4. Установка цементных мостов

Мостом называют искусственное сооружение, полностью пе­рекрывающее поперечное сечение скважины (или обсадной ко­лонны) на участке сравнительно небольшой длины, удаленном, как правило, от забоя. Мосты могут быть резиновые, пласт­массовые, металлические, цементные и из других материалов.

Мосты устанавливают для решения следующих задач: а) временного или постоянного разобщения нижезалегающих проницаемых пластов от вышезалегающих (например, при оп­робовании методом «снизу вверх», при переходе от эксплуата­ции нижнего истощенного продуктивного горизонта к эксплуа­тации верхнего горизонта и т.п.); б) устранения опасности из-лива пластовых жидкостей в атмосферу после ликвидации сква­жины или при временной консервации ее; в) создания прочной опоры для колонны труб в период пакеровки скважины при оп­робовании перспективных горизонтов; г) создания прочной опоры при забурнвании бокового ствола; д) укрепления неус­тойчивых, осыпающихся или размываемых потоком промывоч­ной жидкости пород.

Разработано множество способов установки мостов: с помощью заливочных труб, опускаемых на кабеле желонках и т.п. Наиболее часто используют цементные мосты, создаваемые путем транспортирования раствора вяжущего по колонне труб (бурильных, НКТ)

Наиболее эффективным является следующий способ создания цементного моста. В скважине немного ниже нижней границы участка, в котором требуется создать мост, устанавливают разбуриваемый пакер или манжетную пробку, исключающие возможность оседания вниз столба тампонажного раствора. До нижней границы этого участка спускают колонну труб и тщательно промывают скважину. Если в пределах участка имеются каверны, в состав колонны включают приспособление с боковыми гидромониторными насадками и сильными струями вымывают из каверн загустевшую промывочную жидкость и шлам. Во время промывки во всех случаях целесообразно вра­щать и расхаживать колонну труб. При наличии каверн расха­живать следует на такую длину, чтобы струи, вытекающие из гидромониторных насадок, могли поражать всю поверхность кавернозных интервалов.

После промывки в колонну труб последовательно закачи­вают первую порцию буферной жидкости, порцию тампонажно­го раствора возможно более жесткой- консистенции, вторую порцию буферной жидкости и порцию продавочной жидкости.

Тампонажный раствор отделяют от обе­их порций буферной жидкости двумя разделительными пробками. По оконча­нии закачки порции продавочной жидко­сти колонну труб приподнимают с не­большой скоростью несколько выше верхней границы будущего моста и тща­тельно промывают скважину. Затем тру­бы поднимают на дневную поверхность, а скважину оставляют в покое для твер­дения тампонажного раствора.

Вытеснение тампонажного раствора продолжают до момента достижения ра­венства давлений в кольцевом простран­стве и в колонне труб у башмака (ба­лансовый принцип). Чтобы облегчить решение задачи об определении момен­та прекращения цементировочной опера­ции, плотности обеих порций буферной жидкости делают одинаковыми, так же как и плотности промывочной и прода­вочной жидкостей. Объем второй пор­ции буферной жидкости рассчитывают так, чтобы высота столба ее в колонне труб была равна высоте столба первой порции в кольцевом пространстве, а объ­ем порции продавочной жидкости так, чтобы в момент окончания закачки ее уровни тампонажного раствора в коль­цевом пространстве и в колонне были одинаковыми.

Тампонажную смесь для создания моста следует выбирать с учетом температуры и давления в заданном интервале сква­жины. Раствор должен иметь возможно меньшее относительное водосодержание, короткие сроки загустевания и схватывания, достаточные, однако, для выполнения цементировочной опера­ции; камень должен иметь возможно более высокую прочность, быть практически непроницаемым при тех перепадах давлений, которые могут действовать на мост. Желательно, чтобы твердение шло с расширением камня.

Объемы тампонажного раствора и других жидкостей, необходимых для выполнения цементировочной операции, рассчи­тывают по эмпирическим формулам. [ВНИИКРнефти]

Объем тампонажного раствора

продавочной жидкости

%

буферной жидкости

где F_c, F_тр, F_к.п.— соответственно площади поперечного сечения скважины в интервале установки моста, колонны труб и коль­цевого пространства; V_тр — внутренний объем колонны труб; H_м —проектная длина моста; с₁,с₂,с₃,с₄ —эмпирические коэф­фициенты, учитывающие потери тампонажного раствора на стенках труб, при смешивании со смежными жидкостями, а также потери буферной жидкости при движении по колонне труб и кольцевому пространству. Ориентировочные значения этих ко­эффициентов для случая цементирования без разделительных пробок приведены табл.

По характеру действующих нагрузок можно выделить две категории мостов: 1) испытывающих давление жидкости или газа и 2) испытывающих нагрузку от веса инструмента во время забуривания второго ствола, применения испытателя пластов или в других случаях.

Мосты, относящиеся ко второй категории, должны помимо газоводонепроницаемости обладать весьма высокой механичес­кой прочностью.

Высоту моста определяют по следующим формулам

где Н₀ - глубина установки нижней части моста; Q_M - осевая нагрузка на мост, обусловливаемая перепадом давления и раз­грузкой колонны труб или испытателя пластов; D_c - диаметр скважины; [τ_м] - удельная несущая способность моста, значе­ния которой определяются как адгезионными свойствами тампонажного материала, так и способом установки моста; где р_м - максимальная величина перепада давлений, действу­ющего на мост при его эксплуатации; [∆р] - допустимый гради­ент давления прорыва флюида по зоне контакта моста со стен­кой скважины; эту величину также определяют в основном в зависимости от способа установки моста, от применяемых тампонажных материалов.

Из значений высоты цементных мостов, определенных по формулам, выбирают большее. Ориентировочные значения [τ_м], [∆р] при установке мостов через заливочную ко­лонну с применением раствора из портландцемента в зависимо­сти от технологии установки приведены в табл.

Практика работ показывает, что если при испытании на проч­ность мост не разрушается при создании на него удельной осе­вой нагрузки 3,0-6,0 МПа и одновременной промывки, то его прочностные свойства удовлетворяют условиям как забуривания нового ствола, так и нагружения от веса колонны труб или испытателя пластов.

При установке мостов для забуривания нового ствола к ним предъявляется дополнительное требование по высоте. Это обус­ловлено тем, что прочность верхней части (Н₁) моста должна обеспечить возможность забуривания нового ствола с допусти­мой интенсивностью искривления, а нижняя часть (Н₀) - на­дежную изоляцию старого ствола.

где R_c - радиус искривления ствола.

Опыт бурения и эксплуатации скважин показывает, что оп­тимальное значение интенсивности искривления ствола состав­ляет 1-2 на 10 м, что соответствует радиусу искривления более 500 м. Значение Н₀ определяют из условий определения Н_м.

После образования цементного камня достаточной прочно­сти в скважину спускают колонну труб с долотом, уточняют по­ложение верхней границы моста, разбуривают слабую верхнюю часть его и проверяют герметичность моста путем уменьшения давления на него сверху либо с помощью пластоиспытателя, спускаемого на колонне труб, либо посредством аэрации и сни­жения уровня жидкости. Если мост оказался негерметичным, разрушился или сме­стился вверх при такой проверке, его разбуривают и операцию повторяют заново.