Способы цементирования обсадных колонн

Способы цементирования обсадных колонн

Одним из наиболее важных процессов при разработке скважины для добычи нефти является цементирование обсадных колонн. Под этим процессом подразумевают заполнение определенного отрезка специальным раствором, который приготавливается на основе связующего вещества (чаще всего используется цемент, давший название процедуре). Вяжущий состав после затвердевания приобретает прочную структуру, надежно фиксирующую требуемый интервал обсадной колонны.

Цементирование обсадных колонн может проводиться разными способами, выбор которых осуществляется, исходя из цели и условий. Чаще всего процедура необходима в рамках следующих работ:

  • Изоляция отдельных пластов породы друг от друга при их вскрытии в ходе бурения скважины.
  • Подготовка и установка мостов, которые должны изолировать низ скважины.
  • Фиксация обсадных колонн в висячем положении и изоляция места за ними.
  • Изолирование пластов, обладающих поглотительной функцией.
  • Защита обсадной колонны от коррозийных процессов, которые начинаются при наличии в пространстве агрессивных составов и газов.

Что такое цементирование обсадных колонн скважины

Процедура цементирования осуществляется в несколько этапов и включает 5 ключевых работ. К ним относится создание раствора для тампонажа, закачка смеси в скважину, подача состава в пространство за колоннами, прерывающий интервал, во время которого состав застывает, и проверка готового результата на предмет качества. Сам процесс также может осуществляться разными методами, которые отличаются особенностями подачи цементной смеси в пространство за обсадной колонной и применяемой техникой.

Заливка цементного раствора в область за колонной может осуществляться двумя методами:

  • Раствор помещается в саму обсадную колонну, после чего проходит ее по длине до башмака, откуда заливается в промежуток за трубами, а затем заполняет его снизу. Данный процесс называется прямым цементированием, будучи определенным аналогично процедуре промывки скважинного ствола для нефтедобычи.
  • Раствор для тампонажных работ подается непосредственно в пространство за колонной, после чего заполняет место сверху. Этот вид подачи смеси называется обратным цементированием.

Выбор оборудования осуществляется в соответствии с определенным способом и технологией.

Способы цементирования обсадных колонн

Наиболее частыми методами, применяемыми для цементирования этих элементов в скважине, являются следующие виды:

  • Обработка в один цикл с 2 пробками. Этот способ известен с 1905 года и заключается в следующем: после окончания подготовки в колонну помещается специальная, оснащенная каналом пробка. Сверху на трубу устанавливается головка для цементирования, после чего заливается раствор для тампонажа. Когда он полностью заполняет пространство, пробка, расположенная сверху, высвобождается, после чего в колонну осуществляют подачу вещества для промывки, и под ее избыточным давлением пробка продавливает вниз раствор цемента. Из-за высокого веса раствор выталкивает более легкую жидкость для промывки. По достижении нижней пробкой низа показатели давления становятся повышенными, диафрагма перекрытия в ней разрушается, а раствор устремляется в пространство за трубой.
  • Обработка обсадной колонны в два цикла. Способ подразумевает последовательную процедуру обработки двух интервалов (сверху и снизу). Метод более удобен тем, что дает возможность уменьшить пластовое давление, если уровень поднятия смеси слишком высок, снизить процент загрязнения смеси, которое может произойти при соединении с жидкостью для промывки, не допустить термического влияния на качество цемента. Метод обработки двухциклового типа может проводиться по двум алгоритмам: согласно первому, заливка проводится за нижней пробкой, а по второму циркуляция раствора для бурения начинается заново после открытия муфты, а раствор для тампонажа подается внутрь по истечении времени, требуемого для затвердевания уже залитой смеси.
  • Манжетный метод. Он используется в случае, если требуется предотвратить загрязнение продуктивного слоя цементом, обладающего низким уровнем давления. Метод подразумевает установку муфты с отверстиями напротив нижней точки отрезка колонны, чтобы через нее был пропущен раствор в пространство за обсадной трубой. В ходе заливки манжета расправляется и закрывает трубу так, что раствор только продвигается наверх, а ниже уровня муфты ставится клапан, закрывающий доступ в расположенный ниже сегмент.
  • Обратное цементирование. При данном методе раствор заливается сразу в пространство за обсадной колонной, а раствор для бурения, который находился там, попадает в трубы и по ним поступает на поверхность земли. Данный способ цементирования достаточно сложен с технической точки зрения.
Читайте также:  Домашние цветы в горшках уход за ними

Технология цементирования обсадных колонн

Технология, по которой осуществляются процессы, формировалась в течение многих лет и в настоящее время продолжает подвергаться модернизации и изменениям. Сегодня она включает ряд опробованных на практике норм, проводится по определенным правилам. В конкретных случаях технологию следует уточнять; это зависит от конструкции ствола, технического состояния скважины, длины отрезка для цементирования, геологических особенностей местности, степень технической подготовки и других факторов.

Использующаяся технология должна создавать условия для следующих процессов:

  • Цементирование отрезка колонны по всей длине.
  • Полноценное замещение вещества для промывки раствором для тампонажных работ по длине выбранного отрезка.
  • Защита смеси от загрязнений, в том числе попадания жидкости, которая используется при промывке.
  • Создание цементной твердой основы высокой прочности, хорошо сцепленной со стенками ствола и трубами.

В ходе разработки выбирается подходящий материал для тампонажной смеси, которая готовится по специальному рецепту, определяется способ заливки и продавливания, общую длительность работы и отдельных процедур.

Цементирование скважин

Изобретение относится к области горного дела, в частности к цементированию обсадных колонн скважин.

Известен способ цементирования обсадных колонн (Вадейкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. – М.: AKADEMA, 2004. – С. 300-303), при котором цементный раствор под напором продается через внутреннюю полость обсадной колонны, а буровой раствор вытесняется через затрубное пространство.

Основным недостатком известного способа цементирования является то, что в районе башмака обсадной колонны создается высокое давление, складывающееся из статического давления и потерь напора на прокачивание цементного раствора в заколонном пространстве, что может быть причиной гидроразрыва пластов пород в зоне башмака обсадной колонны.

Известен способ цементирования обсадных колонн (Вадейкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. – М.: AKADEMA, 2004. – С. 307-309), включающий закачивание под давлением цементного раствора в заколонное пространство через герметично закрепленную цементировочную головку и вытеснение бурового раствора через внутреннюю полость обсадной колонны.

Основным недостаткам известного способа цементирования является возникновение высокого давления в районе башмака обсадной колонны и над ним в заколонном пространстве, так как давление в нем будет складываться из статического давления столба цементного раствора и потерь напора на прокачку цементного раствора в заколонном пространстве и бурового раствора во внутренней полости обсадной колонны, что может привести к гидроразрыву пластов пород в зоне башмака обсадной колонны.

Задачей изобретения является разработка способа цементации обсадных колонн, позволяющего снизить давление в зоне обсадной колонны.

Для этого в способе цементирования обсадных колонн, включающем подачу цементного раствора из затрубное пространство и удаление бурового раствора из затрубного пространства, цементный раствор подают самотеком в затрубное пространство, а удаляют газлифтом, струйным, винтовым или центробежным насосом.

При такой технологии цементации заметно снижается давление на пласты пород как в зоне башмака обсадной колонны, так и на более высоких горизонтах, так как подача цементного раствора осуществляется только за счет гравитационных сил ввиду возникновения депрессии во внутренней полости колонны вследствие откачки бурового раствора погружным насосом.

Реализация предлагаемого способа цементирования обсадных колонн поясняется на примере использования в качестве погружного насоса – газлифта, сопровождающегося графическими материалами, где на фиг. 1 представлена схема цементации с использованием гибкой колонны труб; на фиг. 2 – схема цементирования с использованием колонны бурильных труб.

Способ цементирования обсадных колонн

Для цементации (фиг. 1), например, обсадной колонны с башмаком называемой кондуктором, опущенной в направление 2 монтируют в устьи его раструб 3, соединенный трубопроводом, снабженным краном 4 с цементировочным агрегатом 5. На кондукторе 1 закреплена герметично трубная головка 6, имеющая отвод 7 с краном 8 и трубопроводом 9 отвода очистного агента в мерную емкость (не показанную на фиг.). трубная головка имеет так же шаровой кран 10, или запорный плашечный привентор, над которым расположен сальник 11, на расстоянии L достаточном для размещения обратного клапана 12 располагаемого на нижнем конце гибкой колонны 13, намотанной на барабан 14, соединенный с компрессором (не показан на рисунках).

В случае использования в качестве трубопровода (фиг.2) подвода сжатого воздуха колонны бурильных труб 15, на трубной головке 6 устанавливается плашечный глухой привентор 16 и универсальный привентор 17. В этом случае сжатый воздух от компрессора может подаваться через вертлюг буровой установки (не показанный на фигурах). По мере монтажа оборудования в скважине образуется кольцевое пространство Z и V (Z – затрубное пространство, V – межтрубное пространство). Цементацию осуществляют следующим образом. Перед началом цементации известными способами рассчитывают объем затрубного и внутритрубного пространства, осуществляют монтаж технологического оборудования по схеме, представленной на фиг.1 или фиг.2, затворяют расчетный объем цементного раствора, отмечают уровень бурового раствора в мерной емкости и открывают кран 8. включают подачу сжатого воздуха в гибкую колонну 13 (фиг. 1), который отжимает обратный клапан 12 и, аэрируя буровой раствор, находящийся в кольцевом пространстве, начинает вытеснять буровой раствор через трубопровод 9 в мерную емкость. По мере начала поступления бурового раствора в мерную емкость открывают кран 4 и соединяют емкость цементировочного агрегата 5 с раструбом 3. В виду того, что из полости V происходит откачка газлифтным эффектом бурового раствора, соответственно происходит освобождение пространства Z, которое заполняется цементным раствором, поступающим в раструб 3 самотеком. Интенсивность откачки бурового раствора зависит от количества подаваемого сжатого воздух и степени открытия кран 8. В связи с тем, что пространства Z и V являются сообщающимися сосудами, то будет осуществляться переток бурового раствора из пространства Z в пространство V. Откачку бурового раствора из пространства осуществляют до тех пор, пока не иссякнет заготовленный цементный раствора, в мерную емкость поступит буровой раствор в объеме равном расчетному объему пространства Z за вычетом объема занимаемого гибкой колонной (бурильными трубами). Затем закрывают кран 8 и прекращают подачу сжатого воздуха в гибкую колонну 13 (буровую колонну 15, по фиг.2). В связи с этим переток жидкостей прекратиться, так как сжимаемость бурового раствора очень мала. После этого извлекают из скважины гибкую колонну 13 (колонну бурильных труб 15), используя уплотнительные элементы их. При этом в первом случае (фиг.1) после ввода обратного клапана 12 в пространство над шаровым краном 10, последний устанавливают в положение закрыто, а во втором случае (фиг.2) после ввода обратного клапана в пространство над плашечным превентором 16 при закрытом универсальном превенторе 17 плашки превентора 16 смыкают, герметизируя внутриколонную полость. Устье скважины оставляют перекрытым на время ОЗЦ (ожидание схватывания цемента). Снижение давления у башмака обсадной колонны происходит вследствие того, что осуществляется не нагнетание цементного раствора в пространство Z, а всасывание его за счет откачки бурового раствора. По этому максимальное давление у башмака обсадной колонны будет равно статическому давлению столба цементного раствора в момент завершения цементирования. При движении цементного раствора самотеком происходит снижение давления у башмака обсадной колонны, так как часть энергии потока цементного раствора теряется на преодоление сопротивления потока бурового раствора в пространстве Z.

Читайте также:  Как сделать шар для цветов

Содержание

1 Способы цементирования обсадных колонн 5

2 Цементировочные агрегаты 5

2.1 Цементировочный агрегат 3ЦА-400А 6

2.2 Совершенствование цементировочных агрегатов 8

3 Патентно-информационный обзор 8

4 Модернизация 12

5 Расчет цементировочного насоса 11Т 12

5.1 Мощность и КПД насоса 12

5.2 Расчет цилиндра насоса на прочность 13

5.3 Расчет штока поршня на сжатие 14

5.4Расчет удельного давления штока ползуна

приводной части на шток поршня 15

Список использованной литературы 17

Введение

Все способы цементирования имеют одну цель — вытеснить буровой раствор тампонажным из затрубного пространства скважины и поднять последний на заданную высоту. В результате этого предотвращается возможность движения любой жидкости или газа из одного пласта в другой через заколонное пространство, обеспечивается длительная изоляция продуктивных объектов от посторонних вод, укрепляются неустойчивые, склонные к обвалам и осыпям породы, обсадная колонна предохраняется от коррозии пластовыми водами и повышается ее несущая способность.

Весь комплекс работ, связанных с замещением бурового раствора цементным (тампонажным), называется цементированием скважины или обсадной колонны; сюда же входят ожидание затвердения цементного раствора (ОЗЦ) и период формирования цементного камня. Существует несколько методов цементирования. Из них наиболее распространен метод прямого цементирования, применяемый с некоторыми вариациями и изменениями с начала прошлого века (Перкинс, А. Богушевский).

Важность качественного цементирования обусловлена тем, что это заключительный этап строительства скважин, поэтому неудачи при его выполнении могут свести к минимуму ожидаемый эффект, стать причиной неправильной оценки перспективности разведываемых площадей, появления «новых» залежей нефти и, особенно, газа в коллекторах, перетоков флюидов, грифонообразования, газопроявлений и т.д. Стоимость скважин, особенно глубоких, высока, а ущерб от некачественного их крепления может быть еще большим. Процесс цементирования скважин — операция необратимая, ремонт и восстановление их связаны со значительными затратами средств и времени.

Читайте также:  Паяльный жир своими руками

Цементный раствор поступает в заколонное пространство, замещая

находящийся там буровой раствор, и затвердевает в камень.

Назначение и функции, выполняемые цементным камнем, многообразны.

1. Разобщение пластов, их изоляции, т.е. образование в стволе безусадочного тампона, внутреннюю часть которого составляет колонна обсадных труб. Важным условием является равномерная толщина цементного камня со всех сторон. Размеры кольцевого зазора (т.е. толщина цементного кольца) не определяют качества разобщения пластов, однако влияют на формирование цементного камня или предопределяют его отсутствие.

2. Удержание обсадной колонны от всевозможных перемещений; проседания под действием собственного веса, температурных деформаций, деформаций вследствие возникновения перепадов давления в колонне, ударных нагрузок, вращений и т.д.

3. Защита обсадной колонны от действия коррозионной среды.

4. Повышение работоспособности обсадной колонны с увеличением сопротивляемости повышенным (против паспортных данных) внешнему и внутреннему давлениям. Естественно, цементное кольцо должно быть сплошным и иметь при этом определенную физико-механическую характеристику.

5. Сплошное цементное кольцо, приобретая в процессе формирования камня способность к адгезии (цементный камень сцепляется с металлом труб, образуя интерметаллический слой), создает предпосылки к еще большему повышению сопротивляемости высоким внешним и внутренним давлениям.

Краткосрочность операции цементирования скважин не делает ее менее значимой, хотя может быть причиной недостаточного внимания к ее выполнению.

Эксплуатация скважин требует устойчивой работы крепи, что обеспечивается формированием цементного камня вдоль ствола и заполнением им всего заколонного пространства, соответствием свойств камня (и всей крепи) требованиям, обусловленным внешними воздействиями (нагрузки, коррозия и т.д.).

Существует несколько способов цементирования обсадных колонн. Все они могут быть разделены на две большие группы — первичные и вторичные (ремонтные, повторные, восстановительные) способы цементирования нефтяных и газовых скважин. Первичные процессы цементирования проводятся после бурения (первичные), вторичные (ремонтные) — после первичных, обычно после некоторого периода работ в скважинах и нарушения герметичности затрубного пространства или колонны, появления посторонних вод, прохождения газа по зацементированному затрубному пространству и т.д.

Каждая из названных групп может иметь подгруппы и подразделения.

2 Цементировочные агрегаты

Цементировочные агрегаты предназначены для нагнетания тампонажного раствора и продавочной жидкости в скважину, а также для подачи затворяющей жидкости в смесительное устройство при приготовлении раствора. Кроме того, они используются для промывки и продавки песчаных пробок, опрессовки труб, колонны, манифольдов, гидравлического перемешивания раствора и т. д. Цементировочные агрегаты, как правило, выполняются самоходными и монтируются на шасси грузовых автомобилей; однако имеются агрегаты в специальном исполнении (на санях, гусеничном ходу, в блочном исполнении) для использования в

2.1 Цементировочный агрегат 3ца-400а

Цементировочный агрегат ЗЦА-400А имеет специальный двигатель и четырехскоростную коробку передач для привода трехцилиндрового цементировочного насоса 11Т, расположенные на платформе агрегата, и предназначен для нагнетания в скважину жидкой смеси при цементировании, гидроразрыве пластов и других работах (таблица 2.1). Агрегат ЗЦА-400А состоит из следующих основных узлов, смонтированных на общей раме: трехпоршневого насоса двойного действия, силовой установки, коробки передач, промежуточного’ вала, редуктора, манйфольда, мерного бака. Он не оснащен водоподающим насосом. Манифольд агрегата состоит из приемных и нагнетательных линий с установленными на них пробковыми кранами диаметрами 25,4; 50,8; 101,6 и 127 мм, предохранительным клапаном гвоздевого типа, компенсатора и манометра на давление 60 МПа с масляным разделителем.Мерный бак вместимостью 6 м3 разделен на две равные части и имеет донные клапаны.

Таблица 1Режимы работы агрегата 3ЦА-400

Число двойных ходов насоса в 1 мин

Давление (кгс/см 2 ) при диаметре втулки, мм

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector