Крепление наклоннонаправленных и горизонтальных скважин. Технологии, оборудование и материалы для цементирования скважин

1.

Особенности крепления наклоннонаправленных и горизонтальных скважин.
Современные технологии, оборудование и
материалы для цементирования
горизонтальных скважин
Докладчик – заместитель начальника управления бурения–начальник отдела,
ОАО «Татнефть» к.т.н. А.И. Поваляев.

2. Щелевые решетки

1
Основным элементом щелевого фильтровального оборудования являются
щелевые решетки нормального и обратного типов, выполненные из
высокоточного профиля треугольной формы и опорного элемента различного
сечения. Материал элементов щелевого фильтра – нержавеющая сталь марок
AISI 304, AISI 316, являющимися коррозионностойкими и жаропрочными.
На базовой трубе размещены продольные ребра, на которые наматывается и
приваривается трапецеидальная проволока. Минимальная ширина щели от 30
мкм. Базовая труба имеет отверстие.
Применяются для добычи сред неустойчивого химического состава, когда
возникает опасность зарастания железистыми и карбонатными отложениями

3. Сетчатые фильтры

2
Сетчатые фильтры
В
основе
сетчатого
фильтра
используется
перфорированный лист или металлическая сетка,
сделанные из нержавеющей стали с различными
размерами ячеек.
При фильтрации инородные частицы , находящиеся в
потоке, следуют через фильтроэлемент и собираются в
специальной камере, оседая на стенках сетки.
На базовую трубу намотан дренажный слой сетки с
крупными отверстиями для распределения потока.
Минимальная ячейка – 50 мкм. Базовая труба имеет
отверстие.
Используются для фильтрации и улавливания стойких
механических примесей рабочей среды.

4.

3
Поведение шлама
Может оставаться во взвеси
Быстрая очистка
Сползание лавиной
Очистка со средней
скоростью
Неподвижный слой шлама
Медленная очистка

5.

4
«Чистая» скважина
Бурение:
Можно терпеть «более
грязный» ствол, так как
сквозь слой шлама
движется бурильная труба
СПО:
Скважина должна быть
чище, так как сквозь слой
шлама нужно
протаскивать УБТ,
стабилизаторы и долото.
Спуск труб:
Скважина должна быть
настолько чистой,
насколько это вообще
возможно, чтобы
гарантировать, что
«вспахиваемый» шлам не
будет препятствовать
обсадной колонне /
хвостовику дойти до
проектной глубины

6. Полимерные центраторы MATRIX для монтажа труб в скважинах

5
Полимерные центраторы MATRIX
для монтажа труб в скважинах

7. Роликовые центраторы

6
Роликовые центраторы
В производстве роликовых центраторов
используются только высококачественные,
коррозионностойкие
материалы,
что
позволяет использовать центраторы при
работе в тяжелых условиях
Все внутренние диаметры роликовых
центраторов
выполняются
точно
в
соответствии со всеми размерами колонн по
стандарту API
Роликовый
центратор
имеет
износостойкие
ролики,
позволяющие
избежать
проблем
с
трением
в
горизонтальных и наклонных скважинах

8. Применение центраторов

7
Применение центраторов
Используются для монтажа труб, фильтров
в горизонтальных, наклонных скважинах
Применяются в скважинах, расположенных
как на суше, так и на шельфе (как в
обсадной колонне, так и непосредственно в
скважине)
Максимальная рабочая температура 155 С

9.

8
РАЗРУШЕНИЕ ЗОН ЗАЩЕМЛЕНИЯ БУРОВОГО РАСТВОРА
зоны защемленного
бурового раствора

10. СХЕМА МОНТАЖА ДВУХ МАНИФОЛЬДНЫХ ЛИНИЙ НА ПРАВОЙ НОГЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

9
СХЕМА МОНТАЖА ДВУХ МАНИФОЛЬДНЫХ ЛИНИЙ НА ПРАВОЙ
НОГЕ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
1- “нога” вышки;
2- две манифольдные линии
Ø89мм;
3-отводы Ø 98 мм
манифольдной линии
4-конусы уплотнения с
накидной гайкой под
тампонажное соединение
5 -хомуты крепления
манифольдных линий;
6 – гибкий тампонажный
шланг для закачивания
буферной жидкости и
тампонажных растворов;
7 - гибкий тампонажный
шланг для продавливания
тампонажного раствора;
8 –гнезда конуса уплотнения
под тампонажное
соединение;
9- удлиненные бурильные
штропа;
10-цементировочная головка;
11-талевый блок;
12-элеватор обсадной
колонны.

11.

10
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАСХАЖИВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ
КОЛОННЫ10
манифольдные
жесткие линии
на «ноге»
вышки
гибкие тампонажные
шланги длиной 10 м
удлиненные бурильные
штропа 4,6 м

12.

11
№
п/п
РЕЗУЛЬТАТЫ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН АКТАШСКОЙ
ПЛОЩАДИ НГДУ «ЕЛХОВНЕФТЬ»
Скажин
а
Диаметр
эксплуатационной
колонны, мм
Глубина
спуска
эксплуатационной
колонны, м
Коэффициент качества
цементирования по
РД 153-39.0-349-05
Отклонение от
вертикали, м
К15
К16
Скважины с расхаживанием эксплуатационной колонны
1.
6412
168
1155
134
0,43
1,0
2.
6429
168
1281
175
0,83
0,77
3.
6409
168
1146
176
0,89
0,998
0,717
0,923
Среднее
Скважины с базовой технологией при цементировании
1.
6404
168
1127
136
0,836
1,0
2.
6405
168
1211,5
148
0,763
1,0
3.
6406
168
1189
138
0,944
0,996
4.
6408
168
1182
141
0,902
0,992
0,861
0,997
Среднее

13.

12
РЕЗУЛЬТАТЫ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН
АЛЬМЕТЬЕВСКОЙ ПЛОЩАДИ НГДУ «АЛЬМЕТЬЕВНЕФТЬ»
№
п/п
Скажи
на
Диаметр
эксплуатационной
колонны, мм
Глубина
спуска
эксплуатационной
колонны,
м
Коэффициент качества
цементирования по
РД 153-39.0-349-05
Отклонение от
вертикали, м
К15
К16
Скважины с расхаживанием эксплуатационной колонны
1.
32468
146
1730
344
0,86
0,767
2.
32467
168
1734
635
0,951
0,905
0,905
0,836
Среднее
Скважины с базовой технологией при цементировании
1.
32486
146
1656
256
0,654
0,952
2.
32488
146
1778
675
0,954
0,803
3.
32487
146
1679
286
0,824
0,674
4.
32474
146
1711
425
0,820
0,810
0,813
0,8097
Среднее

14.

13
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ
1. Средний коэффициент качества цементирования эксплуатационных колонн на
экспериментальных скважинах в продуктивном интервале составил 0,88.
2. Проведенные
работы
подтвердили
целесообразность
расхаживания
эксплуатационной колонны при цементировании скважин, в том числе для
скважин на девонский горизонт.
3. Данная технология имеет наибольший эффект для наклонно-направленных и
горизонтальных скважин, где проблема замещения бурового раствора
цементным по всему кольцевому пространству стоит особенно остро.

15.

14
Движение различных жидкостей в
горизонтальной скважине в процессе
цементирования колонны

16.

15 Эффекты вращения
эксплуатационной колонны при
В условиях ламинарного
течения …
цементировании
Весь расход потока буферных жидкостей и
цементного раствора протекает по верхней
части ствола
Между высокоскоростным потоком цементного
раствора и глинистым раствором находится
разделяющая их мертвая зона
Вращение колонны в процессе
цементирования позволяет
поднимать глинистый раствор в
зону потока и производить боле
качественную замену бурового
раствора на цементный.

17. 16 Вращающаяся подвеска хвостовика и цементировочная головка

Базовый порядок работ:
1.
2.
3.
4.
5.
Хвостовик спускается на фактический
забой.
Подвеска хвостовика сажается
гидравлически. (Тест на натяжку, чтобы
убедиться, что подвеска села)
Применяется верхний привод с вращаемой
цементной головкой для вращения
хвостовика.
Цементный хвостовик. Остановить
вращение когда цемент дойдет до места.
Пробка, посадить пакер хвостовик (если
применяется). Выход из скважины с
инструментами.
Вращающийся вертлюг- дает возможность вращать бурильную
трубу/хвостовик при цементировании хвостовика.

18.

17
Оценка качества крепления по
заключению ГИС

19.

18
Результаты исследования
эксплуатационной колонны скв. №
15087
ГК, НГК, Каверномер, АКЦ-8С, МАК
У поверхности земли
влияние долива
цемента сверху
Интервал установки
наливного пакера ТАМ

20.

19 Сравнение качества цементирования в
режиме вращения - слева и в статике справа

21. 20 Цементы используемые для крепления продуктивных горизонтов

Тампонажный портландцемент высокой сульфатостойкости ПЦТ I-G-CC-1
№ п/п
Прочность
Прочность
сроки
цементного
цементного
схватывания
консистенция
Состав раствора
камня через 8час.
цемента
плотность растекаемость водоотделение камня через 8час.
(мин-е.к.)
0
0
при
t=38
при
t=60
(час-мин)
3
(кг/м )
(мм)
(мл)
атмосферные
условия
добавки
в/с
изгиб сжатие изгиб сжатие
начало конец
(%)
1
0,44
б/д
1900
247
0,9
1,74
5,56
3,69
15,2
90мин - 17е.к.
5 - 00
5 - 45
2
0,44
1% NaCl +
2% CaCl2
1850
260
0
3,37
14,7
5,37
24,6
90мин - 16е.к.
2 - 24
3 - 10
Расширяющийся тампонажный материал с пониженной водоотдачей (РТМ-50ПВ)
№
п/п
1
Состав раствора
в/с
добавки (%)
0,44
0,005% НТФК
сроки
схватывания
прочность
консистенция
плотность растекаемость водоотделение
цементного
(мин-е.к.) цемента
(час-мин)
3
(кг/м )
(мм)
(мл)
камня через 24 атмосферные
часа (МПа) изгиб
условия
начало конец
1900
250
1
5,2
90мин - 30е.к.
3 - 40
4 - 20
тонкость
помола
(%)
Тампонажный портландцемент ПЦТ II-50
2
3
0,5
0,5
б/д
2% CaCl2
1840
1840
227
219
1,6
0,1
4,68
4,25
90мин - 14е.к.
90мин - 11е.к.
5 - 40
2 - 40
6 - 35
3 - 20
5,1
5,1
4
0,5
1%NaCl +
2%CaCl2 + 0,25%
PVA
1850
213
0,1
4,24
90мин - 11е.к.
2 - 40
3 - 15
5,1
5
0,5
1%NaCl +
2%CaCl2
1850
223
0,1
4,51
90мин - 11е.к.
2 - 30
3 - 05
5,1

22. 21 Облегченные цементные смеси используемые при креплении обсадных колонн

Сухая цементная смесь цемента марки ПЦТ II-50 и глинопорошка ПБН
№
п/п
Состав раствора
плотность
(кг/м3)
растекаемость
(мм)
прочность
консистенция
водоотделение
цементного
(мин-е.к.)
(мл)
камня через 48
атмосферные
часов (МПа) изгиб
условия
в/с
добавки (%)
1
0,7
10% ПБН
1640
260
7,5
1,94
2
0,7
10%ПБН +
3%NaCl
1630
260
7,1
1,85
сроки
схватывания
цемента
(час-мин)
начало
конец
90мин - 5е.к.
10 - 30
11 - 50
90мин - 5е.к.
9 - 40
10 - 55
6 - 20
7 - 25
90мин - 5е.к.
12 - 35
20 - 10
90мин – 9е.к.
7 - 30
8 - 50
90мин – 5е.к.
9 - 35
10 - 35
Сухая цементная смесь цемента марки ПЦТ II-50 и АСПМ
3
0,5
15% АСПМ
1540
209
2,4
3,83
90мин - 12е.к.
Седиментационно устойчивый тампонажный материал (СУТМ)
4
0,6
б/д
1470
260
0
1,1
Сухая цементная смесь ПЦТ III - Об 5-50
5
0,9
б/д
1520
234
2,8
0,93
Облегченный тампонажный материал ОТМ-5
6
0,86
0,1% Пента-465
1530
250
2,5
2,6

23. 22 Тампонажный цемент для крепления обсадных колонн битумных скважин

Активированный высокотемпературный армированный тампонажный материал Aktive II 160A
№
п/п
1
Состав раствора
в/с
добавки (%)
0,45
б/д
плотность
(кг/м3)
1820
растекаемость
(мм)
228
прочность
водоотделение цементного камня
(мл)
через 48 часов
(МПа) изгиб
0
3,12
консистенция
(мин-е.к.)
атмосферные
условия
90мин - 21е.к.
сроки
схватывания
цемента
(час-мин)
начало
конец
2 - 15
2 - 45

24.

23
Основные свойства «Super-K»
Гранулы с закрытыми внутренними порами, особого качества, изготовлены из
вторичного стекла. Основные свойства:
•Размер гранул 0,25 – 0,8 мм.
•Наполнители цемента с низкой плотностью: 0,54 г/см³ и 1,0 г/см³
•Стабилен до +600ºС.
•Теплоизоляционные свойства снижают потерю теплоты гидратации.
•“Зеленый “ (экологически чистый) стеклянный наполнитель /расширитель
цемента, неволокнистый, 100% минеральный, испытан на щелочно-кремнивые
реакции, безопасен для здоровья, неканцерогенен, соответствует требованиям
HOCNF.
•Легок в обращении, нет необходимости применять особые меры предосторожности,
безопасен при перевозке, требуется только сухое хранение.
•Устойчив к температурным изменениям, морозостойкий, долгосрочный срок
хранения.
•"Super-K" и “SafeCem” можно применять незамедлительно; дополнительные
затраты на оборудование НЕ требуются .

25.

24
Стабильность при давлении и заданное водопоглощение
Одним из уникальных свойств “Super-K” & “SafeCem”
является “исходное заданное водопоглощение жидкости” при
низком давлении. Небольшое количество жидкости
поглощается гранулой, затем «возвращается» в раствор при
водопотребительной экзотермической реакции во время
гидратации цемента.
Дополнительная жидкость в цементном растворе
обеспечивает более полный химический процесс, что, в свою
очередь, улучшает сцепление, так как частицы цемента
проникают во внешние поры гранул и, таким образом,
улучшаются свойства цементного камня.
Гранулы «стабилизируются» после завершения процесса
«исходного заданного водопоглощения». Данное “полустабильное состояние” остается до величины давления ≈ 62
МПа (620 бар/9000 psi) как показано на графике ниже
(график отображает только тенденцию «поведения» и
зависит от вида испытуемого материала
Шероховатая и
частично открытая
наружная поверхность
стеклянных гранул
накапливает
жидкость,
обеспечивая
улучшение сцепления
цементного камня.

26.

25
Цементный наполнитель нового поколения меняет
правила
“Низкая плотность, высокая прочность и короткое время застывания”
Растворы "Super-K" обеспечивают стремительный набор прочности с
начала процесса схватывания когда раствор начинает терять
гидростатическое давление до полного их затвердевания (почти right-angle
setting).
Стремительное развитие прочности способствует предотвращению
миграции газа и жидкостей во время критической фазы перехода раствора с
жидкого в твердое состояние.
Этот уникальный эффект присутствует даже без добавок,
предотвращающих миграцию газа, при этом сохраняется отличная высокая
прочность на сжатие.
Цементная смесь плотностью 1,70 г/см³ (14,18 ppg) с наполнителем “SuperK” широко применяется с очень хорошими и предсказуемыми результатами.
Необходимы только стандартные добавки, такие как: понизители
водоотдачи, замедлители или ускорители, пеногаситель и.т.п.

27.

26
Цементный наполнитель нового поколения меняет
правила
Обычно применяемые
облегченные тампонажные
растворы плотностью 1,7 г/см³
(14,18 ppg) имеют прочность на
сжатие всего лишь 5,51 -10,34
MПa (800 - 1500 PSI) через 24
часа.

28.

27
Результаты анализа ПЦТ-II-50 с Super-K

29.

28
Практичность в использовании
"Super-K" поставляется в больших мешках
Мало или нету пыли
Легок в обращении
Безопасен при вдыхании

30.

29
Гомогенная цементирующая среда
Результат:
Равномерное
распределение
"Super-K" в
затвердевшем
цементном растворе

31.

Данные ООО «ЛУТР»по цементированию с
применением наполнителя SUPER-K
30
Данные ООО "ЛУТР" по цементированию эксплуатационных колонн инертным наполнителем SUPER-K за 2013 г.
№ п/п
№ скважины
Заказчик
Дата
крепления
Конструкция
Количество
скважины
(Øмм- материала SuperK (т)
Нм)
Данные по
цементирования
Коэффициент качества
цементирования
Параметры раствора
Рраб (атм) Рстоп (атм)
К15
К16
Примечание:
объем продавки(м3),
цем-а на устье(м3),
данные СГДТ
I квартал
1
717
ТНЛенРемСер
26.01.2013
127-2137
1,523
100
130
0,36
0,605
г.р.1,39/60/5
21,8-0
2
32627
АлН
24.03.2013
168-1647
8,4
140
180
0,855
0,97
г.р.1,14/4/40/9
30,3-2
3
9738 з
АзН
25.03.2013
102-1837
0,432
80
120
0,73
0,673
г.р.1,29/43/4
6,9-1
II квартал
4
958 абс
АзН
02.04.2013
102-1864
1
70
110
0,799
0,813
г.р.1,26/35/5/8
6,4-1,5
5
20101
АлН
04.04.2013
168-1889
9,543
150
190
0,9
0,982
г.р.1,25/35/3/8
36,2-0,1
6
13032 д
АзН
08.04.2013
168-1817
7,5
100
140
0,632
0,856
г.р.1,20/34/7/8
35-0
7
28365 д
АзН
18.04.2013
168-1665
1,5
85
125
0,646
0,472
г.р.1,35/80/8/8
30,8-10
8
2036 б
АзН
24.04.2013
168-1952
10
120
160
0,725
0,718
г.р.1,12/35/5/9
33,7-8
9
28372 б
АзН
09.05.2013
168-1660
8
180
230
0,863
0,932
г.р.1,19/120/26/6
22,5-15
10
11060
НН
30.05.2013
168-1165
5,625
80
120
нет ГИС
11
9007
БН
12.06.2013
168-1922
9,2
90
130
0,915
0,791
г.р.1,08/37/5/9
35,4-5
г.р.1,12/40/6/8
III квартал
1
2271 г
ПрН
04.07.2013
168-1137
4,696
90
130
0,732
0,627
г.р.1,12/36/5,5/8
22,1-6
2
30480
ДН
11.07.2013
168-1876
6,8
80
130
0,231
0,925
г.р.1,13/30/6,0/8
36,3-6
3
6613 д
ДН
20.07.2013
146-1757
8,9
110
140
0,926
0,957
г.р.1,30/35/5,0/9
24,5-7
4
740
СадакаОйл
27.07.2013
127-2281
0,492
100
120
нет ГИС
г.р.1,24/30/4,0/9
23-4,8
5
20892
АлН
14.08.2013
146-1196
10,2
60
100
0,973
0,739
г.р.1,30/30/6,0/8
32-3
6
24589 б
АзН
16.08.2013
168-1675
9
125
160
0,623
0,578
г.р.1,25/35/6/8
32-15-16
7
9853 б
АзН
24.08.2013
168-1786
9
170
200
0,917
0,919
г.р.1,20/35/5,0/9
35-16
102,811
кол-во

32.

31
Буферная жидкость
“SafeCem” SPACER
Буферная жидкость контролирует:
Поглощения цементного раствора в пласт во время закачки.
Проникновение газа после закачки цементного раствора.
Функции цементного буфера “SafeCem”- SPACER:
Совместим как с буровым раствором, так и с цементом.
Разделяет буровой раствор от цементного растора.
Очищает ствол скважин от бурового раствора и шлама.
Поддерживает контроль скважины.
Защищает продуктивные пласты от проникновения фильтрата.
Обеспечивает хорошее сцепление цементного камня.

33.

32
Образование мембраны
Уникальный порошковый полимер образует биологически разлагаемую
мембрану
Мембрана останавливает проникновение жидкости и образование корки по стволу
скважины от:
Оставшегося буфера
Цементного раствора во время его закачки 99 % восстановление проницаемости
породы
Данная мембрана биологически разлагается через ≈ 3 недели, в зависимости от
температуры на забое.

34.

33
Отличие нового буфера от аналогичных
Выполняет все стандартные функции буферной жидкости.
Останавливает проникновение частиц жидкости в пласт.
Контролирует фильтрацию;
Формирует непроницаемую мембрану, в отличие от корки.
Предотвращает проникновение цементного раствора в пласт во время закачки.
Уменьшает газопроявления после цементирования
Предотвращает оседание цементного стакана после цементирования.
Характеристики ” SafeCem” SPACER
Рецептура подобрана для того, чтобы обеспечить удаление бурового раствора.
Можно изменять удельный вес до 2,28 г/см3.
Обеспечивает отличную стабильности жидкости до t=205 C° (400 F°)
Уникальный биологически разлагаемый полимер образует непроницаемую
мембрану по всему стволу скважины.
Мембрана предотвращает дальнейшее отложение глинистой корки на стенке
ствола скважины, поглощения фильтрата цементного раствора.

35.

34
Препятствует газопроявлениям после закачки
цементного раствора
Препятствует газопроявлениям в затрубном пространстве
после закачки цементного раствора
Низкопроницаемая мембрана препятствует проникновению
фильтрата цементного раствора в пласт
Как во время, так и после закачки цемента.
Способствует более длительному поддержанию
гидростатического давления во время переходной фазы с
жидкой в твердую
Больше жидкости, более полная экзотермическая реакция
цементного раствора более прочный и более гибкий
цементный камень.
Препятствует, таким образом, газопроявлениям во время
застывания цементного раствора

36.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ