ОЦЕНКА НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЦЕМЕНТНЫЙ КАМЕНЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВНУТРИСКВАЖИННЫХ РАБОТ НА ЭТАПЕ ОСВОЕНИЯ

THE PROBLEM OF THE OCCURRENCE OF COLUMN OVERFLOWS IN WELLS AFTER PERFORATION AND/OR HYDRAULIC FRACTURING

Semyashkin Dmitry Mikhailovich

student, Department of Oil and Gas Drilling, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

Ovchinnikov Vasiliy Pavlovich

Scientific supervisor, Professor, Doctor of Science, Department of oil and gas well drilling, Tyumen Industrial University

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

Представленные в работе результаты экспериментальных промысловых и аналитических исследований, требования к прочности и деформационным характеристикам цементного камня, которые позволяют определить возможные пути решения проблемы нарушения герметичности изоляции затрубного пространства при подготовке скважины к сдаче и последующей эксплуатации.

ABSTRACT

The results of experimental field and analytical studies presented in the work, the requirements for the strength and deformation characteristics of cement stone, which allow us to identify possible solutions to the problem of leak-proof insulation of the annular space during the preparation of the well for commissioning and subsequent operation.

Ключевые слова: напряжения, цементный камень, давление, заколонная циркуляция, гидроразрыв.

Keywords: stresses, cement stone, pressure, column circulation, hydraulic fracturing.

Цементирование обсадных колонн – операция по первичному цементированию, проводимая после завершения спуска обсадной колонны в скважину. Данная операция происходит посредством закачки цементных составов (зачастую двух и более), наиболее типичным методом закачки является прямой метод, при котором буферная жидкость, цементные составы и продавочная жидкость закачиваются через обсадную колонну с последующим выходом технологических жидкостей в затрубное пространство. После этого цементный состав оставляется на некоторое время (12-24 часа) для ожидания его затвердевания (ОЗЦ). Посредством проведения первичного цементирования удается достичь сцепления цементного камня с колонной и породой и загерметизировать затрубное пространство, тем самым не допустить возможную миграцию внутрипластовых флюидов по скважине наверх, к устью. На данный момент цементированию подвергаются все скважины на планете без исключения, при этом горно-геологические условия для проведения цементажа варьируются в весьма широких пределах: отличаются глубины, температуры на забое, типы пород, давления в пласте и гидроразрыва и множество других парамтеров.

Крепление обсадных колонн необходимо для достижения следующих технологических эффектов:

1) Изоляция продуктивных и иных типов пластов с целью недопущения проявлений воды, нефти и газа;

2) Защита колонны труб от:

- Смятия под воздействием пород, стремящихся нивелировать возникающее напряжение вследствие нарушения сплошности и созданием ствола скважины;

- Коррозии вследствие воздействия пластовых минерализованных вод;

- Разрыва от внутреннего давления, возникающего при проведении технологических операций на этапе освоения или капитального ремонта, а также в процессе добычи со скважины;

- Ударов при бурении следующего интервала (актуально для направления, кондуктора и эксплуатационной колонны в случае наличия в конструкции скважины хвостовика;

Цементный камень в заколонном пространсвте выполняет как гидравлическую, так и механическую. В случае исполнения этих двух функций в интервале крепления удается достигнуть:

1) Исключения вероятности перетоков из ниже- и вышерасположенных промежуточных продуктивных горизонтов в целевой продуктивный пласт;

2) Добиться целостности направляющего башмака для возможности контроля над скважиной в случае возникновения внештатных ситуаций;

3) Добиться прогнозируемого и управляемого контроля над потоком флюидов из целевого пласта;

4) Защитить трубы от корродирования;

5) Исключить загрязнение продуктивного пласта и горных пород от воздействия с пресной или минерализованной пластовыми водами.

Цементный камень должен быть достаточно прочен (механически) чтобы позволить добиться следующего:

1) Недопущение образования сети трещин или иных видов повреждений в случае проведения работ по перфорации обсадной колонны и дальнейшего вторичного вскрытия и проведения операций по интенсификации притока (в частности – ГРП);

2) Обеспечение сплошности цементного камня;

Противодействия угрозам по потери устойчивости обсадной колонны труб.

Практика по креплению обсадных колонн свидетельствует о том, что цементный камень, обеспечивающий собой герметичность заколонного пространства, является самым слабым звеном и может быть разрушен при проведении различных операций внутри скважины. Динамические воздействия, будь то перфорация, проведение гидроразрыва пласта (ГРП), закачка технологических жидкостей, проведение аварийных работ и иные оказывают существенное негативное воздействие на целостность крепи. К итогам такого воздействия может привести образование межколонных или заколонных перетоков, прорыв пластовой воды в зону перфорации, ускоренное обводнение продукции, а также корродирование обсадной колонны.

На данный момент широко распространено применение цементных смесей на основе портландцемента, однако он характеризуется низкой сопротивляемостью ударным нагрузкам и обладает недостаточно высокой прочностью на разрыв. И также известно, что многие осложнения, возникающие по причине преждевременного обводнения скважин, своим возникновением обязаны именно низкой способностью цементного камня сохранять целостность при возникновении деформаций.

Технология многостадийного гидроразрыва  пласта (МГРП) применяется на многих месторождениях Западной Сибири. Так, по информации от одной из добывающих компаний, выполняющих работы на Западной Сибири, при проведении работ с 2019 по 2024 год было построено и введено в эксплуатацию порядка шестисот скважин с горизонтальным окончанием и компоновкой для многостадийного разрыва в конструкциях обсадных колонн. Согласно имеющимся данным об усложнении (ухудшении) ресурсной базы, доля скважин с МГРП будет лишь расти и в будущем достигнет значения вплоть до 35-40% от всего объёма вводимых скважин с горизонтальным окончанием. Динамика по строительству скважин с горизонтальным окончанием (ГС) за последние несколько лет приводится на рисунке 1.

Рисунок 1. Динамика ввода новых добывающих скважин на одном из нефтедобывающих предприятий, осуществляющих деятельность на территории Западной Сибири

На основе вышеизложенного определяется важность отмечаемой проблемы и необходимости мер по разработке решений по борьбе с ней.

Для сравнения влияния операций по выполнению ГРП на качество сплошного контакта цементного стакана с обсадной колонной были проведены сравнительные исследования качества крепи на нескольких десятках скважин одного из месторождений.

Список литературы:

1. Шарафутдинов, З. З. Управление свойствами цементного раствора-камня для обеспечения герметичности крепи скважин / З. З. Шарафутдинов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2022. – № 3(351). – С. 42-48. – DOI 10.33285/0130-3872-2022-3(351)-42-48. – Текст : непосредственный.