Зазоры между цементным камнем, колонной и породой

 

При цементировании пространство между колонной и стенками скважины в заданном интервале глубин заполняется тампонажным раствором, из которого после твердения образуется прочный монолит. Однако в результате анализа лабораторного и промыслового материала установлено, что механическая прочность цементного камня не является определяющим фактором, из обеспечивающих герметичность заколонного пространства. Качество разобщения пластов в заколонном пространстве определяется в основном состоянием контакта цементного камня с обсадной колонной и горной породой, которое является доминирующим фактором (при этом подразумевается полное замещение за колонной глинистого раствора тампонажным).

Напряженность контактов цементного камня со стенками скважины и обсадной колонной зависит от прижимающих усилий, возникающих во время его твердения, и снижается при усадке тампонажного камня, а также при деформациях породы, глинистой корки, обсадных труб, если этим процессам не препятствуют силы связи между сопредельными средами. Прочность непосредственных связей цементного камня с породой и обсадными трубами определяется физико-химическим взаимодействием ионов и молекул их поверхностных слоев. Однако без соответствующей напряженности таких контактов в их зоне не могут протекать физико-химические реакции, обусловливающие прочность связи цементного камня с колонной и породой.

Исследования показали, что напряженность контакта цементного камня с поверхностью обсадных труб в 4 - 8 раз меньше его прочности. Прочность связи цементного камня из различных тампонажных материалов с обсадными трубами оценивается по значению сопротивления контакта цемент - труба разрыву, сдвигу, гидроразрыву. При температурах 20 - 30°С прочность связи с обсадной колонной камня из различных тампонажных материалов возрастает с течением времени, причем наиболее интенсивно - в течение первых 7 сут. Прочность связи камня из портландцемента с обсадными трубами в 4 - 5 раз выше, чем прочность связи с колонной камня из гельцемента. Прочность связи камня из облегченных цементов с обсадными трубами характеризуется значениями, близкими к значениям прочности такой связи для гельцемента. Давление гидропрорыва на контакте обсадная труба - портландцементный камень через 2 и 6 сут составляет 3, 5 и 16 МПа, для гельцементного камня - 2, 0 и 5, 6 МПа. Однако такие цифры характеризуют лишь непосредственный контакт обсадной трубы с цементным камнем.

Анализ результатов исследований влияния активных добавок к тампонажному раствору на прочность непосредственной связи цементного камня с обсадной трубой позволил выявить следующие тенденции ее изменения. Введение в тампонажный раствор 0, 5 % гипана, КМЦ, гексаметофосфата натрия (ГМФ Na) приводит к увеличению прочности связи цемента с металлом. Добавки сульфанола и ОП-10, наоборот, уменьшают прочность такой связи. Наибольшая прочность связи металл - цементный камень достигается при обработке тампонажного раствора хлористым натрием.

Однако рассмотренные случаи непосредственного контакта цементного камня с обсадными трубами и стенками скважин весьма редки в промысловых условиях. Даже высокая скорость восходящего потока не обеспечивает удаления всей глинистой корки со стенок скважины и пленки с обсадных труб. Глинистые корки налипания и фильтрации, а также глинистый раствор остаются: на стенках скважины (особенно в их кавернозной части), на стенках колонны, в застойных зонах, под замками и муфтами колонны, в виде языков и включений - в самом тампонажном растворе. Твердеющая цементная масса засасывает воду из контактирующих с ней глинистых включений и корок, в которых образуется сеть трещин - потенциальных каналов для перетоков пластовых флюидов. Обезвоживание корок и включений глинистого раствора происходит во всех случаях их контакта с тампонажным раствором, так как контрактационный эффект - непременное свойство вяжущих. Причем трещины (каналы) в глинистой коре образуются значительно раньше полного ее обезвоживания. Поэтому обезвоженная глинистая корка может являться основной причиной образования в заколонном пространстве каналов для нефтеводогазопроявлений.

Скорость каналообразования увеличивается в случаях контакта глинистого раствора с чистым портландцементом. Введение в цемент наполнителей (глины, песка) снижает скорость образования каналов, отодвигая момент их появления и уменьшая размеры. Одним из мероприятий по предупреждению каналообразования может быть отверждение глинистых корок.

Ряд исследователей, изучая прочность связи цементного камня с породой при наличии фильтрационной глинистой корки, пришли к выводу, что обработка тампонажного раствора УЩР и КМЦ при цементировании интервала залегания песчаных пород приводит к снижению прочности такой связи, а добавление в тампонажный раствор извести и хлористого кальция увеличивают ее.

Одним из факторов, влияющих на прочность связи (состояние контакта) цементного камня с обсадной трубой, является изменение внутреннего давления в колоннах. В процессе цементирования скважины колонну иногда оставляют под внутренним давлением на время ОЗЦ. После снятия давления между набравшим прочность цементным кольцом и колонной может образоваться зазор размером до 1 мм, который может служить потенциальным каналом движения жидкостей и газа. Поэтому оставление обсадных колонн под давлением в период ОЗЦ не рекомендуется, так как повышает вероятность образования заколонных перетоков и газопроявлений.

По аналогии, опрессовка колонны после ОЗЦ также не может являться надежным методом контроля ее герметичности, так как при повышении давления в колонне происходит уменьшение раскрытости зазоров между нею и цементным камнем. Поэтому проницаемость их на контактных поверхностях цементного камня и колонны резко уменьшается по сравнению с проницаемостью таких зазоров при отсутствии избыточного давления в колонне.

Геофизические методы, применяемые для контроля за состоянием цементирования скважин

Надежный контроль за состоянием цементирования скважин позволяет достоверно оценивать, а следовательно, и целенаправленно повышать его качество, что является необходимым условием эффективности строительства скважин.

Однако определение прямых показателей качества цементирования скважины или оценка степени герметичности заколонного пространства по данным применяемых сразу же по истечении времени ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) методов (в основном, геофизических), как правило, невозможны. Поэтому в промысловой практике судят о качестве цементирования скважин по его косвенным показателям, определяемым в результате измерений в обсадной колонне различных физических параметров перед оборудованием устья скважин для перфорации или в период ОЗЦ:

- интервал распространения цементного раствора за обсадной колонной;

- характер вытеснения бурового раствора цементным в заколонном пространстве, в том числе и в кавернах;

- состояние контактов цемент - колонна и цемент - порода;

- наличие каналов в цементной оболочке;

- эксцентриситет обсадной колонны в скважине;

- интервал распространения зоны смешивания цементного и бурового растворов;

- наличие зон скопления цементных масс в некавернозных участках ствола скважины;

- соответствие прогнозных и фактических сроков схватывания цементного раствора и др.

Эти косвенные показатели определяются по данным термометрических, радиоактивных и акустического методов контроля за цементированием, физические основы, возможности и ограничения, а также пути дальнейшего развития и усовершенствования которых изложены ниже [27, 28, 29, 77, 95].

Термометрия

 

Термометрия является одним из первых геофизических методов, использованных для определения интервала распространения цементного раствора за обсадной колонной [29, 77].

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: