Почему необходимо цементирование нефтяных скважин?

Завершающим этапом подготовки нефтяных и газовых скважин к полноценной работе является их цементирование.  Прототип такой технологии зародился больше  110-ти лет назад, и впервые был применен  на бакинских нефтепромыслах.

Суть всех методик цементирования скважин заключается в полном выдавливании из пробуренной скважины образующейся там жидкости с помощью цементной смеси. Такие технологии называют тампонажными, поскольку в результате их применения  образуются так называемые «пробки».

Как вы думаете, что будет с нефтью в 2022 году?

• Подорожает
• Подешевеет

Просмотреть результаты

 Загрузка ...

Процесс цементирования скважины

Цементирование нефтяных скважин, как уже было сказано выше, является  заключительным этапом подготовки буровой к её дальнейшей эксплуатации. При бурении в скважину опускаются трубные колонны, а комплекс выполняемых  цементировочных  работ должен обеспечить максимальный  срок их службы.

Необходимость такого цементирования обусловлена несколькими причинами:

1. необходимостью изоляции каждой нефте- и газопродуктивной области; такая необходимость обусловлена тем, что нужно исключить всякую возможность перемешивания добываемых из разных пластов  нефти и газа с находящейся в них водой;
2. требованиями, регламентирующими защиту поверхностей применяемых металлических  труб; выполнения таких работ призвано обеспечить высокую коррозионную стойкость трубных колонн, поскольку взаимодействие их металлической поверхности и почвенной влаги приводит к снижению срока службы труб;
3. необходимостью усиления прочности всего бурового сооружения; применение технологий цементирования дает возможность  значительно уменьшить влияние на скважину возможных движений грунтов.

В цементировочный раствор высокого качества, как правило, подмешивают   разного рода  добавки.

Одной из самых популярных и широко распространенных добавок является кварцевый песок. Работа с таким  «кварцевым» цементом  дает возможность до минимума снизить усадку  и значительно повысить  прочностные характеристики тампона.

Для исключения возможности утечки жидкого раствора в грунт с высокой пористостью применяется волокнистая целлюлоза.

Добавляют в цементную смесь и так называемые пуццоланы.

Пуццоланы являются  своеобразной минеральной крошкой, составленной из материалов вулканического происхождения.

Эта крошка отличается хорошей водостойкостью и абсолютно инертна к воздействию химических сред повышенной агрессивности.

Полимерные добавки применяются, как правило, с целью уплотнения прилегающих грунтовых слоёв. По окончанию комплекса цементно-тампонажных работ проводят контроль качества тампонажа.

Читать также: Для чего нужны ингибиторы коррозии в нефтедобыче?

Качество тампонажа является очень важным для  газовых и нефтяных скважин, и оценивается оно с помощью следующих методик:

• термическая, которая позволяет определить требуемую  высоту поднятия цемента;
• акустическая, которая дает возможность обнаружить внутренние пустоты;
• радиологическая, которая позволяет оценить качество с помощью специальной рентгеновской аппаратуры.

Процесс оценки качества тампонажа проходит в несколько этапов, с применением или выборочных, или всех перечисленных выше методов контроля. Это дает гарантию  высокой точности проводимой проверки.

Технологические принципы цементирования нефтяных скважин

Современные цементирующие технологии, разумеется,  отличаются от способов, которые применялись в прошлом столетии. Главными такими отличиями являются автоматизация проводимого процесса и применение   компьютерной техники в процессе расчетов требуемых  количеств цементного раствора. При проведении таких расчетов обязательно учитывают все возможные особенности конкретного нефтеносного промысла (с геологической точки зрения), а также климатические и  погодные условия конкретного периода цементирования, массу  технических параметров и так далее.

Цементирование  скважин в настоящее время проводится разными способами, к самым распространенным из которых относятся следующие:

• технология сплошной заливки (одноступенчатое цементирование), которое заключается в подаче под высоким давлением  на пробку в обсадочной колонне промывочного раствора;
• двухступенчатое цементирование, которое ничем не отличается от сплошной заливки, кроме того, что в этом случае весь процесс разбит на два этапа – последовательное цементирование сначала  нижней, а затем верхней части, разделенных специальным кольцом;
• способ манжета, который заключается в использовании специального  кольца (манжета) при цементирования скважин нефте- и газодобычи (применяется только при тампонаже верхней области скважины);
• обратная заливка, которая является единственной методикой, предусматривающей заливку  цементной смеси не в саму колонну, а в затрубную область.

Сам технологический процесс проводят в несколько стадий. Сначала готовят смесь для будущего тампонажа, в строгом соответствии  с инструкциями и проведенными расчетами. Сразу после своего приготовления цементирующая смесь подается в скважину. После подачи тампонажной смеси задействуют специальные механизмы, которые вытесняют цементный раствор в межтрубное пространство пробуренной скважины.

После этого необходимо выждать некоторое время, поскольку смесь должна полностью застыть и образовать так называемую «пробку». Последним этапом является проведение контроля качества выполненных работ с помощью любой из описанных нами выше методик.

Читать также: Расчёт динамической, кинематической, относительной, условной вязкости нефти

Для максимального повышения  эффективности проводимых  работ нужное оборудование монтируют на шасси грузовых автомобилей. Это дает существенную экономию на  транспортировке технологического оборудования, а также позволяет запитывать используемые механизмы и аппаратуру от двигателей грузовиков, на которых они смонтированы.

Расчеты, необходимые при  цементировании скважин

После того, как проведена полная идентификация пробуренной скважины, приступают к  соответствующим расчетам, в ходе которых получают следующие необходимые для цементирования данные:

Вычисления можно проводить как в ручном режиме, так и с помощью автоматических средств, с применением необходимого программного обеспечения.

Для успешного расчета нужны перечисленные ниже входящие данные:

• диаметр цементируемой скважины;
• необходимое значение  плотности  цементного раствора;
• высоту кольца уплотнения;
• объем стакана и так далее.

После проведения автоматизированного расчета программа выдает результат в виде  таблицы, в которую включены все необходимые данные. Если в такой таблице заменить некоторые исходные  значения, то перерасчет проводится автоматически и результат будет иным.

В настоящее время расчет ручным способом применяется редко, однако эта методика до сих пор имеет право на свое существование. Входящие данные при ручном расчете ничем не отличаются от автоматизированного.

На примере одноступенчатой тампонажной технологии рассмотрим последовательность вычислений. Она выглядит таким образом:

• начинают расчет с вычисления высоты столба буферной жидкости с учетом предварительно определенного коэффициента аномальности;
• затем проводят расчет высоты столба цементирующего раствора, находящегося за пределами  эксплуатационной колонны;
• определяется необходимый объема такого раствора;
• рассчитывается вес сухой цементной части;
• вычисляется необходимое количества воды или иной разбавляющей жидкости;
• вычисляется максимальное значение давления, которое будет на упорном  кольце.

На заключительном этапе  расчета определяется требуемая подача цемента соответствующими агрегатами, а также количество цементирующих приборов. Также в процессе расчета определяется количество цементосмесителей,  необходимых для обеспечения  требуемого объема цементирующего раствора.

Читать также: Каковы запасы нефти и на сколько лет её хватит?

В заключении подведем итоги.

Итак, цементирование  скважин, вне зависимости от используемой технологии, преследует одну цель – полностью вытеснить  из скважины буровой раствор. Это обеспечивается заливкой  тампонажной смеси, которая затем  поднимается на требуемую высоту.

Разумеется, качество решения это непростой инженерной задачи находится в прямой зависимости  от соблюдения правильной последовательности и всех правил проведения необходимых технологических операций, а также от  корректности проведенных  расчетов и квалификации персонала. Рабочие и инженеры, непосредственно проводящие цементирование, должны целиком и полностью соблюсти все требования, предъявляемые к проведению этих работ.

Кроме того, важную роль в этом процессе играет качество применяемых для приготовления цементной смеси  материалов, а также исправность и эффективность применяемого оборудования. Соблюдение всех перечисленных требований позволяет провести эти работы качественно, что дает возможность существенно продлить срок эксплуатации  глубинных конструкций скважины.