Технология двуступенчатого цементирования.

Ступенчатое цементирование применяется для подъёма тампонажного раствора на расчётную высоту в условиях возможных поглощений и гидроразрыва горных пород. Интервал цементирования при этом делится на два участка таким образом, чтобы на наименее надёжные интервалы предельно снизить гидромеханические нагрузки. В состав обсадной колонны в этих случаях включается специальная цементировочная муфта и цементирующие фонари над и под нею. Муфту, как правило, устанавливают над кровлей поглощающего или склонного к гидроразрыву участка горных пород.

На практике известны две модификации ступенчатого цементирования – без разрыва и с разрывом во времени между цементированием нижней и верхней секций обсадных колонн. Порядок проведения технологических операций цементирования при этом одинаковый – после спуска обсадной колонны с принятой оснасткой и промывки на первом этапе цементируется нижняя секция расчётным объёмом тампонажного раствора с подъёмом цемента от забоя до глубины установки цементировочной муфты и после открытия боковых отверстий с помощью второй разделительной пробки цементируется верхний интервал колонны.

Если же эта операция проводится с разрывом во времени, то после цементирования нижней секции колонны и ОЗЦ верхний интервал промывается (от суток и более).

Способ ступенчатого цементирования, как показывает промысловый опыт, не находит широкого применения из-за несовершенства конструкций цементировочных муфт и отсутствия цемента в интервале стыковки нижней и верхней ступеней. Это снижает качество крепления и часто проиводит к нарушению технологии работ.

В Азнакаевском УБР ранее не существовало муфт с закрытыми циркуляционными отверстиями (окнами), т.е. муфту ступенчатого цементирования спускали только после того, как обнаруживался факт гидроразрыва пласта и катастрофического поглощения тампонажного раствора. В связи с этим приходилось отворачивать обсадную колонну чуть выше зоны поглощения при помощи аварийных инструментов (метчика или колокола).

 

Порядок выполнения работ при использовании муфт с открытыми и закрытыми окнами

При использовании муфты с открытыми окнами выполняются следующие действия:

- цементирование заколонного пространства – цемент не поднимается;

- отворот колонны в лево-правом переводнике;

- промывка заколонного пространства – цемент не вышел;

- вызов геологов для проведения АКЦ с целью определения высоты подъёма раствора в заколонном пространстве;

- отворот колонны до уровня поднятия цемента с помощью левого инструмента и метчика или колокола;

- спуск МСЦ с открытыми окнами с последующим наворотом на оставшуюся часть колонны;

- цементирование через открытые окна МСЦ;

- закрытие окон МСЦ повышением давления на 2, 0 – 2, 5 МПа выше рабочего;

- опрессовка колонны на 8 МПа.

При использовании муфты с закрытыми окнами, разработанной Азнакаевским УБР выполняются следующие операции:

1) спуск колонны в компоновке с МСЦ – Б до проектного забоя;

2) цементирование первой ступени до «стоп»-сигнала;

3) проверка работоспособности обратного клапана;

4) открытие окон МСЦ – Б повышением давления в колонне до давления разрыва фиксирующих винтов;

5) вымывание излишнего цемента на дневную поверхность;

6) цементирование второй ступени до получения «стоп»-сигнала;

7) закрытие окон МСЦ – Б;

8) опрессовка колонны на 8 МПа.

Технические характеристики МСЦ-Б

1) параметры и размеры муфт:

 

Типоразмеры	МСЦ – 146 Б	МСЦ – 168 Б
Диаметр присоединительных резьб ОТТМ по ГОСТ 632-80, мм
Наружный диаметр, мм
Внутренний диаметр без разбуриваемого седла, мм
Внутренний диаметр разбуриваемого седла, мм
Максимальный перепад давления для открытия циркуляционных отверстий, МПа
Максимальный шаг (дискретность) установки давления открытия, МПа	2, 5	2, 5
Перепад давления для закрытия циркуляционных отверстий, МПа	3, 5…6, 5	3, 5…6, 5
Перепад давления для фиксации муфты в закрытом положении, МПа
Длина, мм
Масса, кг

2) параметры и размеры пробки запирающей:

 

Типоразмеры	ПСЦ – 146 Б	ПСЦ – 168 Б
Наружный диаметр по резиновым деталям, мм
Наружный диаметр по металлическим деталям, мм
Длина, мм
Масса, кг

Конструкция и принцип работы МСЦ-Б

 

Муфта включает корпус 5, муфту 2, сборку гильзы 1 и установленные в радиальных отверстиях корпуса пробки 3 (см. рис.4.1). Пробка 3 уплотнена в корпусе резиновыми кольцами 6 и закреплени разрывными винтами 4. Сборка гильзы 1 включает седло 7, упорное кольцо 8 и резиновые кольца 9. Седло выполнено из разбуриваемого материала и впрессовано в гильзу. Дополнительно оно вместе с упорным кольцом 8 прикреплено к гильзе срезными штифтами 10. Внутренняя расточка корпуса 5 ниже пробок 3 имеет диаметр меньше диаметра гильзы и обеспечивает её посадку с натягом. Кроме того, нижний конец гильзы и нижняя часть расточки в корпусе выполнены эксцентричными, что обеспечивает фиксацию гильзы от поворота при разбуривании седла.

Пробка запирающая включает корпус 1, манжету 2, соединительную шпильку 3 и уплотнительное кольцо 4 (см. лист). Корпус и шпилька выполняются из разбуриваемого материала.

В скважину муфту спускают в составе обсадной колонны. Во время закачки и продавливания цементного раствора при первой ступени цементирования радиальные отверстия корпуса закрыты. При повышении давления в обсадных трубах после посадки продавочной пробки первой ступени винты 4 срезаются и пробки 3 выдавливаются из корпуса, открывая

его радиальные отверстия для проведения второй ступени цементирования. Цементный раствор продавливают, используя запирающую пробку. Пробка проталкивает гильзу с седлом вниз, срезая штифты 10. Гильза впрессовывается в нижнюю часть корпуса 5 и закрывает его радиальные отверстия. После затвердения цементного раствора запирающая пробка и седло муфты разбуриваются.

Указания мер безопасности

При применении муфты необходимо руководствоваться «Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности», утвержденными Госгортехнадзором РФ, а также «Инструкцией по спуску колонн и цементирования скважин на месторождениях Татарии».

Погрузка, перевозка и разгрузка муфты и запирающей пробки должны рпоизводиться с обеспечением защиты от ударов, повреждений и засорения.

Работа с муфтой должна производиться буровой бригадой, обученной правилам обращения с ней. Работы должны вестись под рководством ИТР или бурового мастера знающего конструкцию, принцип работы и параметры муфты изапирающей пробки, схему компановки обсадной колонны план работ по ступенчатому цементированию, возможные осложнения при выполнении запланированных работ и меры по их устранению

 

 

Подготовка к работе и порядок работы

 

5.6.1. Проверить комплектность иотсутствие каких-либо повреждений.

5.6.2. Проверить прохождение пробки запирающей ПСЦ-Б через цементировочную голову. Приэтом учесть, то в некоторых цементировочных головках установлены уравнительная трубка или стержень, сужающие проходной канал.

5.6.3. Проверить соответствие диаметра и профиля присоединительных резьб муфты и спускаемых обсадных труб.

5.6.4. Проверить соответствие разрывных винтов требуемому перепаду давления для открытия циркуляционных отверстий муфты:

Номер группы разрывных винтов 1 2 3 4 5 6

Перепад давления для открытия, МПа 15.5+0.7 16.5+0.7 17.5+0.7 18.5+0.7 19.5+0.7 20.5+0.7

 

Примечание: 1. Номер группы указан на головке разрывных винтов.

2. Крутящий момент для ввинчивания винтов равен 0.15—0.20 кГс м.

5.6.5. Спустить муфту в составе обсадной колонны до требуемой глубины, установив ниже и выше нее центраторы.

5.6.6. После спуска обсадной колонны и ее промывки произвести закачивание в нее расчетных объемов буферной жидкости и тампонажного раствора для первой ступени цементирования. Освободить установленную в цементировочной головке резиновую разделительную пробку и произвести продавливание тампонажного раствора.

5.6.7. Последнюю порцию продавочной жидкости в объеме 2 от ее общего объема закачивать одним агрегатом на первой скорости до получения сигнала «стоп». Максимальное значение давления при получении сигнала «стоп» записывать в журнал.

5.6.8. После получения сигнала «стоп» остановить работу цементировочного агрегата, произвести сброс давления, а выходящую из обсадной колонны жидкость принять в первую емкость одного из агрегатов с замером ее объема. Значение объма полученной жидкости записать в журнал.

5.6.9. Произвести закачку продавочной жидкости одним насосом на первой скорости, медленно наращивая давление до открытия циркуляционных отверстий муфты. Максимальное давление при этом должно быть меньше давления опрессовки обсадных труб. Открытие циркуляционныхотверстий определяется по резкому снижению давления закачки.

5.6.10. Произвести промывку скважины через открытые циркуляционные отверстия муфты для вымывания тампонажного раствора выше нее. Затем периодически промывать скважину до тампонажного раствора ниже муфты (первой ступени).

5.6.11. Прекратить промывку скважины, произвести сброс давления, снять крышку цементировочной головки и установить запирающую пробку ПСЦ-Б, зафиксировав ее упорами от падения.

5.6.12. Произвести закачку расчетных объемов буферной жидкости и тампонажного раствора для второй ступени цементирования, освободить установленную в головке запирающую пробку и произвести продавливание тампонажного раствора до получения сигнала «стоп», соблюдая меры предосторожности по п.5.6.7.

Максимальные значения рабочего давления перед получением сигнала «стоп» и давления при получении этого сигнала записать в журнал.

5.6.13. После получения сигнала «стоп» остановить работу цементировочног агрегата, произвести сброс давления, а выходящую из обсадной колонны жидкость принять в емкость цементировочного агрегата с замером объема изначение егозаписать в журнал. Если после полного сброса давления до атмосферного объем жидкости из обсадной колонны не превышает значения, полученного по п.5.6.8, то это значит, что циркуляционные отверстия муфты закрыты и можно оставить скважину в покое для затвердения тампонажного раствора (ОЗЦ), не закрывая краны на цементировочной головке.

5.6.14. Если при сбросе давления жидкость из обсадной колонны поступает в большем объеме, чем по п.5.6.8, то необходимо повторить операцию по закрытиюциркуляционных отверстий путем закачки в обсадные трубы полученной из них продавочной жидкости. Макисмальное давление закачки должно быть не меньше давления при получении сигнала «стоп» по п.5.6.12 и не больше давления опрессовки труб. Затем давление стравить до значения, которое на 1.5-2 МПа больше максимального значения рабочего давления перед получением сигнала «стоп» по п.5.6.12 и оставитьскважину в покое под этим давлением в теченич 3-4 ч для схватывания и предварительного затвердения тампонажного раствора.

5.6.15. Сбросить давление из цементировочной головки и ожидать затвердения тампонажного раствора в соответствии с планом цементирования.

5.6.16. Произвести проверку герметичности обсадной колонны путем ее опрессовки.

5.6.17. Разбурить запирающую пробку и седло муфты 3-х шарошечным долотом при частоте вращения ротора 50-60 об/мин., осевой нагрузке 3-5 т и производительности насоса 10-30 л/сек.

5.6.18. Проверить герметичность обсадной колонны давлением, не превышающим допустимое при эксплуатации.

5.6.19. Провести в скважине геофизические исследования с целью определения качества цементирования обсадной колонны.

 

Разобщение пластов

Примем двухступенчатый способ цементирования с использованием равнопроходной муфты ступенчатого цементирования МСЦ – Б азнакаевского производства.

Выберем место установки муфты, исходя из требований:

а) не допустить гидроразрыв пород ниже муфты, а также выше неё;

б) муфта устанавливается напротив прочных пород;

в) максимально сохранить коллекторские свойства продуктивных пластов.

Серпухово-Окский надгоризонт сложен твёрдыми устойчивыми породами (кровля –755 м; подошва – 1033 м; давление гидроразрыва у подошвы – 18, 5 МПа). Установим муфту на глубине 1010 м.

1) Рассчитаем первую ступень цементирования.

Вычислим объём тампонажного раствора, необходимый для цементирования первой ступени:

 

Vцр=v*(1697–1010)*Кк+Нс*(П/4)*Dв²=0, 0179*710*1, 1+0, 168*10=15, 5м.куб.,

(5.1)

где v – объём одного погонного метра заколонного пространства за обсадной трубой диаметром 168 мм (v =0, 0179 м. куб/м).

Кк – коэффициент резерва (1, 1);

Нс – высота цементного стакана.

Так как температура продуктивного пласта равна 41 град. С, а значит температура в скважине не превышает 50 град. С, то при цементировании применяем цементы для холодных скважин /9/.

Для приготовления 1 куб.м. цементного раствора необходимое количество цемента определяется по формуле:

 

q1ц = ρ ц* ρ в/( ρ в + m* ρ ц), (5.2)

 

где ρ ц – плотность выбранного цемента, кг/м.куб.;

m – водоцементное отношение.

 

q1ц = 3150*1000/(1000 + 0, 5*3150) = 1223 кг

Определим плотность цементного раствора:

 

qц = q1ц*(1 + m) = 1223*(1+0, 5) = 1835 кг/м.куб

 

Уточним плотность цементного раствора. Во избежание разрыва пород при цементировании и поглощения цементного раствора, а также с целью лучшего вытеснения необходимо соблюдать следующее условие:

ρ пж + 200< qц < Рвп, (5.3)

 

где ρ вп – верхний допустимый предел плотности цементного раствора, кг/м.куб.

Давление гидроразрыва наиболее слабого, в интервале от забоя до муфты, бобриковского горизонта Рг/р = 17, 4 МПа, глубина залегания подошвы – 1243 м. Рассчитаем верхний предел плотности – средний для жидкостей, которые окажутся в конце цементирования над слабым горизонтом:

 

Рвп (ср) = Рг/р/Кб/(zп*g) = 17, 4*10⁶/ Кб /(1243*9, 8) = 1397 кг/м.куб (5.4)

т.е.:

(ρ пж*Нпж + ρ бж * Нбж + Ртр * Нтр)/1243 = 1397 кг/м.куб, (5.5)

где Нпж – высота промывочной жидкости в заколонном пространстве выше слабого пласта, м;

Нбж – высота буферной жидкости в заколонном пространстве;

Нтр – высота тампонажного раствора в заколонном пространстве выше слабого пласта.

Ртр(в.п) = (1397*1243 – 1120*(1243 – (1243 – 1010) – 56) – 1300*56)/(1243 –1010) = 6538 кг/м.куб.

 

Проверим нижний пласт (Рг/р=29, 3 МПа; zп=1825 м.)

 

Рвп (ср) = 29, 3*10⁶/1, 05/(1697*9, 8) = 1559 кг/м.куб.

 

Ртр(в.п)=(1559*1697–1120*(1697–(1697–1010)–56)–1300*56)/(1697–1010)= 2292 кг/м.куб.

 

Итак:

1120 + 200< qц < 2292

 

Исходя из условия, примем плотность цементного раствора равной 1750 кг/м. куб. – наиболее часто используемый раствор в Альметьевском УБР.

 

ρ ср = (1750*675 + 1300*56 + 1094*1120)/1697 = 1358, 5 кг/м. куб.

 

Уточним количество цемента необходимого для приготовления 1 м.куб. цементного раствора:

 

q1ц = 1750/(1+0, 5) = 1167 кг

 

Определим общую массу цемента Gц:

 

Gц = Кц * q1ц * Vцр, (5.6)

 

где Кц – коэффициент, учитывающий потери цемента при загрузке

 

Gц = 1, 04*1167*15, 5 = 18, 8 т.

 

Определим число цементосмесительных машин nсм:

 

nсм = Gц /qцсм, (5.7)

 

где qцсм - грузоподъёмность одной цементосмесительной машины, кг.

 

nсм = 18800/17400 = 1, 02

 

Принимаем 2 машины.

Определим общий объём воды для приготовления цементного раствора Vв:

 

Vв = Gц * m * Кв /1000, (5.8)

 

где Кв - коэффициент, учитывающий потери воды.

 

Vв = 18800*0, 5*1, 04/1000 = 9, 8 м. куб.

 

 

Определим объём продавочной жидкости Vж:

 

Vж = 1, 05*( Vк – Vс), (5.9)

 

где Vс – объём цементного стакана, м. куб.

Vк – внутренний объём колонны:

 

 

Vк = ((П*(Dн –2*бc1)²)/4)*Lс1 + ((П*(Dн –2*бc2)²)/4)*Lс2, (5.10)

 

где бc1, бc2 – толщины стенок первой и второй секций эксплуатационной колонны соответственно;

Lс1, Lс2 – длины секций

 

 

Vк = ((3, 14*(0, 168 – 2*0, 0073)²)/4)*1697= 34, 35 м. куб.

 

Vж = 1, 05*(34, 35 – 0, 17) = 35, 9 м. куб.

 

Определим максимальное давление в конце продавки Рmax:

 

Рmax = Р1 *Рm *Рк, (5.11)

 

где Р1 – давление, необходимое для преодоления сопротивления, обусловленного разными плотностями жидкости в трубах и кольцевом пространстве, Па;

Рm – давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений в трубах, Па;

Рк – давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве, Па.

 

Р1 = (ρ ц*(Нм – Нс) –ρ пр*( zскв – Нс) + ρ бж * Нбж + ρ пж * Нпж )*g, (5.12)

 

где Нм – высота муфты над забоем.

 

Р1 = (1750*(675–10)–1000*(1697–10) +1300*56 + 1120*1094)*9, 8 = 0, 65 МПа

 

Скорость движения жидкости в кольцевом пространстве во избежание гидроразрыва слабой породы Wк.п.(в.п.) определяется по формуле:

 

Wк.п.(в.п.) = (2*( Dд – Dн)*(( Рг/р/Кб) – ρ ср * g * zп )/ ρ ср *Л*Lп)^{0, 5}, (5.13)

 

где Л – коэффициент гидравлического сопротивления.

 

Wк.п.(в.п.)=(2*(0, 21590, 168)*((29, 3*10⁶/1, 05)–1358, 5*9, 8*1697)/(1358*

0, 035*1886))^{0, 5} = 6, 4

 

 

Принимаем Wк.п. равной 1, 2 м/с.

Найдём расход жидкости Q:

 

Q= Wк.п.*(П*( Dд²– Dн²)/4) = 1, 2*(3, 14*(0, 2159² – 0, 168²)/4) = 0, 0172 м. куб./с

 

 

Рm = 8, 26*Л*Рср* Q²*L/Dв.ср.² , (5.14)

 

где Dв.ср. – средний внутренний диаметр колонны, м.

 

Dв.ср. = sum(Li*Dвi)/L = 0, 160 м.

(5.15)

 

Рm = 8, 26*0, 035*1358, 5*0, 0172²*1886/0, 160² = 0, 0095 МПа

 

Рк = 8, 26*Л* Рср*sum Q²*Li/(( Di – Dн)³/(Di + Dн)²) (5.15)

 

Рк=8, 26*0, 035*1358, 5*0, 0172²*1886/((0, 2159–0, 168)³*(0, 2159+0, 168)²)=2, 3

МПа

 

Рmax = 0, 65+0, 0095+2, 3 = 3 МПа

 

Определим необходимую мощность для закачки цементного раствора Nца:

 

Nца = Рmax* Q = 3*10⁶*0, 0172 = 51, 6 кВт (5.16)

 

Определим число цементировочных агрегатов nца:

а) по мощности:

 

nца = Nца/ Nа = 51600/77000 = 0, 67, (5.17)

 

где Nа – мощность одного цементировочного агрегата ЦА – 320 М, Вт.

б) по производительности:

 

nца = Q/qа = 0, 0172/0, 0086 = 2 (5.18)

 

принимаем 2 агрегата ЦА – 320 М;

Определим время закачивания цементного раствора в скважину:

 

tзц = Vцр /q4 = 15, 5/0, 0086 = 0, 5 ч, (5.19)

 

где q4 – производительность агрегата на 4 скорости, м.куб./с.

Определим время на продавку цементного раствора tпр:

 

tпр = Vцр/(Wк.п.*v) =15, 5/(1, 2*0, 0179) = 0, 2 ч (5.20)

 

Определим общее время цементирования первой ступени:

 

tц1 = tзц + tпр = 0, 5 + 0, 2 = 0, 7 ч (5.21)

 

Срок начала схватывания тампонажного раствора – 3 часа, поэтому процесс цементирования первой ступени пройдёт нормально.

 

2) Рассчитаем вторую ступень цементирования аналогично первой ступени:

 

Vцр=v*1150*Кк+Нс*(П/4)*Dв²=0, 0179*1150*1, 1+0, 1534*10=24, 2 м.куб.

 

Уточним плотность цементного раствора во избежание разрыва пород при цементировании и поглощения цементного раствора. Наиболее слабый пласт в интервале выше муфты находится на глубине 584 м. Для этого пласта Рг/р/ Рв = 1, 76. Отсюда можно выбрать плотность цементного раствора:

 

Рц.р. = 1, 76*1000 /1, 05= 1670 кг/м. куб.

 

Уточним количество цемента необходимого для приготовления 1 м.куб. цементного раствора:

 

q1ц = 1670/(1+0, 5) = 1113 кг

 

Определим общую массу цемента Gц:

 

Gц = 1, 04*1113*24, 2 = 28 т.

 

Определим число цементосмесительных машин nсм:

 

nсм = 28000/17400 = 1, 61

Принимаем 2 машины.

 

Vв = 28000*0, 5*1, 04/1000 = 14, 56 м. куб.

 

Определим объём продавочной жидкости Vж:

 

Vж = 1, 05*( Vк – Vс) = 1, 05*(21, 24 – 0, 18) = 22, 1 м. куб.

 

Vк = (3, 14*(0, 168 – 2*0, 0073)²/4)*1150 = 21, 24 м. куб.

 

Vс = (3, 14*(0, 168 – 2*0, 0073)²/4)*10 = 0, 18 м.куб.

 

Определим максимальное давление в конце продавки Рm

 

 

Р1 = (1670*(1150 – 10) – 1000*(1150 – 10))*9, 8 = 7, 5 МПа

 

 

Wк.п.(в.п.) = (2*(0, 2159 – 0, 168)*((17, 6*10⁶/1, 05) – 1670*9, 8*584)/(1670* 0, 035*596))^{0, 5} = 4, 45 м/с.

 

 

Принимаем Wк.п. равной 1, 5 м/с.

 

Найдём расход жидкости Q:

 

Q = Wк.п. * (П*( Dд²– Dн²)/4) = 1, 2*(3, 14*(0, 2159² – 0, 168²)/4) = 0, 022 м. куб./с

 

Рm = 8, 26*0, 035*1670*0, 022²*1150/0, 1534² = 0, 011 МПа

 

Рк=8, 26*0, 035*1670*0, 022²*1150/((0, 2159–0, 168)³*(0, 2159+0, 168)²)=5, 07 МПа

 

Рmax = 7, 5+0, 007+ = 12, 6 МПа

 

Определим необходимую мощность для закачки цементного раствора Nца:

 

Nца = Рmax* Q = 12, 6*10⁶*0, 0172 = 216, 7 кВт

 

Определим число цементировочных агрегатов nца:

а) по мощности:

 

nца = Nца/ Nа = 216700/77000 = 2, 81

 

Берём три агрегата

 

б) по производительности:

 

nца = Q/qа = 0, 022/0, 0086 = 2, 56

 

Определим время закачивания цементного раствора в скважину:

 

tзц = Vцр /q4 = 24, 2/0, 0086 = 0, 78 ч,

 

где q4 – производительность агрегата на 4 скорости, м.куб./с.

Определим время на продавку цементного раствора tпр:

 

tпр = Vцр/(Wк.п.*v) =24, 2/(1, 5*0, 0179) = 0, 25 ч

 

Определим общее время цементирования первой ступени:

 

tц1 = tзц + tпр = 0, 78 + 0, 25 = 1, 08 ч

 

Срок начала схватывания тампонажного раствора – 3 часа, поэтому процесс цементирования второй ступени пройдёт нормально.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: