RU2794264C2

RU2794264C2 - Method for cementing casing strings in presence of loss zones

Info

Publication number: RU2794264C2
Application number: RU2021115753A
Authority: RU
Inventors: Ильшат Назифович Каримов; Фарит Акрамович Агзамов; Рафаэль Сяитович Мяжитов
Original assignee: Мяжитова Елена Евгеньевна
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2023-04-13

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention can be used for cementing casing strings, especially in wells with formations with low absorption gradients. The claimed method for cementing casing strings in presence of loss zones includes pumping buffer fluid, cement slurry and displacement fluid into the casing string, followed by forcing the cement slurry into the annulus to a predetermined height. At the same time, before the buffer fluid is pumped into the casing string, a calculated amount of a polymer sealing composition with a given transition time to the elastic state is pumped into it, which is placed in the gap and above the loss formation, and then pressed into the loss formation and kept inside the formation for the estimated time to complete the process of polymer cross-linking and gaining structural strength and elasticity. After that, the well is flushed and cemented with a low-density cement slurry.

EFFECT: improving quality of casing string cementing in presence of loss zones.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн, особенно в скважинах, имеющих пласты с низкими градиентами поглощения.The invention relates to the oil and gas industry and can be used for cementing casing strings, especially in wells with formations with low absorption gradients.

Наиболее распространенным способом цементирования обсадных колонн является способ прямого одноступенчатого цементирования, заключающийся в том, что через цементировочную головку, расположенную на обсадной колонне, внутрь обсадной колонны последовательно закачиваются буферная жидкость и цементный раствор, которые затем через башмак обсадной колонны продавливаются в затрубное пространство и поднимаются в затрубном пространстве на необходимую высоту [Соловьев Е.М. Заканчивание скважин: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1979, - 303 с.].The most common method of cementing casing strings is the direct one-stage cementing method, which consists in the fact that through the cementing head located on the casing string, a buffer liquid and a cement slurry are sequentially pumped into the casing string, which are then forced through the casing shoe into the annulus and rise into annular space to the required height [Soloviev E.M. Completion of wells: Proc. for universities. - M.: Nedra, 1979, - 303 p.].

Недостатком данного способа является большая продолжительность операции цементирования, необходимость применения большого количества химических реагентов для регулирования прокачиваемости цементного раствора, большие давления на пласты и большие давления на цементировочных агрегатах, высокая степень загрязнения продуктивного пласта и др.The disadvantage of this method is the long duration of the cementing operation, the need to use a large amount of chemicals to control the pumpability of the cement slurry, high pressure on the formations and high pressure on the cementing units, a high degree of pollution of the productive formation, etc.

Для снижения вероятности поглощения тампонажных растворов при цементировании обсадных колонн до спуска обсадных колон проводится изоляция зон поглощения с применением различных наполнителей кольматирующих поглощающие пласты [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2 изд., перераб. и доп. М. Недра, 1987 с. 186-187]. Данная технология требует проведения отдельных операций по изоляции зон поглощения, связанных со спуском бурильного инструмента и закачку кольматирующих композиций, что приводит к большим затратам времени и материальных средств.To reduce the probability of absorption of cement slurries during cementing of casing strings, isolation of loss zones is carried out before running casing strings using various fillers that clog absorbing layers [Danyushevsky B.C., Aliev R.M., Tolstykh I.F. Reference guide to backfill materials. - 2nd ed., revised. and additional M. Nedra, 1987 p. 186-187]. This technology requires separate operations to isolate the absorption zones associated with the descent of the drilling tool and the injection of bridging compositions, which leads to a large expenditure of time and material resources.

Для снижения риска поглощений тампонажного раствора при цементировании широко применяют облегченные тампонажные растворы [Данюшевский B.C., Алиев P.M., Толстых И.Ф. Справочное руководство по тампонажным материалам. - 2 изд., перераб. и доп. М. Недра, 1987 с. 102-120]. Однако в интервале применения облегченных тампонажных растворов всегда ухудшается качество цементирования и снижается изоляционная способность образующегося камня из-за повышенной проницаемости и низкой прочности цементного камня.To reduce the risk of absorption of cement slurry during cementing, lightweight cement slurries are widely used [Danyushevsky B.C., Aliev R.M., Tolstykh I.F. Reference guide to backfill materials. - 2nd ed., revised. and additional M. Nedra, 1987 p. 102-120]. However, in the range of application of lightweight grouting slurries, the quality of cementing always deteriorates and the insulating ability of the resulting stone decreases due to increased permeability and low strength of the cement stone.

Известен способ изоляции зон поглощения в скважине (патент РФ №2111337 РФ, опубл. Бюл. №14, 1998), включающий последовательную закачку в скважину в зону поглощения вязкоупругого состава и затем цементного раствора. Однако этот способ требует обязательной выдержки вязкоупругого состава в скважине на гелеобразование, что увеличивает сроки ремонта и, следовательно, его стоимость.A method is known for isolating loss zones in a well (RF patent No. 2111337 of the Russian Federation, publ. Bull. No. 14, 1998), including sequential injection into the well into the absorption zone of a viscoelastic composition and then cement slurry. However, this method requires mandatory exposure of the viscoelastic composition in the well for gelation, which increases the repair time and, consequently, its cost.

Известен способ изоляции зон поглощения (патент РФ №2382174, опубликовано: опубл. Бюл. №5, 2010), заключающийся в последовательной закачке в скважину вязкоупругого состава и цементного раствора, при этом в зону поглощения закачивают концентрированный раствор реагентов, способных образовывать трехмерные структуры. Недостатком этого способа является большая продолжительность работ, связанная с подъемом бурильных труб, спуском обсадной колонны и последующим ее цементированием.A known method for isolating absorption zones (RF patent No. 2382174, published: publ. Bull. No. 5, 2010), which consists in sequentially pumping a viscoelastic composition and a cement slurry into the well, while a concentrated solution of reagents capable of forming three-dimensional structures is pumped into the absorption zone. The disadvantage of this method is the long duration of work associated with lifting drill pipes, lowering the casing string and its subsequent cementing.

Наиболее близким к заявляемому объекту является способ цементирования обсадных колонн путем закачки в обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора, продавочной жидкости с последующим продавливанием тампонажного раствора в затрубное пространство на заданную высоту (см. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: учебник для студентов вузов. - В 5 т. Т. 3 / под общ. ред. В.П. Овчинникова. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2014. с. 62-65). Недостатком прототипа является необходимость применения нескольких тампонажных растворов различной плотности.Closest to the claimed object is a method of cementing casing strings by pumping buffer fluid, cement slurry, displacement fluid into the casing string, followed by forcing the cement slurry into the annulus to a predetermined height (see Oil and gas well drilling technology: a textbook for university students. - In 5 volumes, V. 3 / under the general editorship of V. P. Ovchinnikov, Tyumen: Tyumen State National University, 2014, pp. 62-65). The disadvantage of the prototype is the need to use multiple cement slurries of different densities.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.The aim of the present invention is to eliminate these disadvantages.

Поставленная цель достигается тем, что в способе цементирования обсадных колонн при наличии зон поглощения путем закачки в обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора и продавочной жидкости с последующим продавливанием тампонажного раствора в затрубное пространство на заданную высоту, согласно изобретению до закачки буферной жидкости в обсадную колонну закачивают расчетное количество полимерной самосшивающейся герметизирующей композиции с заданным временем набора структурной прочности и эластичности, которую размещают в интервале и выше поглощающего пласта, а затем задавливают в поглощающий пласт, выдерживают ее внутри пласта расчетное время для перехода в упругое состояние, после чего проводят промывку скважины и проводят ее цементирование тампонажным раствором нормальной или пониженной плотности.This goal is achieved by the fact that in the method of cementing casing strings in the presence of absorption zones by pumping buffer fluid, cement slurry and displacement fluid into the casing string, followed by forcing the cement slurry into the annulus to a predetermined height, according to the invention, before pumping the buffer fluid into the casing string, estimated amount of polymeric self-crosslinking sealing composition with a given time of gaining structural strength and elasticity, which is placed in the interval and above the absorbing formation, and then pressed into the absorbing formation, kept inside the formation its cementing with cement slurry of normal or reduced density.

Сущность изобретения демонстрируется следующим примером.The essence of the invention is demonstrated by the following example.

В скважине глубиной 2500 м (по вертикали) диаметром 215,9 мм цементируется обсадная колонна 168,7×9,8 мм, спущенная до глубины 2495 м. Кондуктор диаметром 244,5 мм спущен на глубину 850 м. В интервале 1970-2000 м находится слабый пласт, в котором наблюдались поглощения различной интенсивности, вплоть до полных в процессе бурения промывочной жидкостью 1250 кг/м³. Попытки применить кольматирующие добавки и установки цементных мостов не дали результата.In a well with a depth of 2500 m (vertically) with a diameter of 215.9 mm, a casing string 168.7 × 9.8 mm is cemented, lowered to a depth of 2495 m. A conductor with a diameter of 244.5 mm is lowered to a depth of 850 m. there is a weak reservoir, in which losses of various intensity were observed, up to complete losses during drilling with a drilling fluid of 1250 kg/m ³ . Attempts to apply bridging additives and installation of cement bridges did not work.

После спуска обсадной колонны, оборудованной обратным клапаном, до проектной глубины и промывки скважины внутрь обсадной колонны закачивают 8,0 м³ полимерной герметизирующей композиции, которую прокачивают через башмак обсадной колонны расчетным количеством продавочной жидкости (воды), размещают в затрубном пространстве в интервале 1900-2010 м. Затем универсальным превентором перекрывают затрубное пространство и через линию глушения в затрубное пространство цементировочным агрегатом закачивают 7,5 м³ промывочной жидкости, обеспечивая продавливание полимерной герметизирующей композиции в поглощающий пласт. После этого скважину на 4 часа оставляют в покое для упрочнения полимерной герметизирующей композиции. С учетом времени проведения операций закачки и продавливания полимерной герметизирующей композиции (ПГК) 1,5 часа, время ее упрочнения по результатам лабораторных исследований было подобрано 4,0-4,5 часов. После упрочнения ПГК открывают универсальный превентор и буровым насосом скважину промывают. После этого проводят операцию цементирования обсадной колонны цементным раствором пониженной плотности (1700 кг/м³). Технология не отличается от технологии цементирования, принятой на данном предприятии.After lowering the casing string equipped with a check valve to the design depth and flushing the well, 8.0 ^m 2010 m. Then, the annulus is blocked with a universal preventer and 7.5 m ³ of flushing liquid is pumped through the killing line into the annulus with a cementing unit, ensuring the extrusion of the polymer sealing composition into the absorbing formation. After that, the well is left alone for 4 hours to harden the polymer sealing composition. Taking into account the time of the operations of injection and punching of the polymer sealing composition (PGC) of 1.5 hours, the time of its hardening according to the results of laboratory studies was selected to be 4.0-4.5 hours. After the hardening of the PGK, the universal preventer is opened and the well is flushed with a drilling pump. After that, the operation of cementing the casing with a low-density cement slurry (1700 kg/m ³ ) is carried out. The technology does not differ from the cementing technology adopted at this enterprise.

Свойства данного цементного раствора пониженной плотности и камня на его основе, также аналогичные показатели для традиционных тампонажных цементов приведены в таблице 1.The properties of this low-density cement slurry and stone based on it, as well as similar indicators for traditional oil well cements, are shown in Table 1.

В предлагаемом изобретении используются новые операции, а именно закачка полимерной герметизирующей композиции через обсадные трубы, размещение полимерной герметизирующей композиции в затрубном пространстве, ее задавливание в поглощающий пласт, выдержка для полимеризации композиции, промывка скважины и цементирование обсадной колонны тампонажным раствором пониженной плотности, что свидетельствуют о соответствии изобретения критерию «новизна».The proposed invention uses new operations, namely, injection of a polymeric sealant composition through casing pipes, placement of a polymeric sealant composition in the annulus, its squeezing into an absorbing formation, exposure to polymerize the composition, flushing the well and cementing the casing string with a low-density cement slurry, which indicates compliance of the invention with the criterion of "novelty".

В научно-технической литературе известно применение полимерных герметизирующих композиций для изоляции зон поглощения. В частности, см. пат. РФ №2111337 РФ, МПК Е21В 33/13, опубл. БИ №14, 1998, приведенный в качестве одного из аналогов. Однако нигде не упоминается проведение операции ликвидации зоны поглощения и последующего цементирования после спуска обсадной колонны.The scientific and technical literature knows the use of polymeric sealing compositions for isolating absorption zones. In particular, see US Pat. RF No. 2111337 RF, IPC E21B 33/13, publ. BI No. 14, 1998, given as one of the analogues. However, there is no mention anywhere of the operation to eliminate the loss zone and subsequent cementing after running the casing string.

Из литературы неизвестно применение тампонажного раствора пониженной плотности для обеспечения подъема цементного раствора на проектную высоту. При этом технологические характеристики цементного камня, получаемого из тампонажного раствора пониженной плотности, не уступают по качеству соответствующим характеристикам цементного камня из бездобавочного портландцементного раствора нормальной плотности.From the literature, it is not known to use a low-density cement slurry to ensure the rise of the cement slurry to the design height. At the same time, the technological characteristics of cement stone obtained from a low-density cement slurry are not inferior in quality to the corresponding characteristics of cement stone from a normal-density Portland cement slurry without additives.

Таким образом для реализации этого изобретения необходим комплекс технологических приемов, который позволяет обеспечивать не достигавшийся ранее эффект повышения качества цементирования. Это указывает на соответствие предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень».Thus, for the implementation of this invention, a complex of technological methods is required, which makes it possible to provide the previously unattained effect of improving the quality of cementing. This indicates the compliance of the proposed invention with the criterion of "inventive step".

Claims

A method for cementing casing strings in the presence of loss zones by pumping buffer fluid, cement slurry and squeezing fluid into the casing string, followed by forcing the cement slurry into the annulus to a predetermined height, characterized in that before pumping the buffer fluid into the casing string, a calculated amount of polymer is pumped into it a sealing composition with a predetermined transition time to an elastic state, which is placed in the interval and above the absorbing formation, and then pressed into the absorbing formation, kept inside the formation, the estimated time to complete the polymer crosslinking process and gain structural strength and elasticity, after which the well is flushed and carry out its cementing with cement slurry of reduced density.