Цель цементирования
обсадной колонны — получение прочного, концентрично расположенного в затрубном
пространстве кольца цементного камня, надежно изолирующего вскрытые скважиной поглощающие, газо-водо-нефтепроявляющие
горизонты.
Для
цементирования обсадных колонн применяют цементные растворы, приготовляемые из тампонажных
цементов и воды. При размешивании
тампонажного цемента с водой получают жидкую и легкотекучую массу.
- Механические свойства свежих цементных растворов аналогичны свойствам глинистых растворов.
- С течением времени цементный раствор загустевает, теряет свою подвижность.
- Этот процесс, называемый схватыванием цементного раствора, происходит в течение нескольких часов после перемешивания цемента с водой.
- В концу схватывания раствора цементная масса упрочняется и образует цементный камень.
- Упрочнение, или затвердение цементной массы, продолжается в течение многих дней.
Цемент, предназначенный для цементирования обсадной колонны, тщательно исследуют в лаборатории для выяснения его пригодности и уточнения рецептуры цементного раствора.
Качество цементного раствора в
значительной мере зависит от содержания в нем воды. Излишек воды приводит к
получению пористого и непрочного цементного
камня. Недостаток воды в цементном
растворе вызывает его быстрое схватывание, что затрудняет проведение
цементирования обсадных колонн.
Для обеспечения
нормальных условий цементирования обсадной
колонны рекомендуется при приготовлении цементного раствора добавлять воды 40—50% от веса цемента, т. е. на каждые 100 т
цемента приходится 40—50 т воды.
О качестве
цементного раствора, закачиваемого в обсадную колонну, судят по его плотности, которая должна колебаться от 1750 до
1950 кг/м3.
Качество цементирования обсадной колонны
зависит также от начала и конца схватывания
цементного раствора. Схватывание цементного раствора должно начинаться
после окончания цементирования колонны. Время цементирования не должно превышать 75% от срока начала схватывания
цементного раствора. Следует
добиваться, чтобы разница во времени между
началом и концом схватывания цементного раствора была небольшой.
Для цементирования обсадных колонн применяют следующие тампонажные цементы:
1) для «холодных»
скважин с температурой на забое -до
40° С;
2) для «горячих» скважин с температурой на забое до 75°
С;
3) для глубоких скважин с температурой на забое 100—
120° С.
Цемент для
«холодных» скважин, смешанный с пресной водой
(50% от веса цемента), должен иметь начало схватывания от 3 до 7,5 ч с момента
его затворения, конец схватывания — не более
3. ч после начала схватывания. Следовательно, при цементировании скважин с
температурой на забое до 40° С необходимо
закончить весь процесс цементирования не более чем за 2,5 ч (3 чХО.75 ч = 2,5
ч).
Цемент для
«горячих» скважин, смешанный с пресной водой (50% от веса цемента), должен иметь начало схватывания от 1 ч 45 мин до
2 ч 45 мин после затворения, конец схватывания—
не более 1 ч 30 мин после начала схватывания. Таким образом, процесс цементирования с температурой на
забое до 75°С необходимо закончить за 1 ч (1,5 чХО,75 ч = 1 ч).
Цемент для глубоких
скважин получают в результате помола
цементного клинкера с добавкой гипса. Начало схватывания такого цемента должно наступать не менее чем через 1 ч 15 мин с момента его затворения. Как видно, в
глубоких скважинах процесс цементирования должен длиться менее 1 ч.
Для цементирования кондукторов, кроме перечисленных
тампонажных цементов, выпускается специальный цемент с добавкой 25—30% песка.
Для особых условий цементирования обсадных
колонн выпускаются утяжеленные тампонажные
цементы (при применении промывочной жидкости с плотностью до 2200 кг/м3),
волокнистые тампонажные цементы (для уменьшения глубины проникновения цементного раствора в сильнопористые
пласты), гель-цемент (для цементирования зон поглощения промывочной жидкости) и др.
Подготовленный и
проверенный в лаборатории тампонажный
цемент в необходимом количестве засыпают в специальные цементосмесительные машины и отправляют на буровую. К этому времени туда же доставляют и цементировочные агрегаты. В комплект последних входят насосы с высокой подачей, способные
создать необходимое давление для
вытеснения из обсадной колонны в
затрубное пространство цементного раствора.
Цементировочные агрегаты и цементосмесительные машины обвязываются трубопроводами друг с
другом в с цементировочной головкой, установленной на обсадной колонне.
Перед началом
цементирования скважину промывают до тех пор, пока плотность закачиваемой в нее
жидкости не станет равной плотности жидкости, выходящей из скважины.
👉Наиболее
распространены следующие способы цементирования обсадных колонн: одноступенчатый и
двухступенчатый.
Одноступенчатый
способ цементирования обсадных
колонн заключается в следующем. До закачки цементного раствора в обсадную
колонну опускают нижнюю цементировочную
пробку, предназначенную для отделения
цементного раствора от находящейся в колонне промывочной жидкости.
Нижняя пробка имеет отверстие, перекрытое резиновой перепонкой. После этого на колонну навинчивают головку с верхней
цементировочной пробкой, не имеющей
сквозного отверстия.
Затем цементный
раствор закачивают в обсадную колонну. Потребный
объем этого раствора определяется исходя из условия, чтобы к концу
цементирования в обсадной колонне осталась
небольшая порция цементного раствора (цементный стакан), а за обсадной колонной цементный раствор
поднялся на заданную высоту. После окончания
закачки цементного раствора в обсадную
колонну проталкивают верхнюю (без отверстия) цементировочную пробку и вслед за ней прокачивают промывочную жидкость.
Когда нижняя пробка дойдет до упорного кольца, она остановится. Давление над пробкой повысится и резиновая перепонка лопнет. При
дальнейшей закачке промывочной жидкости в колонну верхняя пробка подойдет к
нижней и закроет отверстие в ней. Возникнет гидравлический удар. Манометр на цементировочной головке зафиксирует
резкое повышение давления.
После этого краны
цементировочной головки закрывают и скважину
оставляют в покое на 16 ч для затвердения цементного раствора за кондуктором и на 24 ч для затвердения цементного
раствора за промежуточной и эксплуатационной колоннами.
При цементировании
обсадных колонн в глубоких скважинах приходится прокачивать довольно большой
объем цементного раствора и продавочной
жидкости за весьма ограниченное время,
определяемое сроком начала схватывания цементного раствора. В таких условиях применяется
двухступенчатое цементирование, при котором цементный раствор закачивается
в колонну и продавливается в затрубное пространство двумя порциями. Первая порция цементного раствора продавливается за колонну через башмак, а вторая — через
отверстия в заливочной муфте,
установленной в обсадной колонне па значительном расстоянии от башмака.
Заливочные муфты могут
иметь различную конструкцию. Обсадные трубы свинчиваются друг с другом при
помощи удлиненной муфты с отверстиями. Внутрь муфты вставлен
передвижной цилиндр,
временно закрепленный медными шпильками.
На нижнем конце передвижного цилиндра
устанавливается упорное кольцо.
Независимо
от конструкции заливочной муфты сущность способа двухступенчатого цементирования заключается в следующем. Обсадную колонну с башмаком, башмачным
патрубком, обратным клапаном (если он
необходим) и заливочной муфтой спускают в скважину. После подготовки
скважины к цементированию в нее закачивают
первые порции цементного раствора и продавочной жидкости, а затем
спускают нижнюю цементировочную пробку. За
нижней пробкой закачивают вторую
порцию цементного раствора и спускают вторую (верхнюю) цементировочную пробку. Затем в скважину закачивают вторую порцию продавочной жидкости.
В процессе
закачивания жидкости первая (нижняя) пробка доходит
до упорного кольца в заливочной муфте, садится на него и срезает медные
шпильки. Передвижной цилиндр освобождается, перемещается до упора вниз и открывает
отверстия в удлиненной муфте.
К этому моменту
заканчивается продавка в затрубное пространство через башмак колонны первой
(нижней) порции цементного раствора и начинается вытеснение за колонну через отверстия в заливочной муфте второй (верхней)
порции цементного раствора.
После
твердения цементного раствора разбуривают обе пробки в заливочной муфте и, если это требуется,
разбуривают обратный клапан и цементный
стакан в нижней части колонны.
Мы рассмотрели двухступенчатый метод цементирования с применением двух цементировочных пробок, ограничивающих вторую порцию цементного раствора. Иногда применяется двухступенчатое цементирование с четырьмя пробками, когда каждая пара пробок ограничивает обе порции цементного раствора. В этом случае процесс цементирования аналогичен описанному. Разница состоит только в том, что при двухступенчатом цементировании с четырьмя пробками нижняя часть обсадной колонны оборудуется так же, как и при одноступенчатом цементировании.
- Описанные методы цементирования обсадных колонн, обеспечивающие перекрытие цементным раствором затрубного пространства от башмака колонны и выше, удовлетворяют условиям цементирования кондукторов и промежуточных колонн, но не всегда могут быть применены при цементировании эксплуатационных колонн.
- Иногда целесообразно не цементировать затрубное пространство, расположенное против нефтеносного пласта, а осуществлять подъем цементного раствора над его кровлей. В этом случае применяется манжетное цементирование.
При этом способе нижняя часть эксплуатационной колонны, длина которой равна мощности продуктивного пласта, состоит из перфорированных обсадных труб. Над перфорированным участком в колонне устанавливают прямой клапан, а несколько выше — специальную заливочную муфту.
Снаружи,
несколько выше прямого клапана,
устанавливается брезентовая манжета, которая
при вытеснении цементного раствора из колонны через отверстия в
заливочной муфте прижимается плотно к стенке скважины, препятствуя движению
цементного раствора по затрубному пространству вниз.