Цементирование обсадных колонн

Целью цементирования обсадной колонны является получение прочного, концентрично расположенного в затрубном пространстве кольца цементного камня, надежно изолирующего все вскрытые скважиной поглощающие, газо-водо-нефтепроявляющие горизонты друг от друга.

Существует ряд методов цементирования. К ним относятся: нормальное цементирование с пробками, манжетное цементирование, двухступенчатое цементирование, цементирование хвостовика, цементирование под давлением. В зависимости от условий залегания нефтяных или газовых пластов, степени их насыщенности, литологического состава, проницаемости и т. п. применяют тот или иной метод цементирования обсадной колонны.

Для цементирования обсадных колонн применяют тампонажные цементы. Полученная при размешивании тампонажного цемента с водой жидкая и легко текучая масса называется цементным (тампонажным) раствором.

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. К 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 следует брать 40–50 т воды.

О качестве цементного раствора, закачиваемого в обсадную колонну, судят по его удельному весу, который должен колебаться от 1,75 до 1,95 г/см³.

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.

Подготовленный и проверенный в лаборатории тампонажный цемент в необходимом количестве засыпают в специальные цементо-смесительные машины и отправляют на буровую. К этому времени туда же доставляют и цементировочные агрегаты. В комплект последних входят высокопроизводительные насосы, способные создать необходимое давление для вытеснения из обсадной колонны в затрубное пространство цементного раствора.

Цементировочные агрегаты и цементосмесительные машины обвязываются трубопроводами друг с другом и с цементировочной головкой, установленной на обсадной колонне. Перед началом цементирования скважину промывают до тех пор, пока удельный вес закачиваемой в скважину жидкости не станет равен удельному весу жидкости, выходящей из скважины.

На промыслах применяют преимущественно одноступенчатый способ цементирования обсадных колонн. Иногда применяется двухступенчатый метод цементирования.

Данные 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 стенкам скважины, препятствуя движению цементного раствора по затрубному пространству вниз.

7.2. Вскрытие продуктивных горизонтов
(пластов)

7.2.1. Методы заканчивания скважин
и вскрытия продуктивных горизонтов

В разрезе нефтяных и газовых месторождений встречается большое количество пористых пластов – коллекторов (песков, песчаников, известняков), разобщенных глинами, мергелями, плотными песчаниками и другими породами. Эти пласты могут быть нефтеносными, газоносными, водоносными и сухими.

В практике бурения применяют следующие основные методы заканчивания скважин.

1. Установка обсадной колонны в кровле продуктивного горизонта и цементирование с последующим вскрытием пласта и спуском эксплуатационной колонны или фильтра (хвостовика). В некоторых случаях в устойчивых породах продуктивной части разреза специальная эксплуатационная колонна или фильтр не спускаются и водозакрывающая колонна является эксплуатационной.

2. Полное вскрытие пласта со спуском комбинированной колонны с манжетной заливкой ее выше нефтеносного объекта и с фильтром в нижней части против пласта.

3. Полное вскрытие пласта со спуском колонны со сплошным цементированием и последующим простреливанием отверстий против продуктивных горизонтов.

Перечисленные методы направлены на то, чтобы не допустить закупорки пор и создать благоприятные условия для движения нефти из пласта в скважину.

Методы вскрытия пласта в зависимости от пластового давления, степени насыщенности пласта нефтью, степени дренирования и других факторов могут быть различными, но все они должны удовлетворять следующим основным требованиям.

1. При вскрытии пласта с высоким давлением должна быть предотвращена возможность открытого фонтанирования скважины.

2. При вскрытии пласта должны быть сохранены на высоком уровне природные фильтрационные свойства пород призабойной зоны. Если проницаемость пород мала, должны быть приняты меры по улучшению фильтрационных свойств призабойной зоны скважины.

3. Должны быть обеспечены надлежащие интервалы вскрытия пласта, гарантирующие длительную безводную эксплуатацию скважин и максимальное облегчение притока нефти к забою.

При вскрытии продуктивных пластов с низким пластовым давлением особенно тщательно следует выбирать промывочную жидкость, поскольку может происходить интенсивное поглощение глинистого раствора пластом, сопровождающееся оттеснением нефти от забоя скважины и значительным ухудшением фильтрационных свойств пород призабойной зоны. Для вскрытия продуктивных пластов с низким пластовым давлением применяют специальные промывочные жидкости на нефтяной основе, эмульсионные промывочные жидкости, глинистые растворы с добавками поверхностно-активных веществ, аэрированные жидкости и др.

Заканчивание скважин, вскрывших истощенные пласты, в основном производят первыми двумя способами. Перед вскрытием обсадную колонну устанавливают в кровле продуктивного пласта, после вскрытия продуктивного пласта спускают эксплуатационную колонну или фильтр (хвостовик). При отсутствии промежуточной колонны после вскрытия истощенного пласта спускают обсадную колонну с фильтром против пласта и при помощи манжетной заливки цементируют ее выше нефтеносного пласта. Фильтры могут быть как с круглыми, так и со щелевидными отверстиями. Щелевидные фильтры дороги в изготовлении и не всегда надежно предотвращают поступление песка в скважину, часто засоряются. Поэтому применяют также и другие способы оборудования забоя для предотвращения поступления песка в скважину. Например, забой скважины иногда оборудуют металлокерамическими, песчано-пластмассовыми или гравийными фильтрами.

В скважинах с высоким пластовым давлением должно осуществляться полное вскрытие пласта со всеми мерами предосторожности, с последующим спуском эксплуатационной колонны со сплошным цементированием и простреливанием отверстий против продуктивных горизонтов.