Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задач исследований 1
1.1. Анализ качества крепления наклонных сквакин 9
1.2. Особенности цементирования наклонных сквакин 15
1.2.1. Седаментационные процессы и объемные изменения в тампонажном растворе 15
1.2.2. Цементирование скважин в аномальных пластовых условиях 24
1.2.3. Центрирование обсадных колонн 30
1.3. Постановка задач исследований 33
2. Теоретическое обоснование усіовші получения седшен- тационно-устшчивого безусадочного тампоэдшного раствора и выбор методов исследований 35
2.1. Рабочая гипотеза 55
2.2. Методы проведения исследований тампонажного раствора и цементного камня 40
2.2.1. Исследование седиментационной устойчивости 41
2.2.2. Определение изолирующей способности 45
2.2.3. Изучение объемных изменений 49
2.3. Выбор метода планирования эксперимента и опреде ление точности проводимых исследований 53
3. Разработка и исследование таш0на1н0г0 расгвсра на основе портландцемента с комплексной добавкой для цементирования наклонных скважин 58
3.1. Разработка состава комплексной добавки 58.
3.1.1. Определение содержания карбоната кальция 58
3.1.2. Обоснование типа ПАВ и электролита 64
3.2. Исследование влияния комплексной добавки на свойства тампонажного раствора 73
3.2.1. смьтрационные и реологические свойства тампонажного раствора 73
3.2.2. Физико-механические свойства цементного камня 86
3.2.3. Оптимальный состав тампонажного раствора для цементирования наклонных сквакин 93
4. Разработка текн0л0ши цементирования скважин в сложных горно-гюлошческих условиях 103
4.1. Технология цементирования скважин в условиях АНІД 103
4.1.1. Технология цементирования скважин с наличием высокопроницаемых отложений 103
4.1.2. Технология цементирования сквакин с неизолированными зонами низких давлений 107
4.2. Технология цементирования скважин в условиях АВПД 113
4.3. Совершенствование центрирования обсадных колонн в наклонном стволе скважины 118
5. Прошшенные испытания разработанного ташонажного раствора 121
5.1. Промысловые испытания (ЦМР при креплении наклонных скважин 124
5.2. Промысловые испытания технологии крепления скважин в высоко-проницаемых отложениях 132
5.3. Расчет ожидаемой экономической эффективности 135
5.3.1. Расчет экономической эффективности от экономии портландцемента 137.
5.3.2. Расчет экономической эффективности за счет повышения качества разобщения пластов 139
Литература
Приложения I
- Особенности цементирования наклонных сквакин
- Методы проведения исследований тампонажного раствора и цементного камня
- Исследование влияния комплексной добавки на свойства тампонажного раствора
- Технология цементирования скважин в условиях АВПД
Введение к работе
Решение задач по увеличению добычи нефти и газа, поставленных ХШ съездом КПСС,в значительной степени определяется качеством крепления скважин. Особо остро эти вопросы ставятся при освоении шельфа морей и океанов,что обусловлено повышенными требованиями к охране недр и окружающей среды. Освоение шельфа требует бурения значительного количества наклонных скважин, успешность строительства которых во многом определяется существующей технологией разобщения пластов и свойствами применяемых тампонажних материалов.
Анализ состояния крепления скважин показал, что при цементировании наклонных скважин не учитываются многие специфические факторы,характерные для наклонного бурения. Поэтому очевидна необходимость разраоотки технологических мероприятий с учетом особенностей цементирования наклонных скважин. Требования по охране недр и окружающей среды еще более указывают на актуальность проблемы и необходимость ее скорейшего решения.
Ствол наклонной скважины имеет значительное отклонение от вертикали, что обуславливает интенсивное протекание процессов и прижатые обсадной колонны к стенкам скважины. Данные особенности характерны и для вертикальных скважин, но в случае наклонных скважин они весьма существенны.
Исследования показывают, что водоотделение тампонажного раствора из портландцемента с отклонением скважины от вертикали возрастает в 2-5 раз,а твердеющий цементный камень дает усадку более 1% [48,113]. В наклонном стволе не обеспечивается полнота вытеснения промывочной жидкости и заполнения тампонажним раствором заколонного пространства скважины,так как всегда имеет место эксцентричное расположение обсадной колонны. Используемые в настоящее время центрирующие устройства не позволяют достигнуть необходимой концентричности обсадной колонны. Например,арки пружинных центраторов под действием горизонтальной составляющей веса обсадных труб в наклонном стволе сжимаются или разрушаются, и не обеспечивают эффективное центрирование. Использование жестких центраторов затрудняет прохождение обсадной колонны в искривленных участках ствола скважины и во многих случаях не позволяет допустить ее до проектной глубины. Разобщение пластов также во многом определяется геологическим строение пласта и ,в частности, его проницаемостью и аномалиями пластовых давлений. В указанных условиях применение традиционных приемов цементирования наклонных скважин с использованием облегченных и утяженных растворов не в полной мере отвечает все возрастающим требованиям качественного разобщения пластов и охраны окружающей среды.
Обзор литературных данных и анализ промыслового материала позволил установить,что для качественного крепления наклонных скважин одними из первоочередных задач являются:
- повышение технологических свойств тампонажного раствора на основе портланцемента и, в частности, таких показателей,как седиментационной устойчивости и изолирующей способности;
- совершенствование конструкций цементирующих устройств и технологии цементирования пластов высокой проницаемости и с аномальными давлениями.
Выше изложенные задачи были решены при выполнении данной диссертационной работы, в частности:
1. Разработаны теоретические предпосылки получения тампонажного раствора на основе портландцемента высокой седиментационной устойчивости и твердеющего без усадочных деформаций;
2. Обоснованы и предложены методики и аппаратура для оценки седиментационной устойчивости,объемных изменений и изолирующей способности твердеющего тампонажного раствора.
3. Разработан и предложен для практического использования тампонажный раствор на основе портландцемента с комплексной добавкой, включающей карбонат кальция, водорастворимое поверхностно активное вещество (ПАВ) с низким значением критической концентрации мицеллообразования (КЕШ) и электролита (хлорида натрия), обладающий высокой седиментационной устойчивостью и твердеющий с образованием прочного,малопроницаемого и безусадочного цементного камня.
4. Обоснованы требования к центрирующим устройствам,на основании которых разработана конструкция центратора,обеспечивающего концентричное расположение обсадной колонны в наклонном стволе скважины.
5. Разработаны и предложены для практического использования технологические системы цементирования при разобщении пластов высокой проницаемости и с аномальными давлениями.
Основные разработки диссертационной работы защищены семью авторскими свидетельствами. По материалам диссертации опубликовано семь статей.
Выполненные в диссертационной работе исследования основаны на фундаментальных научных трудах А.П.Агишева,М.О.і\шрафьяна,А.И. Бережного, А.И.Булатова, А. А.Гайворонско го ,М.П. Гули заде, Д.Ш.Давлет-баева,В. С.Данюшевского ,Т. Е.Ерем енко ,Л. Б.Измайлова /В.И.Крылова, М. Р. Мавлютова, В. Д. Малеванс кого, У. Д.Мамаджанова, Н. А. Мариапольско-го,А.Х.Шрзаджанзаде,Д.Ф.Новохатского,Ш.М.Рахимбаева,М.К.Сеид-Рза, Е.М.Соловьева ,Н.И.Титкова,Н.М.Шерстнева,Р.И.Шиш енко,Г.Н.Хан-гильдина,И.Г.Юсупова,Н.Беккера.Х.Бича,Н.Кларка и других отечественных и зарубежных ученых,которые внесли значительный вклад в разработку теоретических основ и практическое решение проблемы повышения качества крепления скважин.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю - кандидату технических наук, доценту Ю.С.Кузнецову, научному консультанту - кандидату технических наук, доценту В.М.Кравцову, доктору технических наук, профессору М.Р.Мавлютову, сотрудникам СахалинНЙПИнефгегаэа: кандидату технических наук В. С.Пупкову, инженеру Б.Н.Сизову, кандидату геолого-минералогических наук В.К.Горохову, сотрудникам кафедры бурения Уфимского нефтяного института, кандидатам технических наук В.П.Овчинникову и Ф.А. Агзамову за эффективную помощь при выполнении диссертационной работы.
Особенности цементирования наклонных сквакин
После продавливания тампонажного раствора в заколонное пространство он в течение определенного времени находится в состоянии относительного покоя. В этот период под действием гравитационных сил происходит разделение дисперсной и дисперсионной, сред [23,104] . Седаментационные процессы в высококонцентрированных суспензиях, каковым является тампонажный раствор,протекают не в соответствии с законом Стокса (без распределения частиц по размерам),а путем "сползания" всего столба тампонажного раствора относительно стенок вмещающей среды [22,23,25-28] . При этом твердая составляющая (частицы портландцемента и связанная вода) стремится к оседанию на удерживающей поверхности вмещающей среды,а мобильная (свободная) вода затворения стремится занять положение на поверхности системы.
Седиментационную устойчивость принято оценивать величиной водоотделения (количество выделившейся жидкости затворения,от исследователи оценивают устойчивость тампонажного раствора таким показателем, как предельное водоотделение. Предельное водоотделение зависит от высоты и поперечных размеров столба тампонакного раствора [21-23,25] . В табл.1.4 приведены величины предельного водоот-деления (за 3 часа в %) при измерении в стеклянных цилиндрах диаметром 0,036 м при высоте столба тампонажного раствора 0,23 м [48] .
Из табл.1.4 видно,что растворы на основе портландцемента обладают низкой водоудерживающей способностью. Уже при В/Ц=0,4 заметно проявляется процесс водоотделения,свидетельствующий о седиментационной неустойчивости.
Низкая седиментационная устойчивость растворов на основе портландцемента обусловлена большим количеством избыточной воды (в 1,5-2 раза выше необходимого) и невысокой силой сцепления между частицами твердой фазы. Вследствие этого,твердые составляющие оседают, а вода затворения поднимается вверх [104] .В работах А.И.Бережного,АШ.Булатова,Т.ПауэрсаД.К.Куксова, О.Н.Обозина,А.В.Черненко, J. TomisKi и др. [15-17,21-23,25,48, 57,68,96,99,104,108,111,141,155] рассмотрены факторы, в той или иной степени влияющие на седаментационную устойчивость тампонаж-ной системы. При этом исследователями отмечается,что на величину седиментационного водоотделения оказывают влияние водоцемен-тное (В/Ц) или водосмесевое (В/О отношение,угол наклона тампо-нажной системы.удельная поверхность цемента,вязкость жидкости затворения,скорость гидратации,температура и давление и т.д.
А.И.Булатовым,А.К.Куксовым,О.Н.Обозиным,А.В.Черненко [21--23,99,141] установлено,что процесс седиментации интенсифицируется с ростом В/Ц и увеличением плотности частиц твердой фазы. С ростом температуры и давления седиментационная устойчивость тампонажных суспензий повышается. Это объясняется ускорением процесса гидратации с ростом температуры и давления. В случае применения водорастворимых полимеров,седиментационная устойчивость тампонажних систем понижается,так как с ростом температуры падает вязкость дисперсионной среды. Это приводит к интенсификации седиментационных процессов,снижая общую устойчивость системы [27] .
В работе [155] отмечается,что седиментационная устойчивость тампонажного раствора увеличивается с повышением содержания полугидрата CaSDifr .алюмината и феррита,так как эти компоненты быстрее гидратируют,связывая значительное количество воды, и активно принимают участие в образовании "внутреннего скелета" в суспензии,который,в свою очередь препятствует седиментации.
Исследования [16,21-23,28,38,111] показывают,что наиболее интенсивно явления седиментации проявляются при отклонении там-понажной системы от вертикали. А.И.Булатовым [28] показано,что в наклонном цилиндре создаются более благоприятные условия ка налообразования,так как избыточная мобильная вода затворения проходит не через всю массу раствора (как это имеет место в вертикальном цилиндре),а через сравнительно небольшой слой раствора. Достигая внутренней поверхности цилиндра.избыточная масса скользит вдоль нее,образуя восходящий поток. Исследованиями B.C. Пупкова [III] установлено,что водо отделение тампонакного раствора из портландцемента возрастает с увеличением угла наклона,превышая в2 f5 раз этот показатель в вертикальном цилиндре.
В работах [10,141] отмечается,что седиментационная устойчивость связана с процессом суафюзнойного каналообразования,обусловленного выносом растворимых веществ и минеральных частиц фильтрующей жидкой фазой. Это,в свою очередь,приводит к канало-образованию и разрушению цементного камня в период его твердения (ОЗД).
Теоретическими и экспериментальными исследованиями [21-23, 28,38,66-68,99,141,155] и др. установлено,что недостаточная седиментационная устойчивость тампонакных растворов приводит к развитию целого ряда явлений,к числу которых можно отнести:- резкое ухудшение реологических свойств тампонакного раствора при прокачивании их в зонах повышенной проницаемости из-за быстрой потери избыточной воды;- увеличение проницаемости тампонажного камня вдоль направления движения восходящей вода при седиментации;- нарушение сплошности тампонажного камня в затрубном пространстве в результате образования водяных "поясов";- возникновение дополнительных осевых нагрузок на обсадную колонну.Вследствие существенной зависимости водоотделения от зенитного угла скважины,резко возрастает вероятность проявления этих
Методы проведения исследований тампонажного раствора и цементного камня
Для изучения физико-механических свойств тампонажного раст вора (камня) в основном использовались тампонажные портландде-менты Спасского и Новотроицкого заводов.
Тампонажний портландцемент хранился в специальном помещении в герметических контейнерах при постоянной температуре. Удельная поверхность применявшегося цементного порошка определялась прибором ЇЇСХ-2. В случае необходимости повышения величины удельной поверхности вяжущее дополнительно пропускалось через шаровую мельницу. Исследуемый цементный порошок пропускался через металлическое сито № 008. Приготовление тампонажного раствора производилось на дистиллированной воде,имеющей температуру 22С, с растворенными в ней добавками. В качестве экспериментальных методов использовались рентгенография,термография,оптическая микроскопия, вискозиметрия,интерферометрия и метод электрической проводимости [42,106]. физико-механические свойства раствора и камня определялись по ГОСТ 1581-78 и стандартным методикам, наиболее полно изложенным в работах [28,47,328,139,140].
Комплексное изучение свойств тампонажного раствора (камня), а также специфика проводимых исследований потребовали разработки дополнительной аппаратуры и методики проведения исследований. Ниже приводится обоснование методик и конструкций лабораторных устройств.позволяющих оценить седиментационную устойчивость,объемные изменения и изоляционные свойства твердеющего тампонажного раствора с учетом зенитного угла скважины.
В настоящее время общепринятой характеристикой седиментационной устойчивости тампонажного раствора является коэффициент водоотделения (К),методика определения которого нормирована ТУ-21-1-6-67[47] . Все растворы,имеющие Ш2,5$,считаются седи ментационно устойчивыми. Способ определения седиментационной устойчивости заключается в отстаивании суспензии в цилиндре и измерении отстоя дисперсионной среды над дисперсионной (азой {27,47]. Определение водоотделения в тампонажних растворах по данному способу не исключает процесс зависания оседающей дисперсной фазы на внутренней поверхности рабочего цилиндра. ЭРОТ недостаток устранен в устройстве для измерения седиментационной устойчивости разработанном во ВНИИКРнефти [6,141] .
Специфика применения тампонажних растворов в наклонных скважинах,зенитный угол которых достигает 45 и более.потребовала создания устройства (а.с.№832058) и разработки методики для исследования седиментационной устойчивости тампонажной системы, не осложненной процессом зависания и учитывающей зенитный угол скважины.
На рис.2.2. изображено устройство (седиментометр) для измерения седиментационной устойчивости тампонажних растворов в интервале углов наклона тампонажной системы от 0 до 60. Изменение наклона тампонажной системы обеспечивается шарнирными элементами,установленными на втулке (9) корпуса седиментометра (3), с помощью которых два рабочих цилиндра (I) поворачиваются по оси (12) и Фиксируются под определенным углом к вертикали фиксаторами (13). Дно-фильтр (2) рабочих цилиндров располагается выше регулировочного (Налласта (6) и поплавка (5),что в отличие от устройства [6] обеспечивает фиксированное перемещение его вдоль оси цилиндра. Это позволяет установить дно-фильтр при погружении порожнего рабочего цилиндра на уровне жидкости затворения, находящейся в емкости (7). После такой тарировки при заполнении рабочего одлиндра седиментометра испытуемой суспензией давление на дно-фильтр будет точно уравновешиваться выталкивающей силой.
В противном случае (при неподвижном положении дна-фильтра) в начальный момент испытания не будет обеспечиваться равенство давлений на дно-фильтр,создаваемых суспензией и жидкостью затворения. Это объясняется тем,что при погружении дна-ультра за счет веса порожнего цилиндра под уровень жидкости затворения давление столба испытуемой суспензии не полностью уравновешивает давление со стороны емкости. Следовательно,в начальный момент испытания (когда твердая составляющая суспензии находится еще во взвешенном состоянии) на фальтре снизу возникает дополнительное давление. Ири этом жидкость затворения оттеснится по микропорам цементного теста к верхнему уровню залитой суспензии более интенсивно,нежели при оседании твердой составляющей под действием только сил гравитации,что имеет место при седиментации,не осложненной дополнительными внешними факторами.
Методика замеров седиментометром заключается в следующем. Полностью собранное устройство при вертикальном положении порожних цилиндров (I) помещается в емкость (7) с жидкостью затворения (8). При этом с помощью погружения седиментометра дно-фильтр устанавливают так,чтобы он в обоих цилиндрах (I) находился , на уровне жидкости (8) в емкости. Рабочие цилиндры (I) на 1/3 их высоты заполняют испытуемым раствором и с помощью угломера (14) устанавливают под углом к вертикали,равным зенитному углу скважины ,подлежащей цементированию,фиксируя их в этом положении.После этого седиментометр погружают в емкость (7) с жидкостью затворения
Исследование влияния комплексной добавки на свойства тампонажного раствора
Цементирование наклонных скважин требует применения тампо-нажных растворов высокой седиментационнои устойчивости с приемлемыми реологическими характеристиками и низкими значениями во-доотделения под давлением,твердеющих с образованием прочного, малопроницаемого и безусадочного цементного камня. Поэтому для практического использования тампонажного раствора важно определить граничные значения компонентов комплексной добавки,обеспечивающие необходимые технологические свойства.
Для установления влияния комплексной добавки было принято решение математически описать зависимость седиментационнои устой чивости от состава комплексной добавки и угла наклона системы. На основании полученной системы математических моделей планировалось проверить выдвинутые теоретические предположения и выявить влияние указанных факторов на седиментационную устойчивость. Для этой цели использована методика построения оптимальных планов и моделей методом наименьших квадратов,методами корреляционного анализа и решения линейных уравнений [8,90,121] .
В качестве входных параметров,которые,по нашему мнению, должны более полно влиять на седиментационную устойчивость тампонажного раствора,приняты:- угол наклона тампонажной системы, d ( Л,) ;- КШ реагентов - ПАВ ( Лг);- массовая доля ПАВ в жидкости затворения, Сдав ( Х3) »- концентрация хлорида натрия в жидкости затворения, Сэл (X ). Данные параметры в процессе исследований варьировались на четырех уровнях. Уровни варьирования приведены в табл.3.5.
Оценить влияние выбранных факторов на седиментационную устойчивость тампонажного раствора можно следующим уравнением:в котором произведения различных переменных определяют эффектпарных взаимодействий. Так же оценивалось влияние состава комплексной добавки на седиментационную устойчивость тампонажного раствора при различных углах отклонения системы от вертикали.
В этом случае математическая модель для каждого рассматриваемого конкретного значения углов наклона будет иметь следующий вид:
Для получения коэффициентов уравнения (3.3) необходимо иметьрезультаты,как минимум,по десяти опытам. Анализ комбинаторныхпланов [83] позволил выбрать матрицу из 10 ОПЫТОВ, удовлетворяемющую необходимым требованиям факторного эксперимента 4 (табл.3.6).
Выбранная матрица планирования эксперимента и выходной усредненный параметр,характеризующий седаментационную устойчивость тампонажного раствора (водоотделение, % из портландцемента Спасского завода ( С3А +С4 AF = 27$), приведены в табл.3.7.
Оценка равноточности опытов производилась по критерию Кох-рена ( G - критерия) [39] . При числе групп П =40, числе степеней свободы каждой группы =3и 5 -м уровне значимости расчет ное значение критерия G- =0,0604. Следовательно,условие Gp=0,0604 & табЛ = 0,1259 указьюает на равноточность опытов.
Моделирование рассмотренных выше зависимостей было проведено программным путем на электронно-вычислительной машине (ЭШ) СМ-4. При этом также использовались стандартные подпрограммы из пакета научных подпрограмм (ПНИ, ЕС ЭВМ) : C0RRE -подпрог-грамма решения линейной задачи методом наименьших квадратов; LL5Q - подпрограмма решения линейных уравнений общего вида с правыми частями методом исключения Гаусса.
Математическая модель получена в виде полинома второй степени и имеет следующий конкретный вид:Коэффициент множественной корреляции для данного уравнения равен 0,816, мера идентичности 0,806.Учитывая тот факт,что угол наклона оказывает существенное влияние на седиментационную устойчивость тампонаншых растворов, решено было на основании полученного уравнения (3.4) построить математическую модель,описывающую седиментационное водоотделение по всем интервалам углов наклона тампонакной системы,а именно, для углов наклона: 0,15,30 и 45. В этом случае имеем следующие уравнения: определены оптимальные значения критической концентрации мицелло-образования ПАВ и концентрации компонентов комплексной добавки, обеспечивающих минимальное водоотделение из тампонажного раствора. Результаты расчетов представлены в таол.ь 8. Примечание: х) - результат,полученный при решенииуравнения (3.3.). Анализ математических моделей (3.5-3.8) и полученных расчетных оптимальных значений компонентов комплексной добавки (см.табл.3.8) показывает,что эффективное повышение седиментаци-онной устойчивости тампонажного раствора достигается при добавке реагента-ПАВ,имеющего значение ККМ в пределах 0,004-0,005$, в комплексе с хлоридом натрия. Такому требованию удовлетворяет окзил,оптимальное содержание которого в жидкости затворения смеси тампонажного портландцемента Спасского завода (91$) с мелом (9$) составляет 0,16-0,17%, а хлорида натрия Ю 12$. Данное соотношение компонентов комплексной добавки позволяет получать стабильную седиментационную устойчивость тампонажного раствора в интервале углов наклона 0-60.
Тампонажному раствору с комплексной добавкой было дано наименование "соленый цементно-меловой раствор" (СЦМР).
Особенности приготовления тампонажных растворов и специфические условия его твердения в наклонном стволе скважины обусловили изучение седиментационной устойчивости в зависимости от колебания В/С и изменения величины водоотделения во времени. Результаты исследований представлены в табл.3.9 и рис.3.7 и 3.8.
Технология цементирования скважин в условиях АВПД
При цементировании наклонных скважин в условиях АВПД важными моментами являются:- использование тампонажных растворов высокой седиментационной устойчивости с улучшенными реологическими характеристиками и твердеющих без усадочных деформаций; - возможность регулирования противодавления на пласт с АВПД.
Результаты экспериментальных исследований (глава 3) показали,что такими необходимыми технологическими свойствами обладает СЦМР. С целью применения СЦМР при креплении скважин,характеризующихся наличием пластов с аномально-высокими пластовыми давлениями, разработана технология цементирования,позволяющая использовать в этих условиях тампонажные растворы нормальной плотности (1800-1880 кг/м3).
Разработанная технология заключается в закачке на расчетную высоту выше пласта с АВПД порции медленно схватывающегося тампонажного раствора (МСТР),а в интервал пласта и на расчетную высоту выше его кровли,нормально схватывающегося тампонажного раствора,в частности СЦМР. При этом для создания на пласт с аномально-высоким пластовым давлением противодавления полным весом столба МСТР,последнему придают возвратно-поступательное движение на время схватывания СЦМР. Для этого при спуске обсадной колонны на расчетной высоте (в зависимости от величины давления в пласте и плотности МСТР) устанавливают устройство (например, муфту ступенчатого цементирования).позволяющее сообщать трубное пространство с затрубным. После окончания процесса цементирования приводят это устройство в действие, и попеременной закачкой одинакового объема жидкости сначала в затрубное,а затем в колонну,постоянно поддерживают МСТР в состоянии возвратно-поступательного движения до конца твердения СЦМР.
Рассмотрим условия,необходимые для создания противодавления на пласт с АВПД в предлагаемой технологии цементирования. Для того.чтобы предотвратить газопроявления из пласта,должно соблюдаться условие превышения противодавления на него с коэффициентом превышения а ,который в зависимости от глубины залегания пласта изменяется в пределах I.I5 1.20 для Н 1000м и а = 1.05-1Л для Н ЮС0 м [108] . В нашем случае это условие определяется формулой:где Рпл - давление пласта с АВПД, Па;L - длина интервала за колонной (от устья скважины), заполненного медленно схватывающимся тампонажним раствором,м; Ом.с.,рж - плотности медленно схватывающегося раствора и жидкости затворения,кг/м3; h - расчетная высота подъема нормально схватывающегося тампонажного раствора выше кровли пласта,м; п. - коэффициент превышения гидростатического давления над пластовым. В данном случае имеется в виду то,что интервал медленно схватывающегося тампонажного раствора все время оказывает на пласт противодавление о Црм.с.за счет придания ему возвратно-поступательного движения,а часть порции нормально схватывающегося раствора в интервале h выше кровли пласта,находящаяся в покое,оказывает на пласт противодавление,равное давлению столба жидкости затворения, т.е. а Іірж . Поскольку расстояние до кровли пласта Н известно,то
Решая уравнение (4.2) относительно L .получаем формулу для определения глубины установки устройства,через которое обеспечивается возвратно-поступательное движение медленно схватывающегося тампонажного раствора.
Цементирование скважины осуществляется следующим образом (рис.4.4). В скважину (с наличием пласта АВПД на глубине Ни пластовым давлением Рпл) спускают обсадную колонну с установкой на ней на расстоянии L от устья устройства (например,муфты ступенчатого цементирования) для сообщения трубного пространства с затрубным. Закачивают в колонну,а затем продавливают в затру бное пространство две порции неодновременно схватывающихся тампонажных растворов: в интервал пласта и на высоту выше его кровли - (ЩР, а выше, до устья скважины - МСГР (например,там-понажный раствор с добавкой винно-каменной кислоты и окзила) (см.рис.4.4,б). После этого сообщают трубное пространство с за-трубным и,попеременной закачкой одинакового объема жидкости сначала в затрубное (при свободном выходе промывочной жидкости и труб), а затем в трубное (при свободном выходе из-за трубного), постоянно поддерживают МСГР в состоянии возвратно-поступательного движения на время до конца схватывания в интервале пласта и интервала выше его кровли (см.рис.4.4,в,г).
Таким образом,в отличие от способов [4,41] .применение СЦМР в качестве нормально схватывающегося тампонажного раствора позволит производить процесс крепления в условиях АВПД качественно, без осложнений и аварий. В свою очередь,применение медленно схватывающегося тампонажного раствора с закачкой на расчетную высоту выше пласта с АВПД и поддеркание его в состоянии возвратно-поступательного движения на время до конца схватывания тампонажного раствора в зоне пласта позволяет поддерживать необходимое противодавление на пласт и предотвратить переток газа из него.
В разделе 1.2.3 было показано,что вопрос центрирования обсадной колонны является актуальным,так как конструкции центрирующих устройств не удовлетворяют необходимым требованиям,предъявляемым к центраторам для наклонных скважин.
Для повышения надежности и эффективности центрирования обсадных колонн в наклонном стволе предлагается использование центрирующих устройств с управляемым изменением их диаметра. При этом колонна обсадных труб оснащается устройствами(а.с.989717), снабженными эластичными центрирующими элементами,которые в транспортном положении имеют диаметр меньше диаметра скважины. По окончании спуска колонны,перед ее цементированием,центрирующие элементы гидравлическим путем переводятся в рабочее положение с диаметром,равным диаметру скважины,и фиксируются в этом положении. Предложенный способ позволит обеспечить беспрепятственный спуск обсадной колонны в скважину через интервалы набора кривизны и концентричность колонны по окончании ее спуска.
Схема устройства для осуществления предлагаемого способа центрирования показана на рис.4.5. Центрирующее устройство (см. рис.4.5) состоит из корпуса (І), в пазах (2) которого закреплены эластичные центрирующие элементы (3),подпружиненного поршня(4) с направляющей втулкой (5),пружины (6),нижнего переводника (7) с упором (8) для пружины и ограничителем (9) хода поршня, нижней цементировочной пробки (10) с разрушаемой диафрагмой (II) и нажимной металлической втулкой (12). В корпусе (I) имеются радиальные отверстия (13). В окнах (14) втулки (5) на оси (15) установлен поворотный упор (16) цементировочной пробки, который удерживается в горизонтальном положении срезной шпиль
