способ цементирования колонны в скважине с использованием цементного раствора с эрозионными свойствами

Формула изобретения

Способ цементирования колонны в скважине с использованием цементного раствора с эрозионными свойствами, включающий последовательное закачивание после моющей буферной жидкости трех порций цементного раствора, отличающийся тем, что в качестве первой порции, закачиваемой вслед за буферной жидкостью, используют цементный раствор с эрозионными свойствами, приготовленный из не менее 5 тонн смеси портландцемента тампонажного с абразивным материалом в соотношении 100:8 по массе и с плотностью 1,64 г/см³, в составе которой в качестве абразивного материала используют песок кварцевый с средним размером зерна 0,28-1,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства скважины и найдет применение при креплении нефтяной или газовой скважины, а также при ремонтных работах, связанных с цементированием.

Известен способ крепления скважины (см. а.с. SU № 1686129, 5 Е21В 33/13, опубл. в БИ № 39, 23.10.1991 г.), включающий подготовку ствола скважины, спуск обсадной колонны, промывку скважины промывочной жидкостью, закачку буферной жидкости и тампонажного раствора и продавку их в затрубное пространство. При этом подготовку ствола скважины осуществляют обработкой цементно-водной суспензией с водотвердым отношением 10-15 с созданием в ее потоке кавитационных волновых процессов.

Недостатком известного способа является то, что при его осуществлении не обеспечивается полного удаления бурового раствора из-за седиментационного расслаивания цементно-водной суспензии, а введение в суспензию полимерных добавок типа ПАА, КМЦ, ГИПАНа не представляется возможным, поскольку в описании к патенту отсутствует оптимальная их дозировка, а также цена. Кроме того, способ требует дополнительных спуско-подъемных операций для обработки стенки скважины созданием кавитационных волновых процессов, что требует затрат времени и привлечения технических средств.

Известен способ подготовки скважины к цементированию (см. описание а.с. SU № 825864, 6 Е21В 33/138, 1981 г.), в котором для улучшения отмыва глинистой корки или удаления остатков бурового раствора используют абразивно-моющую жидкость.

Сущность способа заключается в следующем. В скважину последовательно закачивают вязкоупругий разделитель и абразивно-моющую жидкость, причем перед закачкой абразивно-моющей жидкости производят закачку разрыхлителя глинистой корки, а после закачки абразивно-моющей жидкости осуществляют кольматирование пор стенок скважины.

В качестве вязкоупругого разделителя закачивают 0,5%-ный водный раствор полиакриламида с 2%-ным водным раствором гексарезорциновой смолы и с 37%-ным формалином.

В качестве разрыхлителя закачивают 1-5%-ный водный раствор сульфата алюминия.

В качестве абразивно-моющей жидкости закачивают 100 вес.ч. саморассыпающегося шлака производства феррохрома с 96-104 вес.ч. песка и с 126-132 вес.ч. воды. Кольматирование осуществляется 100 вес.ч. цемента с 15-20 вес.ч. резиновой крошки и с 67-73 вес.ч. воды.

Недостатком известного способа является применение большого числа многокомпонентных буферных жидкостей, сложность технологии их приготовления. Кроме того, вязкоупругая разделительная жидкость, используемая для вытеснения бурового раствора, обладает недостаточной эффективностью. Объясняется это низкими касательными напряжениями, создаваемыми на стенках скважины полиакриламидсодержащими БЖ в силу наличия «скользящего эффекта», снижением вязкости и динамического напряжения сдвига в результате механической деструкции ВУР, а также невозможностью вытеснения утяжеленных буровых растворов в силу нерегулируемости плотности БЖ по известному способу.

Известна также буферная жидкость (см. патент № 2268350, 6 Е21В 33/138, БИ № 2 от 20.01.2006 г.), в которой для обеспечения качества цементирования скважины путем повышения эффективности выноса буферного раствора и удаления глинистой корки использованы алюмосиликатные микросферы, обладающие абразивным свойством. Она содержит в своем составе следующие компоненты, мас.%:

Цемент	30-45
Триполифосфат натрия	0,1-1,0
Сульфацилл	0,2-0,3
Неонол	0,05-0,1
Алюмосиликатные микросферы	5-10
Вода	64,65-43,6

Данная композиция буферной жидкости частично устраняет недостатки буферной жидкости, используемой в способе по а.с. SU № 825864, отмеченного выше. Она, однако, тоже многокомпонентная и имеет те же недостатки в части удаления глинистой корки и остатков бурового раствора. В силу наличия «скользящего эффекта» абразивный материал в виде алюмосиликатной микросферы в полную меру не выполняет свою функцию и ожидаемый эффект удаления полностью глинистой фильтрационной корки не обеспечивается.

Известна абразивосодержащая тампонажная смесь (см. патент RU № 2245989, МПК 7 Е21В 33/138, опубл. в БИ № 4, 10.02.2005 г.), которая включает, мас.%: портландцемент 50-76; кварц молотый пылевидный марки «Б» 20-40 и порошок магнезитовый каустический ПМК-87 - остальное. Тампонажный раствор, приготовленный из этой тампонажной смеси - обеспечивает снижение скорости фильтрации и усадки тампонажного раствора.

Однако включенный в состав тампонажной смеси кварц пылевидный марки «Б» как абразив обладает малой эффективностью в части удаления остатков бурового раствора со стенок колонны и стенок скважины в силу использования его в виде тонкого помола до пылевидного состояния.

Известен «Способ цементирования скважины» (см. патент RU № 2266390, 7 Е21В 33/14, опубл. в БИ № 35 от 20.12.2005 г.), предусматривающий обеспечение вытеснения бурового раствора и удаление его остатков со стенок скважины.

Способ включает последовательную закачку моющего буферного раствора в объеме 6 м³, приготовленного из моющего буферного порошка модифицированного, "загущенную пачку" высоковязкого тампонажного раствора в объеме 4 м ³ и цементирующего тампонажного раствора и порцию цементного раствора для продуктивной зоны объемом 10 м³.

Известный способ по своей технической сущности более близок к предлагаемому и может быть принят в качестве прототипа. Его недостатком является то, что загущенная пачка цементного раствора с помощью силиката натрия в количестве 1-1,5%, обладающая высокой вязкостью (1,92 г/см³), не обладает высокой эффективностью в удалении остатков бурового раствора со стенок колонны и скважины, поскольку она не содержит абразивного материала. Кроме того, осуществление способа нетехнологично, влечет приготовление нескольких видов многокомпонентных растворов, что требует много затрат времени, а также привлечения множества технических средств.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности и качества удаления бурового раствора со стенок колонны и скважины, упрощение технологии цементирования, а также снижение материальных затрат.

Поставленная задача решается описываемым способом, включающим последовательное закачивание после моющей буферной жидкости трех порций цементного раствора.

Новым является то, что качестве первой порции, закачиваемой вслед за буферной жидкостью, используют цементный раствор с эрозионными свойствами, приготовленный из не менее 5 тонн смеси портландцемента тампонажного с абразивным материалом в соотношении 100:8 по массе и с плотностью 1,64 г/см³, в составе которой в качестве абразивного материала используют песок кварцевый с средним размером зерна 0,28-1,0 мм.

По мнению авторов, указанные отличительные признаки предложения являются существенными, а сам способ обладает новизной, поскольку, как показали патентные исследования, проведенные на период 20 лет по патентному фонду института «ТатНИПИнефть», объекты аналогичного назначения и по совокупности существенных признаков, как у предложенного, не обнаружены и в промысловой практике не применялись.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Перед началом работы геолого-технической службой бурового предприятия по данным комплекса заключительных геофизических исследований уточняют интервалы разреза, подлежащие гидроструйной обработке, и другие параметры скважины, такие как глубина забоя, глубина установки технических средств оснастки эксплуатационной колонны, интервалы разреза кавернами, диаметр их, зенитный угол оси скважины, величина давления разобщаемых пластов. Затем приступают к подготовке ствола скважины к креплению, которая предусматривает изоляцию зон поглощения бурового раствора, укрепление стенок скважины в интервалах залегания пород, склонных к разрушению, удаление фильтрационной корки из проницаемых участков ствола, укрепление адгезионной пленки на стенках скважины и обеспечение прохождения колонны до проектной глубины без осложнений.

По окончании вышеперечисленных работ проводят подготовительные операции для цементирования колонны. Для этого осуществляют расстановку цементировочной техники на горизонтальной площадке, собирают нагнетательную и водоподающие линии, набирают воду в мерные емкости ЦА-320М, опрессуют нагнетательную линию на давление, в 1,5 раза превышающую ожидаемое рабочее давление при цементировании колонны. После спуска обсадной колонны на заданную глубину скважины ее промывают и далее в нее закачивают буферную жидкость для разделения бурового раствора от цементного, отмыва глинистой корки, нефтяной и полимерной пленки со стенок ствола скважины и наружной поверхности колонны.

Далее в колонну закачивают моющую буферную жидкость в объеме примерно 6-10 м³. Вслед за ней через осреднительную емкость закачивают первую порцию абразивосодержащего цементного раствора (АЦР) с плотностью 1,64 г/см³ с использованием цементировочного агрегата ЦА-320М с водоцементным соотношением 0,43, приготовленного из 5 тонн портландцемента тампонажного с абразивным материалом в соотношении 100:8 по массе. В качестве абразивного материала используют песок кварцевый с средним размером зерна 0,28-1,0 мм, выпускаемый отечественной промышленностью, например, по ГОСТ 22551-77 или по ГОСТ 2138-91. Как показали стендовые и промысловые исследования, вышеуказанное соотношение смеси является оптимальным. Так, при содержании абразивного материала более 8 снижаются прочностные характеристики образуемого цементного камня из этого состава, а при содержании абразива менее 8 снижаются показатели эффективности удаления остатков бурового раствора с поверхности стенок колонны и стенок скважины. Затем последовательно закачивают вторую и третью порции цементного раствора. При этом в качестве второй порции закачивают традиционный цементный раствор с плотностью 1,82 г/см³.

Приготовление абразивосодержащего цементного раствора в промысловых условиях осуществляли путем добавления 800 кг песка кварцевого вручную в чанок с цементным раствором цементировочного агрегата ЦА-320М, приготовленного из портландцемента тампонажного в количестве 10 т.

При серийном использовании абразивосодержащего цементного раствора его готовят централизованно путем затворения смеси тампонажного цемента с абразивом на специальной установке на базе управления тампонажных работ с водоцементным отношением 0,43. Не прерывая процесс закачки, вслед за первой порцией цементного раствора с использованием цементировочных агрегатов ЦА-320 М закачивают вторую порцию стандартного цементного раствора, приготовленного по традиционной технологии, в необходимом объеме в зависимости от глубины скважины с плотностью 1,82 г/см³. Вслед за второй порцией закачивают третью порцию цементного раствора для зоны продуктивного пласта, обладающего низкой скоростью фильтрации и минимальной усадкой. Отвечающим таким критериям являются тампонажные смеси, известные из полного описания к патентам РФ № 2245989, Е21В 33/138, содержащие в своем составе, мас.%:

Портландцемент	50-76
Кварц молотый пылевидный марки Б	20-40
Порошок магнезитовый каустический ПМК 87	остальное

или тампонажный состав, используемый в паронагнетательных скважинах по патенту РФ № 2220275, МПК 7Е21 В33/138, содержащий в своем составе следующие ингредиенты в соотношении, мас.%:

Клинкер	25-40
Гипс	3-6
Песок кварцевый	35-38
Шлак основной	20-22
Добавка ИР-1	2-9

После закачивания третьей порции цементного раствора расчетного объема его продавливают продавочной пробкой до посадки последней на стоп-кольцо.

Абразивный цементный раствор при движении по колонне труб и заколонному пространству, соприкасаясь со стенками колонны и ствола скважины, подвергает эрозии и разрушает адгезионную пленку и фильтрационную корку глинистого раствора. В результате обеспечивается максимальное удаление остатков бурового раствора в заколонном пространстве, что приводит к качественному разобщению пластов и повышению напряженности контакта заколонного цементного камня с окружающей средой.

После окончания цементировочных работ, следовательно, и ОЗЦ геофизическими исследованиями, например, по данным акустического каротажа (АКЦ) и СГДТ проводят оценку качества цементирования.

Абразивосодержащий цементный раствор с эрозионными свойствами подвергался анализу в лабораторных условиях института «ТатНИПИнефть» и ООО «Экобур» при t=20°C. Результаты лабораторных исследований сведены в таблицу.

Как видно из показателей таблицы, характеристики абразивосодержащего цементного раствора превышают показатели базового цементного раствора.

Способ испытывался в промысловых условиях ОАО «Татнефть». Результаты испытаний положительные.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем. Использование способа обеспечивает максимальное удаление остатков бурового раствора со стенок колонны и скважины, а также эффективное разрушение адгезионной пленки и фильтрационной корки глинистого раствора. В результате повышается напряженность контакта заколонного цементного камня с окружающей средой и, как следствие, качественное разобщение пластов за счет добавления в цементный раствор доступного абразивного материала, обеспечивающего повышение эрозионных свойств цементного раствора - мелкодисперсного песка кварцевого в сравнении с известными абразивными материалами типа цементно-водной суспензии или алюмосиликатные микросферы.