Результат интеллектуальной деятельности: Способ ступенчатого цементирования скважины

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при спуске и цементировании эксплуатационной колонны скважины.

Известен способ двухступенчатого цементирования скважины, согласно которому спускают обсадную колонну с посадочным переводником, цементировочным клапаном, башмаком в нижней части и устройствами для ступенчатого цементирования. Устройства размещают на полых заглушках. Заглушки устанавливают на обсадной колонне. Заглушки выступают донной частью вовнутрь обсадной колонны и имеют ослабленное сечение. Устройства устанавливают выше продуктивного пласта. В обсадную колонну спускают насосно-компрессорные трубы с герметизирующим ниппелем на конце и срезающей муфтой, которой разрушают полые заглушки. Сажают герметизирующий ниппель в посадочный переводник. Закачивают цементный раствор первой ступени через насосно-компрессорные трубы несколько выше устройств. Закачку производят до момента входа продавочной пробки в посадочный переводник. Герметизирующий ниппель выводят из посадочного переводника и герметизируют межтрубное пространство. Удаляют цементный раствор. Насосно-компрессорные трубы поднимают до уровня положения герметизирующего ниппеля. Ожидают застывания цементного раствора. Закачивают цементный раствор второй ступени через насосно-компрессорные трубы и упомянутые устройства при закрытом межтрубном пространстве. Оставляют небольшой объем раствора в стволе скважины. После продавки снижают давление. Удаляют этот раствор через насосно-компрессорные трубы. Ожидают застывания цементного раствора (патент РФ №2196880, кл. E21B 33/14, опубл. 20.01.2003).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ ступенчатого цементирования скважины, в соответствии с которым при ступенчатом цементировании скважины проводят цементирование первой ступени, ввод в колонну нижней пробки для открытия циркуляционных отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования, периодическую промывку ствола скважины через циркуляционные отверстия в период ожидания затвердения цемента первой ступени, цементирование второй ступени с вводом в колонну верхней пробки для закрытия циркуляционных отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования. При цементировании первой ступени продавливают тампонажный цемент порциями бурового раствора, воды и снова бурового раствора с установкой тампонажного цемента в затрубном пространстве выше муфты ступенчатого цементирования, а порции воды в обсадной колонне в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, при ожидании затвердения цемента первой ступени проводят циклическую циркуляцию бурового раствора по обсадной колонне через цементировочную муфту ступенчатого цементирования с выходом на устье через затрубное пространство до полного удаления тампонажного цемента в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, после затвердения тампонажного цемента первой ступени при цементировании второй ступени по обсадной колонне прокачивают порцию буферного раствора и расчетный объем тампонажного цемента, размещают верхнюю пробку и продавливают технической водой до размещения пробки в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования и перекрытия отверстий последней, повышают давление в обсадной колонне на 0,5-1,5 МПа выше рабочего при закачке до закрытия отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования и проводят ожидание затвердения цемента, а при освоении скважины разбуривают верхнюю пробку. В качестве буферного раствора используют водный раствор поверхностно-активного вещества и триполифосфата натрия (патент РФ №2547863, кл. E21B 33/14, опубл. 10.04.2015 - прототип).

Общим недостатком известных способов является неполное заполнение цементным раствором затрубного пространства скважины.

В предложенном изобретении решается задача повышения качества цементирования скважины.

Задача решается тем, что в способе ступенчатого цементирования скважины, включающем закачку в колонну тампонажного цемента, введение в колонну нижней пробки, продавку тампонажного цемента порциями бурового раствора, воды и снова бурового раствора с установкой тампонажного цемента в затрубном пространстве выше муфты ступенчатого цементирования, а порции воды в обсадной колонне в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, ожидание затвердения цемента первой ступени, при этом проведение циклической циркуляции бурового раствора по обсадной колонне через цементировочную муфту ступенчатого цементирования с выходом на устье через затрубное пространство до полного удаления тампонажного цемента в интервале цементировочной муфты ступенчатого цементирования, выполнение цементирования второй ступени, по обсадной колонне прокачку порции буферного раствора и расчетного объема тампонажного цемента, размещение верхней пробки, продавливание технической водой, повышение давления в обсадной колонне выше рабочего при закачке до закрытия отверстий цементировочной муфты ступенчатого цементирования и проведение ожидания затвердения цемента, при освоении скважины разбуривание верхней пробки, согласно изобретению при спуске колонны проводят промывки буровым раствором вязкостью не более 30 с в течение 1,5 циклов начиная с глубины 400 м через каждые 300 м и при завершении спуска, при цементировании перед продавкой тампонажного цемента закачивают в колонну вязкую буферную жидкость, в качестве тампонажного цемента используют тампонажную смесь малой плотности, тампонажную смесь большей плотности, продавку порций бурового раствора проводят до получения давления «стоп», снижают давление в колонне до атмосферного, убеждаются в герметичности обратного клапана, повторно создают избыточное давление для открытия циркуляционных окон муфты ступенчатого цементирования и вымывания излишков цемента, проводят технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента с промывкой скважины каждые 2 часа буровым раствором, при цементировании второй ступени закачивают в колонну последовательно вязкую буферную жидкость, тампонажную смесь плотностью от 1,65 до 1,90 г/см³, содержащую алюмосиликатные полые микросферы, тампонажную смесь малой плотности, освобождают запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и производят продавку технической воды до получения давления «стоп», после вывода тампонажного раствора на устье в процессе продавки в течение 2 часов ожидания затвердения цемента оборудуют устье скважины с посадкой колонны на хомут и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины.

Сущность изобретения

При ступенчатом цементировании скважины цемент не полностью заполняет затрубное пространство. В предложенном способе решается задача полного заполнения цементом затрубного пространства скважины. Задача решается следующим образом.

Собирают и спускают в пробуренную скважину колонну обсадных труб в следующей последовательности: башмак, патрубок с обратным клапаном, патрубок с разбуриваемым «стоп» кольцом, обсадные трубы, муфту ступенчатого цементирования, обсадные трубы. Колонну снабжают центрирующими фонарями.

При спуске происходит заполнение скважины породой. Для удаления породы проводят промывки скважины буровым раствором в течение 1,5 циклов на глубинах 400 м и далее через каждые 300 м и при достижении забоя. При промывках поддерживают вязкость бурового раствора не более 30 с, что позволяет полностью вымыть осыпавшуюся породу.

При цементировании устанавливают в цементировочную головку продавочную пробку и опрессовывают тампонажные линии избыточным давлением. Закачивают в эксплуатационную колонну буферную жидкость с вязкостью 15-18 с, тампонажную смесь малой плотности, тампонажную смесь большей плотности, освобождают продавочную пробку и проводят продавку до получения давления «стоп».

Использование буферной жидкости повышенной вязкости способствует более полному вытеснению остатков породы из затрубного пространства перед заполнением цементным раствором. Применение тампонажной смеси малой плотности приводит к более полному заполнению узких мест в затрубном пространстве, а затем большей плотности способствует созданию крепи повышенной прочности.

Снижают давление в эксплуатационной колонне до атмосферного, убеждаются в герметичности обратного клапана. Повторно создают избыточное давление, открывают циркуляционные окна муфты ступенчатого цементирования, вымывают излишки цемента. Проводят технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента в течение 6 часов с промывкой скважины каждые 2 часа буровым раствором.

Выполняют цементирование второй ступени.

Устанавливают в цементировочную головку запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и закачивают в эксплуатационную колонну последовательно вязкую буферную жидкость, тампонажную смесь плотностью от 1,65 до 1,9 г/см³, содержащую алюмосиликатные полые микросферы и затворенную технической водой, затем тампонажную смесь малой плотности.

Алюмосиликатные полые микросферы представляют собой смесь компонентов SiO₂; Al₂O₃; Fe₂O₃, имеют четвертый класс пожароопасности, не разрушаются в процессе приготовления и закачки облегченной цементной смеси, имеют насыпную плотность 380-450 кг/м³, прочность на сжатие не менее 1 МПа.

Освобождают запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и производят продавку технической воды до получения давления «стоп». Повышают давление выше рабочего, закрывают циркуляционные отверстия муфты ступенчатого цементирования. Снижают давление в эксплуатационной колонне до атмосферного, убеждаются в закрытии отверстий муфты ступенчатого цементирования. После вывода тампонажного раствора на устье в процессе продавки в течение 2 часов ожидания затвердения цемента оборудуют устье скважины с посадкой эксплуатационной колонны на хомут и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины. Общее время ожидания затвердения цемента составляет 48 часов.

Оборудуют устье скважины с посадкой колонны на хомут (устройство, устанавливаемое на верхнюю часть эксплуатационной колонны для подвешивания на кондуктор при цементировании) и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины.

В результате удается полностью заполнить затрубное пространство скважины цементным раствором и повысить качество цементирования скважины.

Пример конкретного выполнения

Выполняют ступенчатое цементирование скважины.

Данные по скважине: глубина 2023 м, диаметр скважины 215,9 мм. Скважина обсажена направлением диаметром 426 мм, длиной 20 м, кондуктором диаметром 245 мм, длиной 290 м. Объем затрубного пространства 36,2 м³. В качестве промывочной жидкости используют жидкость с параметрами: плотность 1380 кг/м³, условная вязкость 50-100 с, фильтрация 1-3 см³/30 минут, pH 8-10 ед. Диаметр эксплуатационной колонны 168 мм. Скорость спуска эксплуатационной колонны 1 м/с. Глубина спуска башмака эксплуатационной колонны 2023 м.

Собирают и спускают эксплуатационную колонну в следующей последовательности: башмак БК-Т(М)-168 на глубину установки 2013 м, патрубок диаметром 168 мм, длиной 2 м на глубину 2021 м, в муфту которого устанавливают обратный клапан, патрубок диаметром 168 мм, длиной 3 м на глубину 2018 м, в муфту которого устанавливают разбуриваемое «стоп» кольцо, обсадные трубы диаметром 168 мм, длиной 768 м, муфту ступенчатого цементирования МСЦ с центраторами ЖЦ сверху и снизу на глубину 1250 м, обсадные трубы диаметром 168 мм, длиной 1250 м. Глубина установки центрирующих фонарей ЛЦ-146 составляет 1460, 1440, 1251, 1249, 840, 825, 810, 535, 515, 285, 275, 265, 20, 10.

При спуске проводят промывки буровым раствором в течение 1,5 циклов на глубинах 400, 700, 1000, 1300, 1600, 1840, 2023 м. При промывках поддерживают вязкость бурового раствора не более 30 с.

При цементировании устанавливают в цементировочную головку ГУЦ-168 продавочную пробку 168 и опрессовывают тампонажные линии избыточным давлением 18 МПа. Закачивают в эксплуатационную колонну 6 м³ буферной жидкости, вязкость которой при закачке поддерживают в интервале 15-18 с, содержащей воду и 30 кг биополимера и 30 кг крахмала, 16 м³ тампонажной смеси малой плотности с плотностью 1820 кг/м³, содержащей 20 т цемента, затворенного на 10 м³ технической воды, 4,5 м³ тампонажной смеси большей плотности с плотностью 1900 кг/м³, содержащей 6 т цемента, затворенного 2,6 м³ технической воды, освобождают продавочную пробку и проводят продавку в общем объеме 39,1 м³ 14 м³ бурового раствора, 6 м³ технической воды и 19,1 м³ бурового раствора до получения давления «стоп», т.е. до давления, при котором расход становится равным нулю, несмотря на повышение давления закачки. Снижают давление в эксплуатационной колонне до атмосферного, убеждаются в герметичности обратного клапана. Повторно создают избыточное давление 16,7 МПа, открывают циркуляционные окна муфты ступенчатого цементирования, вымывают излишки цемента. Проводят технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента в течение 6 часов с промывкой скважины каждые 2 часа буровым раствором.

Выполняют цементирование второй ступени.

Устанавливают в цементировочную головку запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и закачивают в эксплуатационную колонну последовательно 6 м³ вязкой буферной жидкости, вязкость которой при закачке подцеживают в интервале 15-18 с, содержащей воду и 30 кг биополимера и 30 кг крахмала, 25 м³ тампонажной смеси плотностью от 1,65 до 1,9 г/см³, содержащей 25 т алюмосиликатных полых микросфер, затворенной на 17,5 м³ технической воды, затем 8 м³ тампонажной смеси малой плотности с плотностью 1820 кг/м³, содержащей 10 т цемента, затворенного 5 м³ технической воды.

Освобождают запирающую пробку муфты ступенчатого цементирования и производят продавку в объеме 24,2 м³ технической воды до получения давления «стоп». Повышают давление выше рабочего на 5-7 МПа, закрывают циркуляционные отверстия муфты ступенчатого цементирования. Снижают давление в эксплуатационной колонне до атмосферного, убеждаются в закрытии отверстий муфты ступенчатого цементирования. После вывода тампонажного раствора на устье в процессе продавки в течение 2 часов ожидания затвердения цемента оборудуют устье скважины с посадкой эксплуатационной колонны на хомут и заполняют затрубное пространство цементным раствором до устья скважины. Общее время ожидания затвердения цемента составляет 48 часов.

Рабочее давление 8 МПа, давление «стоп» 12 МПа.

Количество тампонажного материала: 32 т цемента, 6 т цемента марки G, 25 т АСПМ.

В результате исследований скважины выявлено полное заполнение затрубного пространства цементом, в то время как при реализации прототипа выявлено наличие частей затрубного пространства без цемента.

Применение предложенного способа позволит повысить качество цементирования скважины.