Способ цементирования обсадных колонн

 

Изобретение относится к способу цементирования обсадных колонн, позволяющемуповыситьнадежность технологического процесса за счет обеспечения ступенчатого снятия гидростатического давления столба жидкости за обсадной колонной. Для этого за обсадную колонну закачивают тампонажный раствор частями, имеющими различные сроки схватывания , увеличивающиеся сверху вниз по глубине, и выдерживают скважину на период ожидания затвердевания цемента (03 Ц). В этот период будет поддерживаться гидравлическая связь через забой затрубного и трубного пространств между собой. После того, как на участке расположения первой части тампонажного раствора с более ранними сроками схватывания произойдет его схватывание, он потеряет текучесть и превратится в твердый заполнитель, имеющий сцепление с обсадной колонной и стенками скважины. В результате эта часть тампоиажного раствора не только не будет создавать гидростатического давления в скважине, но и примет на себя давление столба промывочного раствора, заполняющего затрубное пространство выше этой части, и будет препятствовать передаче этого давления на обсадную колонну ниже этой части тампонажного раствора. Высота столба очередной части тампонажного раствора ограничена разностью давлений его и внутреннего давления в колонне в нижнем сечении этой части допустимым внешним давлением на обсадную колонну. 4 ил. сл с ы о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 В 33/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4745162/03 (22) 03.10.89 (46) 30.03.92. Бюл. N. 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (72) В.П,Петриченко и М.Л.Баев (53) 622.245.42 (088.8) (56) Акивердизаде Т.К. и др. Совершенствование технологической схемы цементирования скважин большого диаметра. ЭИ. Сер.

Техника и технология бурения скважин. ЗНИИОЭНГ, 1988, % 7.

Авторское свидетельство СССР

N 1420138, кл. Е 21 В 33/14, 1986, Авторское свидетельство СССР

М 953187, кл. Е 21 В 33/14, 1980. (54) СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН (57) Изобретение относится к способу цементирования обсадных колонн, позволяющему повысить надежность технологического процесса за счет обеспечения ступенчатого снятия гидростатического давления столба жидкости за обсадной колонной. Для этого за обсадную

Изобретение относится к горному делу, в частности к креплению скважин большого диаметра, и может быть применено в нефтяной промышленности, геологоразведочных и строительных работах.

Известен способ цементирования обсадных колонн, заключающийся в том, что цементирование колонн производят через,, Ы„„1723308 А1 колонну закачивают тампонажный раствор частями, имеющими различные сроки схватывания, увеличивающиеся сверху вниз по глубине, и выдерживают скважину на период ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ).

В этот период будет поддерживаться гидравлическая связь через забой затрубного и трубного пространств между собой. После того, как на участке расположения первой части тампонажного раствора с более ранними сроками схватывания произойдет его схватывание, он потеряет текучесть и превратится в твердый заполнитель, имеющий сцепление с обсадной колонной и стенками скважины. В результате эта часть тампонажного раствора не только не будет создавать гидростатического давления в скважине, но и примет на себя давление столба промывочного раствора, заполняющего затрубное пространство выше этой части, и будет препятствовать передаче этого давления на обсадную колонну ниже этой части . Я тампонажного раствора. Высота столба очередной части тампонажного раствора огра- ъ ничена разностью давлений его и внутреннего давления в колонне в нижнем сечении этой части допустимым внешним давлением на обсадную колонну. 4 ил. став бурильных труб. При этом устье, низ бурильной и обсадной колонн оборудуют устройствами для контроля закачки тампонажного раствора и продавочной жидкости.

Кроме того, обсадную колонну оборудуют обратным клапаном для удержания за колонной тампонажного раствора и с возможностью после закачки продавочной

1723308 жидкости промыть внутреннюю полость обсадной колонны и поднять бурильные трубы из скважины, Недостатком этого способа является то, что обсадная колонна испытывает разность давлений столбов тампонажного раствора за колонной и внутреннего столба жидкости в колонне. Эта разность может достигать значительных величин. Поэтому способ неприемлем для обсадных колонн с низким допустимым внешним гидростатическим давлением.

Известен способ цементирования буровых скважин, согласно которому цементирование производят в две ступени, причем в первой ступени применяют тампонажный раствор, состоящий из двух частей, имеющих различные сроки схватывания — часть, расположенная ниже, имеет меньший срок начала схватывания. Вторую ступень тампонажа производят после некоторого промежутка времени и схватывания тампонажного раствора за колонной в нижней части, причем закачку его ведут через затрубное пространство с устья скважины.

Недостатком данного способа является то, что он приемлем только в случае наличия поглощающего горизонта в разрезе сква>кины. В других случаях закачка раствора второй ступени невозможна через устье, Кроме того, по этому способу схватывание тампонажного раствора происходит сначала в нижней части, а затем в верхней. При этом на колонну передается гидростатическое давление столба жидкости (тампонажного раствора и глинистого над ним, заполняющего скважинч1. т.е. пооисходит разрыв гидравлической связи затрубного пространства и внутренней полости обсадной колонны.

Наиболее близким к предлагаемому является способ цементирования скважин, заключающийся в том, что с целью повышения качества цементирования затрубного пространства за счет защемления расширяющегося тампонажного раствора за колонной в ограниченном объеме и создания избыточного давления этого раствора в затрубном пространстве и заполнения им водяных камер, уплотнения глинистой корки, в затрубное пространство вначале закачивают быстросхватывающуюся смесь в небольшом объеме, а затем тампонажную смесь с перезамедленными сроками схватывания(в 2-3 раза превышающие нормальные).

Недостатком этого способа является то, что тампонажная смесь с перезамедленными сроками схватывания располагается по всему интервалу затрубного пространства.

Срок схватывания ее в атмосферных услови50 вающий действие гидростатических давлений в скважине в конце закачки тампонажного раствора; на фиг.4 — график, показывающий действие гидростатических давлений в скважине после схватывания

45 ях один. Однако вследствие повыц.ения температуры и абсолютного давления в скважине с глубиной, схватывание ее в зоне забоя произойдет раньше, чем в верхней части. При этом произойдет разобщение затрубного пространства с внутренней полостью труб, гидростатическое давление всего столба тампонажной смеси будет восприниматься обсадной колонной и разность внешнего и внутреннего давлений может превысить допустимую для труб. Такой способ приводит к повышению давления в затрубном пространстве против гидростатического давления столба его.

В связи с тем, что данный способ повышает разность давлений за трубами и внутри трубы, он не может быть применен для тампонажа обсадных колонн с низким допустимым гидростатическим внешним давлением.

Целью изобретения является повышение надежности технологического процесса путем обеспечения ступенчатого снятия гидростатического давления столба жидкости эа обсадной колонной. . Изобретение позволит сократить сроки проведения цементирования, снизить стоимость работ. Укаэанная цель достигается тем, что в известном способе цементирования, включающем закачку за обсадную колонну тампонажного раствора частями, имеющими различные сроки схватывания, увеличивающиеся сверху вниз по глубине, и выдержку скважины на период ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ), в период

ОЗЦ поддерживают гидравлическую связь через забой затрубного и трубного пространств между собой, а высоту столба очередной части тампонажного раствора ограничивают допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

На фиг.1 схематично представлена скважина в процессе реализации способа, вертикальный разрез, фаза окончания закачки тампонажного раствора; на фиг.2 — то же, фаза окончания процесса схватывания первой части тампонажного раствора эа обсадной колонной; на фиг.3- график, показыпервой части тампонажного раствора за обсадной колонной (Б1Д1 — линия, соответствующая внешнему гидростатическому давлению в скважине (за обсадной колонной) после схватывания первой части, тамланажного раствора на участке йг).

1723308

На фиг.3 приняты такие обозначения:

0A — линия, соответствующая внешнему давлению жидкости, заполняющей.-скважину до глубины h1 за обсадной колонной;

АД вЂ” линия, соответствующая внешнему давлению жидкости в скважине и тампонажного раствора с увеличением глубины скважины до забоя; hz — глубина заполнения первой частью тампонажного раствора; Ьз — то же, второй частью; h4 — то же, третьей частью; ОŠ— линия, соответствующая внутреннему давлению столба жидкости в обсадной колонне; О Д вЂ” линия, соответствующая внутреннему давлению в обсадной колонне с глубиной в момент окончания закачки тампонажного раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважину 1 (фиг.1) при опущенной обсадной колонне 2 став 3 закачивают в затрубное пространство между стенками скважины 1 и колонной 2 тампонажный раствор частями 4, 5 и 6, имеющими разные сроки схватывания, непрерывным процессом (стрелки на чертеже показывают направление движения раствора). В процессе закачивания тампонажного раствора части

4, 5 и б располагают за обсадной колонной сверху вниз по глубине в порядке увеличения сроков начала схватывания. С целью получения тампонажного раствора с разными сроками твердения при затворении раствора при всех прочих равных исходных материалах в воду для затворения добавляют замедляющие схватывание раствора добавки, например возрастающие количества сульфитно-спиртовой барды (ССБ). При этом межтрубное пространство обсадной колонны 2 и става труб 3 перекрыто цементировочной головкой 7. После этого закрывают выход из става 3 задвижкой 8 (фиг,2) и оставляют скважину в таком виде на период ожидания затвердевания раствора (ОЗЦ), В этот период будет поддерживаться гидравлическая связь через забой затрубного и трубного пространств между собой.

Поэтому ликвидируется опасность схватывания тампонажного раствора раньше у забоя, чем выше в затрубном пространстве. В момент окончания закачки тампонажного раствора в скважине будут действовать гидростатические давления, (см. график на фиг.3) и система будет находиться в равновесии. Увеличенное давление столба жидкости за обсадной колонной будет восприниматься внутри колонны и цементировочной головкой как внутреннее давление, разность которого возрастает. от нуля у низа колонны до максимума на устье до тех пор, пока тампонажный раствор за колон20

55 ной способен течь. После того как на участке глубиной Ь (фиг.2) произойдет схватывание первой части 4 тампонажного раствора, он потеряет текучесть и превратится в твердый заполнитель, имеющий сцепление с обсадной колонной 2 и стенками скважины 1, он не только не будет создавать гидростатического давления в скважине, но и примет на себя давление столба промывочного раствора 9 высотой h1, заполняющего затрубное пространство, и будет препятствовать передачи этого давления на обсадную колонну ниже точки Б1 на фиг.4. На обсадную колонну будут действовать гидростатические давления, поясняемые графиком на фиг.4. На обсадную колонну будет действовать внешнее гидростатическое давление в интервале

h> столба жидкости, заполняющей скважину и столба тампонажного раствора на участках Пз и h4. При этом давление внутри обсадной колонны уменьшится на величину давления столбов жидкостей глубиной hi u

h2, которое они создавали в момент окончания закачки раствора. Высота столба- очередной части тампонажного раствора ограничена разностью давлений его и внутреннего давления в колонне в нижнем сечении этой части допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

Аналитически в представленных схемах это может быть выражено следующей зависимостью:

"гцп1 (yp (hi + п2+" hi) + (y yp )(hi+1+

+... hn)) < Рл, где Ь вЂ” высота столба очередной части тампонажного раствора; hn — то же, последней части; Рд — допустимое внешнее давление на обсадную колонну; ур и yq — удельные веса жидкости в скважине и тампонажного раствора.

Наиболее целесообразным будет соотношение давлений внутри обсадной колонны и за ней на момент схватывания первой части тампонажного раствора, выраженное зависимостью: ур(h+hz+Ьз+h4) у (и +h4) где у> и уц — удельный вес жидкости в скважине и тампонажного раствора.

В это время может быть произведена разгерметизация на устье межколонного пространства внутренней полости бурильных труб и выполнены необходимые термометрические измерения в скважине, подняты бурильные трубы из скважины и другие работы, по оборудованию устья скважины для дальнейших работ. Так как гидростатическое давление столба жидкости в скважине равно или больше давления столба тампонажного раствора за обсадной ко1723308 лонной, то движения жидкости не будет происходить и процесс схватывания и твердения тампонажного раствора за колонной не нарушится при проведении указанных работ в скважине.

Пример. Цементирование затрубного пространства обсадной колонны на скважине предусмотрено от забоя до устья. Длина обсадной колонны 800 м, диаметр труб 630 мм, допустимое внешнее давление 2,5 МПа.

Разность давлений столбов жидкостей за колонной и внутри составляет 3,20 МПа. Для повышения надежности процесса глиноцементный раствор эакачивают тремя частями, имеющими разные сроки начала схватывания. Первой частью со сроком схватывания 5 ч заполняют интервал 0-300 м, второй частью со сроком схватывания 12 ч заполняют интервал 300-750 м, третьей частью со сроком схватывания 15 ч — интервал 750-800 м. В качестве замедлителя начала схватывания используют сульфитно-спиртовую барду. После схватывания первой части при разности удельных весов глиноцементного раствора и жидкости внутри обсадной колонны равной 40001 н/м и удельном весе глиноцементного раствора 16000 н/м давление столба глиноцементного раствора упадет на 4,8 МПа, т,е. давление столба жидкости в колонне превы5 сит давление столба глиноцементного раствора на 1,6 МПа.

Формула изобретения

Способ цементирования обсадных ко10 лон, включающий закачку за обсадную колонну тампонажного раствора частями, имеющими различные сроки схватывания, увеличивающиеся сверху вниз по глубине, и выдержку скважины на период ожидания

15 затвердевания цемента (ОЗЦ), о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности технологического процесса путем обеспечения ступенчатого снятия гидростатического давления столба жидкости

20 .эа обсадной колонной, в период ОЗЦ поддерживают гидравлическую связь через забой затрубного и трубного пространств между собой, а высоту столба очередной части тампонажного раствора ограничива25 ют допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

1723308

P_#_ly О О

Р, МПа

Составитель В. Петриченко

Техред М.Моргентал Корректор С Шевкун

Редактор fO. Середа

Заказ 1051 Тираж Подписное

ытиям и и ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при

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

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