Грифон– это выход природного газа на поверхность земли за пределами буровой установки.
Межколонные проявления – это переток пластового флюида из нижележащих пластов в вышележащие через цементный камень за обсадными колоннами.
Бороться с грифонами и межколонными проявлениями если и можно, то достаточно сложно. Например, если недалеко есть напорная скважина (скважина ППД), то можно снизить производительность ее работы или вовсе остановить, чтобы понизить пластовое давление.
Гораздо проще исключить возможность образования этих явлений.
Главной причиной и грифона образований и межколонных проявлений специалисты считают некачественное цементирование обсадных колонн.
Именно о проблеме крепления скважин, я и хочу сегодня поговорить.
Крепление скважины – это процесс спуска в скважину обсадных колонн для укрепления стенок скважины и процесс заполнения пространства между стенками скважины и обсадной колонной (заколонное пространство) тампонажным материалам для изоляции продуктивных горизонтов от других горных пород. В виде тампонажного раствора чаще всего используют цементный раствор, а сам процесс называют цементажом.
Хочется отметить, что ведущие специалисты крупных международных компаний самым важным технологическим процессом при строительстве нефтяных и газовых скважин считают именно процесс крепления.
На практике доказано, что от качества цементажа обсадных колонн напрямую будет зависеть срок ее безремонтной эксплуатации, а значит и будущая прибыль.
Что такое качество цементажа и какие факторы на него влияют?
Итак, после закачки в заколонное пространство, цементный раствор через определенное время (время ожидания затвердевания цемента, ОЗЦ) должен превратиться в цементный камень. Я перечислю только основные требования, которые предъявляются к цементному камню.
Качественный цементный камень должен:
- быть непроницаем для газа и жидкости;
- быть достаточно прочным, чтобы выдерживать все нагрузки как во время строительства скважины, так и во время ее эксплуатации;
- обладать антикоррозионными свойствами для защиты обсадных колонн;
- и т.д.
Чтобы обеспечить достойное качества цементного камня, начинать надо с подготовки ствола скважины к спуску обсадной колонны. Ствол скважины, как минимум, должен быть гладким, без резких перегибов и каверн.
Небольшое отступление, еще совсем недавно, в нашей стране самым популярным забойным двигателем был турбобур. В мягких горных породах и породах средней твердости, данный гидравлический двигатель, за счет высоких скоростей вращения долота, обеспечивает самые высокие механические скорости бурения. Темпы строительства скважин постоянно увеличивались, соответственно уменьшалась себестоимость.
Для справки, иностранные компании предпочитают роторный способ бурения, а если он невозможен, применяют ВЗД.
Справедливости ради, нужно отметить, что такая приверженность роторному способу бурения в настоящее время объясняется наличием у этих компаний роторных управляемых систем.
Но тем не менее, факт остается фактом, при бурении турбобуром, особенно в паре с шарошечным долотом, за счет высокой вибрации на стенках скважины образуется спиралеобразная выработка, которая в последствии крайне негативно влияет на спуск обсадных колонн и качество проведения цементажа.
Я не буду подробно останавливаться на процессе подготовки ствола скважины к спуску обсадной колонны. Есть специальный регламент, если будет интересно, всегда можно почитать. Можно проработать перед спуском колонны зоны каверно образований, зоны резких перегибов ствола, но исправить последствия работы турбобура будет невозможно.
Еще один важный фактор, который оказывает непосредственное влияние на качество цементажа – это буферная жидкость. К сожалению, в нашей стране этот фактор явно недооценен.
Буферная жидкость, в первую очередь, предназначена для уменьшения плотности и вязкости бурового раствора перед закачкой цементного раствора.
Проще говоря, буферная жидкость улучшает замещение бурового раствора цементным раствором при подъеме последнего в заколонном пространстве.
Цементный раствор должен полностью вытеснить и заменить собой буровой раствор. С одной стороны цементный раствор должен обеспечить плотный контакт с металлической поверхностью обсадной колонны, с другой стороны заполнить собой все микротрещины в стенках скважины. В этом случае будущий цементный камень будет представлять из себя непроницаемую, прочную изоляционную прослойку между горной породой и обсадной колонной.
Буферная жидкость, как правило, представляет из себя техническую воду с добавлением химреагентов и ПАВ. За счет разности плотностей (плотность буфера должна быть существенно меньше плотности бурового раствора), буферная жидкость уменьшает плотность и вязкость, например, глинистого бурового раствора, что существенно улучшает его замещение цементным раствором, химреагенты и ПАВ помогают удалить глинистую корочку со стенок скважины и остатки бурового раствора с обсадной колонны.
Нужно помнить, что снижение плотности бурового раствора, может привести к снижению забойного давления и возникновению ГНВП. С одной стороны, чем больше буферной жидкости закачаем в скважину, тем выше будет качество цементного камня, с другой стороны, снижение плотности бурового раствора может привести к ГНВП.
При определении объема буферной жидкости, нужно руководствоваться безопасным уровнем понижения давления в скважине.
Еще одним очень важным фактором, который влияет на качество цементажа обсадных колонн является водоцементное соотношение (В/Ц).
В процессе приготовления цементного раствора, сухая цементная смесь затворяется водой. С недавних пор, настоятельно рекомендуется в виде жидкости затворения использовать только пресную воду без каких-либо добавок. В идеале, с точки зрения качества цементного камня, цементный раствор должен состоять только из воды и цемента, но, к сожалению, так не получается. Для регулирования свойств цементного раствора, в состав сухой цементной смеси вводят различные реагенты. Создать рецептуру сухой цементной смеси – очень сложная задача.
Экспериментально установлено, что при затворении сухой смеси водой, водоцементное соотношение должно быть на уровне 0,4-0,5 по объему, т.е., проще говоря, воды должно быть примерно в два раза меньше, чем сухого цемента. В этом случае, качество цементного камня будет максимально возможным.
После окончания продавки цементного раствора в заколонное пространство в процессе цементажа, из-за высокой плотности цементного раствора (как правило, 1,8-1,9 г/см3), начнется интенсивная фильтрация жидкой фазы цементного раствора в стенки скважины. При этом нарушается водоцементное соотношение. В процессе твердения, может не хватить жидкости для того, чтобы весь цемент вступил в реакцию с жидкостью затворения. Это приведет к тому, что цементный камень будет рыхлым и проницаемым.
Чтобы этого избежать, необходимо с особой тщательностью регулировать время схватывания цементного раствора. Время схватывания – это промежуток времени от момента затворения сухой цементной смеси водой, до момента потери подвижности цементного раствора. В этот момент цементный раствор уже не жидкость, но еще и не камень. В идеале, цементный раствор должен схватиться сразу после момента «СТОП» (момент окончания продавки цементного раствора в заколонное пространство). В этом случае, объем фильтрата раствора в стенки скважины будет минимальным.
Но есть другая проблема, если в процессе цементажа что-то пойдет не по плану, то цементный раствор может схватиться внутри обсадной колонны. Такую аварийную ситуацию на сленги называют «поймать козла». Исправить ситуацию практически невозможна, и, скорее всего, скважина будет потеряна.
Регулировать время схватывания цементного раствора можно в достаточно широких пределах, путем ввода специальных химических реагентов в состав сухой смеси (напомню, в состав жидкости затворения вводить химреагенты не рекомендуется).
Нужно точно рассчитать необходимое количество времени на проведение всех технологических операций от момента затворения сухой цементной смеси водой, до момента окончания цементажа. Специализированная организация, которая будет разрабатывать рецептуру сухой смеси, создаст сухую смесь, у которой время схватывания будущего цементного раствора будет ненамного, но все-таки превышать затраты времени на проведения цементажа. Этот очень сложный процесс, который под силу только профессионалам высокого класса.
Сам процесс цементажа непродолжителен по времени, но в процессе его проведения не должно быть никаких остановок или заминок.
В конечном итоге, хотим мы этого или нет, все, как всегда, упирается в человеческий фактор. От каждого участника процесса цементажа обсадных колонн, начиная с разработки проекта и заканчивая оператором по цементажу, зависит качество цементного камня и, в том числе, наличие или отсутствие грифонов и межколонных проявлений.