Анализ состояния разобщения пластов и герметичности заколонного пространства в ступенчато зацементированных скважинах

При проведении буровых работ в сложных геологических условиях на многих нефтегазоносных площадях Восточной Украины, Волгоградской области, Ставропольского и Крас­нодарского краев, Азербайджана, Башкирии, Оренбургской области и других применяют ступенчатый способ цементиро­вания скважин. Этот способ нашел широкое применение в связи с частыми поглощениями тампонажного раствора при сплошном цементировании скважин.

Так, в Шебелинском УБР применение данного способа позволило зацементировать 146-мм эксплуатационную колон­ну тампонажным раствором плотностью 1800— 1900 кг/м³ при аномально низком пластовом давлении.

Однако анализ промыслового материала по ступенчато за­цементированным скважинам показывает, что из 102 сква­жин Шебелинского месторождения, сданных в эксплуатацию Харьковскому ГПУ в 70-х годах, в 20 скважинах возникали межколонные проявления, т.е. качество цементирования 19,5 % из них было низким. В некоторых из этих скважин из-за негерметичности заколонного пространства давление (Рзат) У устья составляло 4,2— 17,8 МПа (табл. 6).

Из 15 скважин Шебелинской площади, зацементирован­ных в три ступени с разрывом во времени между первой и второй ступенью в 6 ч, в шести возникали межколонные проявления, т.е. в 40 % от общего числа скважин. По Харь­ковскому ГПУ затраты на ликвидацию межколонных прояв­лений по этим шести скважинам (10, 22, 53 Мелиховской площади, 102 и 17 Крестищенской площади, 155 Ефремов-ской площади) составили 400 тыс. руб. (в ценах 70-х годов).

Изучение материалов по 150 скважинам позволил устано­вить, что качество цементирования было низким в тех сква­жинах, где разрыв во времени между цементированием сту­пеней колебался от 8 до 24 ч.

В целях выяснения причин образования межколонных проявлений был проведен анализ состояния цементирования ряда скважин в интервалах нижней и верхней ступеней. Ка­чество цементирования каждой скважины в этих интервалах оценивали по значению используемого для этой цели коэф­фициента качества цементирования К_ц, определяемому по кривой А_к акустической цементограммы:

K_ˆ = 2 Х = о /£.                                                                       (24)

85

■IE":

 

Номер сква­жины	Площадь	Диа­метр колон-	Глуби­на спуска	Плотность (в кг/м3) тампо-нажного рас­твора по сту-			Период ОЗЦ (в ч) по ступе­ням			Глубины установки муфты сту­пенчатого	Р,.т по­сле це-мен-тирова-
		ны,	колон-							цементи-	ния,
		мм	ны, м	I	II	III	I	II	III	рования, м	МПа
567	Ефре-	146	2442	1620	1730	1800	6	24	24	1846; 1540	7,74
	мовская
582	Шебе-	146	2416	1640	1550	1880	6	24	24	1943; 1605	7,50
	линская
533		146	1934	1860	1770	—	24	24	—	1661	9,85
557		146	2344	1820	1860	—	16	32	—	1697	4,20
563		146	2200	1780	1850	—	24	24	—	1405	8,20
602		146	1800	1800	1830	1800	6	24	48	1985; 1506	17,80
		168	628
609		146	1735	1830	1840	—	16	32	—	1478	16,90
608		146	2404	1680	1800	1890	6	24	48	1901; 1508	8,36
605		146	2424	1810	1890	1840	6	24	48	2025; 1497	5,05
370		146	2365	1820	1860	—	24	24	—	1887	8,58
393		146	2404	1820	1830	—	24	24	—	1798	1,91
564		146	2144	1820	1900	1800	24	24	24	1851; 1485	5,70
		168	1885
317		146	2336	1820	1890	—	24	24	—	2002	5,68
520		146	1835	1840	1830	—	24	24	—	1611	4,05
561		146	2303	1860	1870	—	24	24	—	1756	6,00
543		146	1747	1840	1800	—	24	24	—	1476	3,50
549		146	1794	1860	1880	—	12	34	—	1517	5,58
179		146	2185	1880	1930	—	24	24	—	1579	4,20
546		146	1866	1830	1800	—	24	24	—	1556	1,73

где I — исследуемый интервал; 1^=0 ~ участки интервала, характеризующиеся наличием контакта цементного камня с колонной.

Значения К_ц могут изменяться от нуля (отсутствие участ­ков с контактом цементного камня с колонной) до единицы (наличие такого контакта во всем исследуемом интервале).

Как показано в 3.2.4, целесообразность использования К_ц для оценки качества цементирования скважин подтверждает­ся путем сопоставления его значений для отдельных скважин с результатами их опробования и применения методов мате­матической статистики с использованием промысловых дан­ных при изучении состояния цементирования большого чис­ла скважин.

Для проведения анализа были выбраны скважины, в кото­рых сопоставляемые, близкие по размерам и геологической характеристике, интервалы, соответствующие нижней и верхней ступеням, находились в примерно равных условиях по следующим технологическим факторам: скорость восхо­дящего потока за колонной при цементировании составляла

около 1,5 м/с; различие в плотности ступенчато закачивае­мых тампонажных растворов не превышало 50 кг/м³; рас­творы эти были сходны по реологическим свойствам; при­менялись одинаковые буферные жидкости в объеме 4 — 5 м³ (техническая вода или вязкий глинистый раствор); ОЗЦ после цементирования нижних ступеней и до цементирования верхних проходило во всех случаях при атмосферном давле­нии на устье.

Причем формирование цементного камня за колонной в нижних ступенях происходило в более выгодных условиях, чем в верхних. Средняя температура в нижних интервалах для большинства рассматриваемых скважин была на 21 — 26 °С выше, чем в верхних. Период ОЗЦ (к моменту прове­дения контроля за цементированием) верхних ступеней ока­зывался меньшим, чем нижних. Нижние части обсадных ко­лонн оснащали 21-м — 26-ю центраторами.

Однако результаты анализа качества цементирования бо­лее чем 50 скважин, часть из которых представлена в табл. 7, показали, что значения К_ц для нижних ступеней на 40 — 50 % меньше, чем для верхних.

Наибольшая разница в качестве цементирования верхней и нижней ступеней наблюдалась в скв. 549 Шебелинской площади и 72 Мелиховской площади.

Объединением "Башнефть" на площади Узыбаш в одном кусте были пробурены скв. 203 и 204.

В скв. 203 146-мм эксплуатационная колонна была заце­ментирована ступенчатым способом с применением пакера-муфты (ПДМ). В результате тампонажный раствор был под­нят до устья, но качество цементирования нижней части ока­залось также очень низким. Практически аналогичная карти­на наблюдалась и на остальных зацементированных таким способом пяти скважинах.

В то же время эксплуатационная колонна в скв. 204 была зацементирована в один прием, в результате чего был зафик­сирован недоподъем тампонажного раствора до заданного уровня на 1100 м, но значение К_ц в нижнем интервале оказа­лось на 50 % выше, чем в соответствующем интервале скв. 203 (ÒÏ. Ú‡·Î. 7).

Скв. 14 Юбилейной площади объединения Краснодарнеф-тегаз была обсажена 299-мм колонной и зацементирована двумя ступенями: первая в интервале 3000 — 1465 м, вторая — от 1465 м до 0. Интерпретация кривой А_к акустической це-ментограммы этой скважины показывает, что качество цемен­тирования нижней ступени значительно ниже, чем верхней.

87

Таблица 7

 

	Промежуточ-		Эксплуатацион-			Интервалы,				Уменьше-
Номер	пал. КОЛОННа		ная колонна		Глубина	соответ-	Пе-	Рассматри-	К,, в рас-	ние значе-
сква­жины	Диа- MGTD	Глубина cnvcKd	Диаметр,	Глуби­на	установки муфты, м	ствующие ступеням	риод ОЗЦ,	ваемые интервалы,	сматрива-емых	ния /£ц на нижних
	м м	м	мм	спуска,		цементиро-	ч	м	интервалах	ступенях, %
				м		вания, м
				Шебелинская площадь (Шебелинское УБР)
563	219	1739	146	2200	1405	0-1405	24	829-1405	0,71
						1405-1981		1405-1981	0,58	18
609	219	1166	146	1735	1478	0-1478	32	1221 -1478	0,83
						1478-1735	16	1478-1735	0,60	27
549	219	1343	140x146	1794	1517	0-1517	34	1240-1517	0,53
						1517-1794	12	1517-1794	0,14	73
546	219	1324	146	1866	1556	0-1556	24	1246-1556	0,56
						1556-1866	24	1556-1866	0,38	32
370	219	1282	146	2365	1887	0-1887	24	1419-1887	0,75
						1887-2385	24	1887-2385	0,54	28
				Мелиховская площадь (Шебелинское УБР)
35	219	3100	140xJ46	3842	2985	0-2985	24	1490-1887	0,75
						2985-3842	24	2985-3842	0,48	36
6?	219	нет св.	140x146	3731	2785	0-2738	24	1885-2738	0,52
						2738-3731	24	2738-3731	0,35	32
72	219	2917	140x146	3794	2816	0-2816	34	1228-2816	0,72
						2816-3794	12	2816-3794	0,10	86
61	219	2833	140x146	3267	2561	0-2564	24	1855-2564	0,50
						2564-3267	24	2581-3267	0,43	14
79	219	2030	140x146	2770	1831	0-1891	24	1005-1841	0,48
						1891-2770	24	1891-2777	0,31	35
				Площадь Узыбаш (Уфимское УБР)
129	219	315	146	2184	1930	0-1930	24	1676-1930	0,71
						1930-2184	12	1930-2184	0,57	19
127	245	319	146	2075	1852	0-1852	24	1629-1852	0,90
						1852-2075	13	1852-2075	0,52	42
206	245	322	146	2214	1894	0-1894	24	1574-1894	0,69
						1894-2214	12	1894-2214	0,38	44
203	245	320	146	2163	S844	0-1844	24	1526-1844	0,58
						1844-2163	12	1844-2163	0,43	25
204	245	321	146	2205	-	0-2205	24	1526-2063	0,65

Контакт цементного камня с колонной в нижней ступени отмечается лишь в интервалах, сумма которых менее 25 % ее длины (360 м), т.е. К_ц < 25 %, а в верхней — более 50 %, (740 м), т.е. К_ц > 50 %, что иллюстрируется сопоставлением аналогичных по литологии глинистых участков разреза сква­жины, перекрытых зацементированными верхней (980 — ИЗО м) и нижней (1850-2000 м) ступенями (рис. 28).

б

А, м

Ь,м

Рис. 28. Каротажные кривые, зарегистрированные в интервалах верЕней (у.) и нижней (■) ступеней цементирования скв. 14 Юбилейной площади:

1 — äë; 2 — èë; 3 — кавернограмма; 4 — _ÄÍ

90

Таким образом, проведенный анализ показал, что в сту­пенчато зацементированных скважинах с межколонными проявлениями качество цементирования нижних ступеней оказывалось хуже, чем в верхних.

Возникновение заколонного давления у устья этих сква­жин можно объяснить тем, что значения К_ц для верхних сту­пеней изменялись от 0,48 до 0,90 (см. табл. 7), но не равня­лось 1, т.е. при прорыве пластовых флюидов на участках за­колонного пространства, соответствующих нижним ступе­ням, существовала вероятность продвижения их к устью скважин по участкам заколонного пространства, соответст­вующим верхним ступеням, качество цементирования кото­рых было также далеко не всегда высокое.

Ухудшение качества цементирования нижних ступеней по сравнению с верхними может быть вызвано несколькими факторами, в том числе прокачиванием меньших объемов тампонажного раствора. Однако, как показал проведенный анализ, основной причиной вероятнее всего может являться изменение температуры во внутреннем изолированном (с помощью ПДМ) объеме нижней части колонны в период ОЗЦ. Изменение температуры в изолированном объеме ко­лонны должно приводить к изменению давления в нем, что, в свою очередь, может стать причиной деформации обсадных труб и цементного кольца. Поэтому целесообразно более детально рассмотреть возможность возникновения измене­ний температуры в нижней ступени колонны и их влияние на качество цементирования.