Добыча нефти и газа

Добыча нефти и газа

нефть, газ, добыча нефти, бурение, переработка нефти

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ УСТАНОВКИ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ

Одна из серьезных разновидностей технологии процесса цементиро­вания — установка цементных мостов различного назначения. Повышение качества цементных мостов и эффективности их работы — неотъемлемая часть совершенствования процессов бурения, заканчивания и эксплуатации скважин. Качеством мостов, их долговечностью определяется также на­дежность охраны недр и окружающей среды. Вместе с тем промысловые данные свидетельствуют, что часто отмечаются случаи установки низко­прочных и негерметичных мостов, преждевременного схватывания це­ментного раствора, прихвата колонны труб и т.д. Эти осложнения обуслов­лены не только и не столько свойствами применяемых тампонажных мате­риалов, сколько спецификой самих работ при установке мостов.

В глубоких высокотемпературных скважинах при проведении указан­ных работ довольно часто происходят аварии, связанные с интенсивным

загустеванием и схватыванием смеси глинистого и цементного растворов. В некоторых случаях мосты оказываются негерметичными или недостаточ­но прочными. Например, только 40 — 50 % мостов, устанавливаемых в глу­боких скважинах Северного Кавказа, являются удачными.

Успешная установка мостов зависит от многих природных и техниче­ских факторов, обусловливающих особенности формирования цементного камня, а также контакт и «сцепление» его с горными породами и металлом труб. Поэтому оценка несущей способности моста как инженерного со­оружения и изучение условий, существующих в скважине, являются обя­зательными при проведении этих работ.

Несмотря на то, что из всех видов операций, связанных с цементиро­ванием скважин, наибольшее число случаев с неудачным или безрезуль­татным исходом приходится на установки мостов, этот вопрос еще недос­таточно освещен в литературе.

Цель установки мостов — получение устойчивого водогазонефтене-проницаемого стакана цементного камня определенной прочности для пе­рехода на вышележащий горизонт, забуривания нового ствола, укрепления неустойчивой и кавернозной части ствола скважины, опробования гори­зонта с помощью испытателя пластов, капитального ремонта и консервации или ликвидации скважин.

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 давления на мосты могут составлять 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) и состояния 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 достаточна высота моста 18 — 25 м. Наличие же на стенках колонны слоя бурового (глинистого) рас­твора толщиной 1—2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига и к увеличению необходимой высоты до 180 — 250 м. В связи с этим высоту моста Нм следует рассчитывать по формуле

Íì≥Í0
— Qì/πDc[τì], (14.20)

где Ом — осевая нагрузка на мост, обусловливаемая перепадом давления; Dc — диаметр скважины; [хм] — удельная несущая способность моста, ве­личина которой определяется как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста; Но — глубина установки ниж­ней части моста.

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 МПа, толщиной 3—12 мм гра­диент давления прорыва воды составляет соответственно 1,8 — 0,6 МПа на 1 м. При отсутствии корки прорыв воды происходит при градиенте давле­ния более 7,0 МПа на 1 м.

Следовательно, герметичность моста в значительной мере зависит также от условий и способа его установки. В связи с этим высоту цемент­ного моста следует определять и из выражения

где рм — максимальная величина перепада давлений, действующего на мост при его эксплуатации; [Ар] — допустимый градиент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стенкой скважины; эту величину опре­деляют в основном в зависимости от способа установки моста, применяе­мых тампонажных материалов.

Из значений высоты цементных мостов, определенных по формулам (14.20 и 14.21), выбирают большее. Ориентировочные значения [хм], [Ар] при установке мостов через заливочную колонну с применением раствора из портландцемента в зависимости от технологии установки приведены в òàáë. 14.4.

Установка мостов производится по балансовому методу, сущность ко­торого состоит в следующем. Спускают до забоя заливочные трубы и про­мывают скважину до выравнивания параметров бурового раствора, затем затворяют и продавливают в трубы цементный раствор. Необходимым ус­ловием при этом является обязательное соответствие плотности продавоч-ного раствора плотности бурового раствора, благодаря чему происходит уравновешивание цементного раствора в трубах и кольцевом пространстве. После продавки трубы поднимают до определенной отметки, а избыточный цементный раствор вымывают обратной промывкой.

Ориентировочные значения [т„] и [Ар]

Условия и технологические мероприятия по установке

С применением скребков и моющих буферных жидко­стей

Технологии

Установка предназначена для ремонта и освоения нефтяных и газовых скважин, и способен проводить следующие работы: спуско-подъемные операции с насосно-компрессорными и бурильными трубами и насосными штангами, ловильные и другие виды работ, ликвидация скважин, разбуривание песчаных пробок, цементных стаканов, фрезерование металлических предметов; освоение скважин после бурения и т.д.

Установка предназначена для освоения и ремонта нефтяных, газовых и нагнетательных скважин с проведением спускоподъемных операций с насосно-компрессорными и бурильными трубами, промывки песчаных пробок, глушения скважин, циркуляции промывочного раствора при бурении, фрезеровании и разбуривании цементных стаканов, для проведения ловильных и других работ по ликвидации аварий в скважинах. Все механизмы агрегата, кроме промывочного насоса, смонтированы на шасси КрАЗ-250 с подогревателем ПЖД-44-П. Промывочный насос 9МГр смонтирован на двухосном прицепе.

Установка предназначена для производства спускоподъемных операций при текущем и капитальном ремонте скважин, не оборудованных вышками или мачтами, для производства тартальных работ, для чистки песчаных пробок желонкой и возбуждения скважин поршневанием (свабированием), кроме того, с его помощью промывочным агрегатом и ротором можно проводить промывку скважин и разбуривание песчаных пробок, разведывательное бурение скважин (условная глубина бурения скважин – 1250 м (при бурении колонной 14 кг/м) при использовании дополнительного оборудования ( ротора РМ 250, или силового вертлюга ).

Установка на трехосном полуприцепе предназначена для производства спускоподъемных операций при текущем и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин, не оборудованных вышками или мачтами, для производства тартальных работ, для чистки песчаных пробок желонкой и возбуждения скважин поршневанием (свабированием), кроме того, с его помощью промывочным агрегатом и ротором можно проводить промывку скважин и разбуривание песчаных пробок.

Агрегат ИДЕЛЬ-80 предназначен для капитального ремонта нефтяных и газовых скважин в районах с умеренным и холодным климатом при температуре окружающего воздуха от минус 45ºС до плюс 50ºС, категория размещения 1 по ГОСТ 15150. Агрегат позволяет производить следующие операции: — передвижение по дорогам всех категорий; — монтаж-демонтаж агрегата на скважине; — монтаж и демонтаж скважинного оборудования; — спускоподъемные операции с насосно-компрессорными и бурильными трубами; — механизированное свинчивание и развинчивание колонны НКТ и бурильных труб; — постановку цементных мостов в скважинах через манифольд вышки; — разбуривание песчаных пробок, цементных мостов, вырезания окон в обсадной колонне ротором; — ловильные и другие виды работ по ликвидации аварий; — промывку скважин через манифольд вышки; — освоение скважин после завершения буровых работ; — проведение геофизических работ.

Мобильная буровая установка МБУ140 предназначена для бурения ротором и гидравлическими забойными двигателями эксплуатационных и разведочных скважин, бурения боковых стволов, ремонта и восстановления нефтяных и газовых скважин в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом при температуре окружающего воздуха от минус 45°С до плюс 45°С. Категория размещения 1 по ГОСТ 15150.

Установка УПА-60/80 предназначена для текущего ремонта, освоения и капитального ремонта нефтяных скважин, а также ведения буровых работ роторным способом или забойными двигателями (при соответствующей комплектации) скважин различного назначения: поисковых, гидрогеологических, водозаборных, эксплуатационных (нефтяных, газовых) в районах с умеренным и холодным климатом при температуре окружающего воздуха от — 45°С до + 45°С. Категория размещения 1 по ГОСТ 15150-69.

Мобильный буровой комплекс МБК-140 предназначен для бурения эксплуатационных и разведочных скважин, капитального ремонта скважин и зарезки боковых стволов. Глубина бурения скважин до 3000 метров.

Технология установки цементных мостов различного назначения

Если вы скопируете книгу или главу книги, Вы должны незамедлительно удалить ее сразу после ознакомления с содержанием. Копируя и сохраняя его Вы принимаете на себя всю ответственность, согласно действующему международному законодательству. Любое коммерческое и иное использование кроме предварительного ознакомления запрещено. Публикация данной книги не преследует никакой коммерческой выгоды, но документ способствуют быстрейшему профессиональному росту читателей и являются рекламой бумажных изданий таких документов. Все авторские права сохраняются за правообладателем. В случае претензий со стороны авторов книг/издательств обязуюсь убрать указанные книги

На главную страницу
УСТАНОВКА ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ
Установка цементных мостов — это ответственная технологическая операция, составляющая основу большинства видов ремонтно-изоляционных работ при бурении, закан-чивании и эксплуатации нефтяных и газовых скважин Она является отправной точкой при забуривании второго ствола скважины и т д Так как установка мостов — это технологическая операция с применением различных тампонажных материалов (что вносит элемент неопределенности), она сама может сопровождаться осложнениями, которые иногда приводят к авариям и ликвидации скважины
4.1. НАЗНАЧЕНИЕ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ
Цементные мосты устанавливают в целях:
— изоляции водонапорных и непродуктивных горизонтов; при испытании и ликвидации скважин,
— возвращения на вышерасположенный горизонт,
— изоляции зон поглощения или проявления,
— забуривания нового ствола,
— создания опоры для испытания пластов и секции обсадных труб,
— ликвидации каверн и желобных выработок
К цементным мостам предъявляются определенные требования по долговечности, герметичности, прочности, несущей способности, а также высоте и глубине нахождения Требования основываются на конкретных геолого-технических условиях и обусловлены назначением моста
Из приведенных в табл 4 1 данных видно, что на мосты могут создаваться давления до 85 МПа, осевые нагрузки до 210 т, а напряжения сдвига (при высоте моста 1м) — до 2,8 МПа
119
Такие значительные нагрузки на мост возникают и при опробовании скважин с помощью испытателя пластов. Так, осевая нагрузка на хвостовик испытателя пластов может достигать 100 т и более при высоте моста 1 м.
Это обусловливает напряжение сдвига до 1,5 МПа.
Таблица Допустимые депрессии и внутренние давления в обсадных колоннах
4 1
Параметры обсадной Нагрузки, действующие на мост при создании
колонны депрессии, равной внутреннего допускаемо-
диа- толщина марка допускаемому давлению го давления»
метр, стенок, стали на смятие*
мм мм деп- осевая напряже- внут- осевая напряже-
эессия, нагруз- ние сдви- реннее нагруз- ние
МПа ка, т га при давле- ка, т сдвига
высоте ние, при
моста МПа высоте
1 м, МПа моста
1 м, МПа
114 9,0 А 40,0 29 4,2 40,0 29 1,2
м 74,0 51 1,7 79,0 54 1,8
127 9,0 А 35,0 33 1,0 36,0 34 1,0
м 62,0 58 1,7 71,0 66 1,9
140 9,0 А 30,0 35 0,9 32,0 37 1,0
12,0 м 82,0 86 2,4 85,0 89 2,5
168 9,0 А 23,0 41 0,9 27,0 48 1,0
12,0 м 64,0 102 2,3 71,0 113 2,6
219 9,5 А 16,0 51 0,8 22,0 70 1,1
12,5 м 42,0 122 2,0 57,0 166 2,8
273 9,0 А 8,5 38 0,5 17,0 81 1,0
12,0 м 19,0 92 1,2 44,0 213 2,7
325 9,0 А 5,0 37 0,4 14,0 104 1,1
12,0 м 11,0 78 0,8 27,0 191 2,0
‘ Коэффициент запаса прочности на смятие 1,3
** Коэффициент запаса прочности на разрыв под воздействием внутреннего давления 1,5
Несущая способность цементных мостов в значительной мере зависит от их высоты, а также от наличия, состояния и толщины слоя глинистого раствора на колонне и фильтрационной корки на стенке скважин. Если удалена рыхлая часть глинистой корки, напряжение сдвига в начальный момент составляет 0,15—0,2 МПа. В этом случае даже при возникновении максимальных нагрузок достаточна высота моста 10—20 м. Наличие же на стенках колонны слоя глинистого раствора
120
толщиной 1 — 2 мм приводит к уменьшению напряжения сдвига до 0,01 — 0,02 МПа и увеличению необходимой высоты моста до 180 — 250 м. В связи с этим высоту моста Нм следует рассчитывать по формуле:
^’
где QM — ожидаемая суммарная осевая нагрузка на мост;
Dc — диаметр скважины;
[тм] — удельная несущая способность моста, величина которой определяется как адгезионными свойствами тампонаж-ного материала, так и способом установки моста.
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 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 трубы и цементным камнем прорыв воды происходит при градиенте давления свыше 7 МПа/м. Следовательно, герметичность моста в значительной мере зависит также от условий и способа его установки. Корка при твердении цементного раствора обезвоживается, появляются в ней трещины.
В связи с этим высоту цементного моста следует корректировать, используя следующую формулу:
где Рм — максимальная величина перепада давления, действующего на мост при его эксплуатации;
[АР] — допустимый градиент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стенкой скважины; эту величину также определяют в основном в зависимости от способа установки моста и применяемых тампонажных материалов.
Из значений высоты цементных мостов, определенных по формулам (9.1) и (9.2), выбирают большее.
Ориентировочные значения [тм] и [АР] при установке мостов чрез заливочную колонну с применением раствора из портландцемента в зависимости от технологии установки приведены в табл. 4.2.
121
Таблица 42 Ориентировочные значения [тм| и [ДР] при установке мостов
Условия и технологические мероприятия по установке моста [тм], МПа/м [АР], МПа
В обсаженной скважине
С применением скребков и моющих
буферных жидкостей 5 1
С применением моющих буферных жидкостей 2 0,5
Без скребков и буферных жидкостей 1 0,05
В необсаженной скважине |
С применением скребков и моющих
буферных жидкостей 2 0,5
С применением абразивных буферных
жидкостей 1 0,2
С применением неабразивных буферных
жидкостей 1 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 забурива-ния нового ствола, так и нагружения от силы тяжести колонны труб или испытателя пластов.
При установке мостов для забуривания нового ствола к ним предъявляется дополнительное требование по высоте. Это обусловлено тем, что прочность верхней части моста H! должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с допустимой интенсивностью искривления, а нижняя часть Н0 — надежную изоляцию старого ствола.
где Rc — радиус искривления ствола.
Верхняя часть моста часто бывает непрочная, рыхлая, за счет водоотстоя и смешивания с буровым раствором.
Опыт бурения и эксплуатации скважин показывает, что оптимальная величина интенсивности искривления ствола составляет 1° на 10 м, что соответствует радиусу искривления 573 м. Величину Н„ определяют из условия 4. 1 и 4.2.
В практике установки цементных (и прочих) мостов применяют следующие способы:
122
— закачку тампонажного раствора в интервал формирования моста при уравновешивании его столбов в заливочных трубах и кольцевом пространстве (балансовый способ);
— закачку тампонажного раствора с применением двух разделительных пробок;
— закачку цементного раствора в интервал установки моста под давлением;
— с использованием разделительного пакера;
— с использованием цементировочной желонки.
При распространенном балансовом способе в колонну заливочных труб, спущенную до глубины, соответствующей подошве моста, после промывки закачивают тампонажный раствор. Высота подъема раствора в кольцевом пространстве производится до расчетной высоты (с учетом объема труб). Затем заливочные трубы поднимают до кровли моста и прямой или обратной промывкой вымывают излишек тампонажного раствора.
Способ установки цементного моста с использованием двух разделительных пробок аналогичен предыдущему. Разнятся они тем, что во втором случае в нижней части заливочной колонны устанавливается пробкодержатель, после чего трубы спускают на расчетную глубину. В процессе закачки цементного раствора нижняя пробка проходит через пробкодержатель. После прокачки цементного раствора через трубы верхняя пробка, движущаяся за ним, садится на пробкодержатель. Возникает скачок давления. Заливочные трубы поднимают до кровли моста, повышают давление в трубах, что приводит к срезанию шпилек пробкодержателя и открыванию циркуляционных отверстий. Прямой или обратной промывкой вымывают излишек тампонажного раствора. Вследствие повышенной точности способа его применяют в глубоких скважинах, хотя он эффективен во всех случаях
Установка моста с использованием цементировочной желонки для повышения вероятности получения качественного моста предусматривает установку пробки или пакера. Затем с помощью желонки тампонажный раствор «выливается» на них. Точность установки такого моста высока, но качество определяется рядом факторов: некоторые из них исключают возможность формирования значительных по высоте мостов, не всегда обеспечивают достаточную прочность камня и др.
Используют СТС-стреляющие тампонажные снаряды, в которые впрессовывается пробка; снаряд, спущенный на заданную глубину в скважину, выстреливает ее. Увеличенная в диаметре пробка останавливается в колонне, образуя мост. Для
123
повышения его прочности одним из известных способов на нем формируют цементную часть моста.
Основными причинами безуспешной установки мостов в открытом стволе скважины (реже в обсадной колонне) является перемешивание тампонажного (особенно если взято небольшое его количество) и бурового растворов; уменьшение конечного объема тампонажного раствора за счет налипания на стенку заливочной колонны; образование цементного конгломерата, находящегося в буровом растворе (после подъема заливочных труб), особенно в местах расширения ствола (у каверн). При «успешной» установке моста он может оказаться негерметичным даже в случае правильно подобранной для конкретных условий рецептуры тампонажного раствора; причина — прохождение газа по зазору между собственно цементным камнем и трубами вследствие процесса контракции, т. е. обезвоживания оставшегося бурового раствора между стенкой трубы и цементным камнем и образования в этих местах каналов. А при формировании камня в открытом стволе каналы будут больше.
Осложненные условия (большая — более 4000 м — глубина, высокие температуры и давления, высокие структурно-механические свойства буровых растворов, значительная кавер-нозность ствола скважины и другие) обязывают более внимательно относиться к каждому звену всего процесса установки мостов: приведению в норму параметров бурового раствора, очистке скважины, подбору рецептуры тампонажного раствора, срокам ОЗЦ и технологически правильному проведению операции.
Мосты могут испытываться опрессовкой, нагрузкой трубами (особенно при забуривании второго ствола), снижением уровня жидкости в скважине, а в ответственных случаях — испытателем пластов.
4.2. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА РЕЦЕПТУРЫ И ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА ДЛЯ УСТАНОВКИ МОСТОВ
Тампонажные материалы для установки мостов следует выбирать, исходя из требований, предъявляемых к данному мосту, а также специфических особенностей работ по его установке.
При выборе рецептуры цементного раствора для установки моста в глубоких скважинах необходимо проводить исследования на консистометре (КЦ) по программе, имитирующей процесс установки моста не только по времени, давлению и температуре, но и по характеру проводимых работ.
124
Данные о программе исследолаимя представлены в табл. 4.3.
Таблица43 Программа исследования тампонажного раствора
Условия исследования на КЦ Продолжительность исследования
‘-on Р„» вращение мешалки
Нагрев от комнатной температуры до 1ДНН Повышение давления до Рди„ Да Т, + Т2 + Т3
U 5)
утр
Н — проектная высота моста;
SK; STp — соответственно площади проходного сечения в кольцевом пространстве и в трубах в интервале установки моста;
V^ — внутренний объем заливочной колонны;
С — коэффициент, учитывающий несоответствие между расчетными и фактическими объемами заливочной колонны; при использовании бурильных и насосно-компрессорных труб С= 1,00; в случае применения обсадных труб С = 1,03;
С0 — коэффициент, учитывающий случайные ошибки при продавливании тампонажного раствора в скважину; если средства контроля за движением жидкостей не используются, то С0 = 0,03-0,04, если используются — С0 = 0;
С,, С2, С3 — коэффициенты, учитывающие потери темпо-нажного раствора соответственно на стенках труб и при смешивании с соседней жидкостью на I и II границах (табл. 4.6); при установке мостов с использованием верхней и нижней разделительных пробок коэффициенты С,, С2 и С3 принимаю-ся равными нулю; при использовании только верхней пробки нулю равны С, и С3.
При установке моста без разделительной пробки или второй порции буферной жидкости необходимо принимать условие:
AV> 0,065, (4.6)
135
в противном случае, но без средств кошроля за движением
тампонажного раствора:
AV> 0,048. (4.7)
При установке мостов с использованием верхней разделительной пробки и средств контроля за ее движением условия 4.6 и 4 7 не учитываются.
Объем I порции буферной жидкости, закачиваемой перед тампонажным раствором, рассчитывается как:
V^C^+CsHS,; (4.8)
а объем II порции, нагнетаемой после цементного.раствора, определяется из выражения:
V,, -C4Vnp; (4.9)
где С4 и С5 — коэффициенты из табл. 4.6. Величина V,, входит в общий объем продавочной жидкости Vnp.
Таблица 46
Величины коэффициентов, учитывающих потери тампонажного раствора на стенках труб и при смешении с буровым раствором
Показатели Обозн коэфф Величина коэффициента
для бурильн труб для НКТ
Тип буферной жидкости вода нет вода нет
Потери цементного раствора на стенках труб с, 0,008 0,029 0,02 0,011
Потери цементного раствора из-за смешения с соседней жидкостью на 1 границе С2 0,023 0,037 0,012 0,020
Потери цементного раствора из-за смешения с соседней жидкостью на 2 границе С3 0,017 0,030 0,011 0,020
Потери буферной жидкости при движении по заливочной колонне с На главную страницу

СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ СКВАЖИН

Изобретение относится к области горного дела, а именно к ликвидации скважин различного назначения. Технический результат — повышение надежности ликвидации скважин различного назначения за счет возможности создания прочного водоупорного экрана как внутри скважины, так и за ее пределами — в затрубном пространстве и водоупорном слое. Способ включает установку цементного моста, перфорацию обсадной колонны, закачку тампонажной смеси под давлением ниже давления гидроразрыва для создания изолирующего экрана. При ликвидации нефтяных и газовых скважин, а также скважин с радиоактивными, опасными отходами изолирующий экран сооружают в интервале залегания водоупора посредством перфорации обсадной колонны перфоратором, обеспечивающим создание в горных породах каналов диаметром до 2 см, длиной до 1 м. В последующем осуществляют закачку пластичной твердеющей тампонажной смеси, содержащей в качестве основы 70-75 мас. % порошка бентонитовой глины, при давлении, равном 0,8-0,9 давления гидроразрыва пласта. В процессе закачки пластичной твердеющей тампонажной смеси на нее воздействуют механическими колебаниями в диапазоне 18-27 кГц. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ ликвидации скважин, включающий установку цементного моста, перфорацию обсадной колонны, закачку тампонажной смеси под давлением ниже давления гидроразрыва для создания изолирующего экрана, отличающийся тем, что при ликвидации нефтяных и газовых скважин, а также скважин с радиоактивными, опасными отходами изолирующий экран сооружают в интервале залегания водоупора посредством перфорации обсадной колонны перфоратором, обеспечивающим создание в горных породах каналов диаметром до 2 см, длиной до 1 м, с последующей закачкой пластичной твердеющей тампонажной смеси, содержащей в качестве основы 70-75 мас. % порошка бентонитовой глины, при давлении, равном 0,8-0,9 давления гидроразрыва пласта, при этом в процессе закачки пластичной твердеющей тампонажной смеси на нее воздействуют механическими колебаниями в диапазоне 18-27 кГц. 2. Способ ликвидации скважин по п. 1, отличающийся тем, что для повышения плотности перфорационных отверстий по окружности обсадной колонны перфоратор спускают многократно с поворотом на заданный угол. 3. Способ ликвидации скважин по п. 1, отличающийся тем, что закачку пластичной тампонажной смеси проводят через колонну насосно-компрессорных труб, оборудованную пакером, башмак которой размещают на расстоянии не менее 25 м от интервала перфорации колонны, с вытеснением тампонажной смеси ниже башмака насосно-компрессорных труб.

Изобретение относится к области горного дела, а именно к ликвидации скважин различного назначения.

Госгортехнадзором России, упраздненным 20.05.2004 г., определен способ ликвидации скважин, включающий установку цементных мостов в стволе скважины и оборудование устья скважины заглушкой или колонной головкой с задвижкой (Инструкция о порядке ликвидации, консервации скважин и оборудовании их устьев и стволов. РД 08-347-00. Утв. постановлением Госгортехнадзора России от 22.03.2000, №10).

Недостаток известного способа заключается в том, что не исключается возможность образования заколонных перетоков пластовых флюидов. Известно, что со временем металл обсадной колонны и цементный стакан за колонной постепенно разрушаются из-за коррозии, механических нагрузок и других причин. Разрушение этих искусственных материалов и появление в скважинах открытых каналов является неизбежным. Поскольку приведенные давления в пластах различаются практически всегда, то в результате образования в ликвидированной скважине открытого канала создаются условия для экологически опасных перетоков пластовых флюидов (Смирнов В.И. Ликвидированные нефтяные скважины — глобальная экологическая угроза природной среде // Геоэкология. 2000. №4. С. 331-333).

Особую опасность представляют межпластовые перетоки флюидов в скважинах, на забое которых были проведены подземные ядерные взрывы в мирных целях в различных областях горной промышленности (Мирные ядерные взрывы: обеспечение общей и радиационной безопасности при их проведении: монография / Колл. авторов под рук. В.А. Логачева. — М.: Изд. AT, 2001. — 519 с.). В данном случае опасность усугубляется тем, что под воздействием ударной волны возможно растрескивание цементного камня за обсадной колонной. Кроме того, при возникновении межпластовых перетоков возможен вынос радиоактивных продуктов из зоны взрыва, как в другие водоносные горизонты, так и на земную поверхность. В результате для будущих поколений могут быть безвозвратно утеряны углеводороды или минеральное сырье, произойдет изменение сложившегося природного поля давлений в недрах с вероятными неблагоприятными последствиями, загрязнение природной среды и другое.

Отмеченные недостатки частично устранены в способе ликвидации скважин, включающем установку трех цементных мостов, перфорацию колонны в интервале залегания высокопластичной породы и понижение давления в стволе скважины для заполнения ствола скважины высокопластичной породой (RU 2074308, МПК Е21В 33/13, опубл. 27.02.1997).

Недостатками известного способа ликвидации скважин являются ограниченная область его использования, недостаточная эффективность в ряде геологических условий, кроме того во многих случаях способ не может быть использован вследствие необходимости создания в скважине очень больших (невыполнимых) депрессий для обеспечения затекания в скважину пластичных пород.

Известен способ ликвидации скважин, в котором определяют величины вертикального и бокового горного давления в пластах по глубине скважины. Определяют размеры поровых каналов пластов и размеры частиц твердых природных материалов, которые могут быть внедрены в поровые каналы пластов, и их количество. Воссоздают условия на отметках размещения пластов, идентичные условиям в неразбуренных окружающих недрах путем заполнения ствола скважины вместо цемента смесями из пластичных природных материалов и частиц твердых природных материалов, инертных по отношению к продукции и породе пластов с объемной плотностью, обеспечивающей формирование давления в стволе скважины, равным горному давлению в пластах за стенкой скважины (RU 2282712, МПК Е21В 33/13, опубл. 27.08.2006).

Недостатком известного решения является отсутствие прямой связи между материалами внутри скважины и в пласте, а также неизбежная деградация стенки обсадной трубы и цемента в затрубье, который всегда присутствует там, особенно в скважинах для проведения мирных взрывов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ ликвидации заколонных перетоков газа в нефтедобывающей скважине, включающий геофизические исследования, перфорацию колонны, закачивание под давлением через перфорационные каналы изолирующего состава, создание в газонасыщенном пласте газоизолирующего многослойного экрана радиусом до 15 м и более, для чего под давлением более 7 МПа, но меньше давления гидроразрыва пласта в газонасыщенный пласт последовательно закачивают в расчете на 1 м толщины пласта воду в количестве, большем или равном 100 м 3 , затем водный раствор водоизолирующей жидкости, подогретой до температуры 30-50°С, в количестве, большем или равном 3 м 2 , и цементный раствор в количестве, большем или равном 0,5 м 2 (RU 2261981, МПК Е21В 33/13, Е21В 43/32, опубл. 10.10.2005).

Основные недостатки прототипа заключаются в следующем:

Во-первых, поскольку газоизолирующий многослойный экран создается в проницаемом пласте, то флюиды через некоторое время обойдут этот экран. В результате переток пластовых флюидов будет приостановлен на некоторое время, но не прекращен полностью. Кроме того, цемент созданного экрана со временем может утратить свои прочностные и изолирующие свойства.

Во-вторых, отсутствует четкое обоснование давления нагнетания тампонажной смеси. Так, в некоторых скважинах (в зависимости от глубины) давление более 7 МПа может превышать давление гидроразрыва, а в других скважинах, напротив, будет недостаточным для продавливания тампонажной смеси в пласт.

В-третьих, при давлении нагнетания более 7 МПа в некоторых скважинах может произойти разрыв обсадной колонны в произвольном месте с уходом тампонажной смеси в незапланированном интервале.

В-четвертых, не предусматривается размещение тампонажной смеси внутри обсадной колонны, через которую также может происходить переток пластовых жидкостей.

Технический результат заключается в повышении надежности ликвидации скважин различного назначения за счет заполнения пластичной тампонажной смесью каверн и отверстий в водоупорной толще, пустот и трещин в цементном стакане в затрубном пространстве и ствола скважины на высоту не менее 25 м.

Сущность изобретения заключается в том, что способ ликвидации скважин включает установку цементного моста, перфорацию обсадной колонны, закачку тампонажной смеси под давлением ниже давления гидроразрыва для создания изолирующего экрана, который сооружают в интервале залегания водоупора посредством перфорации обсадной колонны перфоратором, обеспечивающим создание в горных породах каналов диаметром до 2 см, длиной до 1 м, с последующей закачкой пластичной тампонажной смеси при давлении равном 0,8-0,9 давления гидроразрыва пласта. Для повышения плотности перфорационных отверстий по окружности обсадной колонны перфоратор спускают многократно с поворотом на заданный угол. Закачку пластичной тампонажной смеси проводят через колонну насосно-компрессорных труб, оборудованную пакером, башмак которой размещают на расстоянии не менее 25 м от интервала перфорации колонны, с вытеснением тампонажной смеси ниже башмака насосно-компрессорных труб. В качестве пластичной тампонажной смеси используют водный раствор смеси, при следующем соотношении компонентов, % от массы сухой смеси:

В процессе закачки пластичной тампонажной смеси на нее воздействуют механическими колебаниями в диапазоне 18-27 кГц ультразвуковых колебаний.

Способ осуществляют следующим образом. В скважине, предназначенной к ликвидации, у подошвы водоупора устанавливают цементный мост. После затвердевания цементного моста в скважине в выбранном интервале водоупора посредством перфоратора (например, с помощью высокоэффективного кумулятивного перфоратора многократного использования (RU 98113630, МПК Е21В 43/117, опубл. 20.04.2000) проводят круговую перфорацию обсадной колонны высотой не менее 5-10 м. С целью повышения плотности перфорационных отверстий по окружности обсадной колонны перфоратор спускают многократно с поворотом на заданный угол в зависимости от конкретных геологических условий (свойства породы в пласте, глубина залегания и давления в пласте). Перфоратор из скважины извлекают и спускают в нее колонну насосно-компрессорных труб, оборудованную пакером, башмак которой размещают на расстоянии не менее 25 м выше интервала перфорации, а также с колонной насосно-компрессорных труб спускают ультразвуковой излучатель. Использование насосно-компрессорных труб с пакером необходимо, чтобы предотвратить разрыв обсадной колонны в произвольном месте при высоких давлениях нагнетания тампонажной смеси. Через колонну насосно-компрессорных труб в образовавшиеся отверстия закачивают пластичную тампонажную смесь при давлении равном 0,8-0,9 Рг. При давлении значительно меньше давления гидроразрыва пласта проникновение тампонажной смеси будет недостаточно глубоким, а при давлении свыше давления гидроразрыва пласта может произойти гидроразрыв пласта и образуется лишь один экран малой толщины. Пластичную тампонажную смесь продавливают водой до выхода из башмака насосно-компрессорных труб.

В процессе нагнетания на тампонажную смесь воздействуют механическими колебаниями в диапазоне 18-27 кГц ультразвуковых колебаний. Это позволяет изменить реологические свойства смеси, снизить ее вязкость и тем самым обеспечить наиболее оптимальные условия нагнетания тампонажной смеси в поры пласта.

В результате осуществления способа пластичной тампонажной смесью будут заполнены отверстия в водоупорной толще, пустоты и трещины, образовавшиеся в цементном стакане в затрубном пространстве, и ствол скважины на высоту не менее 25 м. Таким образом, будет обеспечена герметичность как затрубного, так и трубного пространства скважины, что позволит надежно исключить межпластовые перетоки в ликвидированной скважине.

В качестве пластичной тампонажной смеси используется водный раствор смеси порошка бентонитовой глины 70-75% и цемента 25-30% (от сухой смеси). Подбор состава зависит от температуры воды, воздуха и породы.

Небольшое количество цемента в смеси позволит убрать излишнее количество воды из раствора при его затвердевании с образованием монолитного пластичного материала.

Необходимо отметить, что бентонитовая глина характеризуется очень высокими сорбирующими свойствами для радионуклидов, что является существенным при ликвидации скважин, в которых были проведены подземные ядерные взрывы, или скважины, через которые проводилось подземное захоронение радиоактивных отходов.

Добавление воды необходимо для осуществления прокачки, а использование ультразвуковых колебаний позволяет добиться максимальной пластичности.

По сравнению с известным решением заявленное изобретение повышает надежность ликвидации скважин различного назначения за счет того, что создается прочный водоупорный экран как внутри скважины, так и за ее пределами в затрубном пространстве и водоупорном слое.

Технология установки цементных мостов различного назначения

Опыт проектирования водозаборных скважин в Московском регионе

(Методическое пособие)
(Авторы Касаткин Д.В. и Прокопович Г.А.- разработчики сборника ГЭСН-2001-04.)

В данном пособии рассмотрена методика составления ведомости объемов работ для составления смет на бурение скважин на воду. Пособие предназначено для специалистов, занимающихся ценообразованием в области буровых работ. Оно будет полезно также при проведении экспертизы проектов бурения скважин на воду.

Проект на бурение скважины, как правило, является составной частью проекта на сооружение водозаборного узла. Стоимость занимает не более 10% от общей стоимости проектных работ. В связи с этим, вопросу проектирования скважин в специальной и нормативной литературе уделяется очень мало внимания. Вместе с тем, бурение скважин на воду является высокоспецифичным видом работ, которым владеет достаточно ограниченный круг специалистов.

Настоящая работа предназначена для широкого круга специалистов, сталкивающихся по роду своей деятельности с проектированием бурения скважин на воду. Она может быть также полезна при проведении экспертизы проектов на бурение, для сметчиков, для студентов строительных и буровых специальностей.

Составление проекта на бурение скважины основывается на общестроительной нормативной базе. Однако, благодаря своей специфичности, проектирование не может быть уложено в предлагаемые строителями рамки, так как рассматриваемая проблема теснейшим образом связана с разработкой недр, охраной подземных вод, повышенной социальной значимостью добываемого полезного ископаемого.

Методика составления ведомостей объемов работ и составления смет по видам работ

Методика составления ведомостей объемов работ и смет на буровые работы при сооружении скважин на воду привязана к 4 сборнику ГЭСН-2001 «Скважины».

Рабочие чертежи на скважину, прилагаемые к проекту, называются геолого-технический разрез или геолого-технический наряд (ГТН). В этом документе, как правило, отражено множество технологических подробностей, которые при составлении ведомостей объемов работ или смет являются лишними.

В разделе очень подробно рассмотрен вопрос технологического цикла роторного бурения, с расчетами оборудования и материалов для производства работ.

Представлена ведомость объемов работ и материалов.

В методике рассмотрены некоторые вопросы составления ведомости объемов работ и смет на ликвидационный тампонаж несамоизливающихся водозаборных скважин.

В сметно-нормативной базе нет отдельных расценок на указанный вид работ. Поэтому, при составлении смет приходится привязывать технологический цикл к существующим расценкам. Заметим также, что в данной работе рассмотрено проведение ликвидационного тампонажа применительно к практике, сложившейся в Подмосковном регионе. Как правило, в качестве регламентирующего технологического документа, выступают «Правила ликвидационного тампонажа буровых скважин различного назначения, засыпки горных выработок и заброшенных колодцев для предотвращения загрязнения и истощения подземных вод», утвержденные Министерством геологии СССР и Минздравом СССР в 1966-67 г.г.

Примеры составления смет на работы в скважинах

В данном разделе приведены примеры составления смет на различные работы в скважинах на некоем усредненном разрезе для скважин различных глубин и конструкций.

В разделе описаны правила составление конструкций скважин, технологические режимы, методики расчета цементирования обсадных труб, а также локальные сметы. Скважины представлены глубиной 100 м (конструкция 1-1 ¸ 1-5), 122 м (конструкция 2-1 ¸ 2-5), 172 м (конструкция 3-1 ¸ 3-4), 240 м (конструкция 4-1 ¸ 4-3).

На бурение артезианской скважины глубиной 100 м соответственно и по конструкциям (производительностью 6, 16, 40, 65, 120 м 3 /час), 122 м (6, 16, 40, 65, 120 м 3 /час), 172 м (40, 65, 120 м 3 /час), 240 м (16, 40, 65) всего 17 смет.

Для примера представлена конструкция 2-3.

На рис. 1 представлен геолого-технический наряд (конструкция скважины), порядок производства работ и спецификация материалов.

Бурение проектируемых скважин на подольско-мячковский водоносный горизонт предусматривается роторным способом станком типа УРБ 3-АЗ, 1БА-15В. Проектная глубина скважин — 122,0 м. Эксплуатационный диаметр — 219 — 426 мм.

Условия производства работ описаны на проектном геолого-техническом разрезе.

Проходка скважин проектируется без отбора керна. Геологический контроль по стволу скважин выполняется методом отбора шлама через каждые 3-5 м проходки и дополнительно при смене слоев.

Проходка пород (интервал 0,0 — 57,0 м) осуществляется с применением коллоидального глинистого раствора, бурение по водоносным породам (интервал 57,0 — 122,0 м) ведется с промывкой чистой водой.

В качестве промывочной жидкости при бурении используется глинистый раствор с плотностью r =1,15-1,20 г/см 3 , вязкостью 20-25 сек по СПВ-5, водоотдачей 5-15 см 3 за 30 мин., содержание песка до 4 %. При вскрытии пород в зонах нарушений, подверженных обвалам, параметры промывочной жидкости должны быть в пределах: плотность r =1,30-1,35 г/см 3 , вязкость 21-30 сек по СПВ-5, водоотдача 5-10 см 3 за 30 мин., содержание песка до 2%.

При бурении скважины применяется способ одноступенчатого цементирования с применением двух разделительных пробок. Цементация ведётся портландцементом с помощью цементосмесительных машин и цементировочных агрегатов типа 1АС-20 и 3АС-30. Для закачивания и продавливания цементного раствора используются специальные цементировочные агрегаты типа ЦА-1,4-1-150.

Обеспечение электроэнергией осуществляется от существующих сетей, вода — привозная.

При наличии вблизи участка работ источника водоснабжения (водоток, пруд, шахтный колодец, скважина на четвертичный горизонт и пр.) для обеспечения водой технологического процесса бурения необходимо предусмотреть прокладку временного водопровода от источника до места производства работ.

Интервал 0-10 м проходится долотом (шарошечным расширителем) Æ 590 мм с последующей установкой направляющей колонны Æ 530 мм. Затрубное пространство колонны цементируется от башмака до устья. Цементная пробка разбуривается долотом Æ 490 мм.

До глубины 27,0 м бурение осуществляется трехшарошечным долотом Æ 490 мм, затем пройденный интервал крепится колонной обсадных труб Æ 426 мм. Затрубное пространство колонны цементируется от башмака до устья. Цементная пробка разбуривается долотом Æ 395 мм.

После проведения цементировочных работ производится испытание обсадных колонн на герметичность, путем создания внутреннего избыточного давления.

До глубины 57,0 м бурение осуществляется трехшарошечным долотом Æ 395 мм, затем пройденный интервал крепится колонной обсадных труб Æ 324 мм. Затрубное пространство колонны цементируется от башмака до устья. Цементная пробка разбуривается долотом Æ 295 мм.

После проведения цементировочных работ производится испытание обсадных колонн на герметичность, путем создания внутреннего избыточного давления.

До проектной глубины 122,0 м скважина бурится трехшарошечным долотом Æ 295 мм с промывкой чистой водой.

Далее в скважину, с выводом на поверхность, устанавливается фильтровая колонна Æ 219 мм.

Фильтр имеет надфильтровую часть, рабочую фильтровую часть и отстойник. Конструкции фильтровой колонны (положение рабочих и глухих частей) уточняются по фактическому разрезу.

Скважина промывается чистой водой (кратковременная прокачка эрлифтом или погружным насосом), после чего в ней проводится опытная откачка с обязательным отбором проб воды для определения физико-химического и бактериологического состава воды.

Порядок производства работ и спецификация материалов.

Типовая конструкция (2-3)

Порядок производства работ

Конструкция скважины глубиной 122 м разработана для вращательно-роторного способа бурения установкой типа 1БА-15В.

Эксплуатируемый водоносный горизонт: подольско-мячковский среднего карбона (С₂ pd-mc).

Проходка пород осуществляется с применением коллоидального глинистого раствора в интервале 0-57 м, бурение в интервале 57-122 м ведется с промывкой чистой водой.

Производится цементация колонн труб Æ 530, 426 и 324 мм с подъемом цементного раствора от башмака до устья скважины.

Для уточнения геологического разреза и наиболее водоприточных зон в скважине проводятся геофизические работы в составе замеров ПС, КС под каждую колонну, гамма-каротажа (по всему стволу скважины), кавернометрии, резистивиметрии.

Фильтровая колонна Æ 219 мм устанавливается от 0 до 122 м с перфорацией на уровне водоносных пород.

Скважность фильтра до 20%. Положение рабочих и глухих частей фильтра уточняется по результатам ГИС.

После установки фильтровой колонны скважина промывается чистой водой (кратковременная прокачка погружным насосом), после чего в ней проводится опытно-эксплуатационная откачка Откачка ведется непрерывно на два понижения. Первое понижение с дебитом на 25-30% выше проектного. Второе понижение производится с дебитом, равным проектному. Откачка считается законченной по истечении 16 часов после стабилизации динамического уровня и при полном осветлении воды. В конце откачки отбираются пробы воды на полный физико-химический и бактериологический анализы. Продолжительность откачки — 6 суток. Для откачки может быть использован насос типа ЭЦВ.

Скважина является разведочно-эксплуатационной, в связи с чем геологический разрез, глубина, конструкция скважины, дебит и положение уровня воды корректируются в процессе бурения.