цементировочных агрегатах и блок-манифольде;

-учитывать текущий и суммарный объемы закачанных в скважину жидкостей по тарированным емкостям цементировочных агрегатов;

-визуально контролировать характер циркуляции и корректировать режим работы агрегатов в случае возникновения поглощения в сква-

жине.

Давление нагнетания жидкости затворения в смесительную камеру следует контролировать с помощью манометров с пределами измерения 0-4,0 МПа, устанавливаемых на компенсаторах цементосмесительных машин.

Объем закачанного в скважину тампонажного раствора следует контролировать по данным станции контроля цементирования и количеству использованной жидкости затворения. Расхождение фактического и расчетного объемов приготовленного раствора более чем на 5 % не допускается.

17.6.3. Заключительные работы после цементирования

После окончания продавливания тампонажного раствора избыточное давление на устье обсадной колонны следует снизить до атмосферного и в таком положении оставить скважину на установленное время ОЗЦ. В случае негерметичности обратного клапана необходимо вновь создать в колонне избыточное давление, величина которого должна быть на 1,0–1,5 МПа выше рабочего, и закрыть краны на цементировочной головке. Следует иметь в виду, что оставление обсадной колонны под давлением может ухудшить ее контакт с цементным камнем, а также негативно отразиться на оценке качества цементирования из-за возможного образования микрозазоров на границе цементный камень – обсадная колонна из-за уменьшения диаметра труб при снятии внутреннего давления после ОЗЦ.

285

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Впериод ОЗЦ следует контролировать и регулировать давление на цементировочной головке, не допуская его роста более 1,5 МПа с записью в буровом журнале времени снижения давления и количества жидкости, излившейся из колонны. После прекращения роста давления необходимо снизить избыточное давление в колонне до атмосферного.

По окончании цементирования обсадных колонн, перекрывающих пласты с АВПД и газовые горизонты, а также в скважинах, склонных к газоводонефтепроявлениям, на период ОЗЦ рекомендуется герметизировать заполненное до устья затрубное пространство и обеспечить дежурство цементировочного агрегата, обвязанного с устьем скважины.

Запрещается производство работ, связанных с разбуриванием цементных стаканов и элементов технологической оснастки в колоннах, перекрывающих пласты с АВПД или продуктивные горизонты до окончания установленного времени ОЗЦ и монтажа на устье скважины противовыбросового оборудования.

Продолжительность времени ОЗЦ должна устанавливаться в зависимо-

сти от статической забойной температуры Тзаб.ст. и составлять:

16 ч – при цементировании кондукторов и промежуточных колонн; 24 ч – при цементировании эксплуатационных колонн; При цементировании промежуточных, эксплуатационных колонн,

«хвостовиков» с высокими забойными температурами ОЗЦ принимается не менее 12 ч.

Вотдельных случаях допускается корректировка сроков ОЗЦ в зависимости от свойств фактически применяемых тампонажных материалов в целях достижения тампонажным камнем необходимой прочности в соответствии с требованиями ГОСТ или ТУ.

При цементировании обсадных колонн в интервалах многолетнемерзлых пород время ОЗЦ устанавливается на основании лабораторных испытаний.

17.6.4. Оценка качества цементирования скважин

Для оценки качества цементирования скважин необходимо применять оптимальный комплекс геофизических исследований (термометрия, радиоактивный и акустический методы).

Метод термометрии следует применять в случае невозможности использования радиоактивного и акустического методов из-за ограничений (малый диаметр скважины, небольшая разница в плотностях бурового и тампонажного растворов и т.д.)

Не рекомендуется использовать метод термометрии по истечении времени тепловыделения формирующимся цементным камнем, а также в высокотемпературных скважинах и обсадных колоннах, зацементированных шлаковым или гельцементным растворами.

286