Способ цементирования стеклопластиковой обсадной колонны (варианты)
METHOD FOR CEMENTING A FIBERGLASS CASING STRING (OPTIONS)

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны в стволе скважины.
Как правило, в нефтяной промышленности для строительства нефтяных и газовых скважин используются стальные обсадные трубы, которые весьма популярны за счет своей эксплуатационной надежности и доступности.
Известен способ цементирования обсадной колонны в скважине (патент SU № 1837099, МПК E21B 33/14, опубл. 30.08.1993 г.), включающий закачку в обсадную колонну тампонажного раствора и продавку в заколонное пространство до появления его на устье скважины, причем с целью повышения качества цементирования путем приготовления однородного тампонажного раствора во всем его объеме, увеличения объема замещения промывочной жидкости тампонажным раствором в кавернозных зонах и повышения кольматации зон поглощений пород по глубине скважины, после появления на устье скважины тампонажного раствора его закачивают обратно в обсадную колонну и создают круговую циркуляцию до стабилизации физико-химических параметров тампонажного раствора, при этом на устье скважины осуществляют контроль и регулирование его свойств, а круговую циркуляцию чередуют с обратной круговой циркуляцией.
Недостатками являются использование стальных труб в качестве обсадных, указанный способ технологически возможен только при использовании стальных обсадных труб, также существенным недостатком является коррозия стальных труб от агрессивных вод и эксплуатации при добыче. При этом известный способ не предназначен для проведения цементирования стеклопластиковой обсадной трубы.
3
Также известен способ цементирования, в котором в качестве обсадной колонны применяют обсадную колонну, состоящую из стеклопластиковых (полимерных) обсадных труб (Опыт ПАО «Татнефть» по строительству скважин с эксплуатационной колонной, составленной из стеклопластиковых обсадных труб /Зарипов И.М., Исхаков А.Р., к.т.н. Катеев Р.И., Зарипов А.М. // Нефтяное хозяйство. – 2018. – № 1137. – С. 18–20). Способ включает спуск в скважину стеклопластиковой обсадной трубы, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу буферного и тампонажного раствора и его продавку продавочной жидкостью – буровым раствором, при этом выбирают разницу между плотностью бурового раствора и тампонажного раствора не более 200 кг/м.
3
Основным недостатком способа является строгое ограничение в плотности тампонажного раствора и продавочной жидкости, разница между плотностями, которых не должна превышать 300 кг/м, для исключения всплытия стеклопластиковой обсадной трубы при цементировании. Это усложняет процесс цементирования, требует дополнительные временные затраты и сужает область применения различных составов тампонажного и бурового растворов.
Наиболее близким является способ цементирования стеклопластиковой обсадной трубы и устройство для его осуществления (патент RU № 2757835, МПК E21B 33/14, опубл. 21.10.2021 г.), включающий спуск в скважину стеклопластиковой обсадной трубы, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором. Предварительно на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной трубы с помощью резьбового соединения наворачивают устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, включающее корпус, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами, причем корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами и конусной проточкой, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса, при этом корпус дополнительно оснащен башмачной частью, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами с возможностью совмещения с ограничительными штифтами корпуса при срезании срезных элементов и ограниченном осевом движении корпуса вниз, и как минимум тремя лапами с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой, выполненной зеркально по отношению к конусной проточке в нижней части корпуса и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси и поджатыми пружинами, а также оснащенной сквозными промывочными отверстиями между лапами,  после спуска стеклопластиковой обсадной трубы до проектной глубины и ее фиксации в скважине осуществляют ее разгрузку на забой на величину веса трубы.
Недостатками способа являются:
- наличие громоздкой и металлоемкой конструкции якорного устройства для удержания стеклопластиковой колонны труб на забое во время цементирования;
- обязательное требование разгрузки стеклопластиковой обсадной колонны на забой для приведения в рабочее состояние якоря, что может привести к излишним нагрузкам в резьбовых соединениях, выполненных из достаточно хрупкого стеклопластика;
- в случае наличия даже небольших каверн в интервале установки якоря надежная фиксация стеклопластиковой колонны исключается, и возникает вероятность частичного всплытия из-за отсутствия сцепки лап якоря со стенками скважины в кавернах.
Техническими задачами являются повышение эффективности способа цементирования стеклопластиковой обсадной колонны, а также качества и надежности цементирования за счет гарантированной фиксации стеклопластиковой обсадной колонны в скважине, исключения ее всплытия в процессе цементирования, а также возможности цементирования тампонажными растворами с различными плотностями.
Технические задачи решаются способом цементирования стеклопластиковой обсадной колонны, включающим спуск в скважину стеклопластиковой обсадной колонны, цементирование последовательной закачкой в стеклопластиковую обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором.
По первому варианту новым является то, что предварительно стеклопластиковую обсадную колонну оснащают обратным клапаном на высоте 50-55 м от забоя скважины, обратный клапан устанавливают таким образом, чтобы при воздействии на него давления потока жидкости из затрубного пространства дроссель обратного клапана открывался внутрь стеклопластиковой обсадной колонны, сообщая затрубное пространство с внутренним пространством стеклопластиковой обсадной колонны, а при движении жидкости в обратном направлении обратный клапан герметично закрывался, при этом первые 50 м нижней части стеклопластиковой обсадной колонны составляют из стальных труб с резьбовым соединением идентичным всей колонне труб, спуск стеклопластиковой обсадной колонны осуществляют на глубину, превышающую 50-55 м от запланированной, цементирование производят в два этапа, на первом этапе в стеклопластиковую обсадную колонну при закрытом обратном клапане последовательно закачивают буферную жидкость, тампонажный раствор в количестве, необходимом для заполнения заколонного и внутреннего пространства нижней части стеклопластиковой обсадной колоны на высоту, не превышающую уровень установки обратного клапана, который затем продавливают продавочной жидкостью в количестве, необходимом для оставления цементного столба внутри нижней части стеклопластиковой обсадной колонны, далее колонну оставляют под рабочим давлением на время ожидания затвердевания цемента продолжительностью не менее 4 часов, на втором этапе производят обратное цементирование верхней незацементированной стеклопластиковой обсадной колонны последовательной закачкой в затрубное пространство буферной жидкости, тампонажного раствора через обратный клапан, по завершении процесса цементирования стеклопластиковую обсадную колонну оставляют под давлением на время ожидания затвердевания цемента продолжительностью не менее 4 часов.
По второму варианту новым является то, что предварительно стеклопластиковую обсадную колонну оснащают муфтой ступенчатого цементирования с циркуляционными окнами на высоте 50-55 м от забоя скважины, при этом муфту ступенчатого цементирования с циркуляционными окнами устанавливают таким образом, чтобы при открытии циркуляционных окон внутреннее пространство стеклопластиковой обсадной колонны сообщалось с затрубным пространством, спуск стеклопластиковой обсадной колонны осуществляют на глубину, превышающую 50-55 м от запланированной, причем первые 50 м нижней части стеклопластиковой обсадной колонны составляют из стальных труб с резьбовым соединением идентичным всей колонне труб, цементирование производят в два этапа, на первом этапе в стеклопластиковую обсадную колонну с закрытыми циркуляционными окнами муфты ступенчатого цементирования последовательно закачивают буферную жидкость, тампонажный раствор в количестве, необходимом для заполнения заколонного и внутреннего пространства нижней части стеклопластиковой обсадной колоны на высоту, не превышающую уровень установки муфты ступенчатого цементирования, который затем продавливают продавочной жидкостью в количестве, необходимом для оставления цементного столба внутри нижней части стеклопластиковой обсадной колонны, далее колонну оставляют под рабочим давлением на время ожидания затвердевания цемента продолжительностью не менее 4 часов, на втором этапе после окончания времени ожидания затвердевания цемента на устье монтируют цементировочную головку с заранее установленной в нее продавочной пробкой,  повышением давления внутри стеклопластиковой обсадной колонны открывают циркуляционные окна и проводят прямое цементирование, при этом внутрь стеклопластиковой обсадной колонны последовательно закачивают буферную жидкость, тампонажный раствор, продавочную жидкость со спуском продавочной пробки с возможностью закрытия циркуляционных окон при достижении муфты ступенчатого цементирования и сигнализации об окончании процесса цементирования.
На фиг. 1 изображен первый этап цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с обратным клапаном.
На фиг. 2 изображен второй этап цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с обратным клапаном.
На фиг. 3 изображен первый этап цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с муфтой ступенчатого цементирования - МСЦ.
На фиг. 4 изображен второй этап цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с МСЦ.
Способ цементирования стеклопластиковой обсадной колонны осуществляют следующим образом.
По первому варианту бурят ствол скважины под спуск стеклопластиковой обсадной колонны 1 (фиг. 1) глубиной, превышающей проектную глубину на 50-55 м. Например, по проектным данным для спуска обсадной колонны из стеклопластиковых труб необходимо пробурить скважину на глубину 1000 м, при этом по предлагаемому способу ствол скважины пробуривают на глубину 1052 м.
Предварительно стеклопластиковую обсадную колонну 1 оснащают обратным клапаном 2 с дросселем 3 на высоте 50-55 м от забоя скважины, например, на высоте 52 м от забоя скважины. Обратный клапан 2 устанавливают таким образом, что при воздействии на него давления потока жидкости, дроссель 3 открывался внутрь стеклопластиковой обсадной колонны 1, а при движении жидкости в обратном направлении обратный клапан 2 герметично закрывался. Спускают стеклопластиковую обсадную колонну 1 с обратным клапаном 2 на глубину, превышающую 50-55 м от запланированной. Производят цементирование в два этапа. На первом этапе внутрь стеклопластиковой обсадной колонны 1 последовательно закачивают буферную жидкость, тампонажный раствор (любой плотности) в количестве, необходимом для заполнения заколонного и внутреннего пространства нижней части стеклопластиковой колоны на высоту, не превышающую уровень установки обратного клапана 2, например, 52 м, который продавливают продавочной жидкостью (буровым раствором или технической водой) в количестве, необходимом для оставления цементного столба внутри нижней части стеклопластиковой обсадной колонны 1. При этом обратный клапан 2 находится в закрытом положении. Далее стеклопластиковую обсадную колонну 1 оставляют под рабочим давлением на время ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) продолжительностью не менее 4 часов.
На втором этапе после ОЗЦ производят обратное цементирование верхней незацементированной стеклопластиковой обсадной колонны 1 последовательной закачкой в затрубное пространство буферной жидкости, тампонажного раствора (любой плотности) с расчетом оставления цементного столба внутри стеклопластиковой обсадной колонны 1 продолжительностью не менее 10 м. По завершении процесса цементирования стеклопластиковую обсадную колонну 1 оставляют под давлением на время ожидания затвердевания цемента продолжительностью не менее 4 часов (фиг. 2).
Для надежной фиксации стеклопластиковой обсадной колонны 1 по первому варианту в скважине первые 50-55 м (нижняя часть) обсадной колонны могут быть составлены из стальных труб с резьбовым соединением идентичным всей колонне труб.
По второму варианту бурят ствол скважины под спуск стеклопластиковой обсадной колонны 1 (фиг. 3) глубиной, превышающей проектную глубину на 50-55 м. Например, по проектным данным для спуска обсадной колонны из стеклопластиковых труб необходимо пробурить скважину на глубину 1000 м, при этом по предлагаемому способу ствол скважины пробуривают на глубину 1050 м.
Предварительно стеклопластиковую обсадную колонну 1 оснащают муфтой ступенчатого цементирования - МСЦ 4 с циркуляционными окнами 5 на высоте 50-55 м от забоя скважины, например, на высоте 50 м от забоя скважины. Спускают стеклопластиковую обсадную колонну 1 с МСЦ 4 на глубину, превышающую 50-55 м от запланированной. Производят цементирование в два этапа. На первом этапе внутрь стеклопластиковой обсадной колонны 1 последовательно закачивают буферную жидкость, тампонажный раствор (любой плотности) в количестве, необходимом для заполнения заколонного и внутреннего пространства нижней части стеклопластиковой обсадной колоны 1 на высоту, не превышающую уровень МСЦ 4, например, 55 м, который продавливают продавочной жидкостью (буровым раствором или технической водой), в количестве, необходимом для оставления цементного столба внутри нижней части стеклопластиковой обсадной колонны 1. При этом МСЦ 4 находится в закрытом положении. Далее стеклопластиковую обсадную колонну 1 оставляют под рабочим давлением на время ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) продолжительностью не менее 4 часов.
На втором этапе после ОЗЦ на устье монтируют цементировочную головку (на фиг. 3, 4 не показана) с заранее установленной в нее продавочной пробкой 6 (фиг. 4), повышением давления внутри стеклопластиковой обсадной колонны 1 открывают циркуляционные окна 5 МСЦ 4 и проводят прямое цементирование. При этом внутрь стеклопластиковой обсадной колонны 1 (фиг. 3) последовательно закачивают буферную жидкость, тампонажный раствор любой плотности, продавочную жидкость (буровой раствор или техническую воду) со спуском продавочной пробки 6 (фиг. 4) из цементировочной головки, которая по достижении МСЦ 4 (фиг. 3) закрывает циркуляционные окна 5 МСЦ 4, сигнализируя об окончании процесса цементирования.
Для надежной фиксации стеклопластиковой обсадной колонны 1 по второму варианту в скважине первые 50-55 м (нижняя часть) обсадной колонны могут быть составлены из стальных труб с резьбовым соединением идентичным всей колонне труб.
Примеры практического применения
Пример 1
Скважина пробурена до глубины 1250 м (при проектной глубине 1200 м) долотом диаметром 156 мм. На устье после спуска 50 м стеклопластиковой обсадной колонны диаметром 114 мм с толщиной стенки 7,0 мм в ее состав установили обратный клапан с дросселем, открывающимся во внутрь обсадной колонны. Далее колонну стеклопластиковых обсадных труб спустили до забоя 1250 м. После спуска колонны до забоя провели промывку скважины в двойном объеме затрубного пространства для очистки забоя скважины. После чего на устье на последнюю стеклопластиковую трубу установили цементировочную головку и осуществили закачку буферной жидкости в объеме 2 м³ технической воды и тампонажного раствора плотностью 1900 кг/м³ в объеме 0,7 м³. Далее осуществили продавку тампонажного раствора за обсадную колонну буровым раствором в объеме 9,8 м³. После закачки расчетного объема продавки скважину оставили под рабочим давлением 5,0 МПа на время ОЗЦ – 4 часа. После завершения времени ОЗЦ провели обратное цементирование с устья скважины закачкой буферной жидкости 2 м³ технической воды, тампонажного раствора плотностью 1820 кг/м³ в объеме 17,4 м³ по заколонному пространству с учетом оставления цементного столба внутри стеклопластиковой обсадной колонны продолжительностью 10 м. По завершении закачки планового объема тампонажного раствора закрыли внутритрубное пространство стеклопластиковой колонны на устье скважины на время ОЗЦ на 4 часа.
Пример 2
Скважина пробурена до глубины 1250 м (при проектной глубине 1200 м) долотом диаметром 156 мм. На устье после спуска 55 м стеклопластиковой обсадной колонны диаметром 114 мм с толщиной стенки 7,0 мм в ее состав установили МСЦ. Далее колонну стеклопластиковых обсадных труб спустили до забоя 1255 м. После спуска колонны до забоя провели промывку скважины в двойном объеме затрубного пространства для очистки забоя скважины. После чего на устье на последнюю стеклопластиковую трубу установили цементировочную головку и осуществили закачку буферной жидкости в объеме 2 м³ технической воды и тампонажного раствора плотностью 1900 кг/м³ в объеме 0,7 м³. Далее осуществили продавку тампонажного раствора за обсадную колонну буровым раствором в объеме 9,8 м³. После закачки расчетного объема продавки скважину оставили под рабочим давлением 5,0 МПа на время ОЗЦ – 4 часа. На втором этапе после ОЗЦ на устье смонтировали цементировочную головку с заранее установленной в нее продавочной пробкой, повысили давление внутри стеклопластиковой обсадной колонны с открытием циркуляционных окон МСЦ и провели прямое цементирование. Закачали последовательно буферную жидкость - 2 м³ технической воды, тампонажный раствор плотностью 1820 кг/м³ в объеме 17,4 м³, буровой раствор в объеме 9,8 м³ со спуском продавочной пробки, которая по достижении МСЦ закрыла циркуляционные окна МСЦ, получили сигнал об окончании процесса цементирования.
Предлагаемый способ цементирования стеклопластиковой обсадной колонны повышает эффективность цементирования стеклопластиковой обсадной колонны, позволяет надежно фиксировать стеклопластиковую обсадную колонну за счет предварительного крепления нижней части колонны в скважине и удерживания стеклопластиковой обсадной колонны внутри нефтяных и газовых скважин. Также предлагаемая группа изобретений позволяет исключить ее всплытие в процессе цементирования, производить цементирование тампонажным раствором любой плотности.