С.А. РЯБОКОНЬ, Цементирование обсадных колонн в условиях неустойчивости слагаемых пород скважины

Цементирование обсадных колонн в условиях неустойчивости слагаемых пород скважины

 С.А. РЯБОКОНЬ, д.т.н., профессор, ген. директор, В.М. МИЛЬШТЕЙН, ст.н. сотрудник, НПО «Бурение» В.Б. ЛАЗАРЕВ, начальник СКС ТУ, филиал «Тюменьбургаз», ООО «Бургаз» 

В статье рассмотрены технико-технологические вопросы цемен­тирования обсадных колонн, спу­скаемых в скважины, стволы ко­торых сложены неустойчивыми породами.

Характер деформации ствола по его сечению в зависимости от свойств залегаемых неустойчивых пород можно разделить на два вида: увеличивающий площадь поперечного сечения ствола скважины или сокраща­ющий ее. Первый возникает в результа­те осыпей и обвалов стенок скважины, что не вызывает больших проблем при планировании цементировочных работ. Второй вид деформации ствола сква­жины (сужение) выражается в виде со­кращения площади поперечного сече­ния пространства вплоть до полного его перекрытия. Основные причины су­жения ствола скважины заключаются в специфических свойствах горных по­род, слагающих ее стенки. Одной из них является залегание в разрезе сква­жины монтмориллонитовых глин, спо­собных к постоянной текучести до окончательного перекрытия сечения ствола. К числу других видов текучих пород относятся отложения солей, ха­рактер течения которых отличается тем, что движение их идет в опреде­ленном направлении в зависимости от наклона залегаемого хемогенного пла­ста (рис. 1).

При планировании процесса цемен­тирования обсадных колонн в скважи­нах с залеганием неустойчивых глинис­тых пород и определении способа цементирования учитывают фактор времени. При этом период времени проведения операций по спуску обсад­ной колонны и ее цементированию не должен превышать время полного «за­текания» заколонного пространства глиной. После равномерного обтекания колонны текучей глиной создается оп­ределенная нагрузка на стенки труб, но, как правило, угроза их смятия не возникает. Об этом свидетельствует многолетний опыт цементирования экс­плуатационных колонн при строитель­стве скважин месторождения Жанажол (Западный Казахстан).Цементирование же обсадных ко­лонн в условиях залегания текучих солей требует иного подхода, посколь­ку движущиеся в одном направлении текучие соли при контакте с обсадными трубами создают на них односто­роннюю боковую нагрузку, как прави­ло, превышающую прочность труб на смятие.Способом, предотвращающим угро­зу смятия обсадных труб, является це­ментирование обсадной колонны с со­зданием в ней цементного «столба», предотвращающего смятие труб. Для этого в процессе нагнетания продавоч-ной жидкости при цементировании в интервале залегания солей в колонне устанавливают порцию цементного рас­твора, схватывание и твердение кото­рого наступает до момента касания те­кучей соли наружных стенок обсадных труб. После окончательного «обтека­ния» колонны солью нагрузка, создава­емая ею на трубы, рассредоточивается по окружности и не превышает прочно­сти труб на смятие. После разбуривания цементного «стакана» в колонне продолжают работы на скважине, до­ведя ее до готовности к эксплуатации.Для успешного выполнения такой цементировочной операции необходи­мо выполнение ряда следующих требо­ваний:твердение цементного раствора («стакана») в колонне до приобретения достаточной прочности камня должно наступить до момента касания солью наружной поверхности труб;прочность сформировавшегося це­ментного камня в трубах должна пре­вышать боковую нагрузку, создавае­мую движущейся солью;расположение цементного «столба» в трубах должно соответствовать интер­валу залегания солей с учетом выхода за его пределы на 50 — 100 м. Следует учитывать, что при движе­нии в трубах порции цементного рас­твора, ограниченной продавочной жид­костью на их контактах, как правило, образуются зоны смешения жидкостей. В зависимости от режима нагнетания их в колонну эти зоны могут достичь значительных величин. Камень, образо­ванный из смеси цементного раствора с продавочной жидкостью, не отвечает указанным выше требованиям.   Мерой по недопущению образова­ния зон смешения различных жидкос­тей в колонне является применение разделительных цементировочных про­бок, спуск которых в колонну с услови­ем минимальных затрат времени пред­ставляет особую технологическую сложность,В стандартных цементировочных го­ловках предусмотрено место только для одной разделительной (верхней) пробки и в двухсекционных (рис 2) — для двух пробок.

При цементировании колонны с цементным «стаканом» внутри для ограничения степени смешива­ния его на контактах с продавочной жидкостью требуются две раздели­тельные пробки в дополнение к основ­ной цементировочной верхней пробке, предназначенной для посадки на коль­цо «стоп». В результате для проведения успешной цементировочной операции такого типа с обеспечением высокого качества цементирования необходимо применение четырех цементировочных пробок: трех верхних, две из которых ограничивают цементный «столб», и од­ной нижней, разделяющей цементный раствор в колонне от заполняющего ее бурового раствора (или буферной жид­кости).  Нижнюю пробку, как правило, в отечественной практике цементирова­ния скважин, «вводят» в колонну после закачивания в нее буферной жидкости перед установкой цементировочной головки. Верхнюю пробку «вводят» в колонну из цементировочной головки, разместив ее заранее в контейнер го­ловки и зафиксировав стопорным бол­том. Ввод пробок в колонну через головку со снятой крышкой после зака­чивания цементного раствора произво­дить нецелесообразно, сложно и опасно, В связи с этим все три верхних пробки должны быть помещены в го­ловку до начала процесса цементирова­ния.Выполнение этого условия требует применения специальной цементировочной головки, способной вместить три специальные цементировочные пробки. Для этого служит трехсекцион­ная головка, разработанная специалис­тами НПО «Бурение» (патент на полез­ную модель №49889) (рис, 3),

При ее отсутствии можно использовать двух­секционную цементировочную головку (рис 2) с подставкой, снабженной кон­тейнером под пробку и стопорным бол­том для ее фиксации (рис, 4),

В случае необходимости применения стандарт­ной односекционной головки можно использовать две таких подставки. При этом следует учесть необходимость пересоединения нагнетательного трубо­провода перед каждым пуском очеред­ной пробки (кроме первой). 

Литература 

1. В.М. Мильштейн. Цементирование буровых скважин // Краснодар, НПО «Бурение». 2003. 375 с.