КРИСТАЛ ВРЕДЕН И ЭРИК ЭВАНС,
WEATHERFORD
С помощью кроссовера CrossStream происходит вращение обсадной колонны-хвостовика и возвратно-поступательное движение во время обратной закачки цементного раствора, что повышает качество цементирования скважины. (Источник: Weatherford)
Уникальные и комплексные характеристики глубоководных образований стали мощными стимулами к развитию технологических инноваций, в связи с чем операторы и сервисные компании расширяют свои возможности для удовлетворения потребностей этой чрезвычайно важной области.
Будучи одним из наиболее важных аспектов освоения скважин, цементирование представляет собой особенно сложную задачу в глубоководных условиях с выработанными образованиями, зоной слабой циркуляции или ее отсутствием, узким градиентом порового давления/разрыва. Эти условия влияют на приемлемую эквивалентную плотность циркуляции (ЭПЦ) в скважине, необходимую для успешного цементирования.
Традиционно, цемент закачивают вниз по бурильной трубе, хвостовику или внутреннему диаметру обсадной трубы и проталкивают в кольцевое пространство. В результате высокое давление в сочетании с очень жесткими кольцевыми ограничениями, которые иногда возникают на предыдущем башмаке обсадной колонны, создает высокую ЭПЦ на призабойной зоне пласта, увеличивая риск потерь в процессе закачки цементного раствора.
Риск призабойной ЭПЦ или потери циркуляции может быть уменьшен с помощью технологии обратного цементирования, согласно которой цементный раствор циркулирует вниз по кольцевому пространству и обратно вверх по обсадной колонне или хвостовику. Изначально процедура первичного цементирования применялась на континентальных и мелководных скважинах, где отсутствует водоотделяющая колонна, а кольцевое пространство простирается непосредственно на поверхность.
Учитывая эффективность и преимущества ЭПЦ, предлагаемые технологией обратного цементирования, области применения данной методики довольно широка. Компания Weatherford использовала системный подход к применению технологии обратного цементирования в глубоководных бассейнах. Компания разработала систему многофункционального цементирования обсадной колонны-хвостовика, которая использует технологию радиочастотной идентификации (РЧИД), чтобы облегчить путь потока, который перенаправляет цементный раствор в кольцевое пространство под водоотделяющей колонной и блоком превенторов.
Подводная система обратного цементирования CrossStream сконструирована так, чтобы работать над подвеской хвостовика и выборочно закачивать жидкость, когда и куда это необходимо. Поскольку цементный раствор не может закачиваться в кольцевое пространство непосредственно с глубоководной буровой площадки, обычно цементный раствор сначала закачивают в бурильную трубу, а затем перенаправляют в кольцевое пространство над хвостовиком с помощью инструмента в системе CrossStream. Оттуда он направляется к башмаку хвостовика. Обратный поток жидкости идет к обсадной колонне-хвостовику и, проходя через инструмент CrossStream, входит в кольцевое пространство над хвостовиком, прежде чем вернуться на поверхность.
В тех случаях, когда потери имели место глубоко в стволе скважины, подводная система обратного цементирования снижает потенциальные потери цементного раствора в пласте. Система также снижает призабойную ЭПЦ, тем самым снижая риск потери жидкости и необходимость дорогостоящей ликвидации последствий из-за недостаточного покрытия цементом в слабых или выработанных зонах.
Технология радиочастотной идентификации активирует множество функций инструмента. Чип радиочастотной идентификации управляет инструментами системы для выборочного многократного переключения между обычным и обратным протоком циркуляции в рамках одной спуско-подъемной операции. Хвостовик, например, может быть спущен в скважину, если система CrossStream переведена в режим обычной циркуляции. Перед проведением работ по обратному цементированию чип радиочастотной идентификации (РЧИД-чип) вводится в скважину, чтобы переключить систему CrossStream на режим подводной обратной циркуляции протока. Кроме того, инструменты можно задействовать для работы в периодическом режиме, используя последовательность импульсов давления.
Подводная обратная циркуляция протока перенаправляет внутренний диаметр в кольцевое пространство над верхними отверстиями. (Источник: Weatherford)
Ключевым аспектом системы является ее способность непрерывно вращать и расхаживать хвостовик во время цементирования, повышая в дальнейшем эффективность промывки ствола и целостность затвердевшего цемента. В зависимости от геометрии скважины система также может сократить эксплуатационное время, необходимое для цементирования. Поскольку обратная закачка цементного раствора прекращается как только цемент заполнил кольцевое пространство и разделительный патрубок, нагнетание объема внутри хвостовика для его вытеснения не требуется.
ОБЫЧНЫЕ И ОБРАТНЫЕ ПРОТОЧНЫЕ КАНАЛЫ
Спроектированная в модульной конструкции с целью универсальности, система подводного обратного цементирования включает в себя активированный РЧИД-кроссовер, который необходим для проведения любой операции подводного обратного цементирования, а также два вспомогательных РЧИД-приводных инструмента, которые могут быть использованы в зависимости от требований по выполнению работ. РЧИД-инструмент для циркуляции обеспечивает выборочную, непрерывную циркуляцию в кольцевом пространстве спусковой колонны без протекания жидкости мимо выработанной зоны или вытеснения цементного раствора. РЧИД-створчатый клапан изолирует спусковую колонну при установке расширяющейся подвески хвостовика после закачивания цементного раствора. Помимо РЧИД-компонентов, двунаправленная муфта обсадной трубы с обратным клапаном направляет поток в режим обычной и обратной циркуляции.
ОБОСНОВАНИЕ ПОДХОДА
Для проверки производительности кроссовера и двунаправленной муфты обсадной трубы с обратным клапаном в полевых условиях крупнейший оператор применил подход подводного обратного цементирования к установке хвостовика в континентальную скважину в Пенсильвании в июле 2015 года. Конструкция обсадной колонны скважины предусматривала наличие колонны-хвостовика в забивной трубе, с геометрией материнской обсадной колонны и колонны-хвостовика, аналогичной конструкции морской скважины-кандидата с точки зрения кольцевого зазора. Такая геометрия позволяла сохранять плотный кольцевой зазор между внутренним диаметром обсадной колонны и внешним диаметром хвостовика, как это предусмотрено в глубоководных скважинах.
Рабочая бригада спустила кроссовер в скважину в положении заднего хода, после чего цементный раствор был закачан в кольцевое пространство для закрепления хвостовика в обратном направлении с вращением. Затем техник по ТО в полевых условиях в начале вытеснения раствора использовал РЧИД-чип, который, по прибытию в скважину, подал сигнал кроссоверу о переходе от обратного к обычному проточному каналу. После чего скважина была закрыта, чтобы можно было контролировать давление в обсадной трубе и насосно-компрессорной трубе. Давления уравнялись через пять минут, свидетельствуя о том, что инструменты работают в плановом режиме. Затем подвеска хвостовика была успешно установлена традиционными методами.
Вместо обычного оборудования для цементирования скважин, которое, как правило, используется для стандартных операций цементирования и обеспечивает поток только в одном направлении, рабочая бригада использовала двунаправленную муфту обсадной трубы с обратным клапаном в верхней части подвески хвостовика. На основе существующей технологии была разработана двунаправленная муфта обсадной трубы с тремя створчатыми клапанами—двумя направленными книзу клапанами для сдерживания давления после окончания цементирования и направленным вверх клапаном, который способствует циркуляции во время подъема из скважины, не нарушая при этом целостности цементного раствора. Поскольку клапаны обращены в противоположные стороны, муфта с обратным клапаном обеспечивает герметизацию выше и ниже цементного раствора. Стингер крепится к спусковой колонне хвостовика, которая держит клапаны открытыми во время операции цементирования.
После того, как цементный раствор застыл, оператор строит каротажную диаграмму контроля цементирования скважины и ультразвукового каротажа для оценки покрытия и целостности цементного раствора. Были также использованы охлаждающие маркерные элементы для улучшения обнаружения цементного раствора на основе сниженной толщины цементной оболочки. Результаты каротажа показали, что операция по цементированию была проведена качественно на всем участке необсаженной скважины. Качество цементного раствора, подтвержденное аппаратурой для контроля цементирования, оправдало подход подводного обратного цементирования.
В рамках процесса развития, система подводной обратной циркуляции CrossStream тестируется поэтапно с целью проверки новой технологии. Масштабное тестирование и наземные испытания были завершены, морские испытания запланированы на будущее. Успешные наземные испытания обеспечили ценными знаниями и явились важным этапом перехода к этой технологии для регулярного использования в открытом море, в том числе при исследовании глубоководных образований, где существует риск обнаружения выработанных или слабых формаций и последующих потерь цементного раствора.
