Способ цементирования скважин

 

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - повышение эффективности цементирования скважин за счет повышения несущей способности поглощающих пластов и увеличения высоты подъема цементного раствора. В обсадную колонну закачивают цементный раствор и продувают его в заколонное пространство, осуществляют гидроразрыв пород и контролируют в скважине изменение давления во времени. Перед возобновлением продавки раствора производят повторный гидроразрыв пласта, который повторяют до получения равенства давлений гидроразрыва в последующей и предыдущей операциях. После продавки очередной порции цементного раствора повторяют цикл операций гидроразрыва на новой глубине. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄ SUÄÄ1474254 (5ц 4 Е 21 В 33/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 разрыва повторяют до получения равенства давлений гидроразрыва в последующей и предыдущей операциях. После продавки очередной порции цементного раствора повторяют цикл операций гидроразрыва на новой глубине.

Сущность способа заключается в следующем.

Цементный раствор представляет собой дисперсную систему, состоящую из жидкой (воды) и твердой (цемент, наполнитель) фаз, На фиг. 1 и 2 схематично показан процесс образования трещин гидроразрыва в пласте с гранулярной пористостью (например, песчаник) с последующим закрытием трещины и ее тампонированием.

При повышении в скважине 1 давления до величины давления гидроразрыва в пласте 2 образуется трещина 3 разрыва (фиг. 1а)

Направление трещины разрыва перпендикулярно направлению наименьшей прочности пласта на разрыв. В образовавшуюся трещину разрыва из скважины поступает

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3954702/23-03 (22) 19.09.85 (46) 23.04.89. Бюл. № 15 (71) Украинский научно-исследовательский институт природных газов (72) В. С. Котельников, И. С. Марчук, В. Э. Тамплон и Г. Г. Панченко (53) 622.245.42 (088.8) (56) Мищевич В. И. Справочник инженера по бурению, т. 1.— М.: Недра, 1973, с. 395.

Авторское свидетельство СССР № 1189998, кл. E 21 В ЗЗ/13, 1984. (54) СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель — повышение эффективности це1

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к способам их цементирования.

Целью изобретения является повышение эффективности цементирования скважин за счет повышения несущей способности поглащающих пластов и увеличения высоты подьема цементного раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале осуществляют закачку цементного раствора в обсадную колонну, затем продавливают его в заколонное пространсство.

В процессе продавки осуществляют гидроразрыв пород, например, путем создания давления в трубах и противодавления в заколонном пространстве. Нагнетание цементного раствора прерывают ы контролируют в скважине изменение давления во времени.

Перед возобновлением продавки цементного раствора осуществляют повторный гидроразрыв пласта. При этом операцию гидроментирования скважин за счет повышения несущей способности поглощающих пластов и увеличения высоты подъема цементного раствора. В обсадную колонну заканчивают цементный раствор и продувают его в заколонное пространство, осуществляют гидроразрыв пород и контролируют в скважине изменение давления во времени. Перед возобновлением продавки раствора производят поворотный гидроразрыв пласта, который повторяют до получения равенства давлений гидроразрыва в последующей и предыдущей операций. После продавки очередной порции цементного раствора повторяют цикл операций гидроразрыва на новой глубине. 3 ил.

1474254

ЗО

3 цементный раствор. Под действием давления в сважине жидкая фаза цементного раствора отфильтровывается в пласт. На стенках трещины образуется фильтрационная корка 4 (фиг. б). С падением давления в скважине (с прекращением нагнетания) трещина закрывается, фильтрующая корка уплотняется. Так как размер частиц цемента меньше размера зерен песчаника, то проницаемость образовавшейся уплотненной корки меньше проницаемости пласта. В результате образования своеобразной цементной прокладки происходит увеличение скелетных сжимающих напряжений в пласте (действует эффект забивания клина). Причем наибольшее увеличение несущей способности пласта на разрыв происходит в приствольной части скважины.

П ри повторном гидроразрыве (фиг. 2) происходит раскрытие новой трещины в следующем наиболее ослабленном сечении и аналогично описанному механизму происходит ее цементирование (установлен второй клин) .

На фиг. 3 приведен условный график изменения избыточного давления на устье скважины. Участки А,В,, А,В„АаВ,, А В и

А В соответствуют периодам нагнетания килкости в скважину. Точки В, В„В,, В4, В соответствуют моментам гидроразрыва и прекращени1о нагнетания жидкости в скважину. Горизонтальные участки на графике соответствуют закрытию трещин разрыва и завершению процесса их цементирования.

На ланном графике лавление гидроразрыва увеличивается на величину Є— Р„ а лавление нагнетания — на величину P— мл

Р„(фиг. 3). При последних двух операциях ппроразрыва он происходит в непроницаемом пласте и дальнейшее его упрочнение не пронсхолит.

:-)то является сигналом возобновления I Iëüíc éIï0é I1родавки цементного раствора.

После закачки последуюгцей порции цементilol о раствора цикл операций гидроразрыва повторяют на новой глубине.

При.иер Колонну спускают на глубину

1400 м. Верхний разрез перекрыт кондуктором, спущенным на глубину 600 м. Для интервала 600 — 1200 м, разрез которого представлен глинами, градиент разрыва равен

21х10 Па/м. Для интервала 1200 — 1400 м, разрез которого представлен преимугцественно гра нуля рным и коллекторами, градиент гилроразрыва равен Г„р — — lбх10 Па/м.

Плотность цементного раствора равна уцр ——

=1,6х10 кг/м, плотность бурового раствора р р — — 1,2х10 кг/м . Градиент гидросопротпвленпй в заколонном пространстве Гп, =4х!0 !1а/м.

Разницd между лавлением гилроразрыва и лавлением нагнетания ь Р =2х10 Па.

Определяют давление гидроразрыва на забое скважины: Рг.р = Г,-р хН,= 16.10 х

)с!450 =22,4.10 Па, где Р, =давление гидроразрыва на забое скважины: Н вЂ” глубина скважины.

Определяют давление нагнетания на забое скважины: к =Prp — hP =22,4 10 — 2 10 =20 4õ х10 Па, где Є— давление нагнетания на забое скважины.

Определяют глубину подъема цементного раствора, при которой статическое давление на забое скважины равно давлению нагнетания

9 8 ° 1 6 10 1450-20,4 н,— — — — — — ——

-393 и

g (p„ð — р р) 9,8(1,6 ° 10 — 1, 2.10 ) где g — ускорение свободного падения.

Определяют ожидаемое давление на забое скважины в момент выхода цементного раствора на устье скважины

Рамакс = (g Ри.р + Гг.c ) Hc = (9,8 1,6х 10 +4 10 )-1400=27,55 10 Па.

Давление гидроразрыва на забое скважины, которое обеспечивает подъем цементного раствора до устья, должно составлять величину 27,55-10 Па. Для этого необходимо повысить несущую способность пласта на

27,55х10 — 22,4 ° 10 =5,15х10 Па.

Закачивают в колонну буферную жидкость и цементный раствор. Последний продавливают до глубины 500 м.

Прекращают продавку, создают гидроразрыв. В момент гидроразрыва нагнетание жидкости прекращают и выдерживают скважину до стабилизации давления на устье. Вновь осуществляют гидроразрыв с последующим выдерживанием скважины без нагнетания.

Операции гидроразрыва прекращают, например, при увеличении давления гилроразрыва на величину более 5,15-10 Па.

Если первоначальное давление гидроразрыва отличается от первоначальной ожилаемой величины, то определяют минимальную величину избыточного давления в заколонном пространстве, которую необходимо достичь в процессе повышения несущей способности irorлощающих пластов.

Р = Р .мака P> = 27,55 10 — 20,87 10

= 6,68 10 Па, гле Рз — — рхги„.p (H — H u.p ) +

+g у„,р Н, =9,8-1,6-10 -(1400 — 500) +9,8х х1,2. 10 500 = 20,87 10 Па.

Р, — статическое давление на забое сква жины при подъеме цементного раствора на высоту Нц=500 м.

Операции гидроразрыва в этом случае прекращают при достижении величины избыточного давления в заколонном пространстве, превышающей 6,68х108Па.

После прекращения операций гилроразрыва Н8 одной глубине прололжают пролав474254

Фиг.1 а

Фиг. Z

5 ку очередной порции цементного раствора до новой глубины, где повторяют описанный цикл операций гидроразрыва.

Формула изобретения

Способ цементирования скважин, включающий закачку цементного раствора в обсадную колонну, продавку его в заколонное пространство, осуществление гидроразрыва пород, контролирование в скважине изменения давления во времени и возобновление продавки цементного раствора после стабилизации давления в скважине, отличаю и ийся тем, что, с целью повышения эффективности цементирования скважин за счет повышения несущей способности поглощающих пластов и увеличения высоты подъема цементного раствора, перед возобновлением продавки цементного раствора осуществляют повторный гидроразрыв пласта, при этом операцию гидроразрыва повторяют до получения равенства давлений гидроразрыва в последующей и предыдущей операцияк, а после продавки очередной порции цементного раствора повторяют цикл операций гидроразрыва на новой глубине.

1474254

Время

4 ЬГ 5

Составитель В. Гришанов

Редактор В. Бугренкова Техред И. Верес Корректор С. Черни

Заказ 1848/27 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101