Строительство скважины состоит из двух основных последовательных процессов - бурение и крепление, включающих в себя множество сопутствующих операций. В понятие "крепление скважины" входит не только цементирование заколонного пространства, но и непосредственно спуск обсадной колонны. Как следствие, оценка качества крепи скважины включает два понятия: герметичность обсадной колонны и герметичность цементного кольца.
Важнейшее условие обеспечения герметичности заколонного пространства скважин – наиболее полное замещение бурового раствора тампонажным раствором в интервале цементирования и сцепление цементного камня с обсадными трубами и горной породой, но качество крепления обсадных колонн в настоящее время определяется неоднозначно, а существующие методы оценки порой дают противоречивые и взаимоисключающие результаты.ростая схема крепления скважины
Надежность разобщения пластов и крепи в значительной степени определяется геометрией затрубного сечения, последствиями физико-химического взаимодействия промывочной жидкости и горной породы, полнотой замещения и вытеснения бурового раствора тампонажным, а также свойствами фильтрационной корки и качеством ее разрушения при спуске колонны. В теории, непрерывный однородный цементный камень должен сформироваться в небольшом, близком к кольцевому сечению зазоре протяженностью несколько километров, что на практике реализовать практически невозможно. Развитие наклонно-направленного и горизонтального бурения усложняет этап строительства скважины и в целом процесс крепления по прежнему остается очень ресурсо- и трудоемким. Вместе с тем технологии и методы крепи скважин не перестают развиваться и требуют точных методов оценки качества крепи скважин.
Причины негерметичности и понятие качественного цементирования скважины
Рассмотрим основные известные причины возможной негерметичности скважины:
1. Низкая прочность цемента
2. Плохое вытеснение глинистого раствора цементным
3. Односторонний подъем цементного раствора
4. Недоподъем цементного раствора»
5. Плохое сцепление
6. Цементный раствор смешался с глинистым»
7. Седиментация цементного раствора после задавливания его в заколонное пространство
8. Падение давления на продуктивный (газовый) пласт в процессе твердения цементного раствора
9. Зависание цемента
10.Диффузия газа через цементный камень
11.Сверхдиффузия
12.Прочие причины
Под трактовкой понятия качественного цементирования скважины, в основном понимается:
1. Обеспечение заданной высоты подъема цементного раствора
2. «Качественная» цементограмма, проведенная после обработки зоны цементирования (ОЗЦ). Ныне для этих целей повсеместно (и в зарубежной практике) применяется косвенный акустический метод контроля. Но данные о «качестве» цементирования, основанные на показаниях цементомера, не могут быть предметом обсуждения, так как, кроме высоты подъема цементного раствора ничего характеризовать не могут;
В отечественной и зарубежной практике отсутствуют разработки методических основ выбора или определения критериев качества отдельных этапов буровых работ, таких как, например, сооружение крепи или скважины в целом. В отрасли не существует какого-либо нормативного документа, который бы определял единые правила оценки технического уровня крепи скважины.
Существующие критерии и методы оценки качества работ по креплению скважин (герметичность обсадных колонн, высота подъема цементного камня за колонной, состояние контакта колонны с тампонажным камнем и камня со стенками скважины) слабо характеризуют функциональные свойства крепи и явно недостаточны для полной её оценки. Многие важные показатели качества крепи, такие как надежность, технологичность, экологичность, качество затвердевания и ряд других, не учитываются вовсе. Это затрудняет анализ и оценку влияния применяемых технических средств на процесс формирования качества крепи скважин.
Оценка качества крепи скважины
Многообразие свойств крепи и необходимость оценки ее качества обусловливают наличие характеризующих ее показателей. Однако имеется целый ряд экономических, организационных и социальных аспектов, требующих установления единого количественного показателя качества крепи, достоверно отражающего качество объекта.
Существует одна из множества структур показателей качества крепи скважины:
1. Показатель назначения
- Классификационный показатель, включающий в себя: прочность колонны при воздействии наружного давления; прочность колонны при воздействии внутреннего давления; ударная стойкость цементного камня; коррозионная стойкость цементного камня; прочность цементного камня.
- Показатель функциональной и технической эффективности, описывающий: пропускную способность колонны; герметичность колонны; степень изоляции пластов; осевую деформационную устойчивость колонны; степень интегрирования колонны; интенсивность искривления ствола скважины; кавернозность ствола скважины.
- Конструктивный показатель включающий в себя: совершенство обвязки колонны; совершенство соединений труб; высоту подъема цемента; высоту цементного стакана; оснащенность колонны скребками; оснащенность колонны пакерами.
- Показатель состава и структуры: структура цементного раствора и компонентный состав цементного раствора.
2. Показатель надежности
- Показатель безопасности описывающий: Наработку до отказа, средний срок службы до списания.
- Показатель долговечности, включающий в себя: Средний срок службы до списания.
- Показатель ремонтопригодности: Средняя трудоемкость ремонта.
- Показатель сохранности: Срок сохраняемости
3. Показатель технологичности
- Показатель трудоемкости.
- Показатель материалоемкости, включающий в себя: Металлоемкость, расход цемента, расход глинопорошка
- Показатель себестоимости описывающий себестоимость крепи
4. Экологический показатель, включающий в себя: межпластовое перекрытие; степень перелива через межколонное пространство.
Исходя из перечисленных пунктов, можно сделать заключение, что надежность крепи скважины характеризуется показателями безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Стоит отметить, что оценка качества крепи должна отражать не только соответствие отдельных показателей заданным значениям, но и степень оптимальности распределения затрат материалов, труда, времени и средств при реализации процесса крепления скважин.
Существующие современные отечественные и зарубежные технологии позволяющие нам получить многие необходимые данные для оценки качества крепи скважины. К ним относятся разного рода приборы, такие как акустические, электрические,термометрические, механические и гамма-гамма каротажи:
- Изоляционные сканеры (IBC),позволяющие достаточно точно оценить гидроизоляцию затрубного пространства в скважинах, даже в тех, которые зацементированы облегченным раствором, путем комплексирования импульсных ультразвуковых замеров и затухания изгибных волн. Выявляет каналы в цементном кольце, оценивает коррозийный износ обсадной колонны и ее эксцентриситет.
- Ультразвуковые Имиджеры (USI),оценивающие качество цементирования и коррозийного износа обсадной колонны.
- Акустические цементомеры, определяющие качество сцепления цемента с обсадной колонной, согласно стандартам отрасли. Основан на измерении затухания продольной упругой волны, распространяющейся по обсадной колонне, цементу и породе.
-Многорычажные каверномер (PMIT), предоставляющие замеры внутреннего радиуса обсадной колонны и НКТ
- Ультразвуковые сканеры обсадной колонны (UCI)- Обнаруживает и оценивает коррозийный износ на обсадной колонне
- Электромагнитные дефектоскопы (EMIT) –способные предоставить информацию целостности обсадной колонны без подъема НКТ на устье скважины.
- Гамма-гамма каротажи.Разница в плотности затвердевшего цемента и контактирующей с ним жидкости (пластовой или промывочной) позволяет использовать гамма-гамма-каротаж. Регистрируют одновременно несколькими детекторами, расположенными по периметру прибора, интенсивность рассеянного гамма-излучения. Совпадение всех кривых указывает на качественное цементирование. Причинами расхождения кривых и смещения их относительно друг друга могут быть: эксцентриситет обсадной колонны, несплошная или односторонняя заливка, отсутствие цемента за колонной.
