Способ предотвращения смятия обсадных колонн при обратном промерзании в зоне многолетнемерзлых пород

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-ти и м.б, использовано для предотвращения смятия обсадных колонн при обратном промерзании в многолетнемерзлых породах. Цель - повышение надежности осущест- - вления способа. На период длительного простоя (консервация скважин) перед восстановлением отрицательных температур на станках колонны внутриколонное пространство эксплуатационной колонны на устье скважины и подошве многолетнемерзлых пород герметизируют путем установки цементных мостов (ЦМ). Пространство между ЦМ заполняется замерзающей жидкостью. Замкнутая между ЦМ жидкость создает противодавление на стенки колонны, что сохраняет ее целостность при возникновении опасных давлений в кавернах через колонны и цементный камень 1 ил. в

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (gg)g .Е 21 В 36/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО И306РЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61 ) 899868 (21) 4657359/03 (22) 13.01.89 (46) 23.02.91. Бюл. №- 7 (71) Западно-Сибирский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт технологии глубокого разведочного бурения ! ,f72) Б.М. Блинов, Р.И. Медведский, Н.Е Щербич, Б.А. Баранов и,Д.М Баталов (53) 622.243..13 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 899868, кл. Е 21 В 43/ОО, 1980. (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СМЯТИЯ

ОБСАДНЫХ КОЛОНН ПРИ ОБРАТНОМ ПРОМЕРЗАНИИ В ЗОНЕ МНОГОЛЕТНГМЕРЗЛЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-ти и м.б, исИзобретение относится к нефтегазодобывающей Ilp QMbIIIIJIPнности, может быть использовано для предотвращения смятия обсадных колонн при обратном промерзании в многолетнемерзлых породах (ММП) и является усовершенствованием способа по авт.св,. № 899868.

Цель изобретения — повышение надежности осуществления способа и экономия материалов и трудозатрат.

На чертеже показана схема осуществления способа.

На период длительного простоя (консервация скважины) перед восстановлением отрицательных температур на стенках колонны внутрикблонное

„„Я0„„1629492 я2

2 пользовано для предотвращения смятия обсадййх колонн при обратном промер- зании в многолетнемерзлых породах.

Цель - повышение надежности осущест"вления способа. На период длительного простоя (консервация скважин) перед восстановлением отрицательных температур на станках колонны внутриколонное пр остра нство эксплуатациону ой. колонны на устье скважины и подошве многслетнемерзлых пород герметизируют путем установки цементных мостов (ЦМ) . Пространство мелку ЦМ заполняется замерзающей жидкостью.

Замкнутая между Igl жидкость создает противодавление на стенки KQJlQHHbl что сохраняет ее целостность при возникновении опасных давлений в каве;— нах через колонны к цементчый камень- 1 ил, Ю пространство эксплуатационной колон- (© ны 1 на устье скважины ц подошве ММП р

2 герметизируют путем установки це- р ментных мостов 3 и 4, соответственно выдерживающих давление при замерзании водосодержащей жидкости 5 в кавернах 6. Пространство внутри колонны между цементными мостами 3 и 4 заполняется замерзающей жидкостью 7.

Нижний цементный мост (пробка) 4 предотвра:;ает передачу давления жидкости через внутритрубное пространство на бапее нижнюю часть колонны, что предохраняет ее целостность во всей глубине скважины в интервале пород 8 с положительной температурой.

162949 2 в

Верхний цементный мост 3 герметизирует устье скважины, что предотвращает сдвиг образующейся ледяной пробки в стволе скважины, который происходит во внутритрубном пространстве скважины при возникновении давления при обратном промерзании в интервале ММП.

Замкнутая между двумя герметичными пробками (цементными мостами) жидкость создает противодавление на стенки колонны 1, что сохраняет ее целостность при возникновении опасных давлений в кавернах чере з колонны 9 и 1 и цементный камень 10.

Установка цементных мостов небольшой высоты снижает расход тампонажного цемента и материалов, а также время на разбуривание цементного камня. При расконсервации скважины перед вводом ее в эксплуатацию или освоением разбуривание цементных мостов и замерзшей жидкости между ними производится со скоростью, обеспечивающей одновременное растепление замерзших масс во внутриколонном и заколонном пространствах.

Способ осуществляется следующим образом.

Скважина, пробуренная в интервале ММП (температура -5О С), обсажена двумя колоннами диаметром 219 и

146 мм. Необходимо сохранить целостность колонн в интервале ММП (мощность ММП 500 м) от смятия и обеспечить сохранность колонн до забоя скважийы в период консервации до года.

В колонне (внутренний диаметр

126 мм) находится глинистый раствор, в заколонном пространстве в интервале каверн — замерзающая жидкость (вода), создающая сминающее для колонн давление. г

Проведенные экспериментальные исследования при температуре -5 C и -2 С по определению прочностных о характеристик ледяных пробок из различных материалов показывают, что пр очност ные характеристики пр об ок, сформированных при -5 C в 2-3 раза превышают аналогичные характеристики образцов при -2 С. Причем сцепление цементных пробок значительно выше, чем ледяных. Ледяные пробки могут быть сдвинуты нри температуре, близкой к 0 С.

Опыт показывает, что в вертикаль- . ной скважине (трубе) лед возникает в виде отдельных дендритов от стенок, при этом объем жидкости увеличивается. При закрытом цементной пробкой устье давление во внутриколонном пространстве будет возрастать.

Проведенный расчет показывает, что при -2 С давление в замкнутой о полости (в колонном и заколонном пространствах) может достичь 24,9 MIIa, при -5 С вЂ” до 59,8 MIa, а при -10 С— до 111,9 МПа. Это давление складывается с гидростатическим давлением столба жидкости. в колонне и передается по всей глубине, Образование герметичных ледяных пробок внутри колонны, находящейся под давлением, невозможно. Если же изолировать низ колонны от этих давлений, то произойдет разгерметизация резьбовых соединений колонны или ее разрыв. При разрыве или разгерметизации колонны противодавление на трубы в интервале мерзлоты уменьшается, что ведет к смятию трубы на этом участке.

Поэтому замерзающая жидкость (глинистый раствор) размещается во внутриколонном пространстве между двумя цементными мостами (пробками).

Установку цементных мостов осуществляют перед восстановлением отрицательных температур на стенках обсадной колонны. Расчеты.показыва35 .юр, что для. скважины глубиной

1500 м, пробуренной за 30 сут, глио нистым раствором с температурой 20 С в интервале пород с температурой а

-5 С время восстановления отрицатель40 ной температуры на стенках обсадной колонны составляет не менее 10 сут, Для обеспечения надежности герметизации низа обсадной колонны от давления, возникающего при замерзании о

45 глинистого раствора при -5 С, рассчитывают высоту нижнег о моста по формуле

Н - .

4 Q,ц где Р— максимальное давление, возникающее внутри трубы, ИПа;

d — внутренний диаметр трубы, м!

G „- предел прочности сцепления цементной пробки с металлом

55 трубы, МПа.

Экспериментальные данные показывают, что предел прочности сцепления цементного камня с трубой в пределах безопасного времени (до 10 сут) сос162949

Формула изобретения

Способ предотвращения смятия обсадных колонн при обратном промерзании в зоне многолетнемерзлых пород по авт.св, 11 - 899868, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности осуществления способа, перед восстановлением отрицательных температур на стенках колонны внутриколонное пространство герме тизируют на устье скважины и у подошвы многолетнемерзлых пород путем установки цементных мостов.

Составитель В: Родина

Редактор В. Петраш Техред А. Кравчук Корректор .1. Сам орская

Заказ 418 Тираж 351 Подписное

ВНИИПИ Государственнрго комитета ;о изобретениям и открытиям р и н ГЕНТ CCCY

113035, Москва, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", ° . Ужгород, v. л. Гагарина, 101 тавляет через 2 сут твердения при

О С (тещтературе у подошвы ИИП)(р,ц, =0,5 МПа, через 7 сут G 1,5 МПа.

Тогда при Р=59,8 IIIIa и d=0,126 м высота цементного моста равна: Н„,В3,77 м, Н ъ 1, 25 м, так как цементйая пробкасвысотой 2-4 м обеспечивает сцепле,ние с колонной и предохраняет от сдвига. Давление внутри колонны 10

59,8 ИПа препятствует передаче давления на нижнюю часть обсадной колонны.

Затем рассчитывают высоту цементного моста на устье скважины. Экспериментальные исследования показыва- 15 ют, что после схватывания цементного раствора в трубе и последующего его замораживания до -2 С прочность сцепления достигает 0,95 МПа, до -5 С прочность сцепления 2,55 МПа. Подстав- 20 ляя эти значения в формулу, получают: при -2 С Н 0,87 м, при -5 С Н > 0,74 м.

Для обеспечения надежности полученные результаты расчета высоты мостов умножают на коэффициент запаса, равный 10. Исходя из этих расчетов, в скважину на глубину 510 м (ниже подошвы MMII) спускают заливочные трубы

2 6 и устанавливают цементный мост высотой 20 м известным способом. Затем трубы приподнимают до глубины 10 м от устья и устанавливают верхний цементный мост, размещая глинистый раствор между этими мостами. Скважину консервируют на 1 год. При освоении разбуривают цементные мосты со скоростью, обеспечивающей растепление и снижение давлений, опасных для колонны. Колонны сохраняют целостность как в интервале ММП, так и ниже до забоя. Расход тампонажного материала

Ч Я,785 0,126 ° (10+20) = 0,37 м,