Способ крепления скважин

 

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности для крепления скважин. Сущность изобретения: спускают в скважину обсадную колонну, после спуска обсадной колонны продавку цементного раствора ведут из расчета подъема его в затрубном пространстве на высоту продуктивного пласта, затем поднимают обсадную колонну над продуктивным пластом со скоростью, не превышающей скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве. После чего допускают колонну до прежней глубины и производят продавку оставшейся части цементного раствора в затрубное пространство. 4 ил.

Изобретение относится к креплению скважин и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.

Известен способ крепления скважин, включающий спуск обсадной колонны, закачивание в обсадную колонну тампонажного раствора и его продавливание в затрубное пространство.

Для закачивания тампонажного раствора нужно спускать специальную заливочную колонну, которую после этого необходимо поднять из скважины и только после этого можно опускать обсадную колонну. Так как на эти работы требуется значительное время, то для цементирования скважины применяют тампонажный раствор с большими сроками cхватывания. Однако такой раствор имеет плохую адгезию и не обеспечивает достаточной изоляции на контакте цементное кольцо-обсадная труба.

Целью изобретения является повышение качества крепления скважины и безаварийность проведения работы.

Это достигается тем, что в известном способе крепления скважин включающем спуск обсадной колонны, закачивание в обсадную колонну тампонажного раствора и его продавливание в затрубное пространство, подъем обсадной колонны до расчетной глубины с последующим допуском до прежней глубины, на первом этапе после спуска обсадной колонны продавку тампонажного раствора ведут из расчета подъема его в затрубное пространство на высоту продуктивного пласта, затем поднимают обсадную колонну над продуктивным горизонтом со скоростью, не превышающей скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве, после чего допускают колонну до прежней глубины и производят продавку оставшейся части цементного раствора в затрубное пространство.

На фиг.1 показан момент окончания первоначального спуска обсадной колонны в скважину; на фиг.2 то же, момент продавки цементного раствора на высоту продуктивного пласта; на фиг.3 то же, момент окончания подъема обсадной колонны над продуктивным пластом; на фиг.4 то же, момент окончания продавки оставшейся части цементного раствора в затрубное пространство после повторного спуска обсадной колонны в скважину.

Скважину 1 заполняют буровым раствором 2. В скважину 1 спущена обсадная колонна 3, в которую закачивают цементный раствор 4. После закачивания цементного раствора 4 пускают разделительную пробку 5, которую продавливают продавочной жидкостью 6. Обсадную колонну 3 спускают в скважину 1 ниже продуктивного горизонта 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале определяют объем цементного раствора для заполнения затрубного пространства и среднюю скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве в момент подъема обсадной колонны 3 над продуктивным пластом 7, а также время циркуляции цементного раствора 4 под собственным весом. Расчеты ведут по следующим формулам: T Y: q, где Т общее время циркуляции цементного раствора 4 под собственным весом его части, находящейся в обсадной колонне 3 в момент ее подъема и последующего спуска; Y объем цементного раствора, оставшегося в обсадной колонне 3 после предварительной продавки его в затрубное пространство над продуктивным пластом 7; q секундный расход цементного раствора в затрубном пространстве под собственным весом в момент подъема и последующего спуска обсадной колонны 3.

Секундный расход q равен q V x S, где V скорость подъема цементного раствора 4 в затрубном пространстве; S площадь поперечного сечения затрубного пространства.

После проведения таких предварительных расчетов в скважину 1 спускают обсадную колонну 3 с обратным клапаном и регулятором скорости выхода цементного раствора 4 в затрубное пространство. Окончив спуск обсадной колонны 3, производят промывку скважину 1, после чего внутрь обсадной колонны 3 закачивают весь объем цементного раствора 4. После закачки цементного раствора 4 в обсадную колонну 3 пускают разделительную пробку 5, которую продавливают продавочной жидкостью 6. Продавку ведут в два этапа. На первом этапе после спуска обсадной колонны 3 продавку цементного раствора 4 ведут из расчета подъема его в затрубном пространстве на высоту продуктивного пласта 7 не менее длины однотрубки обсадной колонны, т.е. 12-15 м. Затем поднимают обсадную колонну 3 над продуктивным пластом 7. Подъем ведут со скоростью, не превышающей скорость подъема цементного раствора 4 в этот момент в затрубном пространстве, чтобы башмак обсадной колонны 3 не вышел из цементного раствора. Контроль за этим процессом ведут по уровню бурового раствора 2 в затрубном пространстве на устье скважины 1. При этом уровень бурового раствора 2 должен быть постоянным или должен быть перелив его, т.е. выход бурового раствора 2 из затрубного пространства скважины 1. После подъема обсадной колонны 3 над продуктивным пластом 7 ее допускают до прежней глубины. В процессе спуска двигающейся вниз колонной 3 разрушаются остатки защемленного слоя бурового раствора 2, находящегося на лежачей стенке скважины 1. После допуска обсадной колонны 3 производят продавку оставшейся части цементного раствора 4 в затрубное пространство. При этом поднимающийся в затрубном пространстве чистый цементный раствор 4 вытесняет остатки бурового раствора 2 и гельцемента, образовавшегося от смешения с буровым раствором во время подъема и последующего спуска обсадной колонны 3 в скважине 1.

П р и м е р. Способ опробовали при креплении скважины на Леляковской площади. Данные по скважине: глубина спуска эксплуатационной колонны диаметром 146 мм 1950 м; диаметр скважины 190,5 мм; глубина продуктивного пласта 1870-1900 м.

Бурение скважины производилось с промывкой буровым раствором удельного веса 1˙18 г/см³. Нижняя часть обсадной колонны 3 на высоту 1000 м цементируется чистым цементным раствором 4 удельного веса 1,83 г/см³, остальная часть затрубного пространства цементно-бентонитовыми смесями удельного веса 1,56 г/см³.

Расчетные данные: объем 1 п.м. внутреннего пространства обсадной колонны 3-13,5 л; объем 1 п.м. затрубного пространства скважины 1-11,7 л; общий объем затрубного пространства 22,3 м³, из них 11,7 м³ чистого цементного раствора и 10˙ 6 м³ гельцемента, внутренний объем эксплуатационной колонны 3 26,3 м³.

Определим объем цементного раствора, который будет продавлен в затрубное пространство под избыточным весом его столба в обсадной колонне 3. Для этого составим два уравнения: одно из условия равновесия столбов растворов, заполняющих трубное и затрубное пространства, и второе, составленное на основе равенства объемов цементного раствора, находящегося в момент равновесия в трубном и затрубном пространствах. Выразим сказанное математически: H_пр·γ_пр+H_ц·γ_пр= h_ц·γ_пр+l_гц·γ_гц+L_пр·γ_пр, где Н_пр высота продавочной жидкости в обсадной колонне 3 в момент равновесия столбов растворов в колонне и затрубном пространстве; γ_пр- уд. вес продавочной жидкости (на практике это в основном буровой раствор 2, заполняющий скважину 1); Н_ц высота цементного раствора, находящегося в обсадной колонне 3; γ_цр- уд. вес цементного раствора;
h_ц высота цементного раствора в этот момент в затрубном пространстве;
l_гц высота гельцементного раствора, равная 950 м;
γ_гц- уд. вес гельцементного раствора;
L_пр высота продавочной жидкости в затрубном пространстве.

Составим второе уравнение, показывающее распределение общего объема цементного раствора в момент равновесия на объем, находящийся в обсадной колонне 3, и объем, находящийся в затрубном пространстве.

V_ц V₁ + V₂ Н_ц х S₁ + h_ц х S₂, где S₁ площадь поперечного сечения обсадной колонны 3;
S₂ площадь поперечного сечения затрубного пространства.

После подстановки всех значений в приведенные выше формулы получим h_ц 71 м, Н_ц 805 м. Таким образом, в обсадной колонне 3 к моменту равновесия останется Н_ц х S₁ 10,87 м³.

Определим общий объем цементного раствора и гельцементного раствора после окончания продавки на первом этапе.

Для этого вначале определим объем продавки на первом этапе. Для этого примем, что выше продуктивного пласта 7 на первом этапе гельцементный раствор поднимается на 30 м. Тогда общая высота подъема гельцементного раствора в этот момент составит 1950-1870 + 30 110 м. Тогда объем продавки составит V_пр l x S₂ 11,7 х 110= 1275 дм³ или 1,3 м³.

После первого этапа продавочной жидкости в обсадной колонне 3 останется 22,8--1,3 21,5 м³, т.е. V_ц2 21,5 м³.

Определим объем цементного и гельцементного растворов, который под собственным весом будет вытеснен из обсадной колонны 3 в затрубное пространство за время ее подъема и последующего допуска. Он будет равен V_ц2-Н_ц х S₁ 21,5-10,87 10,63 м³.

Если обеспечить за время подъема-допуска обсадной колонны 3 рациональную скорость движения цементного раствора 4 в затрубном пространстве не более 0,5 м/с, тогда секундный расход продавки составит 11,7:2 5,85 м/с. Время выхода цементного раствора под собственным весом составит 10,63 см³:5,85 л/с 10630:5,85 1840 с или 36,6 мин.

Если это время не удовлетворяет исполнителя, то в обсадной колонне 3 устанавливают соответствующий регулятор скорости, обеспечивающий нужную скорость подъема раствора в затрубном пространстве, например, 0,2 м/с.

После выполнения названных выше расчетов эксплуатационную колонну 3 спустили в скважину 1, произвели промывку скважины 1 буровым раствором 2 в течение двух циклов и закачали в обсадную колонну 3 гельцементный и цементный раствор 22,8 м³. Поверх цементного раствора 4 в обсадную колонну 3 пустили разделительную пробку 5 и начали закачивать продавочный раствор 6. В тот момент, когда гельцементный раствор 4 в затрубном пространстве поднялся на 30 м выше кровли продуктивного пласта 7, продавку прекратили и начали подъем обсадной колонны 3 на 20 м выше продуктивного пласта 7. Подъем вели со скоростью, не превышающей скорость подъема цементного раствора 4 в затрубном пространстве в этот момент. По окончании подъема сразу приступили к повторному спуску обсадной колонны 3 до прежней глубины, после чего сделали продавку оставшейся части цементного раствора, т.е. 10,87 м³, до получения давления-стоп.

Применение способа позволяет обеспечить безаварийность крепления скважины за счет обеспечения циркуляции в затрубном пространстве в течение всего времени нахождения обсадной колонны в скважине. Одновременно способ дает возможность повысить качество крепления за счет возможности снижения начала схватывания цементного раствора.

Формула изобретения

СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СКВАЖИН, включающий спуск обсадной колонны, закачивание в обсадную колонну тампонажного раствора и его продавливание в затрубное пространство, подъем обсадной колонны до расчетной глубины с последующим допуском до прежней грубины, отличающийся тем, что, с целью повышения качества крепления скважины и безаварийности проведения работ, на первом этапе после спуска обсадной колонны продавку цементного раствора ведут из расчета подъема его в затрубном пространстве на высоту продуктивного пласта, затем поднимают обсадную колонну над продуктивным пластом со скоростью, не превышающей скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве, после чего допускают колонну до прежней глубины и производят продавку оставшейся части цементного раствора в затрубное пространство.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4