Технология цементирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Технология цементирования складывалась на основе многолетнего практического опыта и совершенствовалась с использованием достижений науки и техники. На современном уровне она включает систему отработанных норм и правил выполнения цементировочных работ, а также типовые схемы организации процесса цементирования. В каждом конкретном случае технологию цементирования уточняют в зависимости от конструкции и состояния ствола скважины, протяженности цементируемого интервала, горно-геологических условий, уровня оснащенности техническими средствами и опыта проведения цементировочных работ в данном районе.

Применяемая технология должна обеспечить:

· цементирование предусмотренного интервала по всей его протяженности;

· полное замещение промывочной жидкости тампонажным раствором в пределах цементируемого интервала;

· предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости;

· получение цементного камня с необходимыми механическими свойствами, с высокой стойкостью и низкой проницаемостью; обеспечение хорошего сцепления цементного камня с обсадной колонной и стенками скважины.



1. Технология проведения работ

1.1 Технология цементирования

При разработке технологии цементирования для конкретных условий прежде всего подбирают такой способ который должен обеспечить подъем тампонажного раствора на заданную высоту, заполнение им всего предусмотренного интервала (а если есть необходимость, то и защиту некоторого интервала от проникновения тампонажного раствора), предохранение тампонажного раствора от попадания в него промывочной жидкости при движении по обсадной колонне. Наиболее полное замещение промывочной жидкости происходит при турбулентном режиме (98%), худшие показатели (42%) дает струйный режим.

Для наиболее полного замещения промывочной жидкости рекомендуется ряд мероприятий:

· тщательное регулирование реологических свойств промывочной жидкости, заполняющей скважину перед цементированием, с целью снижения вязкости и статического напряжения сдвига до минимально допустимых значений;

· нагнетание тампонажного раствора в затрубное пространство со скоростями течения, обеспечивающими турбулентный режим;

· применение соответствующих буферных жидкостей на разделе промывочной жидкости и тампонажного раствора;

· расхаживание или вращение обсадной колонны при подаче тампонажного раствора в затрубное пространство;

· применение полного комплекса технологической оснастки обсадной колонны.

При разработке технологии подбирают тампонажный материал, рецептуру и свойства тампонажного раствора, определяют режим закачки и продавки тампонажного раствора, суммарную продолжительность цементировочных работ и промежуток времени, необходимый для формирования в затрубном пространстве цементного камня с достаточной прочностью, позволяющей возобновить работы в скважине.

1.2 Одноцикловое цементирование с двумя пробками

Способ одноциклового цементирования с двумя пробками был предложен в 1905 г. бакинским инженером А. А. Богушевским.

По этому способу после завершения подготовительных работ в колонну вводят нижнюю пробку с проходным каналом, временно перекрытым диафрагмой.

На верхний конец колонны навинчивают цементировочную головку и приступают к закачке тампонажного раствора, который тут же приготавливают в смесительной установке. Когда весь расчетный объем цементного раствора закачан в скважину, освобождают верхнюю пробку, которая до этого удерживалась в цементировочной головке шпильками. Начиная с этого момента в обсадную колонну подают продавочную жидкость, под давлением которой верхняя пробка гонит вниз столб цементного раствора. Вследствие своей более высокой плотности цементный раствор под собственным весом вытесняет промывочную жидкость, что отмечается по падению давления на цементировочной головке.

Как только нижняя пробка достигнет упорного кольца, давление над ней повысится и под его воздействием диафрагма, перекрывающая канал в нижней пробке, разрушится; при этом наблюдается повышение давления на 4 - 5 МПа. После разрушения диафрагмы раствору открывается путь в затрубное пространство.

Объем продавочной жидкости, закачанной в скважину, непрерывно контролируют. Когда до окончания продавки остается 1 - 2 м3 продавочной жидкости, интенсивность подачи резко снижают. Закачку прекращают, как только обе пробки (верхняя и нижняя) войдут в контакт; этот момент отмечается по резкому повышению давления на цементировочной головке. В обсадной колонне под упорным кольцом остается некоторое количество раствора, образующего стакан высотой 15 - 20 м. Если колонна оснащена обратным клапаном, можно приоткрыть краны на цементировочной головке и снизить давление.

Схема этапов выполнения одноциклового цементирования обсадной колонны: I - начало подачи цементного раствора в скважину; II - подача закачанной порции цементного раствора по обсадной колонне; III - начало продавки в затрубное пространство; IV - окончание продавки; 1 - манометр; 2 - цементировочная головка; 3 - верхняя пробка; 4 - нижняя пробка; 5 - цементируемая обсадная колонна; 6 - стенки скважины; 7 - стоп-кольцо; 8 - продавочная жидкость; 9 - буровой раствор; 10 - цементный раствор

1.3 Двухступенчатое (двухцикловое) цементирование

Двухступенчатым цементированием называется раздельное последовательное цементирование двух интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего). Этот способ по сравнению с предыдущим имеет ряд преимуществ. В частности он позволяет:

· снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента,

· существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затрубном пространстве без значительного роста давления нагнетания,

· уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве,

· избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, используемого в верхнем интервале, что, в свою очередь, позволяет более правильно подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала.

Для осуществления двухступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную заливочную муфту. Подготовку скважины к цементированию ведут тем же путем, что был описан выше. После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке первой порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему первой ступени. Закачав нужный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку первой ступени, которая беспрепятственно проходит через заливочную муфту. Продавочной жидкостью вытесняют раствор в затрубное пространство.

После закачки объема продавочной жидкости, равного внутреннему объему обсадной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобождают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку второй ступени. Достигнув заливочной муфты, пробка садится во втулку и под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте. Сигналом открытия отверстий является резкое падение давления нагнетания.

Существуют две разновидности способа двухступенчатого цементирования. По одной из них тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени - это так называемый способ непрерывного цементирования. В другом случае после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор второй ступени подают в скважину спустя некоторое время, например требуемое для схватывания раствора первой порции, - такое цементирование называется двухступенчатым с разрывом.

Этот способ позволяет повысить качество цементирования нижнего интервала за счет регулирования гидродинамического давления в затрубном пространстве.

Третью пробку (верхняя пробка второй ступени) вводят в колонну после подачи всего расчетного объема раствора для цементирования второй ступени. За третьей пробкой в скважину нагнетают продавочную жидкость. Эта пробка задерживается в заливочной муфте и под давлением смещает вниз втулку, которая перекрывает отверстия. Резкое повышение давления сигнализирует о завершении цементирования. После этого скважину оставляют в покое для формирования цементного камня.

1.4 Манжетный способ цементирования

Манжетный способ цементирования применяют в тех случаях, когда необходимо предупредить загрязнение цементным раствором продуктивных горизонтов с низким пластовым давлением или избежать попадания цементного раствора в зону расположения фильтра. Против нижней отметки интервала цементирования в обсадной колонне устанавливают муфту с проходными отверстиями для пропуска раствора в затрубное пространство и металлической или брезентовой манжетой снаружи (рис. 9.3).

При закачке цементного раствора манжета раскрывается и перекрывает затрубное пространство таким образом, что раствор может проходить только в одном направлении - вверх. Внутри колонны ниже муфты помещают клапан, который перекрывает доступ в нижнюю часть колонны.

Цементирование потайных колонн и секций.

Спуск обсадной колонны секциями, а также потайной колонны осуществляют на колонне бурильных труб, с которой они соединены переводником с левой резьбой. Для цементирования секций и потайных колонн используют способ одно-циклового цементирования с одной разделительной пробкой. Она состоит из двух частей: проходной пробки, имеющей наружный диаметр, соответствующий внутреннему диаметру цементируемых труб (она закрепляется шпильками на разъединителе нижнего конца бурильной колонны), и упругой пробки малого диаметра, которая свободно может проходить по колонне бурильных труб.

Упругую пробку вводят в бурильную колонну вслед за тампонажным раствором, под давлением продавочной жидкости она опускается до проходной пробки и задерживается в ней. Под воздействием возрастающего давления шпильки, удерживающие проходную пробку на бурильной колонне, срезаются, и обе пробки как одно целое перемещаются вниз до упорного кольца. Сигналом полного продавливания раствора в затрубное пространство служит повышение давления нагнетания. Для промывки колонны бурильных труб от оставшегося в них цементного раствора в нижнем переводнике с помощью шара, сбрасываемого в колонну, открывают проточные отверстия. Потоком промывочной жидкости остатки цементного раствора вымываются из колонны.

1.5 Способ обратного цементирования

Под обратным цементированием понимается такой способ, когда цементный раствор с поверхности закачивают прямо в затрубное пространство, а находящийся там буровой раствор через башмак, поступает в обсадную колонну и по ней выходит на поверхность. Способ обратного цементирования уже давно привлекает внимание специалистов, однако широкого промышленного применения пока не получил в силу ряда технических трудностей, и в первую очередь сложности контроля момента достижения цементным раствором низа обсадной колонны и надежного обеспечения высокого качества цементирования в этой наиболее ответственной части.

Установка цементных мостов

В отдельных случаях возникает необходимость в обсаженном или открытом стволе скважины надежно изолировать от остальной его части отдельный интервал (например, при проведении испытаний пластов в обсаженной скважине последовательно от нижнего к верхнему, при переходе на эксплуатацию вышележащего продуктивного горизонта и т. п.). Самый распространенный на практике способ изоляции нижнего интервала скважины - создание в стволе цементного моста. Его устанавливают также при необходимости создания искусственного забоя (например, при искривлении ствола скважины и т. п.).

Цементный мост представляет собой цементный стакан в стволе высотой в несколько десятков метров, достаточной для создания надежной и непроницаемой изоляции.

1.6 Особенности крепления горизонтальных скважин

В настоящее время в отечественной практике горизонтальный участок ствола скважины или ствол с большим углом отклонения от вертикали, как правило, оставляли не зацементированным. В лучшем случае его обсаживают колонной или хвостовиком с щелевидными фильтрами в интервале продуктивного пласта. Однако этот способ закачивания скважин имеет ряд существенных недостатков.

· Прорыв газа или воды на любом участке горизонтального ствола скважины в интервале продуктивного пласта может привести к потере скважины в целом.

· Возникают труднопреодолимые проблемы при необходимости стимулирования скважины путем кислотной обработки или гидроразрыва продуктивного пласта.

· Невозможным становится точное регулирование добычи или нагнетания жидкости в интервалах пласта, имеющих различную проницаемость.

По этой причине, хотя цементирование и перфорация более дороги и могут загрязнить пласт и ограничить темп добычи (или нагнетания) в некоторых породах, преимущества его в борьбе с указанными выше проблемами перевешивают эти недостатки.

В первые десять лет практики цементирования горизонтальных и наклонно направленных скважин применялась обычная стандартная технологическая оснастка обсадных колонн. Однако оказалось, что она не обеспечивает нормальной работы в условиях, когда сама оснастка находится в наклонном положении, либо когда ствол скважины в наклонном или горизонтальном положении отличается от вертикального ствола наличием желобных выработок либо захламленностью нижней его части.

Оказалось, что обратные клапаны с не подпружиненным шаровым затвором перестали надежно закрываться, а в случае, когда шаровой затвор подпружинен, шары размываются при промежуточных промывках и не перекрывают затвор.

Поэтому в зарубежной практике пошли путем усложнения конструкции клапанов.

У нас обратные дроссельные клапаны остались с шаровыми затворами, но дроссели, расположенные ниже шаровых затворов, были усовершенствованы и обеспечивали заполнение спускаемой обсадной колонны жидкостью из скважины на 95 % ее длины, не допуская при этом сифона -- перелива жидкости из колонны на устье скважины.

Испытания в промысловых условиях показали, что в сравнении с клапанами типа ЦКОДМ этот клапан надежно работает в наклонном и горизонтальном положениях.

При этом шар не имеет заметного износа при циркуляции через клапан абразивного бурового раствора в течение 30 ч при расходе до 60 л/с.

Идеальным центратором является жесткий спиральный центратор, наружный диаметр которого меньше диаметра ребер стабилизатора, применявшего при бурении скважин.

При цементировании обычных вертикальных или наклонных скважин рекомендовано применение нижних разделительных пробок для предупреждения образования смеси тампонажного раствора с буферной жидкостью при движении их внутри колонны. При этом устраняется также опасность загрязнения наиболее ответственной последней порции тампонажного раствора буровым, прилипшим к внутренней поверхности обсадной колонны в виде пленки, снимаемой со стенки манжетами продавочной пробки. По этой причине предусматривают оставлять в колонне цементный стакан до 20 м между башмаком колонны и кольцом "стоп". При цементировании горизонтальных скважин комплектное применение продавочных и нижних пробок становится обязательным, так как наличие цементного стакана внутри колонны в пределах продуктивного пласта вообще недопустимо по экономическим соображениям.

В НПО "Бурение" разработан и подготовлен к серийному производству комплект разделительных пробок типа КРПФ который, включает, кроме верхней разделительной пробки / и нижней II, еше и специальное кольцо "стоп" - III. От зарубежных наш комплект пробок выгодно отличается наличием фиксаторов 7, позволяющих фиксировать пробки между собой, а комплект в целом - на кольце "стоп", тем самым, подстраховывая функцию обратного клапана.



2. Техника и оборудования для проведения работ

2.1 Тампонажные материалы для цементирования скважин

Тампонажные материалы - это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень. В зависимости от вида вяжущего материала Тампонажные материалы делятся на:

· тампонажный цемент на основе портландцемента;

· тампонажный цемент на основе доменных шлаков;

· тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей;

· прочие тампонажные цементы (белиловые и др.).

При цементировании скважин применяют только два первых вида - тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков.

К цементным растворам предъявляют следующие основные требования:

· подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания процесса продавливания;

· структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;

· цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;

· цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должны нарушаться под действием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.

В зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на песчаные, волокнистые, гельцементные, пуццолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низким показателем фильтрации, водоэмульсионные, нефте-цементные и др. В настоящее время номенклатура тампонажных цементов на основе портландцемента и шлака содержит:

· тампонажные портландцементы для «холодных» и «горячих» скважин («холодный» цемент - для скважин с температурой до 500С, «горячий» - для температур до 1000С, плотность раствора 1,88 г/см3);

· облегченные цементы для получения растворов плотностью 1,4 - 1,6 г/см3 на базе тампонажных портландцементов, а также на основе шлакопесчаной смеси (до температур 90 - 1400С), в качестве облегчающих добавок используют глино-порошки или молотые пемзу, трепел, опоку и др.;

· утяжеленные цементы для получения растворов плотностью не менее 2,15 г/см3 на базе тампонажных портландцементов для температур, соответствующих «холодным» и «горячим» цементам, а также шлакопесчаной смеси для температур 90 - 1400С (в качестве утяжеляющих добавок используют магнетит, барит и др.);

· термостойкие шлакопесчаные цементы для скважин с температурой 90 - 140 и 140 - 1800С;

· низкогигроскопические тампонажные цементы, предназначенные для длительного хранения.

Регулируют свойства цементных растворов изменением водоцементного отношения (В:Ц), а также добавлением различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих сроки схватывания и твердения, снижающих вязкость и показатель фильтрации. В практике бурения в большинстве случаев применяют цементный раствор с В:Ц = 0,4 - 0,5. Нижний предел В:Ц ограничивается текучестью цементного раствора, верхний предел - снижением прочности цементного камня и удлинением срока схватывания.

К ускорителям относятся хлористые кальций, калий и натрий; жидкое стекло (силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. Эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °С).

Замедляют схватывание цементного раствора также химические реагенты, такие как гидролизованный полиакрилонитрил, карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, сульфит-спиртовая барда, конденсированная сульфит-спиртовая барда, нитролигнин. Перечисленные реагенты оказывают комбинированное действие. Все они понижают фильтрацию и одновременно могут увеличивать или уменьшать подвижность цементного раствора.

Для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (вода). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие температуростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси).

2.2 Оборудование для цементирования скважин

К оборудованию, необходимому для цементирования скважин, относятся: цементировочные агрегаты, цементно-смесительные машины, цементировочная головка, заливочные пробки и другое мелкое оборудование (краны высокого давления, устройства для распределения раствора, гибкие металлические шланги и т. п.).

Цементировочные агрегаты. При помощи цементировочного агрегата производят затворение цемента (если не используется цементно-смесительная машина), закачивают цементный раствор в скважину, продавливают цементный раствор в затрубное пространство. Кроме того, цементировочные агрегаты используются и для других работ (установка цементных мостов, нефтяных ванн, испытание колонн на герметичность и др.).

С учетом характера работ цементировочные агрегаты изготовляют передвижными с монтажом всего необходимого оборудования на грузовой автомашине. На открытой платформе автомашины смонтированы: поршневой насос высокого давления для прокачки цементного раствора; замерные баки, при помощи которых определяют количество жидкости, закачиваемой в колонну для продавки цементного раствора; двигатель для привода насоса.

Для цементирования обсадных колонн в основном применяют цементировочные агрегаты следующих типов: ЦА-320М, ЗЦА-.400, ЗЦА-400А и др. (ЦА - цементировочный агрегат, цифры 320 и 400 соответственно 32 и 40 МПа - максимальное давление, развиваемое насосами этих цементировочных агрегатов).

Для централизованной обвязки цементировочных агрегатов с устьем скважины применяют блок манифольдов. Он состоит из коллектора высокого давления для соединения ЦА с устьем скважины и коллектора низкого давления для распределения воды и продавочной жидкости, подаваемой к ЦА. Блок манифольдов, как правило, оборудован грузоподъемным устройством. цементирование тампонажный колонна

Цементно-смесительные машины. Цементирование осуществляется при помощи цементно-смесительных машин. Применяются различные типы цементно-смесительных машин: СМ-10, 2СМН-20, СПМ-20 др. В данном случае цифры 10, 20 и т. п. обозначают количество цемента (в т), которое возможно поместить, в бункер смесительной машины.

Цементировочные головки предназначены для промывки скважины и проведения цементирования. Спущенная обсадная колонна оборудуется специальной цементировочной головкой, к которой присоединяются нагнетательные трубопроводы (манифольды) от цементировочных агрегатов.

В настоящее время применяются цементировочные головки ЦГЗ, ГЦК, ГЦ5-150, СНПУ, 2ГУЦ-400 и др. Так как в конструктивном отношении все перечисленные головки имеют сходство, то рассмотрим в качестве примера одну из них. На рис. 160 показана головка устьевая цементировочная 2ГУЦ-400, предназначенная для обвязки устья при цементировании скважин и рассчитанная на максимальное давление 40 МПа. При двухступенчатом цементировании используются специальные цементировочные пробки.

2.3 Заключительные работы и проверка результатов цементирования

Продолжительность твердения цементных растворов для кондукторов - 16 ч, а для промежуточных и эксплуатационных колонн - 24 ч.

Продолжительность твердения различных цементирующих смесей (бентонитовых, шлаковых и др.) устанавливается в зависимости от данных предварительного их испытания с учетом температуры в стволе скважины.

При креплении высокотемпературных скважин для предупреждения возникновения значительных дополнительных усилий в период ОЗЦ рекомендуется оставлять колонну подвешенной на талевой системе. В случае увеличения веса на 2 - 3 деления по индикатору необходимо разгружать ее до веса, зафиксированного после ее спуска. За показаниями индикатора веса следует наблюдать на протяжении 10 - 12 ч после окончания цементирования.

По истечении срока схватывания и твердения цементного раствора в скважину спускают электротермометр для определения фактической высоты подъема цементного раствора в затрубном пространстве. Верхнюю границу цемента определяют по резкому изменению температурной кривой.

При схватывании и твердении цементного раствора наибольшее количество тепла выделяется в течение 5 - 10 ч после его затвердения, поэтому для получения четкой отбивки высоты подъема цементного раствора необходимо, чтобы электротермометр был спущен в течение 24 ч после окончания цементирования скважины.

Применение метода гамма-гамма-каротажа (ГГК) основано на измерении разности плотностей цементного камня и глинистого раствора. Сущность метода ГГК заключается в измерении рассеянного гамма-излучения от источника, помещенного на некотором расстоянии от индикаторов.

В последние годы широко используется акустический метод контроля качества цементирования скважин. Он основан на том, что часть обсадной колонны, не закрепленная цементным камнем, при испытании акустическим зондом характеризуется колебаниями значительно больших амплитуд по сравнению с высококачественно зацементированной колонной.

После определения высоты подъема цементного раствора и качества цементирования скважины приступают к обвязке устья скважины.

Благодаря конструктивным особенностям обвязок можно:

· подвешивать промежуточные и эксплуатационные колонны на клиньях;

· спрессовывать отдельные элементы обвязки в буровой;

· контролировать давление в межтрубных пространствах.

После обвязки устья скважины в обсадную колонну спускают желонку или пикообразное долото на бурильных трубах для установления местонахождения цементного раствора внутри обсадных труб. После уточнения местонахождения цементного раствора внутри обсадной колонны в случае необходимости приступают к разбуриванию заливочных пробок, остатков затвердевшего цементного раствора и деталей низа обсадной колонны.

Разбуривание должно вестись пикообразным неармированным долотом диаметром на 7 мм меньше внутреннего диаметра обсадной колонны, считая по самой толстостенной трубе. Обратный клапан может разбуриваться торцовым цилиндрическим фрезером, обеспечивающим сохранность колонны от повреждения. Если предполагается разбурить только заливочные пробки, упорное кольцо «стоп» и цементный стакан до обратного клапана, то можно не оборудовать устье скважины противовыбросовой арматурой. Если же будет разбурен и обратный клапан, вскрыт фильтр или башмак зацементированной колонны, то устье необходимо оборудовать соответствующим образом.

Перед опрессовкой жидкость в колонне заменяют водой. При проверке герметичности давление опрессовки должно на 20 % превышать максимальное устьевое давление, которое может возникнуть при эксплуатации данной колонны. Колонна считается герметичной, если не наблюдается перелива воды или выделения газа, а также если за 30 мин испытания давление снижается не более чем на 0,5 МПа при опрессовке давлением более 7 МПа и не более чем на 0,3 МПа при опрессовке давлением менее 7 МПа. Отсчет времени начинают спустя 5 мин после создания давления. В разведочных скважинах герметичность колонны проверяют снижением уровня жидкости, если плотность бурового раствора была менее 1400 кг/м3, или заменой более тяжелого бурового раствора на воду. Колонна считается выдержавшей испытание, если уровень жидкости в течение 8 ч поднимается не более чем на 1 м в 146- и 168-мм колоннах и на 0,5 м в 194- и 219-мм колоннах и больше (не считая первоначального повышения уровня за счет стока жидкости со стенок колонны).

Для испытания обсадных колонн опрессовкой обычно пользуются цементировочным агрегатом. Для испытания обсадных колонн на герметичность путем понижения уровня пользуются компрессором или желонкой, опускаемой в скважину на канате.

При испытании на герметичность может оказаться, что колонна негерметична. Одно из первоначальных мероприятий по устранению негерметичности - определение места утечки в колонне. Для этого проводят исследования резистивиметром, который служит для измерения удельного сопротивления жидкости. После замера электросопротивляемости однородной жидкости внутри колонны получают диаграмму равного сопротивления, выраженную прямой линией по оси ординат. Вызывая снижением уровня в колонне приток воды и вновь замеряя сопротивление, получают другую диаграмму, точки отклонения которой от первой диаграммы связаны с местом течи в колонне.

После установления места течи в колонне производят дополнительное цементирование по способу Н. К. Байбакова, опуская трубы, через которые будет прокачиваться цементный раствор, на 1 - 2 м ниже места течи.



3. Вопросы экологии и безопасного проведения работ

3.1 Общие меры безопасности

1. К работам по цементажу допускаются работники вахты УЦС, знающие и умеющие выполнять работы согласно главам 18, 20, 24 "ЕТКС" выпуска N 6.

2. Перед выполнением работ по заливке скважин цементом мастер вахты по цементированию должен провести специальное обучение и целевой инструктаж на рабочем месте с записью в журнале инструктажей под расписку.

3. Тампонажные материалы, используемые при строительстве скважин, должны иметь соответствующие сертификаты качества. Свойства тампонажных материалов (в т.ч. цементно-бентонитовых смесей) и формируемого из них цементного камня должны соответствовать требованиям стандартов. Порядок хранения и сроки использования тампонажных материалов устанавливаются заводом-изготовителем.

4. Спуск и цементирование обсадных колонн проводятся по планам, разработанным буровой организацией и утвержденным в установленном порядке. К плану прилагаются исходные данные для расчета обсадных колонн, использованные коэффициенты запаса прочности, результаты расчета обсадных колонн (компоновка колонны) и ее цементирования, анализ цемента, а также акт готовности скважины и буровой установки к спуску и цементированию колонны.

5. Перед подготовкой ствола скважины к спуску колонны должен быть проведен комплекс электрометрических работ и других исследований, необходимых для детального планирования процесса крепления.

6. Применение цемента без проведения предварительного лабораторного анализа для условий предстоящего цементирования колонны запрещается.

7. Для сохранения естественной проницаемости пористых и пористо-трещиноватых коллекторов продуктивных отложений тампонажные растворы должны иметь минимально возможную фильтрацию. Общая минерализация тампонажных растворов должна быть близка к минерализации буровых растворов, применяющихся при вскрытии продуктивных горизонтов.

8. Расчетная продолжительность процесса цементирования обсадной колонны не должна превышать 75% времени начала загустевания тампонажного раствора.

9. Выбор тампонажных материалов и растворов на их основе должен осуществляться с учетом следующих требований:

· Тампонажный материал и сформированный из него камень должны соответствовать диапазону статических температур в скважине по всему интервалу цементирования;

· Рецептура тампонажного раствора подбирается по динамической температуре и давлению, ожидаемым в цементируемом интервале скважины;

· Плотность тампонажного раствора должна быть, как правило, не ниже плотности бурового раствора. Ограничением верхнего предела плотности тампонажного раствора при прочих равных условиях является недопущение разрыва пород под действием гидродинамического давления в процессе цементирования.

· Цементный камень при наличии в цементируемом интервале агрессивных сред должен быть коррозионностойким к воздействию этих сред.

10. Обсадные колонны в пределах интервала цементирования должны оснащаться элементами технологической оснастки, номенклатура и количество которых определяются проектом на строительство скважины, а места установки уточняются в рабочем плане на спуск колонны.

11. Направления кондуктора цементируются до устья. В нижележащей части стратиграфического разреза цементированию подлежат:

· Продуктивные горизонты, кроме запроектированных к эксплуатации открытым забоем;

· Продуктивные отложения, не подлежащие эксплуатации, в том числе с непромышленными запасами;

· Истощенные горизонты;

· Водоносные проницаемые горизонты;

· Горизонты вторичных (техногенных) скоплений нефти и газа;

· Интервалы, сложенные пластичными породами, склонными к деформациям;

· Интервалы, породы которых или продукты их насыщения способны вызывать ускоренную коррозию обсадных труб.

12. Цементировочная головка до ввода ее в эксплуатацию и далее с периодичностью, установленной документацией изготовителя, должна быть опрессована давлением, в 1,5 раза превышающим максимальное расчетное рабочее давление при цементировании скважины.

13. Нагнетательные трубопроводы для цементирования до начала процесса должны быть опрессованы на полуторакратное ожидаемое рабочее давление. Порядок работ по цементированию устанавливается документацией, разработанной тампонажной организацией и согласованной с буровой организацией.

14. В целях обеспечения безопасности производства работ при креплении скважин агрегаты необходимо устанавливать на заранее подготовленной площадке, при этом должны соблюдаться следующие расстояния:

· от устья скважин до блок-манифольдов, агрегатов - не менее 10 метров;

· от блок-манифольдов до агрегатов - не менее 5 метров;

· между цементировочными агрегатами и цементосмесительными машинами - не менее 1,5 метров.

Кабины передвижных агрегатов должны быть расположены в противоположную от цементируемой скважины сторону.

15. Результаты спуска обсадной колонны и ее цементирование оформляются актами по установленной форме и хранятся в деле скважины на протяжении всего периода ее эксплуатации, наряду с заключениями геофизических организаций о фактическом состоянии цементного камня за обсадными колоннами.

16. Процесс по цементированию скважин характеризуется повышенной опасностью для работающих из-за наличия большого количества техники, людей, высокого давления в коммуникациях и шума от спецтехники, которые мешают рабочим вовремя улавливать команды руководителя. Кроме того, все работы по цементированию скважин ведутся на больших скоростях. Эти факторы требуют от всех участников процесса предельного внимания осторожности и соблюдения правил безопасности.

17. Запрещается устанавливать агрегаты и монтировать трубопроводы высокого давления под действующими линиями электропередач.

18. Техническое состояние цементировочного агрегата и ручного инструмента должно быть проверено на базе УЦС, до выхода агрегатов на буровую.

19. Освещенность рабочего места должна соответствовать требованиям санитарных норм и правил согласно приложению N 6.

3.2 Требования безопасности перед началом работы

1. До начала работ по цементированию скважин необходимо определить:

· Глубину забоя;

· Приемистость скважины (при малой приемистости - дренаж скважины);

· Состояние эксплуатационной колонны от устья до забоя (путем спуска шаблона);

· Исправность подъемного механизма и заливочных агрегатов;

· Наличие необходимых инструментов и материала;

· Точный замер НКТ, спущенных в скважину;

· Количество и тип цементировочных агрегатов в зависимости от глубины скважины;

· Количество цемента и цементного раствора для заливки в один прием.

2. Площадку у скважины, предназначенную для установки цементировочного оборудования, необходимо освободить от посторонних предметов, замазученность устранить.

3. Если площадка имеет уклон, под колеса агрегатов должны быть установлены опоры.

4. Цементировочные агрегаты следует устанавливать по принципиальной схеме установки оборудования.

5. В целях безопасности обслуживания агрегатов и возможности отъезда какого-либо из них в сторону, в случае необходимости, следует соблюдать следующие расстояния:

· от устья скважины до агрегатов не менее 10 м;

· между цементировочными агрегатами и цементно-смесительными машинами не менее 1 м.

6. Перед началом цементирования необходимо провести пробное заполнение обвязки цементировочной головки.

7. Перед опрессовкой нагнетательных трубопроводов необходимо проверить исправность предохранительного клапана насоса и манометра на агрегате.

3.3 Требования безопасности во время работы

1. Перед началом цементирования руководитель процесса должен ознакомить всех работников:

· С характером и особенностями предстоящих работ;

· С опасными моментами в процессе цементирования;

· Со схемой расстановки агрегатов и оборудования при цементировании;

· С расположением коммуникаций для цементного раствора, глинистого раствора и воды;

· Определить место и функции каждого работника.

2. Нагнетательная линия от цементировочных агрегатов и до устья скважины должна быть спрессована на полуторакратное рабочее давление. При опрессовке нагнетательной линии рабочие должны быть удалены на безопасное расстояние.

3. Для наблюдения за процессом цементной заливки на устье и в затрубном пространстве скважины должны быть установлены исправные манометры. Перед прокачкой цементного раствора в скважину необходимо восстановить циркуляцию. Опрессовку обвязки следует выполнять на малых скоростях цементировочных агрегатов во избежание разрыва коммуникаций от быстрого роста давления.

4. В случае обнаружения пропусков в нагнетательном трубопроводе работы по их устранению следует производить после снижения давления до атмосферного.

5. Место нахождения руководителя работ должно быть выбрано так, чтобы сигналы его были видны всем работникам, участвующим в процессе цементирования.

6. Применяемая при цементировании сигнализация должна быть известна всем участникам операции.

7. Добавку реагентов в емкость следует производить в защитных очках и резиновых перчатках.

8. При подаче конца приемного шланга в емкость цементировочного агрегата рабочий должен быть в защитных очках.

9. Запрещается производить цементирование скважины при наличии даже незначительных нефтегазопроявлений.

10. Цементирование скважины должно производиться в светлое время суток. При вынужденном цементировании скважины в вечернее и ночное время освещенность площадки для установки агрегатов должна быть не менее 25 лк. Кроме того, каждый цементировочный агрегат должен иметь индивидуальное освещение. После окончания цементной заливки скважину заполнить жидкостью соответствующего удельного веса и производить полный подъем НКТ.

11. Герметичность эксплуатационной колонны должна быть проверена до и после разбуривания цементного моста.

12. Разбуривать цементный мост следует пикообразным долотом диаметром на 1/4 меньше диаметра эксплуатационной колонны.

13. Жидкость, оставшуюся в емкости цементировочных агрегатов, следует откачать в свободную емкость. Сливать жидкость около скважины и на дороге запрещается.

14. Отъезд цементировочных агрегатов и цементно-смесительных машин должен производиться в порядке, установленном руководителем работ.

3.4 Требования безопасности при подготовке наземных технических средств к спуску обсадных колонн

1. Для предупреждения неоправданного риска, связанного с осложнениями и авариями в процессе спуска обсадных труб из-за выхода из строя наземных технических средств, необходимо до начала спуска провести профилактический осмотр и ремонт:

фундаментов и морских оснований под вышку и других узлов буровой установки;

· Вышки и лебедки;

· Подроторных балок;

· Талевой системы;

· Насосов, силового хозяйства;

· Противовыбросовой арматуры;

· Контрольно-измерительных приборов;

· Задвижек, нагнетательных, вспомогательных и др.

2. Вышка должна быть отцентрирована относительно устья скважины, а ее соединительные элементы проверены и прокреплены.

3. Перед спуском обсадной трубы, перекрывающей пласты с возможный АВПД, плашки одного из превенторов должны соответствовать диаметру спускаемых труб. После замены плашек под колонну превентор должен быть опрессован.

4. Для укладки обсадных труб в требуемом количестве на буровой необходимо заблаговременно освободить и подготовить приемный мост, а при необходимости установить стеллажи или подготовить специальные площадки.

5. На буровую заранее должны быть доставлены комплект инструмента, запасные части и материалы для спуска обсадных труб.

6. После устранения обнаруженных недостатков следует составить акт о готовности буровой установки к спуску в скважину и цементированию обсадной колонны.

7. Подготовка и транспортирование обсадных труб

8. При подготовке труб производятся следующие основные операции: осмотр, гидравлическое испытание, проверка качества резьбы калибрами, шаблонирование, сортировка труб и замер их длины с нанесением на них порядкового номера. Трубы должны иметь заводские сертификаты и маркировку, подтверждающие их соответствие требованиям стандарта или технических условий, а также документ об опрессовке труб. При отсутствии сертификата запрещается использовать обсадные трубы на комплектование колонн.

9. Соответствие внутреннего диаметра трубы номинальному следует проверять по всей ее длине с помощью жесткого шаблона, размеры которого для отечественных и импортных труб указаны в таблице 1.

Таблица 1 Размеры цилиндрического шаблона для обсадных труб

Внутренние диаметры обсадных труб d , мм	Габаритные размеры шаблона для труб по ГОСТ 632-80 и стандарту АНИ, мм
	длина	наружный диаметр
99,6 - 177,0	150	d -3
190,8 - 339,7	300	d -4
313,6 и более	400	d -5

10. Обсадные трубы необходимо испытывать гидравлическим давлением, величина которого должна превышать расчетное избыточное, действующее на колонну при испытании скважины на герметичность. Продолжительность испытания не менее 30 с. Значения минимального допустимого давления при испытании обсадных труб на поверхности приведены в таблице 2.

Таблица 2 Величина минимального допустимого давления опрессовки труб на поверхности

Номинальный диаметр трубы, мм	377,0 и более	273,0-351,0	219,1-244,5	177,8-193,7	168,3	139,7-146,0	114,3-127,0
Минимальное давление опрессовки, МПа	6,0	7,0	8,0	8,5	10,0	10,0	13,0

11. Трубы, через которые шаблон не проходит или не выдержавшие гидравлических испытаний, необходимо отбраковывать - на их поверхности устойчивой светлой краской сделать надпись "Брак" и, произведя их опись, уложить на отдельный стеллаж в стороне от буровой так, чтобы исключить возможность ошибочного их спуска в скважину.

12. Сведения о каждой подготовленной трубе заносятся в ведомость, которая служит паспортом и удостоверяет, что трубы прошли соответствующий контроль и допускаются к спуску в скважину.

13. Перевозка обсадных труб должна производиться на специально оборудованных транспортных средствах. Запрещается сбрасывание труб и перетаскивание их волоком. Погрузку, разгрузку и транспортирование обсадных труб следует производить с установленными на резьбе предохранительными кольцами и ниппелями. При этом целесообразно применять специальные прокладки, исключающие удары труб друг о друга.

14. Подготовленные обсадные трубы необходимо уложить штабелями в порядке очередности их спуска в скважину согласно программе работ. Резервные трубы, доставленные на буровую из расчета 50 м на каждые 1000 м подготовленных к спуску обсадных труб, размещаются отдельно. При укладке труб на мостки между рядами необходимо устанавливать прокладки.

15. При подготовке обсадных труб к свинчиванию непосредственно перед спуском в скважину следует ослабить крепление предохранительных колец, снять ниппели, очистить, осмотреть и обезжирить резьбы. Не допускается применение металлических щеток и иных металлических приспособлений для чистки резьб.

3.5 Требования безопасности в аварийных ситуациях

1. Если в нагнетательном трубопроводе возникает давление, превышающее ожидаемое, закачку цементного раствора следует производить на низшей скорости насосов агрегата.

2. В случае возникновения необходимости докрепления соединений нагнетательных линий в процессе цементирования следует остановить насосы агрегатов, подающих жидкость в трубопровод, закрыть кран на цементировочной головке и снизить давление в трубопроводе до атмосферного.

3. Если при цементировании колонна (или направление) начинает подниматься, необходимо немедленно остановить насосы агрегатов и открыть кран сброса давления.

4. При необходимости срочного ремонта ходовых, вращающихся или движущихся деталей агрегатов или цементосмесителей все трансмиссии, муфты сцепления, а также коробки скоростей следует выключать. Пускать машину в ход можно только после извещения об окончании ремонта со стороны ведущего ремонт.

5. При возникновении пожара буровая вахта организовывает работы по тушению пожара имеющимися средствами пожаротушения, согласно "Табелю боевого расчета на скважинах на случай загораний и пожара".

6. Члены буровой вахты должны уметь оказать первую помощь себе и пострадавшему при несчастном случае.

Для спасения жизни человека и предупреждения осложнений при несчастных случаях, необходимо:

· Принять меры по немедленному прекращению на пострадавшего действия внешних повреждающих факторов или удаление пострадавшего из зоны, которая угрожает его жизни;

· Ликвидировать угрозу для жизни пострадавшего: проведение восстановления дыхания и сердечной деятельности (искусственное дыхание и непрямой массаж), а также остановку кровотечения;

· Предупредить осложнение (перевязка ран, иммобилизация конечности, обезболивание, другая помощь);

· Поддерживать жизнедеятельность пострадавшего до прибытия квалифицированной помощи и доставки пострадавшего в больницу;

· При установлении признаков жизни необходимо немедленно приступить к оживлению пострадавшего.

7. При оказании медицинской помощи пострадавшим при травмировании, отравлении и внезапном заболевании необходимо руководствоваться инструкцией по оказанию первой медицинской помощи пострадавшим при несчастных случаях.

3.6 Требования безопасности по окончании работы

1. После окончания процесса цементирования необходимо закрыть кран на цементировочной головке и снизить давление в колонне и обвязке до атмосферного, а при не герметичности обратного клапана колонну оставить под определенным давлением.

2. Для предупреждения разрыва обсадной колонны в результате роста давления в ней в период ожидания затвердения цемента необходимо следить за показаниями манометра на цементировочной головке. При повышении давления открыть кран на цементировочной головке и стравить давление до определенной величины.

3. По окончании цементирования скважины отсоединение нагнетательной линии можно производить только после закрытия крана на головке и стравливания давления на агрегате путем открытия крана на спускной линии.

4. Отсоединенные от цементировочной головки трубопроводы следует опускать на пол буровой с помощью вспомогательной лебедки.

5. Нагнетательные трубопроводы на платформе агрегата укладываются в гнезда и закрепляются специальными зажимами. При этом во избежание ушиба или прищемления пальцев рук держать рукой трубу необходимо на расстоянии не менее 20 см от гнезда.

6. Остатки технологических жидкостей из мерников ЦА должны быть откачены в места, предназначенные для их хранения или перевозки.

7. После проведения всех заключительных работ следует рассмотреть все агрегаты и смесители, определить, все ли уложено и правильно ли закреплено.

Размещено на Allbest.ru