Серия лекций заслуженных лекторов SPE спонсируется главным образом через грант фонда SPE Общество выражает благодарность тем компаниям которые поддерживают программу, направляя своих сотрудников для участия в ней в качестве Лекторов. И отдельная благодарность Американскому институту горной, металлургической и нефтяной промышленности (AIME) за его вклад в программу.

ЦЕМЕНТИРОВАНИЕ Планирование разобщения продуктивных зон для успешной эксплуатации скважины Дэрил Келлингрей, группа технологий разведки ВР

Когда мы строим скважину, мы используем цемент

Почему цементирование столь важно ? Предотвращение выбросов на поверхность Службой управления минеральными ресурсами было выявлено 19 проишествий связанных с цементом на скважинах за период гг. Устойчивое давление в межтрубном пространстве По оценкам, в 25-30% скважин существуют проблемы с затрубным давлением, основной причиной которых является цементирование.

Почему цементирование столь важно ? Оптимизация добычи Оптимизирующие добычу стимулирующие обработки Механическая целостность скважины во время бурения Изолирование слабосцементированного пласта и структурная поддержка Изолирование и защита коллектора Изолирование добычи от других флюидов

Планирование цементирования для успеха Проблемы связанные с бурением и усвоение уроков Миграция газа Цементные пробки Долгосрочное изолирование Нарушение изолирования Сцепка цемента Механические вопросы Комплексный дизайн по раствору и цементу Уравновешивание по буровым жидкостям и требованиям к цементированию Спэйсеры Размещение цемента

Поток в затрубном пространстве после цементирования разделяется на три основные категории Поток в затрубном пространстве после цементирования разделяется на три основные категории: Просачивание через несхватившийся цемент Течение через каналы в цементном камне (плохое размещение раствора) Поток и/или передача давления через затвердевший цемент (микропоры, трещины и т.д.) В системе отчётов Службы управления минеральными ресурсами видно, что почти все потоки после цементирования начинались через 3-8 часов после проведения работ. Классификация потоков в затрубном пространстве Проблемы связанные с бурением

Спад давления Проблемы связанные с бурением Полностью жидкий Гидратация Застывший цемент Раннее загустев. Полная гидростатическая передача < 100 lb/100sqft. Риск миграции из-за недостаточной плотности раствора Цемент статичен с гелями между 100–500 lb/100sqft. Уменьшение объёма из-за потери флюида снижает гидростатику. Высокий риск миграции, снижаемый

Предотвращение течения в затрубном пространстве Рассчитать риск (в зависимости от репрессии и высоты цементной колонны) Спроектировать размещение раствора и цемента Определить скорость развития статического напряжения сдвига при соответствующей температуре Определить существует ли потенциал потери жидкости, которая может повлиять на падение гидростатического давления и статическое напряжение сдвига Проблемы связанные с бурением

Правила относительно цементных пробок Использовать механическую основу или вязкую реактивную загущённую жидкость (VRP) для предотвращения проскальзывания Вращать стингер во время размещения для лучшего размещения Верхняя часть пробки будет загрязнена (>10% длины) Оптимизировать свойства спэйсера и раствора Убедиться в точности объёмов размещения Проблемы связанные с бурением

Поддержка цементной пробки раствор цемент спэйсер Жидкость VRP «уловитель» цемента Надуваемый пакер Проблемы связанные с бурением

Разработать надёжный процесс Проанализировать аналогичные разработки Выявить варианты действий и оценки риска включая оценку потенциала потока Определить механическую загрузку и завершить моделирование Выявить варианты, которые действительно снижают риски Убедиться в том, что сложность системы не влияет на надёжное исполнение Этапы проектирования для выбора раствора Долгосрочное изолирование

Переток в микрозазоре Долгосрочное изолирование Гидравлическая трещина в микрозазоре (микроны) Дебит по воде (bpd) 5,000psi по 65м 10,000psi по 65м 5,000psi по 20м 5,000psi по 10м10,000 psi по 10м Предположения Вязкость воды 0.3 cP Падение давления только в микрозазоре Микрозазор вокруг хвостовика по всему периметру

Когда цемент является изолятором пластов? В анализ включены только успешные операции по первичному цементированию Долгосрочное изолирование Зона высокого риска Зацементированнный зазор между зонами (футы) Разница давлений между зонами (psi) Нет нарушений зона В Нарушение изоляции Нет нарушений зона А

Расширение цемента Возраст (дни) 5% MgO 3% MgO 1% MgO % линейное расширение Происходит ли расширение тогда, когда вам это необходимо? Долгосрочное изолирование

Механические свойства цемента Долгосрочное изолирование Для воздействия на механическое сопротивление в современных цементах должна отделяться жёсткость (модуль Юнга) от прочности на разрыв. Определение механических свойств по трём осям очень важно для моделирования.

Обычно, оценка цемента указывает на то, что лучшая сцепка получается в глинах, по сравнению с песчаниками. Изменяемость сцепки в глинах и песчаниках ГК затухание Долгосрочное изолирование

Возможные объяснения литологических эффектов Данные каротажа неверны! Усадка цементного камня из-за потери флюида или общая усадка Пластовый флюиды проникают в цемент, оказывая влияние на акустические свойства Глины давят на трубу Глинистая корка Долгосрочное изолирование

Вопросы, вызывающие беспокойство Загрязнение флюидов Дизайн спэйсера Сцепка цемента Размещение цемента Подъём давления в затрубном пространстве Комплексный дизайн по раствору и цементу

Загрязнение спэйсера буровым раствором Совместимость спэйсера с раствором на нефтяной основе (некоторые значения экстраполированы). Примечание: Проблема не очевидна при 25% загрязнении! Данные ротационного вискозимера 100а rpm % спэйсера в смеси Комплексный дизайн по раствору и цементу

% раствор / % спэйсер Ротационный вискозимер, 100 RPM, lb/100ft sq 20 град C 52 град C 85 град C 100 / 075 / 2550 / 5025 / 750 / 100 ПАВ зависят от температуры, что очень важно в глубоководных условиях Влияние температуры на совместимость Комплексный дизайн по раствору и цементу

Загрязнение цемента буровым раствором Ускорение соляными растворами Замедление с WBM (лигнинами/ГЭЦ/цитратами/ боратами) Влияние на прочность/акустический импеданс SBM WBM Комплексный дизайн по раствору и цементу

Силы, оказывающие основное влияние на эффективное размещение флюида Сила сжатия Действует в силу иерархии в реологии и увеличивается с увеличением дебита. Выталкивающия сила По контрасту плотности между флюидами выталкивающая сила уменьшается с увеличением угла наклона скважины. Сила сопротивления Сопротивление движению загущённого раствора в затрубном пространстве растёт по мере роста реологических показателей раствора и уменьшению центрированности обсадной колонны. Упрощённо для удаления раствора Давление + Выталкивание > 1 Сопротивление Комплексный дизайн по раствору и цементу

Переменные вытеснения Очень эффективное вытеснение Плохое вытеснение Очень плохое вытеснение Жидкие растворы с хорошим центрированием трубы и высокими дебитами Более густые растворы с лёгкими жидкостями и плохим центрированием Более густые растворы вытесняемые неэффективными спэйсерами и плохим центрированием Переменные для оптимизации вытеснения * Разница в плотности * Реологии жидкости и раствора *Движение трубы * Дебит * Объём / Время контакта Комплексный дизайн по раствору и цементу

Прогнозируемое влияние вращения на скорость потока в затрубном пространстве 7 хвостовик в 8.5 скв. зазор = 40% Нет вращения 10 об\м 25 об/мин Осевая скорость (м/с) GQS37586_30 Комплексный дизайн по раствору и цементу

Заключение В промышленности существует серьёзная проблема относительно целостности цементного камня, предоставляющей длительное разобщение продуктивных зон. Механические свойства цемента важны, но они в большой степени зависят от удерживающих сил. Неудачные цементные пробки являются наиболее часто встречаемой проблемой в цементировании. При проектировании и выполнении необходимо использовать процесс аналогичный тому, который используется при первичном цементировании. Вытеснение раствора и последующее размещение цемента является основной причиной плохого разобщения продуктивных зон.

КОНЕЦ