Устройство для измерения давления расширения тампонажных материалов

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для оценки герметичности зацементированного заколонного пространства. Цель - повышение информативности измерений путем определения зависимости давления расширения твердеющего тампонажного материала (ТМ) от величины возможной его деформации Устройство состоит из заполненного жидкостью 5 автоклава 4 с измерителями 2 и 6 давления и регуляторами давления и температуры. Внутри автоклава размещен бокс 3 из эластичного материала, заполненный ТМ. Автоклав 4 снабжен узлом для изменения объема жидкости в виде мерного сосуда 10 с регулятором жидкости. При твердении ТМ измеряют давление расширения. Затем выпускают часть жидкости из автоклава 4 и определяют величину давления расширения при деформации ТМ, равной объему выпущенной жидкости. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

-Ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4413969/24-03 (22) 20.04.88 (46) 23.12.90. Бюл. f4 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам (72) А.Л. Видовский и А.B. Татаринов (53) 622.245.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1317100, кл, Е 21 В 33/138, 1985.

Видовский А.Л. и др. Напряжения в цементном камне глубоких скважин. — M.; Недра, 1977, с. 109-111.,,5U,, 1615334 А1 (я)ю Е 21 В ЗЗ/138, G 01 L 7/18 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ РАСШИРЕНИЯ TAMllOHARHblX

МАТЕРИАЛОВ (54) Изобретение относится к нефтяной и газовой прои-сти и предназначено для оценки r ерметичности зацементированного заколонного пространства. Цель — повышение информативности измерений путем определения зависимости давления расширения твердеющего тампонажного материала (ТМ) от величины возможной его деформации. Устройство состоит из заполненного жидкостью 5 автоклава 4 с измери1615334 телями 2 и 6 давления и регуляторами давления и температуры, Внутри автоклава размещен. бокс 3 из эластичного материала, заполненный TM. Автоклав 4 снабжен узлом для изменения объема жидкости в виде мерного сосуда 1О с регулятором жидкости. При

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для оценки герметичности зацементированного заколонного пространства, и может быть использовано для определения величины давления камня из расширяющегося вяжущего на обсадные трубы и стенки скважины при изменении давления в скважине. Цель изобретения — повышение информативности измерений путем определения зависимости давления расширения твердеющего тампонажного материала от величины возможной его деформации.

Устройство состоит из автоклава, снабженного измерителем давления и регуляторами давления и температуры. Внутри автоклава размещен выполненный из эластичного материала бокс для расширяющегося тампонажного материала (PTM), Устройство снабжено узлом для изменения объема тампонажного материала в автоклаве, выполненное, например, в виде мерного сосуда с регулятором подачи жидкости.

При твердении расширяющегося вяжущего в условиях, исключающих свободное расширение, возникает давление вяжущего на ограничивающие его объем связи(стенки скважины, обсадные трубы, корпус лабораторной установки и др.), т,е. появляется напряженный контакт между вяжущим г ограничивающей его связью. Чем больше напряженность этого контакта, тем больший градиент давления воды он выдерживает, не давая воде прорваться по контакту, тем лучше крепь скважины, Давление расширения зависит от жесткости связей — чем жестче связь, тем боль: е давление расширения. На практике не бывает абсолютно жестких связей, все они в большей или меньшей степени деформируются, предоставляя вяжущему возможность увеличить свой объем, а следовательно, уменьшить напря. кенность контакта между вяжущим и ограничивающими его связями, Помещение PTM в бокс из эластичного материала, не препятствующего расширению вяжущего, позволяет регулировать деформацию РТМ в широких пределах без необходимости учета сопротивляемости бокса. твердении TM измеряют давление расширения. Затем выпускают часть жидкости из автоклава 4 и определяют величину давления расширения при деформации ТМ, равной обьему выпущенной жидкости. 1 з.п, ф-лы, 4 ил, В реальной скважине PTM твердеет в заколонном или межколонном пространстве. После затвердевания PTM в скважине производятся различные технологические

5 операции (опрессовка, замена бурового раствора на воду или на раствор другой. плотности, углубление скважины, нагнетание воды или пара в пласт, добыча нефти или газа и др.). Все эти операции вызывают

1О деформации труб в скважине, при этом изменяется объем, предоставленный РТМ, т.е, для него появляется возможность деформироваться, Предоставление PTM возможности де-.

15 формироваться осуществляется выпусканием жидкости из автоклава. Выпущенный объем жидкости занимается РТМ, расширению которого на величину этого объема эластичный бокс не препятствует. Вследствие

2О этого вытесненный объем жидкости равен объемной деформации РТМ, Отношение объемной деформации PTM к первоначальному объему дает относительное изменение объема. От величины возможной деформа25 ции PTM зависит его давление на трубы и стенки скважиньь В устройстве это давлеи::» осг риним -;ется по внутренней поверхн:сти PTM измерителем давления, а по наружной — через эластичный бокс водой и

ЗО корпусом автоклава.

Для каждого значения напряженности контакта камень — ограничивающая связь существует свой градиент гидропрорыва, Измерения давления в боксе и в жидкости

35 автоклава измерителями давления позволяют определить зависимость давления расширения PTM or величины его деформации.

Знание зависимости давления расширения

PTM от возможной его деформации позво4О лит рассчитать допустимые пределы изменения технологических параметров, исключающие возможность прорыва воды по контакту, На фиг.1 представлена схема устройст45 ва; на фиг.2 — рафик зависимости давления расширения от времени твердения расширяющегося вяжущего при неизменном обьеме жидкости в автоклава; на фиг.3 — график изменения давления в боксе от объема жид5О кости, выпущенной из автоклава; на фиг.4—

6 график зависимости давления от величины возможной деформации.

Известный объем твердеющего вяжущего 1 с погруженным в него измерителем

2 давления герметизирован в эластичном 5 боксе 3, который герметиэирован в автоклаве 4, заполненном жидкостью,5. Давление жидкости измеряется вторым измерителем

6 давления. Давления, измеряемые измерителями 2 и 6, регистрируются регистрато- 10 ром 7. Давление в автоклаве создается насосом 8. Выпускают жидкость из автоклава через кран 9 в мерный сосуд 10. Требуемый температурный режим, соответствующий скважинным условиям, создается и -поддер- 15 живается нагревателем 11 с программным устройством 12.

Пример. В эластичном боксе герметизировали V< = 246 см расширяющегося з тампонажного раствора, приготовленного 20 из смеси, состоящей из 90% портландцемента и 10% расширяющей добавки с водоцементным отношением 0,45. В автоклаве создали давление, равное атмосферному (такое же давление получено в эластичном 25 боксе). Твердение расширяющегося тампонажного цемента проходило при 23 С в течение 72 ч. Зависимость давления расширения от времени твердения дана на фиг.2. 30

После достижения установившегося

- значения давления расширения выпускали жидкость иэ автоклава в сосуд. Выпустив объем жидкости ЛЧ, вычисляли относительную деформацию (Л Vl Yo) х 100%, фикси- 35 ровали установившееся значение давления.

Зависимость давления расширения от величины возможной деформации представлена на фиг.4.

С помощью устройства для измерения 40 давления можно определять зависимость давления расширения от возможной деформации при различных начальных давлениях и температурах в автоклаве, а также при различных сроках твердения вяжущего, 45

Можно эксперимент проводить иначе, а именно: предоставлять PTM возможность расширяться до окончания схватывания и твердения. Например, можно определить, какова будет величина давления расшире- 50 ния РТМ, если в процессе твердения предоставить ему воэможность увеличить свой объем на 2%, В этом случае, как только начнется рост давления расширения, выпускают из автоклава объем жидкости, равный

2% от начального, и затем определяют величину давления расширения РТМ по установившимся показаниям измерителей давления в боксе и автоклаве, Преимущество устройства заключается в том, что знание зависимости давления расширения от возможной величины деформации вяжущих позволит установить целесообразность их применения в зависимости от конкретных условий цементирования; даст возможность установить обоснованные нормы расширения специальных расширяющихся материалов, что ускорит их разработку, производство и внедрение в практику цементирования скважин, Устройство позволяет получить более точные, соответствующие скважинным условиям, значения давления РТМ на обсадные трубы и стенки скважины, что повышает надежность разобщения пластов, позволяет точно установить допустимые давления при гидроразрывах пластов, что исключает прорыв воды по эатрубному пространству, Формула изобретения

1. Устройство для измерения давления расширения тампонажных материалов, включающее автоклав, снабженный измерителем давления и регуляторами температуры и давления, с размещенным внутри боксом для расширяющихся тампонажных материалов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения информативности измерений путем определения зависимости давления расширения твердеющего —.ампонажного материала от величины возможной его деформации, автоклав дополнительно снабжен узлом для изменения объема тампонажного материала, а бокс выполнен иэ эластичного материала.

2. Устройство no n.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что узел для изменения объема тампонажного материала в автоклаве выполнен в виде мерного сосуда с регулятором подачи жидкости.

161 5334

Составитель Л.Бестужева

Техред М.Моргентал Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Редактор Е.Папп

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

Заказ 3969 Тираж 472 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5