Что такое цементные мосты в скважине
Устройство цементного моста в скважине
Устройство цементного моста в скважине требует проведения предварительной оценки и расчетов, поскольку от корректности результатов данного мероприятия во многом зависит дальнейший успех работы по бурению скважин.
Цементный мост представляет собой непроницаемую для газа, нефти и воды перемычку внутри скважины. Из названия очевидно, что в качестве материала для обустройства такой перемычки используется цементная смесь. Высота такого разобщающего отрезка может составлять несколько десятков метров, что необходимо для достаточно надежной и непроницаемой разобщающей перемычки.
Основной задачей создания подобного цементного стакана в стволе скважины является разобщение верхнего и нижнего объема полости колонны и сохранения стабильного показателя давления воздуха в нижней части.
Цели сооружения цементного моста:
В зависимости от конечных целей устройства цементного моста в скважине к цементному раствору предъявляются конкретные требования в зависимости от условий и целей проведения работ. Однако основное требование, которое предъявляется к цементному мосту – это высокие показатели прочности.
Например, при проведении работ по забуривании нового ствола цементный мост должен выдерживать осевую нагрузку около 3-6 МПа при одновременной промывке. Стоит отметить, что при забуривании нового ствола необходимо также соблюдение и требований к высоте моста, рассчитываемых для каждого объекта индивидуально.
Среди способов устройства цементных мостов можно выделить несколько наиболее популярных:
В целом устройство цементного моста весьма похоже на цементирование колонн, однако отличается значительно меньшим объемом использования тампонажного состава, отсутствием какого-либо оборудования на конце заливочной трубы и разделительных пробок.
Несмотря на внешнюю простоту проведения работ по устройству цементных мостов в скважине, на деле это достаточно трудоемкое и длительное мероприятие, которое также может быть связано с возникновением осложнений, а потому требует внимательного подхода и наличия опыта проведения работ.
Чтобы задать вопрос или сделать заявку,
нажмите на кнопку ниже:
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Цементный мост
Цементные мосты устанавливаются с целью получения в скважине устойчивого водогазонефтенепроницаемого цементного стакана определенной прочности для перехода на вышележащий объект, забурива-ния нового ствола, ликвидации поглощений, укрепления неустойчивой кавернозной части скважины, испытания горизонта, капитального ремонта, консервации или ликвидации скважины. [1]
Цементный мост встретили на глубине 3750 м и разбурили до 3883 м, ниже инструмент пошел свободно. Таким образом, с помощью потайной колонны и применения цементирования методом снижения давления на поглощающий пласт успешно произвели разобщение нижнемайкопских и верхнемеловых отложений. [2]
Цементные мосты устанавливают с целью перехода на вышележащий пласт, для ухода в сторону в случае невозможности извлечения аварийного инструмента, при ликвидации скважины и т.п. В каждом случае предъявляются определенные требования к мостам, к качеству цементного камня моста по прочности, проницаемости. При движении по бурильной колонне и стволу скважины тампонажный раствор смешивается с жидкостями, следующими перед к после пего, что отрицательно влияет на свойства образующегося цементного камня и жидкостей. [4]
Цементные мосты устанавливают с целью получения в скважине устойчивого водогазонефтенепроницаемого цементного стакана определенной прочности для перехода на вышележащий объект, забуривания нового ствола, ликвидации проявлений и поглощений, укрепления неустойчивой кавернозной части ствола, консервации или ликвидации скважины. [5]
Цементные мосты должны быть прочными. [6]
Цементный мост ( рис. 24) предназначен для разделения внутренней полости колонны на нижнюю и верхнюю части и удержания давления воздуха в нижней части колонны. При спуске колонны на элеваторах вместо проушин и секторов к отрезку трубы 2 приваривают опорные кольца. На внутренней поверхности трубы / и наружной трубы 4 делают наплавки 6 электродом или приваривают кольца для лучшего сцепления цементного камня с металлом. Площадь наплавок и высоту цементного камня рассчитывают в зависимости от нагрузки на мост и прочности цементного камня в возрасте 7 сут. Цементный раствор ( бетон) заливают при температуре не ниже 10 С не менее чем за 15 сут до спуска колонны. [9]
Цементный мост представляет собой цементный стакан в стволе высотой в несколько десятков метров, достаточной для создания надежной и непроницаемой изоляции. [10]
Цементные мосты устанавливают в процессе проведения буровых работ, например, если необходимо изменить направление скважины, а также при освоении скважин. Во время освоения скважин цементные мосты устанавливают для того, чтобы отделить пространство скважины, которое не имеет выхода на продуктивные пласты, исследовать новые верхние нефтегазовые горизонты, изолировать зоны водопроявлений и создать искусственные опоры для испытателей пластов на трубах. [11]
Испытать цементный мост на герметичность согласно ЕТП. [14]
Когда цементный мост как инженерное сооружение испытывает действие очень больших вертикальных нагрузок, он должен обладать высокой несущей способностью, которая зависит от прочности цементного камня и характера его контакта с горными породами или с трубами. Наибольшее сопротивление цементного моста сдвигу возможно в тех случаях, когда между соприкасающимися материалами возникает физико-химическое сцепление, обусловленное созданием промежуточного кристаллического слоя. [15]
Установка цементных мостов
Мостом называют искусственное сооружение, полностью перекрывающее поперечное сечение скважины (или обсадной колонны) на участке сравнительно небольшой длины, удаленном, как правило, от забоя. Мосты могут быть резиновые, пластмассовые, металлические, цементные и из других материалов.
Мосты устанавливают для решения следующих задач: а) временного или постоянного разобщения нижезалегающих проницаемых пластов от вышезалегающих (например, при опробовании методом «снизу вверх», при переходе от эксплуатации нижнего истощенного продуктивного горизонта к эксплуатации верхнего горизонта и т.п.); б) устранения опасности из-лива пластовых жидкостей в атмосферу после ликвидации скважины или при временной консервации ее; в) создания прочной опоры для колонны труб в период пакеровки скважины при опробовании перспективных горизонтов; г) создания прочной опоры при забурнвании бокового ствола; д) укрепления неустойчивых, осыпающихся или размываемых потоком промывочной жидкости пород.
Разработано множество способов установки мостов: с помощью заливочных труб, опускаемых на кабеле желонках и т.п. Наиболее часто используют цементные мосты, создаваемые путем транспортирования раствора вяжущего по колонне труб (бурильных, НКТ)
Наиболее эффективным является следующий способ создания цементного моста. В скважине немного ниже нижней границы участка, в котором требуется создать мост, устанавливают разбуриваемый пакер или манжетную пробку, исключающие возможность оседания вниз столба тампонажного раствора. До нижней границы этого участка спускают колонну труб и тщательно промывают скважину. Если в пределах участка имеются каверны, в состав колонны включают приспособление с боковыми гидромониторными насадками и сильными струями вымывают из каверн загустевшую промывочную жидкость и шлам. Во время промывки во всех случаях целесообразно вращать и расхаживать колонну труб. При наличии каверн расхаживать следует на такую длину, чтобы струи, вытекающие из гидромониторных насадок, могли поражать всю поверхность кавернозных интервалов.
После промывки в колонну труб последовательно закачивают первую порцию буферной жидкости, порцию тампонажного раствора возможно более жесткой- консистенции, вторую порцию буферной жидкости и порцию продавочной жидкости.
Тампонажный раствор отделяют от обеих порций буферной жидкости двумя разделительными пробками. По окончании закачки порции продавочной жидкости колонну труб приподнимают с небольшой скоростью несколько выше верхней границы будущего моста и тщательно промывают скважину. Затем трубы поднимают на дневную поверхность, а скважину оставляют в покое для твердения тампонажного раствора.
Вытеснение тампонажного раствора продолжают до момента достижения равенства давлений в кольцевом пространстве и в колонне труб у башмака (балансовый принцип). Чтобы облегчить решение задачи об определении момента прекращения цементировочной операции, плотности обеих порций буферной жидкости делают одинаковыми, так же как и плотности промывочной и продавочной жидкостей. Объем второй порции буферной жидкости рассчитывают так, чтобы высота столба ее в колонне труб была равна высоте столба первой порции в кольцевом пространстве, а объем порции продавочной жидкости так, чтобы в момент окончания закачки ее уровни тампонажного раствора в кольцевом пространстве и в колонне были одинаковыми.
Тампонажную смесь для создания моста следует выбирать с учетом температуры и давления в заданном интервале скважины. Раствор должен иметь возможно меньшее относительное водосодержание, короткие сроки загустевания и схватывания, достаточные, однако, для выполнения цементировочной операции; камень должен иметь возможно более высокую прочность, быть практически непроницаемым при тех перепадах давлений, которые могут действовать на мост. Желательно, чтобы твердение шло с расширением камня.
Объемы тампонажного раствора и других жидкостей, необходимых для выполнения цементировочной операции, рассчитывают по эмпирическим формулам. [ВНИИКРнефти]
Объем тампонажного раствора
%
где Fc, Fтр, Fк.п.— соответственно площади поперечного сечения скважины в интервале установки моста, колонны труб и кольцевого пространства; Vтр — внутренний объем колонны труб; Hм —проектная длина моста; с1,с2,с3,с4 —эмпирические коэффициенты, учитывающие потери тампонажного раствора на стенках труб, при смешивании со смежными жидкостями, а также потери буферной жидкости при движении по колонне труб и кольцевому пространству. Ориентировочные значения этих коэффициентов для случая цементирования без разделительных пробок приведены табл.
По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: 1) испытывающих давление жидкости или газа и 2) испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях.
Мосты, относящиеся ко второй категории, должны помимо газоводонепроницаемости обладать весьма высокой механической прочностью.
Высоту моста определяют по следующим формулам
Из значений высоты цементных мостов, определенных по формулам, выбирают большее. Ориентировочные значения [τм], [∆р] при установке мостов через заливочную колонну с применением раствора из портландцемента в зависимости от технологии установки приведены в табл.
Практика работ показывает, что если при испытании на прочность мост не разрушается при создании на него удельной осевой нагрузки 3,0-6,0 МПа и одновременной промывки, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям как забуривания нового ствола, так и нагружения от веса колонны труб или испытателя пластов.
Опыт бурения и эксплуатации скважин показывает, что оптимальное значение интенсивности искривления ствола составляет 1-2 на 10 м, что соответствует радиусу искривления более 500 м. Значение Н0 определяют из условий определения Нм.
После образования цементного камня достаточной прочности в скважину спускают колонну труб с долотом, уточняют положение верхней границы моста, разбуривают слабую верхнюю часть его и проверяют герметичность моста путем уменьшения давления на него сверху либо с помощью пластоиспытателя, спускаемого на колонне труб, либо посредством аэрации и снижения уровня жидкости. Если мост оказался негерметичным, разрушился или сместился вверх при такой проверке, его разбуривают и операцию повторяют заново.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Назначения цементных мостов и требования к ним
Установка цементных мостов
Занятие 5
1. Назначения цементных мостов и требования к ним
2. Расчет объемов тампонажного раствора и материалов.
3. Особенности выбора рецептуры растворов вяжущих веществ для установки мостов.
4. Требования, предъявляемые к тампонажному материалу.
5. Планирование работ по установке цементных мостов
6. Мероприятия по предупреждению осложнений при установке мостов.
Цементные мосты устанавливают в следующих целях:
— изоляция водонапорных и непродуктивных горизонтов при испытании и ликвидации скважин;
— возвращение на новый горизонт;
— изоляция зон поглощения или проявления;
— забуривание нового ствола;
— создание опоры для испытания пластов или секций обсадных труб;
— ликвидация каверн или желобных выработок.
К цементным мостам предъявляются определенные требования по долговечности, герметичности, прочности, несущей способности, а так же к высоте и глубине нахождения.
Те или иные требования основываются на конкретных геолого-технических условиях и обусловлены назначением моста.
По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: испытывающих давление жидкости или газа и испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях.
Мосты, относящиеся ко второй категории, должны, помимо газоводонепроницаемости, обладать весьма высокой механической прочностью.
Анализ промысловых данных показывает, что на мосты могут создаваться давления до 85 МПа, осевые нагрузки до 2100 кН и возникают напряжения сдвига на 1 м длины моста до 30 МПа. Такие значительные нагрузки возникают при опробовании скважин с помощью испытателей пластов и других видах работ.
Несущая способность цементных мостов в значительной мере зависит от их высоты, наличия (или отсутствия) глинистой корки или остатков бурового раствора на колонне.
При удалении рыхлой части глинистой корки напряжение сдвига составляет 0,15-0,2 МПа. В этом случае даже при возникновении максимальных нагрузок достаточно высота моста 18-25 м. Наличие же на стенках колонны слоя бурового раствора толщиной 1-2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига и увеличению необходимой высоты до 180-250 м, с тем, чтобы обеспечить возможность приложения максимальной нагрузки.
В связи с этим высоту цементного моста следует так же определять и из уравнения:
Герметичность моста также зависит от его высоты и состояния поверхности контакта, так как давление, при котором происходит прорыв воды, прямо пропорционально длине и обратно пропорционально толщине корки. При наличии между обсадной колонной и цементным камнем глинистой корки с напряжением сдвига 6,8-4,6 кПа и толщиной 3-12 мм градиент давления прорыва воды составляет соответственно 1,8-0,6 МПа на 1 м. При наличии на корке пленки нефти давление резко уменьшается. При отсутствии корки между стенкой скважины и цементным камнем прорыв воды происходит при градиенте давления свыше 7 МПа/м. Следовательно, герметичность моста в значительной степени зависит так же от условий и способа его установки. Корка при твердении цементного раствора обезвоживается, в ней появляются трещины.
В связи с этим высоту цементного моста следует так же определять и из уравнения:
Выбирают большее значение высоты цементных мостов, определенных по формулам 1 и 2.
Ориентировочные значения [∆τм] и [∆р] при установке мостов через заливочную колонны с применением раствора из портландцемента в зависимости о технологии установки приведены в таблице.
| Условия и технологические мероприятия по установке моста | [∆р], МПа/м | [∆τм], МПа |
| В обсаженной скважине | ||
| С применением скребков и моющих буферных жидкостей | ||
| С применением моющих буферных жидкостей | 0,5 | |
| Без скребков и буферных жидкостей | 0,5 | |
| В необсаженной скважине | ||
| С применением скребков и моющих буферных жидкостей | 0,5 | |
| С применением абразивных буферных жидкостей | 0,2 | |
| С применением неабразивных буферных жидкостей | 0,05 | |
| Без буферных жидкостей | 0,5 | 0,01 |
Цементные мосты должны быть достаточно прочными. Практика работ показывает, что если при испытании на прочность мост не разрушается при создании на него удельной осевой нагрузки 3-6 МПа и одновременной промывке, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям как забуривания нового ствола, так и нагружения от веса колонны труб или испытателя пластов.
Установка цементных мостов
Мостом называют искусственное сооружение, полностью перекрывающее поперечное сечение скважины (или обсадной колонны) на участке сравнительно небольшой длины, удаленном, как правило, от забоя. Мосты могут быть резиновые, пластмассовые, металлические, цементные и из других материалов.
Мосты устанавливают для решения следующих задач: а) временного или постоянного разобщения нижезалегающих проницаемых пластов от вышезалегающих (например, при опробовании методом «снизу вверх», при переходе от эксплуатации нижнего истощенного продуктивного горизонта к эксплуатации верхнего горизонта и т.п.); б) устранения опасности излива пластовых жидкостей в атмосферу после ликвидации скважины или при временной консервации ее; в) создания прочной опоры для колонны труб в период пакеровки скважины при опробовании перспективных горизонтов; г) создания прочной опоры при забуривании бокового ствола; д) укрепления неустойчивых, осыпающихся или размываемых потоком промывочной жидкости пород.
Разработано множество способов установки мостов, часть из которых рассматривается в курсе «Промысловая геофизика». Наиболее часто используют цементные мосты, создаваемые путем транспортирования раствора вяжущего по колонне бурильных труб.
Наиболее эффективным является следующий способ создания цементного моста. В скважине немного ниже нижней границы участка, в котором требуется создать мост, устанавливают разбуриваемый пакер или манжетную пробку, исключающие возможность оседания вниз столба тампонажного раствора. До нижней границы этого участка спускают колонну труб и тщательно промывают скважину. Если в пределах участка имеются каверны, в состав колонны включают приспособление с боковыми гидромониторными насадками и сильными струями вымывают из каверн загустевшую промывочную жидкость и шлам. Во время промывки во всех случаях целесообразно вращать и расхаживать колонну труб. При наличии каверн расхаживать следует на такую длину, чтобы струи, вытекающие из гидромониторных насадок, могли поражать всю поверхность кавернозных интервалов.
После промывки в колонну труб последовательно закачивают первую порцию буферной жидкости, порцию тампонажного раствора возможно более жесткой консистенции, вторую порцию буферной жидкости и порцию продавочной жидкости. Тампонажный раствор отделяют от обеих порций буферной жидкости двумя разделительными пробками. По окончании закачки порции продавочной жидкости колонну труб приподнимают с небольшой скоростью несколько выше верхней границы будущего моста и тщательно промывают скважину. Затем трубы поднимают на дневную поверхность, а скважину оставляют в покое для твердения тампонажного раствора.
где рр.п — перепад давлений, необходимый для перемещения по колонне верхней разделительной пробки.
Так как высоты столбов тампонажного раствора и буферной жидкости невелики, то с достаточной точностью сумму рт+рк можно определить экспериментально по манометру на головке, если измерить давление в ней при прокачивании промывочной жидкости перед началом операции с такой же малой скоростью, как и в конце операции. Величину рр.п следует определять экспериментально также до начала цементировочной операции.
Чтобы уменьшить перемешивание тампонажного раствора с первой порцией буферной жидкости во время приподнимания колонны труб, в последнюю следует медленно подкачивать продавочную жидкость и поддерживать в головке избыточное давление Рц.г = Рр.п+Рт.
Тампонажную смесь для создания моста следует выбирать с учетом температуры и давления в заданном интервале скважины. Раствор должен иметь возможно меньшее относительное водосодержание, короткие сроки загустевания и схватывания, достаточные, однако, для выполнения цементировочной операции; камень должен иметь возможно более высокую прочность, быть практически непроницаемым при тех перепадах давлений, которые могут действовать на мост. Весьма желательно, чтобы твердение шло с расширением камня.
На практике часто допускают отклонения от рассмотренной выше технологии: не устанавливают близ нижней границы будущего моста ограничительные приспособления (пакер, манжетную пробку и т.п.), не применяют не только нижнюю, но и верхнюю разделительные пробки, а иногда и буферные жидкости. Это приводит, во-первых, к резкому увеличению перемешивания тампонажного раствора с буферными, а при отсутствии последних — с промывочной и продавочной жидкостями; во-вторых, к сползанию столба тампонажного раствора вниз относительно границ участка, где требуется создать мост; в-третьих, к необходимости кратного увеличения объема тампонажного раствора по сравнению с геометрическим объемом участка скважины. Нередки случаи, когда из-за таких отклонений и неправильного определения потребных объемов тампонажного раствора и других жидкостей, обусловленного указанными отклонениями, операции по установке мостов оказываются безуспешными.
Объемы тампонажного раствора и других жидкостей, необходимых для выполнения цементировочной операции, рассчитывают по эмпирическим формулам. Одна из методик, содержащих такие формулы, разработана во ВНИИКРнефти. Если внести в нее небольшие коррективы, для определения объемов можно воспользоваться следующими формулами:
где Fс, Fтр, Fк.п — соответственно площади поперечного сечения скважины в интервале установки моста, колонны труб и кольцевого пространства; Vтp — внутренний объем колонны труб; hм — проектная длина моста; с1, с2, с3, с4 — эмпирические коэффициенты, учитывающие, потери тампонажного раствора на стенках труб, при смешивании со смежными жидкостями, а также потери буферной жидкости при движении по колонне труб и кольцевому пространству. Ориентировочные значения этих коэффициентов для случая цементирования без разделительных пробок приведены в табл. 11.
После образования цементного камня достаточной прочности в скважину спускают колонну труб с долотом, уточняют положение верхней границы моста, разбуривают слабую верхнюю часть его и проверяют герметичность моста путем уменьшения давления на него сверху либо с помощью пластоиспытателя, спускаемого на колонне труб, либо посредством аэрации и снижения уровня жидкости. Если мост оказался негерметичным, разрушился или сместился вверх при такой проверке, его разбуривают и операцию повторяют заново.