Осложнения при цементировании и способы их предотвращения.

При цементировании скважин могут иметь место поглощение тампонажного раствора и промывочной жидкости, резкое повы­шение давления в период вытеснения тампонажного раствора из обсадной колонны, газопроявления и перетоки через заколонное пространство, чаще всего в период схватывания и твердения тампонажного раствора, неполное заполнение заданного интер­вала заколонного пространства тампонажным раствором, ого­ление башмака колонны и другие осложнения.

Поглощения являются следствием возникновения чрезмерно высоких давлений на стенки скважины при цементировании. Мо­жет быть несколько причин опасно высокого повышения давления:

а) неправильный выбор величины плотности тампонажного раствора без учета индексов давлений поглощения, гидродина­мических давлений при движении в заколонном пространстве и высоты интервала цементирования;

б) неправильный выбор режима и способа цементирования, без учета тех же факторов; гидродинамическое давление, осо­бенно при турбулентном режиме течения, увеличивается с ростом скорости; при неправильном выборе скорости движения суммарное давление в заколонном пространстве может превы­сить давление поглощения наиболее слабых пород;

в) обезвоживание тампонажного раствора в интервале, сло­женном проницаемыми породами;

г) образование большого объема густой высокотиксотропной смеси тампонажного раствора и промывочной жидкости;

д) одностороннее продвижение тампонажного раствора по широкой части поперечного сечения заколонного пространства;

е) преждевременное загустевание и схватывание тампонаж­ного раствора вследствие неправильного выбора состава его, нарушения заданной рецептуры при приготовлении, значитель­ного увеличения срока цементирования по сравнению с расчет­ным, применительно к которому разработана рецептура, или сильного обезвоживания при контакте с проницаемыми поро­дами.

В процессе цементирования давление в заколонном прост­ранстве всегда должно быть выше пластовых давлений. Под влиянием разности этих давлений неизбежно отфильтровывание части свободной воды из тампонажного раствора в проницаемые породы. Такое обезвоживание не представляет опасности только в том случае, если раствор находится в непрерывном движении, а на стенках скважины имеется малопроницаемая фильтрационная корка из частиц твердой фазы промывочной жидкости. Если же эта корка на каком-либо участке скважины удалена, из там­понажного раствора будет отфильтровываться свободная вода, а на стенках скважины образуется цементная корка. Чем боль­ше скорость течения, тем меньше толщина корки, особенно при турбулентном режиме течения. Если же движение раствора хотя бы кратковременно приостанавливается, корка в короткий срок может заполнить полностью или почти полностью весь за­зор между колонной и стенками скважины. При восстановле­нии циркуляции на участках с толстой фильтрационной коркой возникают весьма большие местные гидравлические сопротивле­ния. Для проталкивания раствора через такие участки нередко требуется настолько повысить давление, что могут быть разор­ваны породы в интервале между башмаком колонны и участком с толстой коркой либо обсадные трубы.

Чтобы устранить опасность быстрого обезвоживания тампо­нажного раствора, необходимо, во-первых, не допускать ни ма­лейшей остановки в движении его с момента выхода первой пор­ции в заколонное пространство до завершения всего процесса цементирования; во-вторых, снижать водоотдачу раствора путем соответствующей обработки до уровня не более 10—15 см³ за 30 мин или кольматировать поровые каналы в стенках скважи­ны, используя для этого специальную буферную жидкость.

При разработке рецептуры тампонажного раствора для це­ментирования конкретного интервала скважины необходимо пра­вильно оценить температуру и давление в нем и испытывать раствор при данных условиях. Если свойства раствора опреде­лены при существенно иных условиях, например, при комнатной температуре и атмосферном давлении, при цементировании сква­жины свойства под воздействием высоких температуры и давле­ния могут настолько измениться, что начнется преждевремен­ное загустевание раствора и обусловленное этим повышение давления.

Осложнения могут быть следствием нарушения рецептуры раствора при его приготовлении на буровой: значительное уменьшение водосодержания в отдельных порциях раствора, за­качиваемых в скважину, может быть причиной уменьшения подвижности и преждевременного загустевания, а значительное увеличение водосодержания — причиной резкого ухудшения седиментационной устойчивости, возникновения суффозионных ка­налов и т. п. Как правило, в приготовлении тампонажного раствора на буровой одновременно участвуют несколько сме­сительных машин. Целесообразно порции раствора, приготов­ляемые разными машинами, направлять сначала в общую осреднительную емкость достаточно большого объема, тщательно пе­ремешивать в ней и, лишь убедившись, что свойства перемешан­ного раствора соответствуют рекомендованным для цементиро­вания данного интервала, закачивать его в скважину. Отсюда вытекает необходимость непрерывного контроля свойств как порций раствора, приготовляемого каждой смесительной маши­ной, так и раствора, полученного после тщательного перемеши­вания в осреднительной емкости, и оперативного управления режимом работы машин с целью быстрого регулирования со­става приготовляемого раствора и доведения свойств его до ре­комендованных значений. Такой контроль и управление можно осуществлять, например, с помощью станций СКЦ-2М.

Газопроявления и перетоки пластовых жидкостей через зако­лонное пространство являются следствием снижения противо­давления на стенки скважины ниже пластовых давлений в про­ницаемых горизонтах; возникновения каналов в заколонном пространстве, обусловленного седиментационной неустойчиво­стью тампонажного раствора и суффозией его; оставления в це­ментируемом интервале невытесненной промывочной жидкости и фильтрационных глинистых корок; усадки загустевшей про­мывочной жидкости и тампонажного камня; растрескивания глинистой пленки при контракции цемента. Они могут возник­нуть также вследствие образования зазора между тампонажным камнем и обсадной колонной, обусловленного уменьшением давления и температуры жидкости в последней.

Предотвратить газопроявления и перетоки в период собст­венно цементирования можно, если соблюдать правильное со­отношение между плотностями и объемами жидкостей, закачи­ваемых в заколонное пространство, а при обратном цементировании — также регулировать противодавление на устье обсадной колонны так, чтобы давление на стенки сква­жины всегда было выше пластового. В период же схватывания и твердения тампонажного раствора снижение перового давления в нем неизбежно при любом составе раствора. Про­тив проницаемых пластов оно снижается до пластового в тече­ние нескольних часов, если на стенках скважины имеется фильтрационная глинистая корка, и еще быстрее при отсутствии кор­ки. Так, при цементировании неглубоких скважин в Татарии и в Краснодарском крае поровое давление снижалось практически до пластового в течение 5—10 ч . При большом удале­нии от проницаемых пластов поровое давление при твердении снижается еще более значительно. Один из наиболее эффективных способов предотвращения осложнений при цементировании и в последующий период — применение разделительных пакеров на обсадной колонне, Такие пакеры для предотвращения газопроявлений и перетоков должны устанавливаться выше кровли горизонта с повышенным коэффициентом аномальности, а также между горизонтами с относительным перепадом пластовых давлений, значительно от­личающимся от единицы, а для предот­вращения поглощения при ступенчатом цементировании—выше кровли погло­щающего объекта, всегда на участке с номинальным диаметром ствола против устойчивых пород. Пакеры расширяются в радиальном направлении и плотно при­жимаются к стенкам скважины под воз­действием механического или гидравли­ческого усилия, прикладываемого к ним сразу же после окончания цементирова­ния.

Причинами неполного заполнения заданного интервала заколонного пространства тампонажным раствором могут быть ошибки в определении объема этого пространства при планиро­вании операции, ошибки в измерении объема раствора, факти­чески закачанного в скважину, поглощение раствора, а также оставление значительного объема последнего в обсадной колон­не. Необходимый для цементирования заданного интервала объ­ем тампонажного раствора рассчитывают по среднему диамет­ру скважины, который определяют по кавернограмме, записан­ной перед спуском колонны. Так как конфигурация поперечного сечения ствола часто заметно отличается от круга, объем, рассчитанный таким образом, следует рассматривать, как первое приближение. К нему нужно ввести поправочный коэффициент, чтобы компенсировать неточность в определении истинного объема заколонного пространства, а также учесть возможные потери раствора вследствие образования нетвердеющей смеси с буферной и промывочной жидкостями, из-за отфильтровывания некоторого количества воды через проницаемые стенки скважи­ны и по другим причинам. Одной из возможных ошибок в опре­делении объема тампонажного раствора, фактически закачанно­го в скважину, является неправильный учет сжимаемости его, особенно в тех случаях, когда для обработки используют реа­генты, способствующие вспениванию раствора (например, лигносульфонаты). Наиболее надежные данные можно получить с помощью расходомера и сумматора, установленных на станции СКЦ. При отсутствии таких приборов коэффициент сжимаемо­сти раствора следует оценить с помощью лабораторных прибо­ров. При спуске в скважину колонны, оборудованной скребками, турбулизаторами, центраторами и манжетами, вокруг этих эле­ментов могут образовываться небольшие сальники из частиц содранной глинистой корки. Такие сальники повышают гидрав­лическое сопротивление заколонного пространства и, следова­тельно, благоприятствуют возникновению поглощений. Во избе­жание этого необходимого чаще делать промежуточные промывки и удалять из скважины скопившиеся кусочки содранной корки.