Качество сцепления цемента с колонной

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 4368 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Оценка качества цементирования по акустике

Наибольшую информацию о качестве цементирования обсадных колонн дает акустический метод, который позволяет:

· установить высоту подъема цемента;

· выявить наличие или отсутствие цемента за колонной;

· определить наличие каналов, трещин и каверн в цементном камне, в том числе и небольших размеров;

· изучить степень сцепления цемента с колонной и горными породами;

· исследовать процесс формирования цементного камня во времени.

Метод основан на измерении амплитуды преломленных продольных волн, распространяющихся по обсадной колонне (трубная волна) и горной породе, и регистрации времени распространения упругих колебаний в этих средах.

Амплитуда трубной волны определяется коэффициентом α_ц эффективного поглощения (коэффициентом затухания) продольных волн:

На амплитуду трубной волны оказывают влияние ряд факторов: база измерения, толщина и состав цементной смеси, время формирования цементного камня и наличия в нем дефектов, внешнее покрытие обсадных труб, давления и температура в скважине и др. Эти факторы необходимо принимать во внимание при интерпретации диаграмм АМ.

Процесс формирования цементного камня со временем вызывает изменение амплитуд трубных волн. По величинам амплитуд А_к весьма четко различаются два состояния: незагустевший цементный раствор и цементный камень. В первом случае наблюдаются максимальные амплитуды, которые равны амплитудам в незацементированной колонне, во втором случае – минимальные амплитуды трубных волн на уровне шумов.

Различные факторы, оказывающие влияние на формирование цементного камня, могут увеличивать его проницаемость, ухудшать силу и прочность сцепления с горными породами и металлом обсадных труб, приводит к образованию в нем каналов, трещин и разрывов. С уменьшением сплошности цементного камня, с увеличением размеров каналов, трещин и разрывов амплитуда трубной волны увеличивается. Когда интервал отсутствия цемента равен или больше базы зонда, амплитуда трубной волны достигает значения амплитуды в свободной колонне.

При интерпретации кривых акустического цементомера за основу берутся показания кривой А_к , кривые А_п, τ_п, τ_к являются вспомогательными. Кривая τ_п достигает максимального значения на участках колонны с хорошим сцеплением цементного камня с колонной и плохим – с горной породой. В этом случае величина τ_п близка ко времени пробега упругой волны по промывочной жидкости. Минимальная величина регистрируемого времени τ_п меньше времени прохождения продольной волны по колонне τ_к и наблюдается в интервалах, характеризующихся высокой скоростью распространения колебаний в горной породе при жесткой связи цементного камня с колонной и стенками скважины.

В разрезах скважин, где скорость распространения продольных волн по породе ν_п превышает скорость их распространения по колонне ν_к (ν_п > > ν_к), или в случае низких ν_п и больших затуханий волн определение качества цементирования обсадных колонн по параметрам А_к, А_п, τ_п и τ_к затрудняется. При ν_п > ν_к (высокоскоростной разрез) вместо волны по колонне регистрируют волну по породе, а при низких ν_п и больших затуханиях волн (низкоскоростной разрез) вместо волн по породе регистрируют гидроволну.

Надежность определения качества цементирования обсадных колонн повышается, если одновременно с записью кривых акустическим цементомером фотографировать волновые картины, получаемые этим цементомером.

Качество цементирования по волновым картинам оценивается по следующим признакам.

1. Незацементированная колонна на волновой картине отмечается мощным долго не затухающим сигналом трубных волн, приходящим за время τ_к, которое равно времени пробега волны на базе зонда со скоростью стержневых волн в стали. Время τ_к для базы Δl = 2,5 м в зависимости от диаметра колонны и физико-механических свойств жидко­сти в скважине может изменяться от 500 до 650 мкс.

2. Хорошее качество цементирования обсадных колонн (надежное сцепление цементного камня с горной породой и колонной) в низкоскоростном разрезе отмечается на волновой картине малой амплитудой А_к и значительной амплитудой А_п. Типы волн в этом случае отчетливо разделяются по времени их вступления. Если А_к меньше критической величины, выше которой контакт цементного камня с колонной считается неполным, а А_п и τ_к коррелируются со значениями этих величин, полученными при исследовании необсаженной скважины акустическим методом, или со значениями кажущегося электрического сопротивления горных пород, то затрубное пространство является герметичным.

3. В высокоскоростных разрезах, где различить однозначно волны, распространяющиеся по горной породе и по колонне, только по времени их вступления трудно, оценить качество цементирования обсадных колонн помогает частотная характеристика волн. Установлено, что частота продольных волн в горных породах возрастает с увеличением скорости их распространения, однако во всех случаях остается ниже частоты волны, распространяющейся по колонне (при частоте излучателя 25 кГц). Хорошее качество цементирования обсадных колонн в высокоскоростном разрезе отмечается на волновой картине неискаженным импульсом продольной волны частотой ниже 25 кГц и амплитудой, коррелирующейся с ее величиной, полученной до обсадки скважины, а также наличием поперечной волны частотой ниже 20 кГц.

4. Когда величина А_к превышает критическое значение и не удается выделить волны по породе при наличии волны частотой 25-30 кГц, вступающей на временах больше 1300 мкс, а также при отсутствии корреляции значений амплитуд А_п со значениями их в необсаженной скважине, затрубное пространство негерметично или его герметичность неопределенна (частичное цементирование).

5. В высокоскоростном разрезе при частичном цементировании обсадной колонны сигнал с момента времени τ_к представлен волнами различной частоты. Этот признак позволяет отличить по волновой картине частичное цементирование от хорошего даже в случае надежной корреляции кривых амплитуды и времени, записанных до и после обсадки скважины колонной.

Недостатки метода: при скользящем контакте цементного камня с обсадной колонной упругие колебания распространяются в основном по колонне, волны в последующих вступлениях не фиксируются, качество цементирования в этом случае определить невозможно; в высокоскоростном разрезе (ν_п > 5300 м/с) первые вступления при плохом и хорошем качестве цементирования относятся к волне, идущей по породе, поэтому однозначная интерпретация кривых А_к и А_п невозможна, необходима дополнительная регистрация волновых картин.

1. Какую информацию можно получить при оценке качества цементирования по акустике?

2. По каким признакам оценивается при оценке качества цементирования по волновым картинам?

Источник

Совершенствование качества цементирования обсадных колонн на Южно-Приобском месторождении

Sophistication of cementing quality of casing columns at South-Priobskoe field

R. FETSENETS, Gazpromneft-Khantos Co. Ltd., S. LYAKH, A. KUZNETSOV, E. NAYKOV, Halliburton Int Inc.

ООО «Газпромнефть-Хантос» уделяет большое внимание качеству строительства скважин на Южно-Приобском месторождении (Западная Сибирь), разработкой которого занимается с 2002 г. Одним из главнейших показателей качества строительства скважин является цементирование эксплуатационных колонн – как завершающий и наиболее ответственный этап, успешность которого определяет длительную, безаварийную и эффективную эксплуатацию. В то время, как некачественное цементирование может значительно снизить экономическую ценность скважины, требуя остановки добычи для производства дорогостоящих работ по исправительному цементированию.

В худшем случае может полностью разрушить продукт труда многих участников строительства скважины.

Показательным примером в совершенствовании качества крепления скважин является деятельность компании Halli­burton Int. Inc., работающей на Южно-Приобском месторождении с 2005 г. Более 650 эксплуатационных колонн было зацементировано в период 2005 – 2009 гг. с постоянным поиском наиболее эффективных методов повышения качества крепления. Такой большой практический опыт позволил достичь к 2009 г. высокого качества цементирования эксплуатационных колонн, превышая отметку в 90% сплошного сцепления «цемент-колонна» в интервале продуктивных пластов (рис. 1, 2).

Источник

Цементирование обсадной колонны скважины и тампонаж

Цементирование (тампонирование) — одна из самых ответственных операций, от успешности которой зависит дальнейшая нормальная эксплуатация скважины

Цементирование обсадной колонны — одна из самых ответственных операций, от успешности которой зависит долговечность и дальнейшая нормальная эксплуатация скважины.
Цементирование — закрепление обсадной колонны на стенке ствола скважины и отсечение избыточных флюидов от попадания в ствол скважины посредством нагнетания цементного раствора по обсадной трубе и вверх по кольцевому зазору.
Это процесс закачивания тампонажного раствора в пространство между обсадной колонной и стенкой скважины.
Способ цементирования выбирают в зависимости от вида колонны, спущенной в пробуренный ствол (сплошной или хвостовика).

Рис 1. Схема этапов выполнения 1- циклового 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.

Одноступенчатое цементирование.
После окончания спуска сплошной эксплуатационной колонны в процессе подготовки скважины к цементированию:

• колонну обсадных труб периодически расхаживают,
• непрерывно промывают скважину для предотвращения прихвата колонны,
• башмак ее устанавливают на 1-2 м выше забоя,
• устье оборудуют цементировочной головкой,
• закачивают расчетный объем цементного раствора.

Прокачав расчетное количество цементного раствора, отвинчивают стопорные болты на цементировочной головке и закачивают расчетное количество продавочного бурового раствора.
Как только заливочная (нижняя) пробка дойдет до упорного кольца — стоп, наблюдается резкий подъем давления, так называемый удар.
Давление повышается на 4 – 5 МПа.
Под его воздействием диафрагма, перекрывающая канал в нижней пробке, разрушится.
После разрушения диафрагмы раствору открывается путь в затрубное пространство.
Когда до окончания продавки остается 1 – 2 м 3 продавочной жидкости, интенсивность подачи резко снижают.
Закачку прекращают, как только обе пробки (верхняя и нижняя) войдут в контакт, что определяется 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.
На этом процесс цементирования заканчивается.
Краны на головке закрывают, и скважину оставляют в покое на срок, необходимый для твердения цементного раствора.
При цементировании неглубоких скважин с небольшим подъемом раствора за колонной в качестве продавочной жидкости применяют обычную воду.

Многоступенчатое цементирование
Многоступенчатое цементирование — цементирование нескольких горизонтов (интервалов) пласта за обсадной колонной скважины с использованием соединений с отверстиями.
При этом, обсадная колонна на разных уровнях оснащена дополнительными приспособлениями (заливочными муфтами), позволяющими подавать тампонажный раствор в затрубное пространство поинтервально на разной глубине.

Распространено 2-ступенчатое цементирование — раздельное последовательное цементирование 2 х интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).

Преимущества в сравнении с 1 — ступенчатым:

• 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 позволяет эффективнее подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала.

Рис. 2 Заливочная муфта для ступенчатого цементирования:
а — при цементировании первой ступени, б — при цементировании второй ступени;
1 — корпус, 2 — верхнее седло, 3 — верхняя втулка, 4 — заливочные отверстия, 5 — нижнее седло, 6 — нижняя втулка

Для проведения 2-ступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную заливочную муфту (рис. 2).

Подготовку скважины аналогична 1- ступенчатому цементированию.
После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке 1 й порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему 1 й ступени. Закачав нужный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку 1 й ступени, которая проходит через заливочную муфту (рис. 2, а).
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 2 й ступени.
По достижении заливочной муфты, пробка садится во втулку, резко понижая давление нагнетания, но под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 2, б). .

При использовании способа непрерывного цементирования, тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени.
2-ступенчатое цементирование с разрывом — после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор 2 й ступени подают в скважину спустя некоторое время, к примеру, после схватывания раствора 1 й порции.

Цементирование хвостовика.
После промывки ствола скважины на устье ее устанавливают цементировочную головку, в которую вставляют верхнюю секцию разделительной заливочной пробки.
Закачивают расчетное количество цементного раствора, который продавливают буровым раствором или водой.
Когда раствор будет продавлен в объеме, равном внутреннему объему бурильных труб, верхняя секция пробки войдет в нижнюю и перекроет отверстия кольца.
При этом давление в бурильных трубах резко возрастет.
Шпильки, удерживающие нижнюю секцию в переводнике, срезаются, и обе секции, как одно целое, перемещаются вниз по хвостовику до резкого подъема давления.
После этого колонну необходимо посадить на забой, и путем вращения инструмента по часовой стрелке освободить бурильные трубы с переводником от хвостовика и вымыть излишек цементного раствора.
Через 16-20 часов следует определить высоту подъема цемента за колонной, оборудовать устье скважины, испытать колонну на герметичность и перфорировать в интервале продуктивного пласта.
Заключительный этап процесса восстановления скважины методом зарезки и бурения 2 го ствола — испытание эксплуатационной колонны на герметичность, перфорирование отверстий против продуктивного горизонта и освоение скважины (вызов притока нефти или газа из пласта).

Тампонаж
Тампонирование (цементирование) скважин — технологический процесс упрочнения затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего действия горных пород и грунтовых вод.
В процессе цементирования заданный интервал заполняется раствором вяжущих материалов (цемента), который в состоянии покоя превращается в прочный непроницаемый камень.
Используется специальный тампонажный цемент — модификацию портландце­мента с повышенными требованиями к минералогическому составу клинкера.
В состав цемента введены добавки, замедляющие его застывание.

Применение цементирования:

• изоляция друг от друга проницаемых пластов, вскрытых скважиной;
• установка цементных мостов, изолирующих нижнюю часть ствола скважины (например при забуривании нового ствола);
• удерживание в подвешенном состоянии обсадной колонны и герметизации заколонного пространства;
• изоляция поглощающих пластов, вскрытых скважиной в процессе бурения;
• защита обсадных труб от коррозии агрессивными пластовыми жидкостями и газами и др.

Технология цементирование включает 5 операций:

• приготовление тампонажного раствора,
• закачка приготовленного раствора в скважину,
• подача тампонажного раствора в затрубное пространство,
• ожидание затвердения закачанного вяжущего раствора,
• проверка качества цементировочных работ по утвержденной программе, обоснованной техническим расчетом.

Подготовительные операции:

• подбор тампонажного материала, рецептуры и свойств тампонажного раствора,
• определение режима закачки и продавки тампонажного раствора,
• определение суммарной продолжительности цементировочных работ,
• определение промежутка времени, необходимого для формирования в затрубном пространстве цементного камня с достаточной прочностью, позволяющей возобновить работы в скважине.

Способы цементирования:

• прямая схема подачи тампонажного раствора в затрубное пространство: раствор, закачанный внутрь цементируемой обсадной колонны, проходит по ней до башмака и затем поступает в затрубное пространство, распространяясь снизу вверх;
• обратная схема: тампонажный раствор с поверхности подают в затрубное пространство, по которому он перемещается вниз.

Цементирование скважин позволяет резко увеличить долговечность скважин и срок добычи безводной продукции.

Технология цементирования регламентируется:

• системой норм и правил выполнения цементировочных работ,
• типовыми схемами организации техпроцесса.

При цементировании необходимо учитывать конкретные факторы:

• конструкция и состояние ствола скважины,
• протяженность цементируемого интервала,
• горно-геологические условия,
• уровень оснащенности техническими средствами,
• опыт проведения цементировочных работ в районе.

Требования к технологии:

• 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.

Наиболее полное замещение промывочной жидкости происходит при турбулентном режиме — 98%, худшие показатели — при структурном режиме — 42% .
Способы повышения полноты замещения промывочной жидкости:

• 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.

Источник

Вам также может понравиться

Идеи оформления стен в гостиной, кухне, спальне

Обустройство гостиной, кухни или спальни – довольно

Стены в гостиной. Лучшие идеи

Не только мебель и декор могут создать особую атмосферу в доме.

Обои в гостиной на одну стену. Оформление, виды обоев и советы

Обои в гостиной на одну стену — это решение, которое

Отделка стен — декоративные панно, фотообои и другие интересные идеи

При ремонте дома или квартиры мы чаще всего решаем