Скважина нефтяная

В Российской Федерации для бурения  нефтяных скважин выпускаются одно-, двух- и трехшарошечные долота.

 

 

 

 

 

3. Цементирование скважин

 

Качественное первичное цементирование обсадных колонн в нефтяных и газовых  скважинах — основа дальнейшей их длительной, безаварийной и эффективной эксплуатации.

Особо важное значение качество цементирования имеет для условий близко расположенных  напорных нефте- и водоносных пластов.

В результате длительной эксплуатации месторождений пластовые давления снижаются и успешное проведение процесса цементирования скважин с нормальными или аномально низкими пластовыми давлениями и при необходимости обеспечения подъема тампонажного раствора до устья скважины становится весьма проблематичным.

Проведение гидроразрыва пласта  на многих некачественно зацементированных  скважинах приводит к разрушению цементного камня, изолирующего нефтяной коллектор от выше или ниже расположенных  водоносных горизонтов, что в свою очередь является причиной резкого  обводнения продукции в связи с возникновением заколонных перетоков.

Все способы цементирования имеют  одну цель — вытеснить буровой  раствор тампонажным из затрубного пространства скважины и поднять  последний на заданную высоту. В  результате этого предотвращается возможность движения любой жидкости или газа из одного пласта в другой через заколонное пространство, обеспечивается длительная изоляция продуктивных объектов от посторонних вод, укрепляются неустойчивые, склонные к обвалам и осыпям породы, обсадная колонна предохраняется от коррозии пластовыми водами и повышается ее несущая способность.

Весь комплекс работ, связанных  с замещением бурового раствора цементным (тампонажным), называется цементированием  скважины или обсадной колонны; сюда же входят ожидание затвердения цементного раствора (ОЗЦ) и период формирования цементного камня. Существует несколько методов цементирования. Из них наиболее распространен метод прямого цементирования, применяемый с некоторыми вариациями и изменениями с начала прошлого века.

Важность качественного цементирования обусловлена тем, что это заключительный этап строительства скважин, поэтому  неудачи при его выполнении могут  свести к минимуму ожидаемый эффект, стать причиной неправильной оценки перспективности разведываемых  площадей, появления «новых» залежей нефти и, особенно, газа в коллекторах, перетоков флюидов, грифонообразования, газопроявлений и т.д. Стоимость скважин, особенно глубоких, высока, а ущерб от некачественного их крепления может быть еще большим. Процесс цементирования скважин — операция необратимая, ремонт и восстановление их связаны со значительными затратами средств и времени.

Цементный раствор поступает в  заколонное пространство, замещая находящийся  там буровой раствор, и затвердевает в камень.

Назначение и функции, выполняемые цементным камнем, многообразны.

1. Разобщение пластов, их изоляции, т.е. образование в стволе безусадочного  тампона, внутреннюю часть которого  составляет колонна обсадных труб. Важным условием является равномерная толщина цементного камня со всех сторон. Размеры кольцевого зазора (т.е. толщина цементного кольца) не определяют качества разобщения пластов, однако влияют на формирование цементного камня или предопределяют его отсутствие.

2. Удержание обсадной колонны  от всевозможных перемещений; проседания под действием  собственного  веса,  температурных деформаций, деформаций  вследствие  возникновения  перепадов  давления  в  колонне, ударных нагрузок, вращений и т.д.

3. Защита обсадной колонны от  действия коррозионной среды.

4. Повышение работоспособности обсадной колонны с увеличением сопротивляемости повышенным (против паспортных данных) внешнему и внутреннему   давлениям.   Естественно,   цементное   кольцо   должно   быть сплошным и иметь при этом определенную физико-механическую характеристику.

5. Сплошное цементное кольцо, приобретая  в процессе формирования камня способность к адгезии (цементный камень сцепляется с металлом труб,   образуя   интерметаллический   слой),   создает   предпосылки   к   еще большему повышению сопротивляемости высоким внешним и внутренним давлениям.

Краткосрочность операции цементирования скважин не делает ее менее значимой, хотя может быть причиной недостаточного внимания к ее выполнению.

Эксплуатация скважин требует  устойчивой работы крепи, что обеспечивается формированием цементного камня вдоль ствола и заполнением им всего заколонного пространства, соответствием свойств камня (и всей крепи) требованиям, обусловленным внешними воздействиями (нагрузки, коррозия и т.д.). Количественно оценить все факторы сложно, что объясняется скудностью исследовательского материала, сложностью моделирования процессов и сложностью получения достоверных результатов. Основные трудности при этом заключаются в отсутствии информации (почти полное) об условиях, в которых предстоит формироваться цементному камню, и о свойствах материала, который образуется в скважине в результате замещения им бурового раствора.

Профиль ствола в азимут каждой его  точки, расположение, глубина, форма  и перемежаемость горных пород, состояние  бурового раствора, степень его «защемленности», размеры зон «защемленности», возникновение «центров» движения бурового раствора, толщина фильтрационной корки, размеры зон смешения бурового и тампонажного растворов, концентрация растворов по сечениям, а также события на границах — у стенок скважины и обсадной колонны — явления случайные. Случайным является и сам факт качественного или некачественного разобщения пластов.

Цементирование скважин должно быть скорее некачественным, так как  за один цикл закачки цементного раствора при принятой технологии невозможно добиться полного вытеснения бурового раствора без специальных мероприятий. Поэтому к качеству цементирования надо подходить как к явлению случайному и делать все возможное для его повышения. Работоспособность цементного камня также определяется рядом случайных событий.

Необходимо с начала бурения  управлять процессами формирования ствола скважины, приближать его конфигурацию к «идеальному» цилиндру, создавать  будущие условия работы цементного камня с учетом максимального срока безаварийной эксплуатации скважин и обеспечения охраны недр. Зачастую ствол получается таким, что заведомо может гарантировать только некачественное цементирование вследствие создания такой конфигурации и такого профиля ствола, из которого полное вытеснение бурового раствора невозможно.

Негативным фактором является отсутствие (иногда полное) информации о состоянии  цементного камня в скважине. Используемые приборы фиксируют не качество цементирования, полноту вытеснения бурового раствора цементным, отсутствие или наличие каналов в цементном растворе-камне, а некоторую разность плотностей растворов и камня на их границах, наличие или отсутствие контакта колонны (и только!) с цементным камнем — и все это неповторяемо, непостоянно и неоднозначно.

Высокое качество цементирования любых скважин включает два понятия: герметичность обсадной колонны и герметичность цементного кольца за колонной.

Качество цементирования скважин  в настоящее время определяется неоднозначно, а соответствующие  методы оценки порой дают противоречивые и взаимоисключающие результаты.

Высокое качество цементирования скважин (результат работы) следует отличать от успешного проведения процесса цементирования. Этот процесс может быть выполнен успешно, а качество цементирования останется низким. Известны случаи, когда операция завершалась при чрезмерно больших давлениях или в ходе ее отмечались поглощения либо другие осложнения, однако качество цементирования было высоким.

 

Литература

 

1. Коршак А.А. Шаммазов  А.М. Основы нефтегазового дела / А.А. Коршак А.М. Шаммазов- Уфа ДизайнПолиграфСервис 2001.-543с.

2. Вадецкий Ю.В. Бурение  нефтяных и газовых скважин:  Учеб. Пособие / Ю.В. Вадецкий- М. АКАДЕМА 2003.-350с.

3. Платонов Н.А. Основы  инженерной геологии: Учеб. Пособие / Н.А. Платонов. –  М. ИНФРА-М 2003.-172с.

4. Володин Ю.И. Основы  бурения: Учебник /Ю.И. Володин- М.НЕДРА 1986.-360с.

5. Кудряшов Б.Б. Бурение  скважин в осложненных условиях: Учеб. Пособие/Б.Б. Кудряшов- М. НЕДРА  1987.-267с.

6. Лесецкий В.А. Ильский  А.Л. Буровые машины и механизмы: Учебник/ В.А. Лесецкий А.Л. Ильский-М. НЕДРА 1980.-391с.

7. Масленников И.К.  Буровой инструмент: Учебник/ И.К.  Масленников М. НЕДРА 1989.-430с.

8. Султанов Б.З. Шаммасов  Н.Х. Забойные буровые машины  и инструмент: Учеб. Пособие М.  НЕДРА 1976.-230с.

9. Иванов И.И. Цементирование скважин: Учебник/И.И. Иванов М. НЕДРА 2000.- 250с.

10. Рымчук Д.В. Оборудование  и инструмент для предупреждения  и ликвидации фонтанов: Справочник /Д.В. Рымчук М. НЕДРА 1996.-390с.