RU2199000C2

RU2199000C2 - Method of well stage cementing

Info

Publication number: RU2199000C2
Application number: RU2001111247/03A
Authority: RU
Inventors: Р.Г. Габдуллин; И.Г. Юсупов; Н.Г. Ибрагимов; Е.П. Жеребцов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть"
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2003-02-20

Abstract

FIELD: drilling of oil and gas wells, particularly, methods of stage cementing of wells producing formations presented by fissured or high-permeability reservoirs. SUBSTANCE: method includes running of casing string with devices for stage cementing, cementing valve with seat and shoe in lower part into well. Devices for stage cementing are installed above producing formation and located on hollow plugs installed on casing string. Bottom part of hollow plugs protrudes inside casing string, and hollow plugs have weak cross-section. Cement mortar of the first stage is injected higher than devices for stage cementing. Initial position of cement mortar of the first stage is injected with setting retarder, and the last portion together with setting accelerator. After injection of full volume of the first stage mortar, run inside casing string is tubing string with shear coupling at its end. Hollow plugs are destroyed Cement mortar located above devices for stage cementing is washed out through hollow plugs with closed annular space. Cement mortar is left for its setting. Then cement mortar of the second stage is injected through hollow plugs. Cement mortar is left for its setting. EFFECT: excluded formation of water bags behind casing string in stage cementing of wells, and higher quality of cementing. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к способам ступенчатого цементирования скважин, когда продуктивные пласты представлены трещиноватыми или высокопроницаемыми коллекторами. The invention relates to the drilling of oil and gas wells, in particular to methods for stepwise cementing of wells, when the reservoir is represented by fractured or highly permeable reservoirs.

Известен способ ступенчатого цементирования, который предусматривает закачку цементного раствора первой ступени прямым цементированием, а второй ступени - по затрубному пространству (1). A known method of step cementing, which involves the injection of cement mortar of the first stage by direct cementing, and the second stage through the annulus (1).

Недостатком способа является то, что при закачке второй порции цементного раствора по затрубному пространству из-за большого трения цементного раствора о породу создается дополнительное давление на поглощающие пласты вплоть до гидроразрыва пластов, что создает опасность ухода в них цементного раствора. Отсюда большие затраты цементного раствора и низкое качество цементирования обсадной колонны. The disadvantage of this method is that when the second portion of the cement slurry is injected into the annulus due to the large friction of the slurry against the rock, additional pressure is created on the absorbing formations up to hydraulic fracturing, which creates a risk of cement slurry leaving them. Hence the high cost of cement and low quality cementing casing.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ ступенчатого цементирования, включающий спуск обсадной колонны с устройствами для ступенчатого цементирования, устанавливаемыми выше продуктивного пласта, цементировочным клапаном с седлом и башмаком в нижней части, закачку цементного раствора первой ступени несколько выше устройств для ступенчатого цементирования, удаление раствора, находящегося выше указанных устройств и оставление на ОЗЦ, закачку цементного раствора второй ступени через указанные устройства и оставление на ОЗЦ (2). The closest in technical essence to the proposed one is a step cementing method, including casing descent with step cementing devices installed above the reservoir, a cement valve with a seat and shoe in the lower part, first stage cement mortar injection slightly higher than step cementing devices, removal the solution located above the specified devices and leaving on the OZZ, the injection of cement mortar of the second stage through the specified devices TWA and abandonment at the detention center (2).

Способ предусматривает немедленное вымывание цементного раствора первой ступени, находящегося выше устройства для ступенчатого цементирования, после его закачки. Однако установлено, что в процессе ОЗЦ, как правило, происходит поглощение цементного раствора и, следовательно, оседание его и образование водяного "мешка" за обсадной колонной ниже указанного устройства, который или совсем не заполняется цементным раствором при закачке второй порции, или заполняется частично, при этом сильно разбавляясь водой. Кроме того, управление упругим шаром в устройстве для ступенчатого цементирования является трудноконтролируемым, а потому эффективность и надежность проведения операции по закачке цементного раствора второй ступени являются весьма сомнительными. Указанные факторы снижают качество цементирования обсадной колонны. The method provides for the immediate washing out of the cement of the first stage, located above the device for step cementing, after its injection. However, it has been established that in the process of water treatment, as a rule, the cement slurry is absorbed and, consequently, settles and forms a water "bag" behind the casing below the specified device, which either does not fill with cement at all when the second portion is injected, or partially while strongly diluting with water. In addition, the control of the elastic ball in the device for step cementing is difficult to control, and therefore the efficiency and reliability of the operation for pumping cement mortar of the second stage are very doubtful. These factors reduce the quality of casing cementing.

Задачей изобретения является создание способа, который исключал бы образование за обсадной колонной при ступенчатом цементировании водяных "мешков" и тем самым обеспечивал повышение качества цементирования. The objective of the invention is to provide a method that would preclude the formation of casing behind a casing during step cementing of water "bags" and thereby provide an increase in the quality of cementing.

Указанная задача решается предлагаемым способом, включающим спуск обсадной колонны с устройствами для ступенчатого цементирования, устанавливаемыми выше продуктивного пласта, цементировочным клапаном с седлом и башмаком в нижней части, закачку цементного раствора первой ступени несколько выше устройств для ступенчатого цементирования, удаление раствора, находящегося выше указанных устройств и оставление на ОЗЦ, закачку цементного раствора второй ступени через указанные устройства и оставление на ОЗЦ. This problem is solved by the proposed method, including lowering the casing with devices for step cementing installed above the reservoir, a cement valve with a seat and shoe in the lower part, pumping cement of the first stage slightly higher than devices for step cementing, removing the solution located above these devices and leaving on OZZ, pumping cement of the second stage through the specified devices and leaving on OZZ.

Новым является то, что устройства для ступенчатого цементирования размещают на полых заглушках, устанавливаемых на обсадной колонне и выступающих донной частью вовнутрь ее и имеющих ослабленное сечение; после спуска обсадной колонны начальную порцию цементного раствора первой ступени закачивают с замедлителем схватывания, а последнюю - с ускорителем схватывания, и после закачки полного объема раствора первой ступени вовнутрь обсадной колонны спускают НКТ со срезающей муфтой на конце и разрушают полые заглушки, через которые при закрытом затрубном пространстве вымывают цементный раствор, находящийся выше устройств для ступенчатого цементирования, а после ОЗЦ через них же производят закачку цементного раствора второй ступени. New is that devices for step cementing are placed on hollow plugs installed on the casing and protruding the bottom part inside it and having a weakened section; after lowering the casing string, the initial portion of the cement of the first stage is pumped with a setting retarder, and the last with a setting accelerator, and after pumping the full volume of the first stage mortar into the casing, the tubing is lowered with a shear sleeve at the end and the hollow plugs are destroyed, through which, when the annulus is closed the space is washed out of the cement mortar located above the devices for step cementing, and after the OZC, the second stage cement mortar is pumped through them.

Новым также является то, что сроки схватывания начальной порции цементного раствора первой ступени устанавливают не менее суммарного времени, необходимого на спуск колонны НКТ и разрушение заглушек. Also new is the fact that the setting time of the initial portion of the cement mortar of the first stage sets at least the total time required to lower the tubing string and the destruction of the plugs.

На фиг.1 изображено устройство для ступенчатого цементирования;
на фиг. 2 - технологическая схема осуществления предлагаемого способа в момент окончания закачки цементного раствора первой ступени;
на фиг. 3 - то же самое, в момент удаления раствора, находящегося выше устройств для ступенчатого цементирования;
на фиг. 4 - то же самое, в момент окончания закачки цементного раствора второй ступени.Figure 1 shows a device for step cementing;
in FIG. 2 is a flow chart of the implementation of the proposed method at the time of completion of the injection of cement mortar of the first stage;
in FIG. 3 - the same, at the time of removal of the solution located above the devices for step cementing;
in FIG. 4 - the same, at the time of completion of the injection of cement mortar of the second stage.

Способ осуществляют в следующей последовательности. The method is carried out in the following sequence.

Обсадную колонну 1 с башмаком 2, цементировочным клапаном 3 и седлом 4 спускают в скважину до проектной глубины. В составе обсадной колонны на ее наружной поверхности установлены устройства для ступенчатого цементирования. Каждое из них состоит из корпуса 5 (фиг.1), шарового клапана 6, пружины 7 и решетки 8. Корпус 5 соединен с полой заглушкой 9 и сообщается с ней через канал 10. Заглушка донной частью пропущена вовнутрь обсадной колонны и имеет ослабленное сечение 11. Обсадную колонну спускают с таким расчетом, чтобы устройства для ступенчатого цементирования находились выше кровли продуктивного пласта 12 (~150-200 м). Casing 1 with shoe 2, cementing valve 3 and seat 4 is lowered into the well to the design depth. As a part of the casing string, devices for step cementing are installed on its outer surface. Each of them consists of a housing 5 (Fig. 1), a ball valve 6, a spring 7 and a grill 8. The housing 5 is connected to the hollow plug 9 and communicates with it through the channel 10. The bottom plug is passed inside the casing and has a weakened section 11 The casing is lowered so that the devices for step cementing are located above the roof of the productive formation 12 (~ 150-200 m).

Цементирование обсадной колонны осуществляют по обычной технологии с применением разделительной пробки 13 (фиг.2). Особенностью способа является то, что в начальную порцию цементного раствора первой ступени добавляют замедлитель схватывания (например, полиакриламид, карбоксилметилцеллюлозу и др. ) из расчета удлинения срока схватывания, необходимого в дальнейшем для проведения работ по спуску НКТ и разрушению заглушек (t_сп.+t_p ≤ t_{нач.схв.}, где t_сп. - время, необходимое для спуска НКТ; t_p - время, необходимое для разрушения заглушек; t_{нач.схв} - время начала схватывания цементного раствора). Объем раствора берут из расчета, чтобы он поднялся несколько выше верхнего устройства для ступенчатого цементирования, А в последнюю порцию цементного раствора первой ступени добавляют ускоритель схватывания, например хлористый натрий. Объем этой порции берут из расчета, чтобы он перекрыл продуктивный пласт с некоторым запасом.Cementing of the casing is carried out according to conventional technology using a separation plug 13 (figure 2). The peculiarity of the method is that a setting retarder (for example, polyacrylamide, carboxylmethyl cellulose, etc.) is added to the initial portion of the cement mortar of the first stage, based on the lengthening of the setting time needed in the future to carry out tubing descent and destruction of the plugs (t _sp. + T _p ≤ t _{starting mix} , where t _sp is the time needed to lower the tubing; t _p is the time needed to break the plugs; t _starting is the start time of cement mortar setting). The volume of the solution is taken so that it rises slightly above the upper device for step cementing, and in the last portion of the cement solution of the first stage, a setting accelerator, for example sodium chloride, is added. The volume of this portion is taken from the calculation so that it overlaps the reservoir with a certain margin.

После получения сигнала "стоп" в процессе цементирования первой ступени, немедленно спускают колонну НКТ 14 со срезающей муфтой 15. Для ускорения работ по спуску НКТ, последние заранее собирают в "свечи" (по 2-3 трубы), устанавливают за "палец" буровой установки и производят разрушение полых заглушек (фиг. 3). Затем через колонну НКТ при закрытом затрубном пространстве вымывают цементный раствор, находящийся выше устройств для ступенчатого цементирования и скважину оставляют на ОЗЦ. After receiving the “stop” signal during cementing of the first stage, the tubing string 14 with a cutting sleeve 15 is immediately lowered. To speed up the work of lowering the tubing, the latter are pre-assembled into “candles” (2-3 pipes each), installed by the “finger” of the drill installation and produce the destruction of the hollow plugs (Fig. 3). Then, through the tubing string, with the annulus closed, the cement mortar located above the step cementing devices is washed out and the well is left on the bcc.

После ОЗЦ по НКТ через устройства для ступенчатого цементирования осуществляют закачку цементного раствора второй ступени с оставлением в НКТ 150-200 л цементного раствора, который вымывают из обсадной колонны обратной промывкой, после чего НКТ извлекают из скважины. After the OCT through the tubing through the devices for step cementing, the second stage cement mortar is pumped in, leaving 150-200 l of cement mortar in the tubing, which is washed out from the casing by backwashing, after which the tubing is removed from the well.

Закачка последней порции цементного раствора первой ступени с ускорителем схватывания приводит к снижению проникновения фильтрата раствора в продуктивный пласт, сохраняя при этом его коллекторские свойства. The injection of the last portion of the cement of the first stage with the setting accelerator leads to a decrease in the penetration of the filtrate of the solution into the reservoir, while preserving its reservoir properties.

Закачка начальной порции цементного раствора первой ступени с замедлителем схватывания (современные химические реагенты позволяют удлинить начало срока схватывания до 24-х часов) увеличивает временной разрыв сроков схватывания раствора напротив продуктивного пласта и против устройств для ступенчатого цементирования, увеличивает время до момента вымывания раствора, находящегося выше устройств для ступенчатого цементирования и тем самым исключает возможность образования водяных "мешков" за обсадной колонной. The injection of the initial portion of the first-stage cement mortar with setting retarder (modern chemical reagents can extend the beginning of setting time up to 24 hours) increases the time gap between the setting time of the mortar opposite the reservoir and against the devices for step cementing, increases the time until the solution is washed out above devices for step cementing and thereby eliminates the possibility of the formation of water "bags" behind the casing.

Вышеотмеченные факторы позволяют повысить качество цементирования обсадных колонн. The above factors can improve the quality of casing cementing.

Источники информации
1. Аналог. Рамазанов Г.С. и др. Устройство для комбинированного цементирования обсадных колонн. - М.: Недра, Нефтяное хозяйство, 4, 1992, с. 19-20, рис. 1, 2.Sources of information
1. The analogue. Ramazanov G.S. and other device for combined cementing of casing strings. - M .: Nedra, Oil industry, 4, 1992, p. 19-20, fig. 12.

2. Прототип. Патент РФ 2029066, МКИ 6 Е 21 В 33/13, 1995. 2. The prototype. RF patent 2029066, MKI 6 E 21 V 33/13, 1995.

Claims

1. A stepwise cementing method for a well, including casing descent with stepwise cementing devices installed above the reservoir, a cementing valve with a seat and shoe in the lower part, first stage cement mortar injection slightly higher than the step cementing devices, removal of the cement above the specified devices and leaving to wait for the hardening of the cement mortar - OZZ, injection of cement mortar of the second stage through these devices Twa and leaving at WOC, characterized in that the device is placed on the stage cementing plugs of hollow, mounted on the casing and extending inwardly of its bottom portion and having a weakened section; after lowering the casing string, the initial portion of the cement of the first stage is pumped with a setting retarder, and the last with a setting accelerator, and after pumping the full volume of the first stage mortar into the casing, the tubing is lowered - tubing with a shear sleeve at the end and the hollow plugs are destroyed, through which, with a closed annular space, the cement mortar located above the step cementing devices is washed out, and after the OZC, cement cement is pumped through them creates the second stage.

2. The method according to claim 1, characterized in that the setting time for the initial portion of the cement mortar of the first stage is set at least the total time required to lower the tubing string and the destruction of the plugs.