RU2175711C1

RU2175711C1 - Process of attachment of casing strings in well

Info

Publication number: RU2175711C1
Application number: RU2000106463A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Горбунов; В.Г. Тихонов
Original assignee: ООО "Астраханьгазпром"
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-11-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry, construction of wells under conditions of high temperatures and pressures in which section there are halite- carrying rocks. SUBSTANCE: process of attachment of casing strings in well includes lowering of casing string, pumping of buffer fluid in the form of brine and pressure grouting of casing string by grouting mortar. In this case first technical string is lowered. After technical string spans halite-carrying rocks production string is sunk into it. Portions of brine with density up to 1200.0 kg/cu m, structurized charged drilling fluid and fluid without solid phase with density 1650.0-1700,0 kg/cu m in the amount of 10.0-15.0 cu m are pumped in sequence in the capacity of buffer fluid. Grouting mortar is mixed with saturated solution of sodium chloride and later it is injected in addition with dry fine-crystalline sodium chloride in the amount of 15- 20% of mass of cement. To raise rigidity of pipes there are used casing strings having diameter larger or equal to diameter of charged drill pipes used in drilling. Casing strings spanning interval of halite-carrying rocks are equipped with screw rigid centering mounts with diameter is close or equal to diameter of drill bit which drilled the interval. Waiting time of cement hardening after pressure grouting of casing strings is determined by moment of continuity of contact of cement stone with string found by data from acoustic tool. Production string sunk into technical casing string to interval opposite to halite-carrying rocks is made of pipes of larger diameter than the rest of string with 2.5 fold increase of rigidity E1 and each pipe is equipped with screw rigid centering mounts. EFFECT: formation of reliable insulation of casing strings in interval of halite-carrying rocks. 4 cl

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при строительстве скважин, в разрезе которых находятся галитсодержащие породы в условиях высоких температур и давлений. При строительстве нефтяных и газовых скважин галитсодержащие породы перекрывают обсадными колоннами и цементирование ведут с использованием минерализованной воды затворения. The invention relates to the oil and gas industry and can be used in the construction of wells, in the context of which are halite-bearing rocks at high temperatures and pressures. During the construction of oil and gas wells, halite-bearing rocks are covered with casing strings and cementing is carried out using mineralized mixing water.

Как показывает опыт бурения, обсадные колонны (технические или эксплуатационные) в интервале перекрытия отложений галита в условиях высоких температур и давлений приходят в негодность из-за смятия. Смятие происходит там, где:
- при цементировании обсадных колонн, последние находятся в каверне или желобе;
- отсутствует полное замещение бурового раствора цементным раствором, т. е. одностороннее цементирование;
- при одностороннем цементировании в условиях высоких температур 90-100^oC и давлений на колонну действуют сосредоточенные критические нагрузки, которые приводят к смятию;
- растворение стенок скважины из-за использования цементных растворов с недостаточной степенью минерализации приводит к росту диаметра скважины - в результате некачественное сцепление цементного камня с породой.As drilling experience shows, casing strings (technical or operational) in the interval of overlapping halite deposits at high temperatures and pressures become unusable due to crushing. Crumpling occurs where:
- when cementing casing strings, the latter are in a cavity or trough;
- there is no complete replacement of the drilling fluid with cement mortar, i.e., one-way cementing;
- when unilateral cementing at high temperatures of 90-100 ^o C and pressure on the column are concentrated critical loads that lead to crushing;
- dissolution of the walls of the well due to the use of cement mortars with insufficient degree of mineralization leads to an increase in the diameter of the well - as a result of poor adhesion of the cement stone to the rock.

Известен способ предотвращения смятия обсадных колонн (Гайворонский А.А. , Цыбин А.А. Крепление скважин и разобщение пластов. - М., 1981, с. 319). A known method of preventing crushing of casing strings (Gayvoronsky A.A., Tsybin A.A. Fastening of wells and separation of layers. - M., 1981, p. 319).

В большинстве скважин осложненные солями и пластичными глинами интервалы перекрываются промежуточными колоннами с диаметрами 324-219 мм. Обсадные трубы таких диаметров теряют несущую способность в основном из-за потери устойчивости. Поэтому повышение несущей способности этих труб можно добиться только увеличением толщин стенок, но не повышением групп прочности стали, из которых они изготовлены. При цементировании в соленосных отложениях цементы затворяются насыщенным раствором хлористого натрия (Булатов А.И. и др. Проектирование конструкций скважин. - М., 1979, с. 187). В описываемых решениях не рассмотрены вопросы замещения бурового раствора тампонажным цементным раствором, центрирования колонны в увеличенном диаметре ствола, приготовления тампонажного цементного материала. Существуют технологии, когда некачественно решают вопросы цементирования - это неполное вытеснение бурового раствора, одностороннее цементирование, недостаточное противодавление столба глинистого раствора в обсадной колонне (Антипов В.И., Нагаев В.Б., Седых А. Д. Физические процессы нефтегазового производства. - М., 1998, с. 321-323). Указанные факторы приводят к смятию обсадных колонн. In most wells, the intervals complicated by salts and plastic clays are overlapped by intermediate columns with diameters of 324-219 mm. Casing pipes of such diameters lose their bearing capacity mainly due to loss of stability. Therefore, an increase in the bearing capacity of these pipes can only be achieved by increasing the wall thicknesses, but not by increasing the strength groups of the steel from which they are made. When cementing in saline deposits, cements are closed with a saturated solution of sodium chloride (Bulatov A.I. et al. Design of well designs. - M., 1979, p. 187). The solutions described do not address the issues of replacing the drilling fluid with grouting cement, centering the column in an enlarged bore diameter, and preparing grouting cement material. There are technologies when the problems of cementing are poorly solved - this is incomplete displacement of the drilling fluid, one-way cementing, insufficient backpressure of the clay column in the casing (Antipov V.I., Nagaev V.B., Sedykh A.D. Physical processes of oil and gas production .-- M., 1998, p. 321-323). These factors result in casing collapse.

Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является "Способ цементирования обсадных колонн в скважинах", пат. РФ N 1776295, E 21 B 33/14. The closest solution to the proposed invention is the "Method of cementing casing strings in wells", US Pat. RF N 1776295, E 21 B 33/14.

В патенте рассматриваются условия цементирования обсадной колонны в интервале залегания отложений каменной соли при наличии увеличенного диаметра ствола скважин и наработанного желоба. Способ предусматривает закачку буферной жидкости и тампонажного раствора в обсадную колонну. После закачки осуществляют продавку этих растворов в заколонное пространство. Во время продавки буферной жидкости и головной порции тампонажного раствора через интервал желобных выработок обсадную колонну разгружают на забой. После разгрузки осуществляют натяжение обсадной колонны до ее исходного веса, чтобы осуществить осевое перемещение. The patent discusses the conditions of casing cementing in the interval of occurrence of rock salt deposits in the presence of an increased diameter of the wellbore and the accumulated trench. The method involves the injection of buffer fluid and grout into the casing. After injection, these solutions are forced into annular space. During the delivery of the buffer fluid and the head portion of the grout through the interval of the grooves, the casing is unloaded to the bottom. After unloading, the casing is tensioned to its original weight to effect axial movement.

Указанный способ невозможно применить в условиях, когда цементирование осуществляют на больших глубинах выше 4000-5000 м, при температуре 100-150^oC и выше, поскольку разгруженная колонна может быть прихвачена в интервале высокопроницаемых пород и выбрать собственный вес не представится возможным из-за роста усилий трения и дифференциального давления. Способ заполнения желобных выработок цементным раствором только за счет подвижки колонны недостаточно обоснован, так как колонна работает в стволе с большим диаметром, а в желобную выработку, как интервал с малым диаметром, в котором в первую очередь образуются застойные зоны, поток не пойдет и будет двигаться по стволу. Для полного замещения бурового раствора по сечению ствола скважин следует применять буферные жидкости со специальными реологическими свойствами и составные. Таким образом, данный способ цементирования не гарантирует надежной изоляции в интервалах галитсодержащих пород.The specified method cannot be applied in conditions when cementing is carried out at great depths above 4000-5000 m, at a temperature of 100-150 ^o C and above, since the unloaded column can be stuck in the range of highly permeable rocks and it will not be possible to choose its own weight due to growth friction forces and differential pressure. The method of filling the gutters with cement mortar only due to the movement of the column is not sufficiently substantiated, since the column works in the trunk with a large diameter, and the flow will not go into the groove, as the interval with a small diameter, in which stagnation zones are primarily formed along the trunk. To completely replace the drilling fluid along the cross section of the wellbore, buffer fluids with special rheological properties and components should be used. Thus, this cementing method does not guarantee reliable insulation in the intervals of halite-bearing rocks.

Целью предлагаемого изобретения является решение конкретной задачи создания надежной изоляции обсадных колонн в интервале галитсодержащих пород. The aim of the invention is to solve the specific problem of creating reliable insulation of casing strings in the interval of halite-bearing rocks.

Поставленная задача решается тем, что в скважину спускают обсадные колонны, проводят закачку буферной жидкости в виде рассола и цементирование обсадной колонны тампонажным раствором. Сначала опускают техническую колонну, а после того как техническая колонна перекрыла галитсодержащие породы, в нее спускают эксплуатационную колонну. В качестве буферной жидкости последовательно закачивают порции рассола плотностью до 1200 кг/м³, структурированного утяжеленного бурового раствора и жидкости без твердой фазы плотностью 1650-1700 кг/м³ в объеме 10-15 м³. А тампонажный раствор затворяют на насыщенном растворе хлорида натрия и затем дополнительно вводят сухой мелкокристаллический хлорид натрия в количестве 15-20% от веса цемента. Для осуществления способа и увеличения жесткости труб используют обсадные колонны с диаметром, большим или равным диаметру применяющихся при бурении утяжеленных бурильных труб. Обсадные колонны, перекрывающие интервал галитсодержащих пород, оборудуют винтовыми жесткими центраторами диаметром, близким или равным диаметру долота, которым пробурен интервал. Время ожидания затвердения цемента после цементирования обсадной колонны определяют моментом получения сплошности контакта цементного камня с колонной по данным акустического цементомера. Эксплуатационную колонну, спущенную в обсадную техническую колонну против интервала галитсодержащих пород, составляют из труб большего диаметра, чем остальная часть колонны, с повышенным значением жесткости EI в 2,5 раза, и каждую трубу оснащают жесткими винтовыми центраторами.The problem is solved by the fact that the casing is lowered into the well, the buffer fluid is pumped in the form of brine and the casing is cemented with cement slurry. First, the technical column is lowered, and after the technical column has blocked halite-containing rocks, the production column is lowered into it. As a buffer fluid, portions of brine with a density of up to 1200 kg / m ³ , a structured weighted drilling fluid and a liquid without a solid phase with a density of 1650-1700 kg / m ³ in a volume of 10-15 m ³ are sequentially pumped. And the cement slurry is shut on a saturated solution of sodium chloride and then dry fine crystalline sodium chloride is additionally introduced in an amount of 15-20% by weight of cement. To implement the method and increase the rigidity of the pipes, casing strings are used with a diameter greater than or equal to the diameter of the heavy drill pipe used when drilling. Casing strings spanning the interval of halite-bearing rocks are equipped with screw hard centralizers with a diameter close to or equal to the diameter of the bit that drilled the interval. The waiting time for cement hardening after cementing the casing is determined by the moment of obtaining the continuity of the contact of the cement stone with the casing according to the data of the acoustic cement meter. The production string, lowered into the casing technical string against the interval of halite-bearing rocks, is made up of pipes of a larger diameter than the rest of the string, with an increased EI rigidity of 2.5 times, and each pipe is equipped with rigid screw centralizers.

Пример. В интервал галитсодержащих пород спускают обсадную колонну диаметром выше или равным диаметру утяжеленных бурильных труб, применявшихся при бурении этого интервала. Это объясняется тем, что желобные выработки нарабатываются замками бурильных труб, диаметр которых всегда меньше диаметра утяжеленных бурильных труб. Бурильные трубы диаметром 140 мм имеют буровые замки диаметром 176 мм, а утяжеленные трубы, если диаметр долота 295,3 мм, имеют диаметры 203 мм и выше до 244,5 мм. Или если долото имеет диаметр 394 мм, то утяжеленные трубы могут применяться диаметром 300 мм, в то время как бурильные трубы и замки остаются прежних размеров. Таким образом, диаметр технической колонны в этом интервале должен быть больше диаметра 178 мм, что не позволит им входить в желобную выработку. Обсадная техническая колонна должна оборудоваться жесткими центраторами с диаметром, близким к диаметру долота, что обеспечит концентричное расположение. Так, если долото имеет диаметр 295,7 мм, то жесткий центратор должен иметь диаметр 292 мм. Example. A casing string with a diameter greater than or equal to the diameter of the weighted drill pipe used in drilling this interval is lowered into the interval of halite-bearing rocks. This is due to the fact that grooves are produced by drill pipe locks, the diameter of which is always less than the diameter of the weighted drill pipe. Drill pipes with a diameter of 140 mm have drill locks with a diameter of 176 mm, and weighted pipes, if the bit diameter is 295.3 mm, have diameters of 203 mm and above up to 244.5 mm. Or if the bit has a diameter of 394 mm, then weighted pipes can be used with a diameter of 300 mm, while drill pipes and locks remain the same size. Thus, the diameter of the technical column in this interval should be greater than the diameter of 178 mm, which will not allow them to enter the groove. The casing must be equipped with rigid centralizers with a diameter close to the diameter of the bit, which will provide a concentric arrangement. So, if the bit has a diameter of 295.7 mm, then the hard centralizer should have a diameter of 292 mm.

После того как галитсодержащие породы перекрыты технической колонной, в нее спускают эксплуатационную колонну, которую в этом интервале оборудуют жесткими винтовыми центраторами и используют трубы с большим диаметром, чем остальная часть колонны, что позволяет увеличить жесткость E1 в 2,5 раза. Так, если эксплуатационная колонна диаметром 168,3 мм, участок колонны против галитсодержащих пород может состоять из труб диаметром 177,8 мм с толщиной стенки 17,5 мм. After halite-bearing rocks are blocked by a technical column, an production string is lowered into it, which is equipped with rigid screw centralizers in this interval and pipes with a larger diameter are used than the rest of the column, which allows increasing the rigidity E1 by 2.5 times. So, if the production casing with a diameter of 168.3 mm, the section of the casing against halite-bearing rocks may consist of pipes with a diameter of 177.8 mm and a wall thickness of 17.5 mm.

Затем в качестве буферной жидкости последовательно закачивают порции рассола плотностью до 1200 кг/м³, структурированного утяжеленного бурового раствора и жидкости без твердой фазы плотностью 1650-1700 кг/м³, которая при контакте с оставшимся буровым раствором, уменьшая его вязкость и касательные напряжения сдвига, обеспечит лучшее замещение бурового раствора цементным. В тампонажный раствор, затворенный на насыщенном растворе хлориде натрия плотностью 1180-1200 кг/м³, вводят сухой мелкокристаллический хлорид натрия количеством 15-20% от веса цемента. Раствор при попадании в высокотемпературные условия и давления в процессе гидратации окажется перенасыщенным, что при охлаждении приведет к кристаллизации избытка хлорида натрия и получению цементного камня повышенной плотности и лучшему сцеплению цементного камня со стенками скважины. Во время ожидания затвердения цемента уменьшается противодавление на галитсодержащие породы и процесс пластического течения галита несколько ускоряется. Поэтому работы в колоннах могут быть начаты только после получения материала акустического каротажа, что процесс затвердения цемента и пластического течения солей завершен, поскольку смятие колонн происходит от сосредоточенных нагрузок в первый период ожидания затвердения цемента.Then, as a buffer fluid, portions of brine with a density of up to 1200 kg / m ³ , a structured weighted drilling fluid and a fluid without a solid phase with a density of 1650-1700 kg / m ³ , which, when in contact with the remaining drilling fluid, reducing its viscosity and shear stresses, are sequentially pumped , will provide the best replacement of drilling mud with cement. Dry fine-grained sodium chloride in the amount of 15-20% by weight of cement is introduced into the cement slurry, shut on a saturated solution of sodium chloride with a density of 1180-1200 kg / m ³ . When the solution is exposed to high temperature conditions and pressures during hydration, it will be oversaturated, which upon cooling will lead to the crystallization of excess sodium chloride and to produce a high density cement stone and better adhesion of the cement stone to the borehole walls. While waiting for the cement to harden, the back pressure on the halite-containing rocks decreases and the process of plastic flow of halite is somewhat accelerated. Therefore, work in the columns can only be started after obtaining acoustic logging material that the process of cement hardening and plastic flow of salts is completed, since the crushing of the columns occurs from concentrated loads in the first waiting period for cement hardening.

Таким образом, предлагаемый способ решает поставленную задачу надежной изоляции интервала галитсодержащих пород и защищает обсадные колонны от смятия. Thus, the proposed method solves the problem of reliable isolation of the interval of halite-bearing rocks and protects the casing from collapse.

Claims

1. A method of attaching casing strings in the well, including lowering the casing string, injecting buffer fluid in the form of a brine and cementing the casing string with grouting fluid, characterized in that the technical string is lowered first, and after the technical string has closed the halite-containing rocks, the production string is lowered into it the column, as a buffer fluid, portions of brine with a density of up to 1200 kg / m ³ , a structured weighted drilling fluid and a liquid without a solid phase with a density of 16 are sequentially pumped 50-1700 kg / m ³ in a volume of 10-15 m ³ , and the cement slurry is shut on a saturated solution of sodium chloride and then dry fine crystalline sodium chloride is additionally introduced in an amount of 15-20% by weight of cement.

2. The method according to claim 1, characterized in that to increase the rigidity of the pipes, casing strings are used with a diameter greater than or equal to the diameter of the weighted drill pipes used when drilling.

3. The method according to claim 1, characterized in that the casing strings spanning the interval of halite-bearing rocks are equipped with screw hard centralizers with a diameter close to or equal to the diameter of the bit that drilled the interval.

4. The method according to claim 1, characterized in that the waiting time for cement hardening after cementing the casing strings is determined by the moment of obtaining the continuity of the contact of the cement stone with the casing according to the acoustic cement meter.

5. The method according to claim 1, characterized in that the production string lowered into the casing technical string against the interval of halite-bearing rocks is made up of pipes of a larger diameter than the rest of the string, with an increased rigidity E1 of 2.5 times and each pipe is equipped rigid screw centralizers.