Устройство для обработки стенки скважины

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для повышения герметичности зацементированного заколонного пространства. Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет формирования экранирующей перемычки в заданном интервале. Устройство включает скребки (С) 1, последовательно установленные на обсадной колонне (ОК) 2 с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть каждого С 1 жестко связана с эластичной кольцевой манжетой (М) 3, выполненной с возможностью перекрытия пространства между стенкой скважины 4 и ОК 2 при движении С 1 вниз. Расстояние между С 1 и их количество выбирают из следующего соотношения: L = 0,31 H (D-D)/L

N=L/L, где L - расстояние между С 1, м

H - длина ОК 2, м

D, D - внешний и внутренний диаметры М 3 соответственно, м

L - длина участка ОК 2 в интервале обработки, м

N - количество С 1, шт

причем при LΛ, N=1. При закачке тампонажного раствора М 3 отжимаются и не препятствуют движению жидкости. После окончания закачки из-за разности плотностей тампонажного и продавочного растворов возникает обратное движение тампонажного раствора, раскрывающее М 3 и вызывающего движение С 1. Происходит очистка стенок скважины. Выбирая расстояние между С 1, можно обеспечить формирование экранирующих перемычек против проницаемых пропластков. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1 (5g 4 Е 21 В 37/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4399209(23-03 (22) 31,03..88 (46) 15,11,89. Бюл, 8- 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (72) С,С.Гусев, А.В.Черненко, А,А.Аб.рамов, В.В.Еременко, В,В.Ягоденко, А,В.Ладыга и Е.M,Boëîñíèêîâà (53) 622.245.5(088.8) (56) Бойко Б.Н, Шагающий скребок.

Нефтяник, 1957, 11 8, с, 20-21, Патент США Р 3292706, кл, 166-173, 1964, 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СТЕНКИ

СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к нефтяной проиьппленности и предназначено для повьппения герметичности зацементированного заколонного пространства, Цель изобретения — повышение эффективности работы устройства эа счет формирования зкранирующей перемычки в заданном интервале. Устройство включает скребки (С) 1 последовательно установленные на обсадной колонне (ОК) 2 с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть каждого С 1 жест1521864

О 31 Н (Б-d) 1

«А +n= ——

1 1. ко связана с эластичной кольцевой

Манжетой {M) 3, выполненной с возможностью перекрытия пространства меж цу стенкой скважины 4 и ОК 2 при движении С 1 вниз. Расстояние между С 1 их количество выбирают из следующего соотношения: L=0,3IH(D-d)/1; и=

=1/L, где L - расстояние между С 1, м, Н - длина ОК 2, м; D d — - внешний н внутренний диаметры M 3 соответст- . енно, м; 1 — длина. участка ОК 2 в нтервале обработки, м; n — количесто С 1, шт; причем при 1.)1, n = 1, Изобретение. относится к нефтяной 2p ромышленности, а именно к устройстам, предназначенным для повышения ерметичности зацементированного заколонного пространства.

Цель изобретения — повышение зффек-15 тивности его работы за счет формирова ния экранирующей перемычки в заданном

««нтервале.

На фиг.1 изображено устройство для: очистки стенок скважин в процессе, заполнения заколонного пространст,ва тампонажным раствором, элементы устройства находятся в исходном поло, женин; на фиг.2 — то же, в процессе перемещения скребков обратным перето35 ком жидкости при ее перепуске внутрь колонны, направление течения жидкос,ти показано сплошной стрелкой, при, прямом движении жидкости (пунктир ная стрелка) скребок возвращается в

40 начальное положение, на фиг,3 - то же, в процессе формирования экранирующей перемычки, формируемой путем обезвоживания тампонажного раствора в проиицаемый пласт элементы устройства э

45 находятся в нижнем положении, при этом скребок может находиться и в верхнем положении, что определяется направлением потока жидкости в момент окончания процесса цементирования, на фиг.4 — схематическое изобра50 жение сил, действующих на экранирующую перемычку.

Устройство включает скребки 1, последовательно установленные на обсадной колонне 2 с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть каждого скребка 1 жестко связана с эластичной кольцевой манжетой 3, коПри закачке тампонажного раствора

М 3 отжимаются и не препятствуют движению жидкости, После окончания закачки из-за разности плотностей тампонажного и продавочного растворов возникает обратное движение тампонажного раствора, раскрывающее М 3 и вызывающего движение С 1. Происходит очистка стенок скважины, Выбирая расстояние между С l можно обеспечить формирование экранирующих перемычек против проницаемых пропластков, 4 ил. торая установлена с возможностью перекрытия пространства между стенкой скважины 4 и обсадной колонны 2 при движении скребка 1 вниз,.Обсадная колонна 2, которая в нижней части оснащена направляющим башмаком 5 и упорным кольцом б. В заданном интервале разреза скважины на обсадной колонне устанавливаются центраторы

7 и 8. Скребки 1 предназначены для удаления глинистой корки 9. Движение скребка вверх ограничивается стопорным кольцом 10 центратором 7 и муфтой колонны. Продавливание тампонажного раствора за обсадную колонну осуществляется с применением разделительной пробки 11, Разрез скважины литологически представлен проницаемыми 12 и непроницаемыми 13 породами. Расстояние между скребками 1 и их количеством выбирают из соотношения где L — расстояние между скребками, м;

H — - длина обсадной колонны, м;

9 — внешний диаметр скребка, м;

d — внутренний диаметр скребка, м;

1 — длина участка обсадной колонны в интервале обработки

{равная мощности формируется перемычки), м;

n — количество скребков, шт; причем L Н, а при 1. р 1 на колонне устанавливают один скребок, Устройство работает следующим образом.

5 15218

Скребки устанавливаются на обсадной колонне 2 в заданных интервалах разреза скважины против непроницаемых 13 или проницаемых 12 плас5 тов, которые выбираются как объективы для обеспечения полноты замещения бурового раствора тампонажным или для разобщения близкорасположенных разнонапорных пластов или изоляции пласта с АВПД. Для обеспечения проходимости скребка 1 обсадная колонна центрируется, Тампонажный раствор заканчивается в заколонное пространство скважины по обычной технологии прямой циркуляцией 15 с применением верхней разделительной пробки. При этом манжеты 3 на скребках

1 при определенном перепаде давления восходящнм потоком жидкости отжимаются внутрь к обсадной колонне 2 и не 20 препятствуют движению жидкости (фиг,1)

При продавливании тампонажного раст,вора за обсадную колонну циркуляция .жидкости прекращается и часть жидкос ти из обсадной колонны перепускается 25 в мерник агрегата. В результате этого между затрубным и трубным простраи1ством.скважины создается перепад давления, обусловленный разностью плотностей тамонажного и продавочного 3О растворов, под действием которого возникает обратное движение тампонажного раствора. При этом манжеты 3 на скребках 1. раскрываются, перекрывая затрубное пространство, и скребки 1 потоком жидкости увлекаются вниз по обсадной колонне 2 (фиг,.2) до схождения с муфтовым соединением или центратором 7, Включаются прямая циркуляция жидкости, и скребки 1 перемещаются потоком 411 в исходное положение, При перемещениях скребков 1 глинистая корка 9 и остатки бурового раствора разрушаются и потоком тампонажного раствора выносятся иэ зоны обработки. Опера- 45 ция может повторяться несколько раз, При перемещении скребка 1. также м улучшается контакт цементного камня с обсадной колонной 2 за счет очистки ее поверхности манжетой 3 скреб- 5О ка 1, При обработке скребками 1 проницаемого пласта 12 вследствие существующего перепада давления между стол- 55 бом тампонажного раствора и пласто.вым давлением в проницаемом пласте

12 часть жидкости затворения, не участвующая в гидратации вяжущего, б4 б отфильтровывается в пласт. При этом в интервале удаления глинистой корки формируется зкранирующая, малопроницаемая перемычка иэ "обезвоженного

Sl тампонажного раствора, имеющая непосредственный контакт. с горной породой и обладающая повышенным градиентом гидропрорыва структуры и сокращенными сроками схватывания (фиг,3).

Операция по очистке стенок скважины, может осуществляться и в начале процесса цементирования, в этом случае скребки t необходимо устанавливать в интервале непроницаемых пластов 13 °

При формировании экранирующих перемычек в высокопроницаемых пластах 12 . скребки 1 рекомендуется приводить в действие после получения сигнала

"Стоп", Для обеспечения обратного перетока жидкости в колонну используются технические средства, позволяющие производить эту операцию.

При применении устройства с целью повышения полноты замещения бурового раствора тампонажным (скребки 1 устанавливаются в интервале непроницаемых и малопроницаемых пород) сле дует руководствоваться условием—

L=h. т,е. на одной трубе устанавливается один скребок 1, При применении устройства дополнительно с целью формирования экранирующих перемычек в заколонном пространстве (скребки 1 устанавливаются в интервале проницаемых пород 12) расстояние между скребками 1 выбирается из соотношения

О 31 Н (О-Й) .А

1 причем при L 1 на колонне 2 в интервале обработки устанавливается один скребок

Расчет расстояния между скребками при формировании экранирующей перемычки

В виду того, что по мере обезвоживания тампонажного раствора резко увеличивается его статическое напряжение сдвига, обратный переток тампонажного раствора в заколонном пространстве самопроизвольно постепенно уменьшается и прекращается. Следовательно, необходимо определить путь, который пройдет скребок 1 под действием обратного перетока тампоиажного

1521864 раствора до его остановки. При этом расстояние между скребками 1 выбирается равным. длине этого пути, Очевидно, что путь, пройденный скребком 1, будет зависеть от скорос. ти обратного перетока раствора в обсадную колонну 2 и поодолжительности его движения, которые зависят от скорости нарастания статического на10 пряжения сдвига тампонажного раствора в процессе его обезвоживания, При этом скорость движения потока от сво. ей максимальной величины (VÄ «) в начале движения по мере обезвоживания

15 тампонажного раствора будет снижаться . и через некоторый промежуток времени (t ) уменьшится до нуля, Исходя,из и ред этого, можно определить путь (Ь), который пройдет поток в этот период.

=V (1- ), с1 макс прЕ

Интегрируя это выражение, получим:

4 пред пред 25 макс

dI.-V dt -- — tdt; макс

"пред о о о

L-Ч (t 0) - — (Р.ФА О )1 макс пред с пред 2 30

Й..й Ю а. Q а с е 1 макс пред макс п (1)

В виду кратковременности процесса обезвоживания цементного раствора в реальных условиях принимаем, что нарастание статического напряжения сдвига раствора в процессе его обезвоживания происходит по линейному за40 кону, т.е.

e„,„- е. ° «„„„, пред о (2) где 6 „„- конечное значение СНС, тампонажного раствора, Па (в момент остановки

45 движения раствора);

8о - начальное значение СНС тампонажного раствора, Па; о4 — скорость нарастания СНС тампонажного раствора в процессе его обезвоживания, Па/с, Из (2) находим время t„ » при котором происходит остановка движе- 55 ния обратного потока . ящ" оо пред 2

Подставив полученное выражение (3) в формулу (1) и пренебрегая значе-. нием 9 в виду его малой величины, получим ïðåð, ма кс (4) Отметим, что скорость движения обратного потока тампонажного раствора в.колонну находится s пределах 3,33,7 м/с, Для практических расчетов можно пользоваться средней величиной скорости 2, 5м/с ° С учетом этой величины выражение (4) принимает вид

B пред

L 2 5 к 204 (5) Сопр пред(спи+ к) пер

Следовательно: Ю " пРед 41„р (б) где Рсуммарный перепад давления, действующий на экранирующую перемычку, Па; диаметр скважины, м; наружный диаметр обсадной колонны, м; мощность экранирующий перемычки м скв

Й к

Подставив выражение (6) в формулу (4), определим путь, проходимый потоком до его остановки, и, следовательно, расстояние между скребками:

Значение Оп ед можно определить из условия, что перепад давления, обусловленный разницей плотностей тампонажного раствора и продавочной жидкости, должен быть уравновешен сопротивлением перемычки, обуславливаемым величиной статического напряжения сдвига тампонажного раствора (фиг,4), На фиг,4 обозначено: 14 — тампонажный раствор; 15 — буровой раствор (продавочная жидкость) 16 — экранирующая перемычка, Н - глубина скважины (длина обсадочной колонны), м; 1 толщина экранирующей перемычки, м;

Z — высота столба тампонажного раствора от забоя скважины до кровли перемычки, м.

Тогда

Fñîïð и а дe F QP S ск

1521864

3 3 ш

0 31Н (р-1)

1 (8) 35 где L

n = (9) Н

40 р, 45 скп

2 5 6 P(D к -с1к (7)

81ер

Величину 5Р в выражении (7) можно предс тавить (фиг, 4):

6m=(-z)р,, g-(нр, -zp, )g =

= ня(р, -р ),, где 0 — плотность тампонажного - r,f з. раствора, кг/м

0 — плотность бурового раст1 Р з. вора, кг/м — ускорение свободного паЯ. дения, м c

Величина (f — pg О) - разница плотностей тампонажного и бурового растворов, В практике крепления скважин эта величина в среднем составля. ет 400 кг/м, Заменим параметры DcKs dt s 1п в выражении (7) на эквивалентные параметры: D =D где D — внешний скп диаметр манжеты скребка, м; d„=d где d — - внутренний диаметр манжеты скребка, м; 1 =1, где 1 — длина участка обсадной колонны в интервале обработки, м.

По данным экспериментальных исследований средняя величинаос,=4000 Па/с, С учетом приведенных изменений выражение (7) представим в следующем виде:

Из условия 1-"nL находим где n — - количество скребков в интервале 1 .

Если по расчету из формулы (8) оказывается, что j l, то следует в интервале l(l ) устанавливать.1 скребок, П р и и е р. Н 2000 м; D=0,2)6 мм

d=0 168 м; 110 м.

Подставляя приведенные значения в зависимости (8, 9), получим:

L 3 ì, Для приведенных условий на обсадной колонне в интервале толпп ной

10 м следует установить три скребка

1 на расстоянии три м друг от друга.

Формула изобретения

Устройство для обработки стенки скважины, включающее скребки, последовательно установленные на обсадной колонне с возможностью осевого перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения эффективности его работы за счет формирования экранирующей перемычки в заданном интервале, оно снабжено эластичными кольцевыми манжетами, каждая иэ,которых жестко связана с нижней частью скребка и выполнена с возможностью

30 перекрытия пространства между стенкой скважины и обсадной колонной при движении скребка вниз, а расстояние между скребками и их количество выбирают из следующего соотношения:

„ 0,3 Н(Р-d) 1

n = расстояние между скребками, м; длина обсадной колонны, м; внешний и. внутренний диаметры манжеты соответственно; м длина участка обсадной колонны в интервале обработки, м; количество скребков, шт; причем L K h а при L o 1. п 1 длина обсадной трубы, м.

1521864

Составитель В.Борискина

Редактор И,Бандура Техред А. Кравчук Корректор В,Гирняк

Заказ 6902/29

Тираж 514

Подписное

ВШПП1И Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101