Гидроизоляция заколонного пространства

Способ гидроизоляция заколонного пространства определяется предъявляемыми к качеству гидроизоляции требованиями. В настоящем разделе рассматриваются только вопросы гидроизоляции цементным раствором заколонного пространства скважин одноколонной конструкции со спуском фильтра на эксплуатационной колонне из полимерных труб. В связи с этим вопросы гидроизоляции могут рассматриваться со следующим позиций:

• — предотвращение межпластовых перетоков;
• — предотвращение смятия обсадных колонн наружным (горным или гидростатическим) давлением.

Предотвращение межпластовых перетоков требует применения современной технологии цементирования. Применительно к скважинам, оборудованных полиэтиленовыми трубами, необходимо соблюдение технологических требований для достижения надежного разобщения заколонного пространства цементным раствором:

• — центрирование обсадных труб;
• — применение стабильных седиментационноустойчивых цементных растворов;
• — применение буферных жидкостей.

Центрирование обсадных труб и применение буферных жидкостей при малых скоростях восходящего потока цементного раствора обеспечивает высокий коэффициент замещения бурового раствора цементным и достаточно более высокое качество цементирования. При этом в качестве буферной жидкости может быть использована техническая вода.

Применение стабильных седиментационноустойчивых цементных растворов обеспечивает цементного камня без усадки.

Подача цементного раствора в заколонное пространство производится по бурильным трубам, спущенным внутрь эксплуатационной колонны. При этом эксплуатационная колонна имеет в своем составе заливочную муфту для подачи цементного раствора в заколонное пространство. Конструкция заливочных муфт может быть различна: с резиновым обратным клапаном (типа МЗП-110 конструкции Коновалова Л. П., приложение № 1) или подвижным металлическим клапаном (приложение № 2). В первом случае для подачи цементного раствора может использоваться буровой снаряд двух типов:

• 1 — с 2 внутриколонными пакерами, разделенными перфорированной бурильной трубой, устанавливаемой в интервале муфты типа МЗП-110, причем верхний внутриколонный пакер является проходным, а нижний — глухим;
• 2 — с опорной глухой пятой и верхним проходным внутриколонным пакером, между которыми расположена перфорированная бурильная труба, В этом случае в обсадных трубах ниже заливочной муфты устанавливается упорное кольцо для опорной глухой пяты (приложение; 3).

Наиболее надежной конструкцией внутриколонного пакера, как показала опыт, является внутриколонный механический пакер, схема которого приведена в приложении № 4.

Для проведения работ с заливочной муфтой, имеющей в своем составе подвижный металлический клапан, может применяться буровой снаряд второго типа (с опорной глухой пятой и проходным внутриколонным пакером), однако, целесообразнее замена глухой опорной пяты на опорный узел подвижным посадочным седлом (приложение № 5), ход штока которого превышает ход подвижного клапана заливочной муфты. Это объясняется необходимостью промывки внутриколонной полости бурильных и обсадных труб для удаления из них остатков цементного раствора после окончания цементирования. При этом буровой снаряд, весом которого открывается клапан и производится распакировка внутриколонного пакера, приподнимается на величину, большую суммарного хода клапана в внутриколонного пакера, не меньшую хода штока спорного узла с посадочным седлом относительно корпуса спорного узла.

Следует иметь ввиду, что подача цементного раствора при цементировании заколонного пространства не должна приводить к перетокам цементного раствора в зону фильтра. Для этого в состав эксплуатационной колоны нижа заливочной муфти выключается заколонного разделительное устройство. Конструкция устройства может быть самая различная: резиновые разобщающие манжеты, заколонные покеры, пескозаполненые устройства и т. д.

Резиновое манжеты типа Цм-110/170, 110/220, 140/270 является наиболее простым типом разобщающих заклонных устройств и устанавливаются, как правило, на отбуренный в скважине уступ, например, переход 190,5/151 мм, 215,9/161 мм и т. д. Принципиальная конструкция манжеты приведена в приложении. Для повышения надежности с целью перекрытия каналов для перетока цементного раствора ниже места установки манжет в стволах скважин сложного геометрического сечения непосредственно выше и ниже резиновой устанавливаются по 3−5 манжет из полиэтиленовой пленки, причем диаметр полиэтиленовых манжет превышает диаметр резиновых манжет по верху на 50−150 мм.

Принципиальные схемы пескозаполненных разобщающих устройств и порядок их работы приведены в приложении № 6а /27/. Устройство, приведенное в приложении № 6а, представляет собой закрепленный на эксплуатационной колонне тканевый рукав. Наружный периметр тканевого рукава больше периметра ствола скважины в месте установки устройства. При спуске устройства в скважину до приведения его в рабочее положение тканевый рукав разделен на секции с помощью промежуточных колец. Прочность этих колец при создании внутри рукава избыточного давления меньше прочности материала рукава и прочности верхнего крепежного кольца. Прочность верхнего крепежного кольца меньше прочности материала рукава и нижней заделки. Для предотвращения смещения колец по эксплуатационной колонне на обсадной трубе в месте их установки выполнены кольцевые проточки.

Секции устройства частично заполнены сыпучим материалом (песком) с добавками набухающего материала (бентонитового глинопорошка).

Для приведения устройства в рабочее положение при подаче буферной жидкости и подачи цементного раствора с состав эксплуатационной колонны ниже верхней заделки включается обратный клапан (заливочная муфта). Подача буферной жидкости и цементного раствора производится по опущенным внутрь эксплуатационной колонны бурильным трубам с перекрытием межтрубного пространства внутрикоконным пакерами, между которыми расположена перфорированная бурильная труба.

Устройство работает следующим образом. После спуска эксплуатационной колонны с устройством в заданный интервал скважины внутрь эксплуатационной колонны спускаются бурильные или насосно-компрессорные трубы с внутрикоконными пакерами. При подаче буферной жидкости по бурильным трубам через перфорированные отверстия и обратный клапан заливочной муфты внутрь устройства при избыточном давлении большем, чем механическая прочность промежуточных колец, происходит разрушение этих колец и сыпучий и набухающий материалы послойно заполняют нижнюю часть устройства. При дальнейшем повышении давления подачи буферной жидкости происходит разрушение верхнего кольца и сначала буферная жидкость, а затем цементный раствор в необходимом количестве подаются в закланное пространство.

Подача цементного раствора сопровождается увеличением перепада давления между столбами жидкости выше и ниже места из материала засыпки. Набухание материала (глинопорошка) происходит в контакте с водной фазой бурового раствора в процессе спуска устройства в скважину, установки в заданный интервал и приведения его в рабочее положение. При уплотнении сыпучего материала в процессе цементирования набухающей материал заполняет каналы между частицами и препятствует проникновению цементного раствора ниже места установки устройства.

Устройство, приведенное в приложении 5Б отличается отписанного выше тем, что нижняя секция имеет больший, а верхние секции меньший периметры, чем ствол скважины в интервале установки устройства. При этом в нижней секции устанавливается эластичная разделительная манжета, а остальные секции частично заполняется сыпучем материалами.

Заколонные пакеры для разобщения заколонного пространства, скважин, оборудованных с применение полимерных труб, не нашли широкого применения в связи со сложностью конструкции. Большая работа по созданию различных конструкций заколонных пакеров была выполнена Коноваловым Л. П. О Ушаковым М. И. (Ленинабадский горнохимический комбинат), Грима В. Г., Ефремкин Ю.И.(СКО-1 НИКБООР) и др.

Технические характеристики заколонного гидравлического пакера ЗП-2−110 конструкции Коновалова Л. П. приведена в таблице 31.

Таблица 31.

Следует иметь ввиду, что для достижения максимальной надежности разобщение закланного пространства с целью предотвращения перетолков цементного раствора целесообразно перед подачей буферной жидкости промыть заколонное пространство маловязким глинистым раствором, целесообразно перед подачей буферной жидкости промыть заколонное пространство маловязким глинистым раствором, после сего прокачать по заколонному пространству 1,5−2м3 низкокачественного малоглинистого раствора, утяжеленного баритовым порошком. При этом на выходе из заливочной муфты в заколонного разобщающего устройства любой конструкции, перекрывая возможные каналы перетоков цементного раствора.

Высокое качество разобщения водоносных горизонтов в заколонном пространстве может быть достигнуто применением устройств в виде эластичных водонепроницаемых рукавов, частично заполненных цементным раствором и устанавливаемых в интервалах непроницаемых пород между разобщаемыми водоносными горизонтами (приложение № 7). Указанное устройство (авторы А. Г. Иванов, И. К. Кухаренко и др.) позволяет существенно снизить расход цемента на гидроизоляцию заколонного пространства и обеспечить высокое качество цементного камня. Известно, это для предотвращения межпластовых перетоков по заколонному пространству при градиенте давления в система «обсадная колоннацементное кольцо — стенка скважины"5,0 мПа/м достаточно двухметровой цементной экранирующей оболочки /14, стр. 24. В связи с этим высоту цементного раствора в оболочке следует принимать равной не мене 2 м, оболочку заполнять седиментационноустойчивым расширяющимся цементным раствором, а заколонное пространство после обсадки до начала схватывания цементного раствора желательно промыть технической водой.

Приведенные технологии гидроизоляции (разобщения) заколонного пространства могут быть использованы при условии, что обсадных трубы не будут разрушены избыточным заколонным давлением при цементировании или эксплуатации скважин. Для предотвращения смятия обсадных полиэтиленовых труб при цементировании подача цементного раствора производится при создании избыточного внутриколонного давления. Для этого цементируемая колонна заполняется глинистым раствором до устья, причем внутри колонны, при необходимости, может дополнительно создаваться и поддерживаться необходимое избыточное давление воздухом или жидкостью. Подача цементного раствора производится по бурильным трубам, спущенным низким в заколонное пространство. Указанная технология отличается низким качеством цементирования с точки, энергия межпластовых перетоков, требует бурения ствола скважины породоразрушающими наконечника увеличенного диаметра, но обеспечивает предотвращения снятия обсадных колонн избыточным наружным давлением.

Указанные способы цементирования полимерных обсадных колонн являются основными, применяемыми в практике работ.