Цементирование обсадных колонн

 

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 двух­
ступенчатое 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.

Ищи здесь, есть все, ну или почти все