§ 4. Циментиране на корпуса
Целта на циментирането на обсадната колона е да се получи здрав, концентрично разположен пръстен от циментов камък в пръстена, който надеждно изолира абсорбиращите, газо-водо-нефтоносни хоризонти, открити от сондажа.
Циментови суспензии, приготвени от фугиращи цименти и вода, се използват за циментиране на обсадни колони. Когато циментът за нефтени кладенци се смеси с вода, се получава течна и лесно течаща маса.
Механичните свойства на пресните циментови суспензии са подобни на тези на глинестите суспензии. С течение на времето циментовият разтвор се сгъстява, губи подвижността си. Този процес, наречен втвърдяване на цимента, се случва в рамките на няколко часа след смесването на цимента с вода. В края на втвърдяването на разтвора циментовата маса се втвърдява и образува циментов камък. Втвърдяването или втвърдяването на циментовата маса продължава много дни.
Циментът, предназначен за циментиране на обсадната колона, се изследва внимателно в лабораторията, за да се определи неговата пригодност и да се прецизира формулата на циментовата суспензия.
Качеството на циментовата суспензия силно зависи от съдържанието на вода в нея. Излишната вода води до порест и крехък циментов камък. Липсата на вода в циментовия разтвор води до бързото му втвърдяване, което затруднява циментирането на обсадните колони. , За да се осигурят нормални условия за циментиране на корпуса, се препоръчва да се добавят 40-50% от теглото на цимента при приготвяне на циментовата суспензия, т.е. на всеки 100 тона цимент има 40-50 тона вода.
Качеството на циментовата суспензия, изпомпвана в корпуса, се оценява по нейната плътност, която трябва да варира от 1750 до 1950 kg/m 3 .
Качество на циментиране на корпусасъщо зависи от началото и края на втвърдяването на циментовия разтвор. Втвърдяването на циментовия разтвор трябва да започне след завършване на циментирането на колоната. Времето за циментиране не трябва да надвишава 75% от първоначалното време на втвърдяване на циментовия разтвор. Трябва да се гарантира, че разликата във времето между началото и края на втвърдяването на циментовата суспензия е малка.
Следните фугиращи цименти се използват за циментиране на обсадни колони:
1) за "студени" кладенци с температура на дъното до 40 ° C;
2) за "горещи" кладенци с температура на дъното до 75°С;
3) за дълбоки кладенци с температура на дъното 100–120 ° C.
Циментът за "студени" кладенци, смесен с прясна вода (50% от теглото на цимента), трябва да започне да се втвърдява от 3 до 7,5 часа от момента на смесването му, края на настройката - не повече от 3 часа след началото на настройката. Следователно, когато се циментират кладенци с температура на дъното до 40 ° C, е необходимо целият процес на циментиране да се извърши за не повече от 2,5 часа (3 hXO.75 h = 2,5 h).
Циментът за "горещи" кладенци, смесен с прясна вода (50% от теглото на цимента), трябва да има начало на настройка от 1 час 45 минути до 2 часа 45 минути след смесването, края на настройката - не повече от 1 час 30 минути след началото на настройката. По този начин процесът на циментиране с температура на дъното на отвора до 75°C трябва да бъде завършен за 1 час (1,5 hX0,75 h = 1 h).
Циментът за дълбоки кладенци се получава чрез смилане на циментов клинкер с добавяне на гипс. Началото на настройката на такъв цимент трябва да настъпи не по-малко от 1 час и 15 минути от момента на смесването му. Както се вижда, при дълбоки кладенци процесът на циментиране трябва да продължи по-малко от 1 час.
За циментиране на повърхностни проводници, в допълнение към изброените фугиращи цименти, се произвежда специален цимент сдобавяне на 25-30% пясък.
За специални условия на циментиране на обсадни колони се произвеждат утежнени цименти (при използване на сондажна течност с плътност до 2200 kg / m3), влакнести циментови цименти (за намаляване на дълбочината на проникване на циментовата суспензия в силно порести образувания), гел цимент (за циментиране на зони на абсорбция на сондажна течност) и др.
Ориз. 63. Машина за смесване на цимент 2SMN-20
Ориз. 64. Циментов агрегат ZCA-400
Подготвен и тестван в лабораторията цимент за кладенци в необходимото количество се излива в специални машини за смесване на цимент (фиг. 63) и се изпраща на сондажната платформа. До този момент там се доставят и циментиращи възли (фиг. 64). Последните са оборудвани с помпи с голям дебит, способни да създадат необходимото налягане за изместване на циментовата суспензия от обсадната колона в пръстеновидното пространство.
Циментиращите агрегати и циментосмесителните машини са тръбопроводни един към друг и към циментиращата глава, монтирана на обсадната колона.
Преди циментиране кладенецът се промива, докато плътността на инжектирания в него флуид стане равна на плътността на флуида, напускащ кладенеца.
Най-разпространените методи за циментиране на обсадни колони са едноетапни и двуетапни.
Едноетапен метод за циментиране на обсадни колони (фиг. 65) е както следва. Преди циментовата суспензия да се изпомпва в корпуса, долната циментова запушалка се спуска (фиг. 66, c), предназначена да отдели циментовата суспензия от сондажната течност в колоната. Долната тапа2(виж Фиг. 65 a) има отвор, покрит с гумена мембрана. След това наколоната се завинтва с главата1с горната циментова тапа (виж фиг. 66.6), която няма проходен отвор.
Ориз. 65. Етапи на едноетапно циментиране:
/ - глава;2 —долен щепсел;3- упорен пръстен;4 —горнатапа;5 — циментова замазка
След това циментовата суспензия се изпомпва в обсадната колона. Необходимият обем на този разтвор се определя въз основа на условието, че до края на циментирането малка част от циментовата суспензия (циментова чаша) остава в корпуса и циментовата суспензия се издига до предварително определена височина зад корпуса. След като циментовата суспензия се изпомпва в корпуса, горната (без дупка) циментова запушалка4(фиг. 65,b)се натиска в корпуса и промивната течност се изпомпва след нея.
Когато долният щепсел достигне натискащия пръстен (вижте фиг. 65,c),той ще спре. Налягането върху тапата ще се увеличи и гумената мембрана ще се спука. При по-нататъшно инжектиране на промивна течност в колоната, горната запушалка ще се приближи до долната и ще затвори отвора в нея (виж Фиг. 65,d)Ще възникне воден удар. Манометърът на циментиращата глава ще регистрира внезапно повишаване на налягането.
След това клапаните на циментиращата глава се затварят и кладенецът се оставя сам за 16 часа за втвърдяване на циментовата каша зад проводника и за 24 часа за втвърдяване на циментовата каша зад междинните и производствените колони.
При циментиране на обсадни колони в дълбоки кладенци е необходимо да се изпомпва доста голям обем циментова суспензия и изместваща течност за много ограничено време, определено от момента, в който циментовата суспензия започне да се втвърдява. При такива условия се използва двуетапно циментиране, при което циментовата кашасе изпомпва в низа и се изтласква в пръстена на две части. Първата част от циментовата суспензия се изтласква зад колоната през обувката, а втората през отворите в леярската втулка, монтирана в обсадната колона на значително разстояние от обувката,
Ориз. 66. Циментиращи дюбели за едноетапно циментиране:а- долни;b- отгоре
Съединителите за пълнене могат да имат различен дизайн. Един от тях е показан на фиг. 67. Обсадните тръби се завинтват с помощта на удължена муфа4с отвори /. Подвижен цилиндър2,е вкаран вътре в съединителя, временно фиксиран с медни шпилки5.Натискащ пръстен3.е монтиран в долния край на подвижния цилиндър
Независимо от конструкцията на леярската втулка, същността на метода на двуетапно циментиране е следната. Корпусът с обувка, дюза за обувка, възвратен клапан (ако е необходимо) и леярска втулка се спускат в кладенеца. След подготовката на кладенеца за циментиране, първите части от циментовата суспензия и течността за изместване се изпомпват в нея и след това долната циментова тапа се спуска (фиг. 68, а). Зад долната пробка се изпомпва втората част от циментовата суспензия и втората (горната) циментова пробка се спуска. След това втората част от изместващия флуид се изпомпва в кладенеца (фиг. 68,b).
В процеса на изпомпване на течността, първата (долна) запушалка достига притискащия пръстен3(виж Фиг. 67) в пълнежната втулка, сяда върху нея и отрязва медните шпилки5.
До този момент изместването в пръстена през обувката на колоната на първия(долна) част от циментовата каша и започва изместването на колоната през отворите в леярската втулка на втората (горната) част от циментовата каша.
Изтласкването зад колоната на втората порция циментова суспензия завършва с кацането на горната тапа върху долната (фиг. 68, f).
След втвърдяване на циментовия разтвор се пробиват двете тапи в леярската втулка и при необходимост се пробиват възвратен клапан и циментова чаша в долната част на колоната.
Разгледахме двуетапен метод за циментиране, използващ две циментови тапи, ограничаващи втората част от циментовата суспензия. Понякога се използва двуетапно циментиране с четири тапи, когато всяка двойка тапи ограничава и двете части на циментовата суспензия. В този случай процесът на циментиране е подобен на описания. Единствената разлика е, че при двуетапно циментиране с четири тапи долната част на обсадната колона е оборудвана по същия начин, както при едноетапно циментиране.
Описаните методи за циментиране на обсадни колони, които осигуряват покритие с циментова суспензия на пръстена от обувката на колоната и по-горе, отговарят на условията за циментиране на повърхностни проводници и междинни колони, но не винаги могат да се прилагат при циментиране на екс-
оперативни колони. Понякога е препоръчително да не циментирате пръстеновидното пространство, разположено срещу нефтоносната формация, а да повдигнете циментовата суспензия над нейния покрив. В този случай се използва гилзово циментиране.