Необхідність походжання обсадних колон у процесі цементування свердловин - Буріння та Нафта -
THE NEED FOR RECIPROCATING MOVEMENT IN THE PROCESS OF WELLS CEMENTING
A. BULATOV, Professor Krasnodar
Розходжування обсадних колон як метод створення герметичного кріплення та рекомендації щодо його використання.
Reciprocating movement як метод створення створеної бруківки support and advice on how to use.
Внаслідок невертикальності навіть «вертикальних» свердловин після спуску обсадна колона у різних місцях прилягає до стінки ствола. Звичайно, обладнання колони центраторами сприяє центруванню колони, але не повністю вирішує це завдання. У місцях прилягання колони до стінки утворюються зони защемленого бурового розчину. Потік буферної рідини і тампонажного розчину, що рухаються, навіть при турбулентному режимі течії, але діючий короткочасно, не в змозі зруйнувати ці зони і видалити що знаходиться в них буровий розчин. Говорити про видалення глинистої кірки навряд чи варто: у зоні зближення обсадних труб із проникними ділянками стовбура свердловини товщина глинистої кірки значно перевищує її середні розміри. Якщо потік цементного розчину рухається в структурному (або в ламінарному) режимі, то руйнування зони защемленого бурового розчину взагалі неможливо.
Боротьба за герметичність
Що ж робити? Необхідно забезпечити герметичність зацементованого заколонного простору, а це неможливо, тому що глинистий розчин залишається не повністю витісненим, на місці залишається глиняна кірка. Як же добитися герметизації? Гарантованої стовідсоткової герметизації досягти непросто. Але є дуже перспективний спосіб – утворити в цементованому заколонному просторі майже однорідний цементно-бентонітовий розчин, близький за властивостями до того, що готується спеціально для цементування свердловин полегшеним тампонажним розчином, що широко застосовується. Це - перемішування рухомого цементного (тампонажного) розчину з не бажаючим бути повністю витісненим глинистим розчином та ще з включенням в процес перемішування (змішування) здираної скребками глинистої кірки. І це єдиний доступний спосіб впливати на зміну ситуації з цементуванням заколоного простору та гарантовано підвищити ймовірність забезпечення його герметичності. Шлях досягнення мети – вертикальні переміщення обсадної колони в процесі виходу цементного розчину в простір і продавлювання його до встановленої позначки. У роботах зарубіжних фахівців походжання обсадних колон при продавці цементного розчину використовується навіть при будівництві глибоких свердловин (5000 м і більше). У нашій практиці метод використовують ентузіасти, широкого застосування він поки що не отримав.
Отже, основною причиною позитивного впливу ефекту походжання обсадних колон на повноту витіснення бурового розчину є руйнування структури бурового розчину, що знаходиться в защемлених зонах, та решті заколонного простору за рахунок зворотно-поступального руху колони труб, що призводить до зміни її положення щодо стінки свердловини. А це відкриває доступ потоку буферної рідини та цементного розчину в жолобні виробки та застійні зони. Залишки бурового розчину вище цементного розчину виносяться його потоком, що залишилися в зоні руху цементного розчину з ним перемішуються, і ймовірність залишення протяжного вздовж стовбура свердловини скупчення бурового розчину в защемлених зонах помітно знижується або стаєрівної нулю (прямих експериментів не проводилося). При цьому при русі колони вгору цементний розчин затягується в жолобні виробки, що змінюються за розмірами, витісняючи буровий розчин. Механізм руйнування застійних зон різних за складом бурових розчинів в результаті зворотно-поступального руху обсадної колони у вертикальних, похилих та горизонтальних стовбурах не вивчений. У будь-якому випадку невитіснений буровий розчин перемішується з цементним, і можливість виникнення каналів у цих місцях може бути зведена до нуля.
За наявності скребків (скребки були виготовлені та застосовані у свердловинах Затеречного родовища мною та Г.П. Домановим) у процесі розходження обсадної колони підвищується ймовірність забезпечення контакту цементного розчину з породами. При плануванні проведення процесів ходіння обсадних колон необхідно мати уявлення про виникаючі при цьому тиски, залежно від обсягів заколоного простору, глибини свердловини, режимів ходіння, реологічних властивостей бурового та тампонажного розчинів. Завдання ускладнюється тим, що цементні розчини змінюють свої реологічні властивості в залежності від дії температури, тиску та часу розходження колони. Те ж відноситься і до властивостей сумішей цементного та глинистого розчинів. Зміна тиску в процесі розходження безпосередньо не впливає на повноту витіснення бурового розчину цементним, але може призвести до ускладнень: при русі колони вниз - до гідророзриву, при русі вгору - до можливого збудження колектора. Тому мною поряд з розрахунками накопичувалися дані за результатами експериментів. Усе це представлено у [1]. Там же наведено і опис обладнання для походжання обсадних колон (хоча можна проводити процес «згака»). Зупинюся на висновках. На зростання тиску при розходженні обсадних колон впливають такі фактори: динамічна напруга зсуву tо, пластична в'язкість h і швидкість руху колони v. Чим більша глибина свердловини (довжина колони), тим, за інших рівних обставин, вищий тиск. Зменшення динамічної напруги та пластичної в'язкості тампонажних розчинів застосуванням реагентів – найбільш дієвий захід щодо зниження тиску.
Рекомендації з технології ходіння
Походжання обсадних колон при цементуванні свердловин є кардинальним заходом підвищення якості роз'єднання пластів (у тому числі і з розвантаженням обсадної колони на забій, застосуванням ексцентриків або без них), забезпечення при русі цементного розчину коливальних процесів (або без них та інших придуманих способів). Тому зупинюся на технологічних особливостях процесу.
Безаварійне походжання обумовлюється правильним вибором параметрів проведення процесу. До керованих параметрів процесу цементування з ходінням обсадної колони (до технології) відносяться: швидкість ходіння (підйом і спуск); - Амплітуда походжання; - Швидкість висхідного потоку тампонажного розчину в колонному просторі (подача ЦА); – момент початку та кінця процесу; – число та номенклатура елементів заколоної оснастки (при проектуванні процесу), насамперед, скребків; – наявність, обсяг та якість буферної рідини (при проектуванні процесу); - водовіддача тампонажного розчину (при проектуванні та при використанні скребків).
Правильний вибір поєднання цих (керованих і сприяють кращому результату) параметрів забезпечує оптимальний режим походжання та дозволяє отриматиякісне роз'єднання пластів. Процес походжання не обов'язково слід закінчити із закінченням процесу продавки тампонажного розчину. Доцільно зробити ще кілька циклів. Кількість їх може визначитися часом загусання тампонажного розчину. Тоді час походжання Тр, час проведення процесу цементування Тц та час загусання розчину Тз знаходяться в наступній залежності: Тз > Тр > Тц.. Пояснення доцільності походжання колони після закінчення продавки тампонажного розчину полягає в тому, щоб попередити розшарування розчину та відділення від нього води з можливим утворенням водяних зон («поясів»), скупчення її під будь-якими поверхнями, особливо у разі застосування чистого цементного розчину. Насправді походжання колони нами проводилося досі закачування 70 – 90% продавочної рідини, у випадках до посадки пробки на стоп-кільце. Коли цементний розчин повністю продавлений у заколоний простір, навантаження на пласти максимальне. Походження колони в цей час підвищить ймовірність гідророзриву пласта. В даному випадку необхідно керуватися тиском гідророзриву пластів на кожній конкретній площі. Для визначення параметрів походжання необхідно конкретизувати мету проведення операції: – для перемішування бурового розчину та руйнування зон защемлення бурового розчину; – для перемішування бурового розчину, руйнування зон защемлення бурового розчину та зняття глинистої кірки зі стінки свердловини (будь-якого колектора). Перший випадок описано. Однак поки що немає математичних залежностей, що визначають повноту витіснення бурового розчину взагалі і із застосуванням методу розходження обсадних колон – тим більше. Щодо другого випадку, є свої особливості, оскільки стоїть конкретнаі непросте завдання – зчищення глинистої кірки, що має певні фізико-механічні властивості та поширеність по стовбуру свердловини в інтервалі підйому цементного розчину. Наші експериментальні роботи (спільно з Г.П. Домановим) показали, що до 25 циклів ходіння при використанні скребка (за якістю поступається скребкам конструкції ВНДІКРнафта) видаляється 93 - 95% глинистої кірки, і подальше ходіння стає недоцільним. Виникає завдання проведення необхідної кількості циклів походжання за час Тр. Якщо позначити швидкості спуску та підйому колони відповідно через u1 і u2, а амплітуду походжання через lа, то час для проведення k циклів походжання Тр' можна визначити за формулою: Тр' = kla(1/u1 + 1/ u2). Як зазначалося вище, Тр ≥ Тр', інакше глиняста кірка не буде видалена. Тому необхідно мати запас часу для проведення необхідної кількості циклів ходіння. На практиці розходження колон проводилося з різними швидкостями: від 0,1 - 0,3 до 1,0 - 1,5 м / с. Подача насосів при розходженні використовується з урахуванням досвіду проведення операції та виражається через швидкість висхідного потоку. Рекомендуються різні швидкості висхідного потоку: до 4,5 м/с (В.Б. Разумов) [2]. Один із параметрів походжання – амплітуда. Щоб вибрати величину, спочатку треба визначити довжину інтервалу видалення глинистої кірки. Амплітуду розходження слід визначати в залежності від відстані між скребками: при відстані 9 – 10 м колону розходяться на 9 – 12 м. Правильніше: амплітуда розходження колони la є визначальною при виборі відстані між скребками lc. Якщо ставиться завдання видалення глинистої кірки великої протяжності L, приймаючи la = lc, число скребків nc = L/la. Якщо ставиться завданнястворення перемичок невеликої протяжності можна прийняти la рівної протяжності перемички, що забезпечить додатковий резерв часу для проведення процесу розходження. Відстань між скребками визначається також геологічними умовами (при роз'єднанні пластів один від одного) або приймається рівною відстані між перемичками, а число скребків – числом перемичок. Є ще одна колосальна перевага цементування свердловин з походжанням обсадної колони в процесі руху в колонному просторі тампонажного розчину: перемішування самого розчину. Що в цьому випадку це дасть? Багато: – руйнування защемлених зон глинистого розчину та заповнення цих місць тампонажним; - Підвищення коефіцієнта заміщення глинистого розчину тампонажним; - перемішування густе тампонажного розчину, руйнування його структури, а отже (для бажаючих), підтримання активного тиску стовпа тампонажного розчину. Причому цей процес можна здійснювати до моменту, близького до початку схоплювання розчину, коли вже відпадуть сумніви про можливість прориву газу через нього або виникнення перетікання між близько розташованими пластами зі значним перепадом тиску; при використанні скребків – очищення стінки свердловини від глинистої кірки. Тут виникає практичне питання: у яких місцях стінки свердловини знімати глинисту кірку (або взагалі очищати стінку стовбура), щоб згодом при руйнуванні її місці не виникли канали. Від інтервалу видалення глинистої кірки залежить відстань між скребками, їх кількість та амплітуда походжання. Її або застояний глинистий розчин у вигляді маси, що налипла, рекомендую видаляти над продуктивним горизонтом (якщо розріз не представлений кавернами), хоча чимало випадків встановлення двох-трьох скребків: один – проти підошви,інший – проти покрівлі продуктивного пласта. Від такого застосування скребків користі не буде. З продуктивного пласта знімати її недоцільно, хоча б через те, щоб не створити вільного проходження в нього фільтрату цементного розчину; крім того, при перфорації її наявність створить полегшені умови прострілу привибійної зони пласта (ПЗП), оскільки глиняста кірка на той час виявиться зруйнованою за рахунок контракції. У всіх інших інтервалах глинисту кірку доцільно знімати, особливо там, де є побоювання перетікання з пласта в пласт. Для походжання підвішеної обсадної колони при цементуванні можна обходитися наявним обладнанням і робити підйом і спуск її навіть на 2 - 2,5 м. Однак можна використовувати вдосконалений нагнітальний маніфольд, і тоді ходіння можливе на довжину ходу до 12 м.