Splavmetal.ru

Сплав Металл
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

2. 7. 4. Крепление ствола скважины

Цемент для цементирования скважин

2.7.4. Крепление ствола скважины

2.7.4.1. Тампонажные материалы, используемые при строительстве скважин, должны иметь соответствующие сертификаты качества. Свойства тампонажных материалов (в т.ч. цементно-бентонитовых смесей) и формируемого из них цементного камня должны соответствовать требованиям стандартов. Порядок хранения и сроки использования тампонажных материалов устанавливаются заводом-изготовителем.

2.7.4.2. Спуск и цементирование обсадных колонн проводятся по планам, разработанным буровой организацией и утвержденным в установленном порядке. К плану прилагаются исходные данные для расчета обсадных колонн, использованные коэффициенты запаса прочности, результаты расчета обсадных колонн (компоновка колонны) и ее цементирования, анализ цемента, а также акт готовности скважины и буровой установки к спуску и цементированию колонны.

2.7.4.3. Перед подготовкой ствола скважины к спуску колонны должен быть проведен комплекс электрометрических работ и других исследований, необходимых для детального планирования процесса крепления.

2.7.4.4. Применение цемента без проведения предварительного лабораторного анализа для условий предстоящего цементирования колонны запрещается.

2.7.4.5. Для сохранения естественной проницаемости пористых и пористо-трещиноватых коллекторов продуктивных отложений тампонажные растворы должны иметь минимально возможную фильтрацию. Общая минерализация тампонажных растворов должна быть близка к минерализации буровых растворов, применяющихся при вскрытии продуктивных горизонтов.

2.7.4.6. Расчетная продолжительность процесса цементирования обсадной колонны не должна превышать 75% времени начала загустевания тампонажного раствора.

2.7.4.7. Выбор тампонажных материалов и растворов на их основе должен осуществляться с учетом следующих требований:

— тампонажный материал и сформированный из него камень должны соответствовать диапазону статических температур в скважине по всему интервалу цементирования;

— рецептура тампонажного раствора подбирается по динамической температуре и давлению, ожидаемым в цементируемом интервале скважины;

— плотность тампонажного раствора должна быть, как правило, не ниже плотности бурового раствора. Ограничением верхнего предела плотности тампонажного раствора при прочих равных условиях является недопущение разрыва пород под действием гидродинамического давления в процессе цементирования.

Цементный камень при наличии в цементируемом интервале агрессивных сред должен быть коррозионностойким к воздействию этих сред.

2.7.4.8. Обсадные колонны в пределах интервала цементирования должны оснащаться элементами технологической оснастки, номенклатура и количество которых определяются проектом на строительство скважины, а места установки уточняются в рабочем плане на спуск колонны.

2.7.4.9. Режим спуска обсадных колонн и гидравлическая программа цементирования должны рассчитываться и осуществляться таким образом, чтобы обеспечить минимально возможную репрессию на продуктивные горизонты и не допускать осложнений, связанных с гидроразрывом пород и поглощением. В процессе цементирования должна обеспечиваться регистрация параметров, характеризующих этот процесс.

2.7.4.10. Направления и кондуктора цементируются до устья. В нижележащей части стратиграфического разреза цементированию подлежат:

— продуктивные горизонты, кроме запроектированных к эксплуатации открытым забоем;

— продуктивные отложения, не подлежащие эксплуатации, в том числе с непромышленными запасами;

— водоносные проницаемые горизонты;

— горизонты вторичных (техногенных) скоплений нефти и газа;

— интервалы, сложенные пластичными породами, склонными к деформациям;

— интервалы, породы которых или продукты их насыщения способны вызывать ускоренную коррозию обсадных труб.

2.7.4.11. Высота подъема тампонажного раствора над кровлей продуктивных горизонтов, а также устройством ступенчатого цементирования или узлом соединения секций обсадных колонн, а также башмаком предыдущей обсадной колонны в нефтяных и газовых скважинах должна составлять соответственно не менее 150 м и 500 м.

2.7.4.12. Все вышеуказанные интервалы цементирования объединяются в один общий. Разрыв сплошности цементного кольца по высоте за обсадными колоннами не допускается. Исключения составляют случаи встречного цементирования в условиях поглощения.

Читайте так же:
Растворы готовые кладочные цементные гост

2.7.4.13. Общая проектная высота подъема тампонажного раствора за обсадными колоннами должна обеспечивать:

— превышение гидростатических давлений составного столба бурового раствора и жидкости затворения цемента над пластовыми давлениями перекрываемых флюидосодержащих горизонтов;

— исключение гидроразрыва пород или развитие интенсивного поглощения раствора;

— возможность разгрузки обсадной колонны на цементное кольцо для установки колонной головки.

При ступенчатом цементировании, спуске колонн секциями нижние и промежуточные ступени обсадных колонн, а также потайные колонны должны быть зацементированы по всей длине.

2.7.4.14. При перекрытии кондуктором или промежуточной колонной зон поглощения, пройденных без выхода циркуляции, допускается подъем тампонажных растворов до подошвы поглощающего пласта с последующим (после ОЗЦ) проведением встречного цементирования через межколонное пространство. Запрещается приступать к спуску технических и эксплуатационных колонн в скважину, осложненную поглощениями бурового раствора с одновременным флюидопроявлением, осыпями, обвалами, затяжками и посадками бурильной колонны, до ликвидации осложнений.

2.7.4.15. Цементировочная головка до ввода ее в эксплуатацию и далее с периодичностью, установленной документацией изготовителя, должна быть опрессована давлением, в 1,5 раза превышающим максимальное расчетное рабочее давление при цементировании скважины.

2.7.4.16. Нагнетательные трубопроводы для цементирования до начала процесса должны быть опрессованы на полуторакратное ожидаемое рабочее давление. Порядок работ по цементированию устанавливается документацией, разработанной тампонажной организацией и согласованной с буровой организацией.

2.7.4.17. В целях обеспечения безопасности производства работ при креплении скважин агрегаты необходимо устанавливать на заранее подготовленной площадке, при этом должны соблюдаться следующие расстояния:

— от устья скважин до блок-манифольдов, агрегатов — не менее 10 метров;

— от блок-манифольдов до агрегатов — не менее 5 метров;

— между цементировочными агрегатами и цементосмесительными машинами — не менее 1,5 метров.

Кабины передвижных агрегатов должны быть расположены в противоположную от цементируемой скважины сторону.

2.7.4.18. Результаты спуска обсадной колонны и ее цементирование оформляются актами по установленной форме и хранятся в деле скважины на протяжении всего периода ее эксплуатации наряду с заключениями геофизических организаций о фактическом состоянии цементного камня за обсадными колоннами.

Цементирование скважин

Цементирование буровых скважин является завершающим этапом их подготовки к эксплуатации и служит, прежде всего, для обеспечения максимальной долговечности всей конструкции. Производится цементирование колонны скважин путем применения технологии (прообраз которой впервые появился в далеком 1905 году на бакинских промыслах Российской империи), направленной на полное вытеснение специальным цементным раствором буровых жидкостей. Поскольку итогом цементирования становится образование непроницаемой «пробки» (или «тампона») – заливаемая смесь также носит название тампонажной.

Причины необходимости цементирования скважин

Главными среди них следует назвать три:
  • необходимость значительного повышения общей конструктивной прочности (цементирование нефтяных скважин, а также цементирование газовых скважин нивелирует влияние на обсадные трубы сил, возникающих при подвижках грунтов)
  • цементирование скважин позволяет защитить металлическую трубную поверхность от коррозии, вызываемой подпочвенной влагой
  • кроме того, скважина, соединяющая собой различные нефте-, газо- и водоносные горизонты при цементировании вновь надежно изолирует их друг от друга, предотвращая смешивание

Технология цементирования скважин

Современная технология цементирования скважин существенно отличается от своей «прабабушки» столетней давности – как компьютеризированными технологическими расчетами нужного водоцементного соотношения для цементных растворов (учитывающими десятки различных геологических, климатических, технических и прочих параметров), так и использующимися для них же специализированными добавками.

Читайте так же:
Цемент портланд м500 д20
В число последних входят:
  • кварцевый песок (позволяющий минимизировать усадку и максимально увеличить прочность)
  • волокнистая целлюлоза (не допускающей утечки жидкого цемента даже в самую пористую породу)
  • «грунтующие» полимеры (при застывании расширяющиеся и уплотняющие прилежащий грунт)
  • «пуццоланы» (крошка сверхлегких минералов вулканического происхождения – водостойких и не боящихся агрессивных химикатов)

Кроме того, в процессе цементирования нефтяных скважин (а также цементирования газовых скважин) производится многоступенчатый контроль качества получаемого тампонажа.

Качество цементирования скважин оценивается с помощью следующих процедур:
  • термической (необходимой для определения уровня поднятия цемента)
  • акустической (позволяющей в 100% случаев обнаружить внутренние пустоты в цементе за счет разной скорости прохождения звуковой волны)
  • радиологической (своеобразного «рентгена» при цементировании скважин)

Способы цементирования скважин

На сегодняшний день используют 4 основных способа цементирования скважин:
  • одноступенчатое, или сплошное (после заливки цементной смеси в обсадную колонну, последняя заглушается пробкой, на которую под избыточным давлением подают промывочный раствор – в результате чего происходит вытеснение цемента в затрубное пространство)
  • двухступенчатое (технологически идентичное первому способу, но производящееся последовательно и отдельно для нижней части, а затем для верхней – при этом оба отдела разделяются специальным кольцом)
  • манжетное (также использующее сплошное кольцо-манжету – но уже для возможности провести цементирование скважин только в их верхней части)
  • обратное (единственный метод с заливкой раствора не в колонну, а сразу в затрубное пространство – с вытеснением буровых либо очистных растворов в колонную полость)

Процесс цементирования скважин

Сам процесс цементирования скважин происходит в 5 последовательных этапов:
  • в бетономешалках готовится тампонажная цементная смесь с необходимым водоцементным соотношением и количеством добавок
  • готовый к заливке раствор подается в скважину
  • запускается та или иная процедура его вытеснения в пространство между трубами и стенами шахты
  • ожидается окончание периода полного застывания
  • производится контроль качества (вышеописанными в предыдущих разделах методами)

Для удобства работы оборудование для цементирования скважин устанавливается на шасси одного из видов грузовиков (КАМАЗ, УРАЛ и пр.). Это удобно сразу по двум причинам – отсутствия необходимости каждый раз привлекать сторонние транспортные средства для перевозки комплексов конвейерного, смесительного, нагнетающего и прочего цементирующего оборудования, и возможности стационарно запитать данные системы от автомобильных двигателей.

В результате процесс подготовки раствора принимает следующий вид – все составляющие части дозируются и соединяются в бетономешалке, посредством добавления воды замешиваются до получения полностью однородной массы и закачиваются насосами в скважину (давление при этом достигает 30-35 МПа).

Новые добавки для эффективного решения технологических задач при цементировании скважин

Заключительной стадией строительства нефтяных и газовых скважин является крепление затрубного пространства колонны обсадных труб тампонажными растворами с целью создания долговечного, прочного изолированного канала.

The article presents new developments of well cements Group of companies Mirrico.

Технологические ошибки в необратимом процессе формирования цементного камня в заколонном пространстве могут привести к некачественному разобщению пластов, значительным экономическим затратам по ликвидации брака и в конечном счете свести к нулю ожидаемый эффект качества цементирования.

  • физико-химические свойства буровых и тампонажных растворов, их совместимость;
  • режим движения промывочных жидкостей в заколонном пространстве и время контактирования со стенкой скважины;
  • центрирование колонны, режим движения тампонажных растворов;
  • применение автоматизированных агрегатов, дополнительных устройств и т. д.
Читайте так же:
Чем смазать пластиковые формы для цемента

В настоящее время, в период увеличения доли разрабатываемых месторождений со сложными геологическими условиями, когда возрастают требования по рациональному недропользованию и экологической безопасности, возникает необходимость уделять особое внимание качеству завершающей стадии строительства скважины — ее креплению.

Повышающиеся требования к качеству цементирования диктуют необходимость расширения базисной линейки добавок для цементных растворов и разработки новых высокоэффективных композиций.

Группа компаний «Миррико» в течение 10 лет осуществляет разработку решений и комплексные поставки реагентов, материалов и добавок для всех этапов строительства нефтяных и газовых скважин. Собственная научно-техническая база, производственные мощности и квалифицированный персонал позволяют разрабатывать и внедрять уникальные реагенты. Результатом создания отдела химических реагентов для цементирования в составе ООО «Промышленная химия» стало расширение линейки продукции под торговой маркой ATREN. К настоящему времени линейка добавок для цементирования ГК «Миррико» включает понизители водоотдачи, пеногасители, пластификаторы, замедлители, буферные композиции, стабилизаторы, армирующие агенты, наполнители. Данные реагенты успешно применяются буровыми и сервисными компаниями, позволяя решать технологические задачи высокого уровня, при этом повышая качественные результаты.

Как известно, для полной гидратации цементного порошка необходимо наличие 0,4-кратного количества воды от его массы. При этом только 60% ее связывается химически, остальные 40% исходной воды остаются в порах цементного геля в слабосвязанном состоянии. Под воздействием температуры, давления и агрессивной среды протекают процессы седиментации и фильтрации тампонажного раствора, приводящие к увеличению проницаемости цементного камня, ухудшению прочностных характеристик крепи и нарушению целостности ее структуры. Традиционное использование полимерных композиций для снижения показателя водоотделения не всегда оправдано, так как они удлиняют сроки гидратации цементных частиц, приводят к усадке цементного камня в условиях протекания процесса контракции.

Применение реагента Atren Light позволяет создавать облегченные седиментационно-устойчивые тампонажные системы. Тиксотропная добавка Atren Light вступает в реакцию с ионами кальция, образуя трехмерную гелеобразную сетку. Структура геля создает достаточную вязкость, что позволяет увеличивать водоцементное отношение без излишнего выделения свободной воды. Порошок Atren Light обычно смешивается в сухом виде с цементом в концентрациях 0,5 – 2% от веса цемента, при этом плотность цементного раствора может быть 1300 – 1700 кг/м 3 .

Как показывают экспериментальные данные (табл. 1) и опыт применения, глинопорошок плотностью 2600 кг/м 3 максимально снижает плотность цементного раствора до 1500 кг/м 3 , при этом водосмесевое отношение составляет 1. Дальнейшее понижение не представляется возможным по причине резкого ухудшения физико-механических свойств образующегося цементного камня.

Раствор с добавкой Atren Light имеет прочность, удовлетворяющую ГОСТ 1581-96, более короткие сроки загустевания и схватывания по сравнению с цементно-бентонитовыми смесями. Использование химического наполнителя Atren Light для облегчения цементных растворов с сохранением прочностных характеристик вместо гельцемента является целесообразным, а по отношению к промышленно выпускаемым облегченным цементам и экономически рентабельным.

Широкое распространение в технологиях крепления скважин получили алюмосиликатные полые микросферы АСПМ, позволяющие облегчать раствор до 1500 кг/м 3 при В/Ц=0,6 и содержании 10%. Увеличение концентрации АСПМ до 20% в цементной смеси позволяет достичь плотности тампонажного раствора вплоть до 1250 кг/м 3 (рис. 1), однако при этом увеличивается флюидопроницаемость, что негативно сказывается на качестве контакта на границах «порода – цемент» и «цемент – обсадная колонна». Поэтому оптимальное соотношение компонентов с применением микросфер должно составлять 90:10 или 85:15.

Читайте так же:
Термозащита для волос керастаз цемент

Тем не менее из-за большой разницы в удельных весах самого цемента и добавки АСПМ в цементном растворе под действием гравитационных сил протекают процессы седиментации, приводящие к расслоению всей системы. Введение добавки Atren Light в концентрациях 0,5 – 1,5% способствует равномерному распределению частиц цемента и АСПМ, получению однородной структурной матрицы с минимальным содержанием свободной воды. Это позволяет решить проблему всплытия микросфер, создав седиментационно-устойчивую дисперсную систему (рис. 2).

Уменьшением водотвердого отношения возможно добиться седиментационной устойчивости тампонажного раствора, однако при одновременном сохранении его подвижности необходимо вводить пластифицирующий агент.

Решением задачи обеспечения подвижности тампонажного раствора может служить применение добавки Atren Plast 1. В отличие от традиционных пластификаторов действие пластифицирующего агента Atren Plast 1 ввиду особенностей химической природы полимеров основывается на совокупности стерического и электростатического факторов. При этом эффективность данной добавки достигается при концентрации до 0,1% от массы цемента, а температура применения – до 1700С.

Как показывают лабораторные испытания (рис. 3), введение пластификатора Atren Plast 1 в тампонажный раствор плотностью 1,94 г/см 3 в концентрации 0,08% к массе смеси значительно снижает реологические характеристики раствора.

Эффективность пластифицирующего действия Atren Plast 1 в 3 – 4 раза больше по сравнению с традиционным пластификатором С-3 на сульфонафталиновой основе.

В скважинных условиях, при высоких давлениях, во избежание потери значительного количества отфильтрованной воды необходимо использовать понизитель фильтрации. Добавление химического реагента Atren Cem производства ГК «Миррико» к цементному раствору позволяет значительно снизить показатель фильтрации, уменьшить водоотделение; при этом данный понизитель фильтрации обладает совместимостью со всеми классами цемента, а также со многими добавками других производителей.

Одним из высокоэффективных продуктов для подготовки ствола скважины перед цементированием, предлагаемых ГК «Миррико», является химический отмывающий буфер Atren Spacer W на основе водного раствора смеси поверхностно-активных веществ, комплексонов и полезных добавок. Данный реагент в ходе лабораторных тестов и промышленного применения на месторождениях Западной Сибири доказал свою эффективность по сравнению с другими отмывающими буферными жидкостями. Моющий буфер Atren Spacer W активно разрушает и смывает глинистую и углеводородную корку при расходе 3 – 4 кг на 1 м 3 раствора, что обеспечивает полную очистку затрубного пространства скважины.

Совместное применение в технологических процессах понизителя фильтрации Atren Cem, пластификатора Atren Plast, отмывающего буфера Atren Spacer W, наполнителя Atren Light, пеногасителей Atren Antifoam и других реагентов, поставляемых группой компаний «Миррико», способствует повышению качественных показателей процесса крепления нефтяных и газовых скважин.

Специалисты Группы компаний «Миррико» готовы предложить высокоэффективные решения технологических задач цементирования с применением химических реагентов, удовлетворяющих различным геолого-техническим условиям.

Технологии

В настоящее время большая часть нефти и газа добывается с применением технологии гидравлического разрыва пласта (ГРП). В процессе ГРП цементное кольцо подвергается многократным воздействиям высокого давления и перепадов температур, что вызывает ухудшение сцепления цементного камня с колонной и породой, его разрушение и, как следствие, потенциальные нежелательные перетоки флюидов и газа по заколонному пространству. Технология элластичного цемента за счёт своих свойств (пониженный модуль Юнга и увеличенные прочности на сжатие и разрыв) позволяет сохранять свою целостность после воздействия экстремальных условий. Выполнение работ по цементированию с использованием данной системы осуществляется сходным образом с обычными работами по цементированию и не требует модификаций цементировочного флота или использования значительного количества дополнительного оборудования.

Читайте так же:
Песок цемент кривой рог

Преимущества:

  • Повышение качества крепления скважины
  • Увеличение дебита за счет надежной изоляции стадий ГРП
  • Предотвращение межколонных давлений (МКД) и межколонных перетоков (МКП)
  • Долгосрочная устойчивость цементного камня к перепадам температур и давлений

Основные технические параметры:

  • Диапазон плотностей: 1200 – 2200 кг/м3
  • Модуль Юнга:

Опыт применения: ХМАО, ЯНАО, Р.Беларусь

ЭластоЦем-Арм — технология армированного эластичного цемента

Высокие прочностные характеристики цементной системы на разрыв за счет армирования гибкими металлическими элементами. Превышение данного показателя более чем на 200% в сравнении с стандартными цементными системами на основе ПЦТ-I-G-CC-1 плотностью 1,90 г/см3.

Арктические цементы

АрктикЦем и АрктикЦемЛайт — системы обеспечивающие гарантированный набор прочности в интервале многолетнемерзлых пород (ММП)

Системы с низким тепловыделением вследствие отсутствия ускорителей в их составе. Регулируемые сроки схватывания и загустевания арктических систем позволяют подобрать оптимальные параметры для проведения работ. Прицип работы за счет оптимального подбора соотношения компонентов.

Опыт применения: ЯНАО

Облегченные цементы

УльтраЛайт – облегченная цементная система с плотностью ниже плотности воды

Традиционно, для цементирования интервалов, имеющих низкие градиенты ГРП, применяется ступенчатое цементирование с использованием МСЦ или технологии пеноцемента. Однако, данные подходы имеют ряд существенных недостатков: операционные риски, использование специализированного оборудования, увеличение сроков проведения работ, высокая стоимость. Для цементирования скважин с системой УльтраЛайт не требуется специального оборудования. Технология основана на использовании твердых частиц различных размеров, подобранных в оптимальном соотношении, что позволяет достичь максимально плотной упаковки и создать стабильный раствор с контролируемыми физическими характеристиками.

Преимущества:

  • Снижение гидравлической нагрузки на пласты и риска поглощений
  • Плотность ниже, чем у пено-цемента
  • Уход от двухступенчатого цементирования

Основные технические параметры:

  • Плотность: до 920 кг/м3 (легче воды)
  • Прочность на сжатие до 13 МПа

Расширяющие добавки

ExCem — расширяющаяся цементная добавка для исключения межколонных давлений (МКД) и улучшения сцепления

Исследования, проведенные в нефтегазовой отрасли, показали, что после размещения цемента в затрубном пространстве в процессе ОЗЦ наблюдается снижение гидростатического давления, передаваемого столбом цементного раствора. Это происходит вследствие комбинации факторов: роста СНС в процессе схватывания, фильтрации жидкости в проницаемые интервалы, а также усадки цементного раствора. В определенных условиях давление в затрубном пространстве может снижаться ниже пластового, что является одной из причин миграции флюидов.

Реакция гидратации силикатов кальция при твердении цемента происходит с уменьшением объема (усадка). Общая усадка составляет 3-5% по объему. При этом выделяют внутреннюю (увеличение пористости цементной матрицы) и внешнюю усадку (изменение внешних геометрических размеров). Именно внешняя усадка оказывает наибольшее негативное воздействие на качество изоляции при цементировании за счет формирования микро-зазоров на границе цемент-колонна и цемент-порода, которые могут служить проводниками пластовых флюидов. Данный эффект наиболее характерен для интервалов без доступа внешней воды к цементу в процессе его затвердевания.

Добавка ExCem включает компоненты, гидратация которых протекает с увеличением объема. При этом реакция имеет место как в процессе загустевания, так и после затвердевания цемента. Таким образом происходит рост кристаллов внутри цементной матрицы и увеличение ее внешних размеров (компенсация усадки и расширение).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector