Первичное цементирование с и с пошзОВа ниед разбухающих пакеров FREECAP
ш
JV
t. давис,
технический директор
TAM International
в.э. видавский,
глава филиала в РФ
Vitaly.Vidavsky@tamintl.com
а.в. шабаршов,
технический директор филиала в РФ
«ТАМ Норт Си Лтд.»
Представлена технология применения заколонных разбухающих пакеров для повышения качества крепления скважин и борьбы с перетоками флюидов.
Ключевые слова: «ТАМ Интернэшнл», «ТАМ Норт Си Лтд.», заколонные перетоки, разбухающий пакер, заколонный пакер
PRIMARY CEMENTING USING SWELLABLE PACKERS FREECAP
t. davis, v. vidavsky, a. shabarshov, TAM International Inc.
Technology of Swell Annulus Parkers use for well integrity improvement and prevention of fluid migration through micro-annulus.
Keywords: TAM international, TAM North Sea Ltd., swellable packers, annular isolation, water/gas migration, cement integrity
Цементирование является основным методом изоляции затрубного пространства нефтяных скважин с самого появления этой отрасли промышленности. Это самостоятельная дисциплина, в которой заняты технические эксперты, постоянно работающие над улучшением материалов и технологий их применения.
Зачастую невозможность разобщения интервалов с помощью цементирования обусловлена отсутствием передовых методов. Когда цемент не обеспечивает требуемой изоляции затрубного пространства, результат может быть следующим:
• обводнение скважины;
• потери продукции из-за межпластовых перетоков;
• миграция газа, обнаруженная по повышенному затрубному давлению/повышенной скорости потока в затрубном пространстве;
• загрязнение мелкозалегающих водоносных горизонтов.
Обводнение скважины уменьшает ценность актива и приводит к дополнительным капитальным/эксплуатационным затратам на ремонтные работы. Это также может привести к задержке добычи нефти. Уделяя особое внимание процессу разобщения интервалов на этапе цементирования, можно минимизировать многие проблемы, связанные с разобщением интервалов. С помощью подробного анализа программы цементирования можно определить возможности для улучшения как материалов, так и качества выполнения работ. Это особенно важно в зонах, где несколько продуктивных интервалов (нефть и вода) залегают непосредственно друг над другом и имеют различные пластовые давления. Одним из методов улучшения герметичности затрубного пространства и общей технологии цементиро-
Разбухающий эластомер
Торцевое кольцо
Рис. 1. Разбухающий пакер FREECAP
вания является использование разбухающих пакеров. Эта практика получила широкое применение особенно в последние годы.
разбухающие пакеры
Многих осложнений в разобщении интервалов, возникающих из-за некачественного первичного цементирования, можно избежать путем установки разбухающих пакеров в обсадную колонну. В производстве разбухающих пакеров используют эластомеры, сорбирующие ту или иную жидкость и самостоятельно увеличивающиеся в размерах при контакте со скважинной средой. Такими флюидами могут являться буровой раствор, применявшийся при бурении ствола, буферная жидкость для первичного цементирования, а также добываемые или закачиваемые жидкости. Из смеси эластомеров изготавливают специальные составы, разбухающие в водных или углеводородных средах. При разбухании эластомерный уплотнительный элемент соприкасается со стенкой скважины или цементным камнем. После такого соприкосновения разбухание эластомера продолжается, что создает стойкий к действию давления герметичный контакт между уплотнительным элементом и стенкой скважины. В тех местах, где цемент отсутствует, уплотнительный элемент обеспечивает гидравлическое разобщение за счет собственной длины и создаваемого давления. Такие пакеры следует устанавливать на тех глубинах, где разобщение интервалов наиболее необходимо.
Существует несколько способов изготовления разбухающих пакеров. Разбухающие пакеры для первичного цементирования имеют конструкцию, в которой разбухающий эластомер обернут и приклеен вокруг укороченной обсадной трубы. Труба-основание имеет такие же диаметр, удельный вес и марку стали, как и обсадная колонна, в которой будет установлен пакер. Соединения пакера -как и у обсадной колонны. На обеих сторонах эластомерного уплотнения используются антиэкструзионные торцевые
32
технологии т
кольца для защиты эластомера в процессе установки, а также для предотвращения выдавливания эластомера при возникновении перепада давления на пакере (рис. 1).
Существуют два основных типа эластомеров: один разбухает в присутствии жидкости на углеводородной основе, другой - в присутствии жидкости на водной основе. Кроме эластомеров, разбухающих в нефти и воде, есть и гибридные эластомеры (способность разбухать в нефти и/или воде).
Для активации пакеров не требуются манипуляции с трубой или гидравлическое давление. Когда эластомер вступает в контакт с жидкостью разбухания, она впитывается в структуру эластомера. При впитывании жидкости эластомер растягивается или увеличивается в диаметре до тех пор, пока пакер не соприкоснется со стенкой ствола скважины, или пока не заполнится канал или пустота в цементном камне. Разбухание продолжается, создавая внутреннее давление разбухания. Давление разбухания создает стойкий к действию давления герметичный стык при подаче дифференциального давления. Давление разбухания является функцией свойств жидкости разбухания, температуры и времени.
Тип эластомера определяется заканчиванием или предполагаемой добываемой жидкостью, а также параметрами ствола скважины, в первую очередь забойной температурой. Если предполагаемая жидкость имеет углеводородную основу, следует спускать пакер, разбухающий под действием углеводородов; если предполагаемая жидкость имеет водную основу, следует спускать пакер, разбухающий под действием воды. В случае неопределенности нужно спускать гибридный разбухающий пакер.
□бводнение скважины уменьшает ценность актива и приводит к дополнительным капитальным/ эксплуатационным затратам на ремонтные работы. Это также может привести к задержке добычи нефти. Уделяя особое внимание процессу разобщения интервалов на этапе цементирования, можно минимизировать многие проблемы, связанные с разобщением интервалов.
Размеры пакера определяются диаметром компоновки заканчивания, диаметром ствола скважины, а также вероятностью закачки цементного раствора в зону вокруг пакера. Длина эластомерного уплотнения определяется предполагаемыми перепадами давления, которые будут возникать в процессе добычи. Как правило, наружный диаметр (НД) пакера на 0,375 дюймов (9,525 мм) меньше диаметра открытого ствола скважины, но часто бывает меньше для предотвращения эквивалент циркуляционной плоскости (ЭЦП) и создания необходимой толщины цементного кольца. Если исторические данные по эксплуатации показывают, что цементирование выполнено успешно, тогда следует использовать пакер с уменьшенным диаметром для обеспечения достаточного для цементирования зазора кольцевого пространства и в то же время для обеспечения герметичности в случае образования каналов в цементном камне или в микрозазоре затрубья.
описание проблем и их решение с помощью разбухающих пакеров
Проблема потери герметичности затрубного пространства возникает в течение определенного времени - в течение нескольких недель или нескольких лет после первичного цементирования. Причины могут быть разными: от неполного вытеснения бурового раствора, раннего притока газа в процессе гидратации цемента до разрушения цементного камня, от растяжения на раннем этапе эксплуатации скважины. На любом разрабатываемом месторождении, где есть проблемы с качеством цементирования, необходимо проводить критический анализ процедур бурения и цементирования для определения возможностей улучшения и потенциального устранения проблем. Для этих целей разбухающие пакеры признаны оптимальным решением.
Не существует способов непосредственного определения качества очистки интервала от бурового раствора во время цементирования. Из-за неполного вытеснения раствора в кольцевом пространстве могут оставаться каналы из бурового раствора или слои глинистой корки, которые препятствуют разобщению. Плохое вытеснение бурового раствора может происходить по ряду причин. Основным фактором здесь является смещение обсадной колонны от оси скважины, из-за чего возникает асимметрия потока раствора.
Асимметрия потока раствора возникает из-за смещения обсадной колонны от оси скважины. При смещении обсадной колонны в стволе разница в скорости высоковязких растворов в широкой и узкой частях затрубного пространства может достигать соотношения 4:1. Чтобы преодолеть этот фактор, для хорошего вытеснения бурового раствора требуются высокие скорости закачки. Создаваемые при этом значения эквивалентной циркуляционной плотности могут препятствовать достижению скоростей закачки, необходимых для вытеснения бурового раствора в нижней части затрубного пространства у стенки ствола.
На рис. 2 показано, что из-за асимметрии потока вокруг смещенной в открытом стволе обсадной колонны может оставаться невытесненный буровой раствор. Он может образовывать канал перетоков между пластами или серьезно ухудшать целостность скважины.
Считается, что нарушение герметичности затрубного пространства происходит по одному из двух механизмов: разрушение цементного камня и/или образование за-трубного микрозазора. Эти дефекты обычно проявляются только после того, как скважина проработает определенное время. Самые общие признаки нарушения герметичности заколонного пространства - это повышение обводненности, потеря продукции скважины в соседние интервалы, а также повышенное затрубное давление. Даже для того, чтобы выявить эти осложнения, могут потребоваться значительные расходы, например, на промысловый каротаж. Для восстановления герметичности затрубного пространства традиционно применяется цементирование под давлением. Стоимость таких РИР весьма значительна.
Во многих случаях нарушение герметичности цементного стакана происходит даже при высоком качестве первичного цементирования. За последние десять лет технологии цементных растворов были серь
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.