способ крепления скважины

Формула изобретения

Способ крепления скважины, включающий спуск обсадной колонны в скважину, закачку тампонажного раствора в обсадную колонну, продавку в заколонное пространство тампонажного раствора до появления его на устье скважины, последующую закачку вышедшего на устье из заколонного пространства тампонажного раствора обратно в обсадную колонну с созданием прямой или обратной круговой циркуляции, контроль и регулирование на устье скважины свойств тампонажного раствора и ожидание затвердевания цемента в затрубном пространстве скважины, отличающийся тем, что круговую циркуляцию тампонажного раствора осуществляют через установленную на устье скважины осреднительную емкость, в процессе круговой циркуляции тампонажный раствор в осреднительной емкости подогревают, при этом круговую циркуляцию ведут непрерывно до начала загустевания тампонажного раствора, а контроль и регулирование свойств тампонажного раствора ведут во время его подогрева в осреднительной емкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, в частности, к строительству скважин и предназначается для крепления скважин, пробуренных на нефть, газ и воду.

Известен способ крепления скважины, согласно которому после спуска обсадной колонны в скважину производят закачку тампонажного раствора в обсадную колонну и его продавку в заколонное пространство ( Обзорная информация. Практика цементирования нефтяных и газовых скважин за рубежом. Сер. Бурение, вып. 1, М. ВНИИОЭНГ, 1986, с. 38).

Однако известный способ не обеспечивает необходимого качества крепления скважины, так как из-за невозможности полного вытеснения промывочной жидкости из заколонного пространства тампонажным раствором не достигается достаточная степень замещения промывочной жидкости тампонажным раствором по всему поперечному сечению заколонного пространства, в связи с чем герметичность заколонного пространства снижается.

Кроме того, при осуществлении известного способа невозможно обеспечить тампонажному раствору требуемых свойств, их стабильности и однородности по всему объему цементируемого интервала, поскольку в заколонное пространство закачиваются пачки тампонажного раствора с различными свойствами, следовательно, качество крепления по всей высоте ствола скважины будет неодинаковым.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ крепления скважины, включающий спуск обсадной колонны в скважину, закачку тампонажного раствора в обсадную колонну, продавку в заколонное пространство тампонажного раствора до появления его на устье скважины, последующую закачку вышедшего на устье из заколонного пространства тампонажного раствора обратно в обсадную колонну с созданием прямой или обратной круговой циркуляции, контроль и регулирование на устье скважины свойств тампонажного раствора и ожидание затвердевание цемента (ОЭЦ) в затрубном пространстве (а.с. СССР N 1 837 099, кл. E 21 B 33/14, 1990).

Однако и этот известный способ не обеспечивает требуемого качества крепления скважины, что объясняется следующим.

Поскольку в этом известном способе круговую циркуляцию ведут только до стабилизации физико-механических свойств тампонажного раствора, то промежуток времени от окончания движения тампонажного раствора в заколонном пространстве (окончания циркуляции) до начала его загустевания (схватывания) в некоторых случаях может оказаться очень длительным. Как следствие в таких случаях не обеспечивается быстрое и одновременное схватывание закаченного в скважину тампонажного раствора по всей высоте скважины. Это снижает герметичность цементного камня и ведет к образованию каналов для перетоков пластовых флюидов по заколонному пространству. И чем больше время между окончанием движения тампонажного раствора в заколонном пространстве и началом его схватывания, тем интенсивнее идут процессы каналообразования в затрубном пространстве, заполненном несхватившимся тампонажным раствором.

Кроме того, из-за того, что в известном способе крепления скважины не исключены остановки в технологическом процессе во время круговой циркуляции, например, при переходе с прямой на обратную циркуляцию, то любая остановка в движении тампонажного раствора, особенно в момент, близкий к началу схватывания, приводит к резкому ускорению процессов структурирования тампонажного раствора и как следствие к невозможности продолжения процесса цементирования.

В результате вышеуказанного при реализации известного способа не достигается высокое качество крепления скважины.

Целью изобретения является повышение качества крепления скважины путем сокращения времени от окончания движения тампонажного раствора в заколонном пространстве до начала загустевания (схватывания) тампонажного раствора при сохранении высокой седиментационной устойчивости тампонажного раствора в обездвиженном состоянии в период схватывания и обеспечения выравнивания сроков схватывания тампонажного раствора по всей высоте ствола скважины.

Цель достигается тем, что в известном способе крепления скважины, включающем спуск обсадной колонны в скважину, закачку тампонажного раствора в обсадную колонну, продавку в заколонное пространство тампонажного раствора по появления его на устье скважины, последующую закачку вышедшего на устье из заколонного пространства тампонажного раствора обратно в осадную колонну с созданием прямой или обратной круговой циркуляции, контроль и регулирование на устье скважины свойств тампонажного раствора и ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ) в затрубном пространстве скважины, круговую циркуляцию тампонажного раствора осуществляют через установленную на устье скважины осреднительную емкость в процессе круговой циркуляции тампонажный раствор в осреднительной емкости подогревают, при этом круговую циркуляцию ведут непрерывно (без остановки) до начала загустевания (схватывания) тампонажного раствора, а контроль и регулирование свойств темпонажного раствора ведут во времени его подогрева в осреднительной емкости.

Благодаря предложенной совокупности операций при осуществлении заявляемого способа обеспечивается высокое качество крепления скважины, достигаемое за счет того, что появилась возможность свести к минимуму (практически до нуля) промежуток времени от окончания движения тампонажного раствора в заколонном пространстве (окончания круговой циркуляции) до начала схватывания тампонажного раствора, и, следовательно, появилась возможность выровнять сроки схватывания тампонажного раствора по всей высоте ствола скважины, исключив тем самым перемещение тампонажного раствора уже после окончания круговой циркуляции, приводящее к образованию перетоков пластовых флюидов.

Благодаря тому что в заявляемом способе круговую циркуляцию тампонажного раствора предложено осуществлять через установленную на устье скважины осреднительную емкость, создаются условия для выравнивания свойств тампонажного раствора, имеющего при затворении в разных пачках (порциях) различные физико-механические свойства, например, плотность, исходную температуру и т.д.

Благодаря тому что в процессе круговой циркуляции тампонажный раствор в осреднительной емкости подогревают, обеспечиваются, во-первых, условия для сохранения (либо повышения) температуры вышедшего на поверхность тампонажного раствора при любых температурах) без остывания тампонажного раствора, во-вторых, подогрев тампонажного раствора в осреднительной емкости способствует лучшему выравниванию его свойств и более раннему наступлению его схватывания.

Благодаря тому что круговую циркуляцию при этом ведут непрерывно (без остановок) до начала схватывания тампонажного раствора, осуществляя при этом в осреднительной емкости контроль и при необходимости регулирование свойств тампонажного раствора, появилась возможность совместить во времени окончания движения тампонажного раствора в заколонном пространстве с началом его загустевания (схватывания), полностью исключив тем самым процессы резкого структурирования тампонажного раствора, делающего продолжение процесса цементирования невозможным. При этом обеспечивается сохранение высокой седиментационной устойчивости тампонажного раствора в обездвиженном состоянии, так как в процессе круговой циркуляции происходит дополнительное диспергирование твердой фазы тампонажного раствора, за счет чего негативное слияние повышения температуры на седиментационную устойчивость будет компенсировано.

Таким образом, благодаря вышеуказанному, обеспечивается высокое качество крепления скважины.

Предлагаемый способ был испытан в промысловых условиях. При его реализации были использованы следующие материалы и оборудование:

тампонажный раствор, включающий портландцемент, затворенный на солевой воде ( 1,03 г/см³), при водоцементном отношении, близком к 0,5;

продавочная жидкость соленая вода;

цементировочный агрегат ЦА-400М 3 шт.

цементосмесительная машина СМН-20 3 шт.

осреднительная емкость объемом 5 м³.

Промысловые испытания предлагаемого способа были проведены на скважине при креплении ее кондуктором, опущенным на глубину 500 м. Диаметр обсадных труб 0,334 м, диаметр скважины 0,394 м.

Скважина была пробурена с промывкой глинистым раствором. После проведения промывки в скважину через бурильные трубы начали закачку тампонажного раствора. При появлении тампонажного раствора на устье скважины его направили через отвод в осреднительную емкость. После заполнения осреднительной емкости тампонажным раствором затворение тампонажного раствора прекратили. Всего было затворено 40 м³ тампонажного раствора. К этому моменту тампонажным раствором были заполнены бурильные трубы, затрубное пространство и осреднительная емкость.

Вышедший из скважины тампонажный раствор в осреднительной емкости подогревали с помощью установленного в осреднительной емкости змеевика, по которому пропускали водяной пар.

Вышедший из скважины тампонажный раствор имел температуру +15^oC, в осреднительной емкости его температура была доведена до +17^oC (при температуре окружающей среды -5^oC.

Подогретый тампонажный раствор с помощью цементировочного агрегата отбирали из осреднительной емкости и закачивали его в бурильные трубы, при этом межтрубное пространство между бурильными трубами и кондуктором было заполнено глинистым раствором и загерметизировано на устье. Вследствие этого закачиваемый в бурильные трубы тампонажный раствор поступает в затрубное пространство межу кондуктором и стенкой скважины, затем по стволу в осреднительную емкость, а затем снова в бурильные трубы и т.д. т.е. была создана прямая круговая циркуляция тампонажного раствора через осреднительную емкость, в которой тампонажный раствор подогревали. При этом круговую циркуляцию тампонажного раствора вели непрерывно (без остановки) до начала схватывания тампонажного раствора. Момент начала схватывания фиксировали во время контроля за свойствами тампонажного раствора, выходящего в осреднительную емкость с помощью прибора Вика.

При наступлении момента начала схватывания процесс круговой циркуляции остановили.

Критерием окончания круговой циркуляции тампонажного раствора в условиях скважины дополнительно служил рост давления закачки до величины, при которой еще может осуществляться процесс круговой циркуляции. Давление закачки при реализации заявляемого способа возросло с 30 до 90 кгc/см², после чего циркуляция тампонажного раствора была оставлена, а оставшийся в бурильных трубах и нижней части колонны обсадных труб тампонажный раствор был вымыт обратной циркуляцией через межтрубное пространство.

Контроль за параметрами тампонажного раствора в осреднительной емкости показал, что в процессе круговой циркуляции произошло не только выравнивание плотности тампонажного раствора, но и ее повышение от 1,8 до 1,85 г/см³ за счет водоотделения в проницаемые горные породы, а подогрев при этом тапонажного раствора способствовал не только выравниванию свойств тампонажного раствора, но и ускорению его схватывания.

Таким образом, благодаря тому что круговую циркуляцию тампонажного раствора вели непрерывно через осреднительную емкость, в которой его подогревали, были обеспечены условия для ведения круговой циркуляции вплоть до момента начала схватывания тампонажного раствора, т.е. практически были совмещены во времени момент окончания движения тампонажного раствора в заколонном пространстве с началом его схватывания. Как следствие - выравниваются сроки схватывания тампонажного раствора по всей высоте ствола скважины, что повышает качество крепления скважины.