Способ закрепления кровли призабойной зоны пласта

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано при капитальном ремонте скважин. Устанавливают песчаный мост в интервале залегания пласта-коллектора. Закачивают промывочную жидкость в загерметизированную скважину с фиксацией давления закачивания и объема закачиваемой промывочной жидкости с одновременным построением графика зависимости. По графику судят о давлении начала «утечки» в точке отклонения. Стравливают избыточное давление с фиксацией объема отданной скважиной промывочной жидкости и разгерметизируют устье скважины. Устанавливают цементный мост посредством продавливания цементного раствора в объеме, определяемом из неравенства, с объемным расходом, рассчитываемым по формуле и одновременным подъемом гидромонитора от кровли пласта-коллектора с заходом в эксплуатационную колонну, со скоростью, рассчитываемой по зависимости. Оставляют в колонне стакан цементного раствора в объеме, необходимом на заполнение сводовой части каверны разрушения. Закачивают в скважину промывочную жидкость в объеме, не превышающем объем стакана цементного раствора или до достижения давления начала «утечки». Ожидают затвердевание цементного раствора при поддержании давления, после чего разбуривают цементный и песчаный мосты. Обеспечивает повышение качества закрепления кровли ПЗП в скважинах с открытой конструкцией забоя при распространении сводовой части каверны разрушения выше низа эксплуатационной колонны. 2 ил.

 

Изобретение относится к капитальному ремонту скважин и может быть использовано при креплении кровли призабойной зоны пласта (ПЗП) в скважинах с открытой конструкцией забоя.

Анализ существующего уровня техники показал следующее.

Известен способ крепления призабойной зоны продуктивного пласта, в котором каверну разрушения заполняют гранулированным материалом с последующим связыванием последнего химическими реагентами (см. патент РФ №2172811 от 01.11.99 г. по кл. Е21В 33/13, 33/138, опубл. 27.08.01 г.).

Недостатком известного способа является низкое качество закрепления кровли ПЗП, т.к. гранулированным материалом невозможно полностью заполнить сводовую часть каверны разрушения, а формирующийся монолит обладает повышенной проницаемостью, недостаточной для герметизации пласта-коллектора как ловушки (резервуара) углеводорода.

Известен способ укрепления глинистой кровли над водоприемной каверной, в котором в скважину нагнетают сжатый воздух для удержания сводовой части каверны разрушения избыточным давлением (см. а.с. №614215 от 21.03.77 г. по кл. Е21В 33/138, опубл. 30.05.78 г.).

Недостатком известного способа является низкое качество закрепления кровли ПЗП, т.к. при стравливании избыточного давления исчезает сила, удерживающая сводовую часть каверны разрушения, вследствие чего процесс ее разрушения возобновляется, кроме того, не обеспечивается герметизация пласта-коллектора как ловушки (резервуара) углеводорода.

Известны способы установки цементного моста (см. патент РФ №2168609 от 24.08.99 г. по кл. Е21В 33/13, опубл. 10.06.01 г.; патент РФ №2170334 от 24.08.99 г. по кл. Е21В 33/13, опубл. 10.07.01 г.) для крепления кровли ПЗП.

Недостатком известных способов является недостаточно высокое качество крепления кровли ПЗП в скважинах с открытой конструкцией забоя при распространении каверны разрушения выше низа эксплуатационной колонны. При реализации способов не обеспечивается полнота заполнения сводовой части каверны разрушения, захватывающей интервал выше низа эксплуатационной колонны. Указанный недостаток вызван невозможностью направить неразрывную струю цементного раствора из гидромонитора в сводовый участок каверны разрушения, расположенный выше низа эксплуатационной колонны. Кроме того, при нахождении кольцевой щелевой насадки гидромонитора на уровне низа эксплуатационной колонны обратный поток из полости каверны разрушения, содержащий смесь промывочной жидкости, цементного раствора, шлама и фильтрационных корок, разрушает начальный участок неразрывной струи чистого цементного раствора, формируемой кольцевой щелевой насадкой гидромонитора. В результате сводовый участок каверны до уровня низа эксплуатационной колонны остается незаполненным полностью чистым цементным раствором, что обуславливает некачественный цементный камень после затвердевания и сохранение условий для дальнейшего разрушения кровли ПЗП.

Таким образом, нами не выявлены технические решения, близкие по технической сути, а именно позволяющие закрепить кровлю ПЗП в скважинах с открытой конструкцией забоя при распространении сводовой части каверны разрушения выше низа эксплуатационной колонны, путем ее полного заполнения чистым цементным раствором. Ближайший аналог не выявлен, в связи с чем формула изобретения составлена без разделения на ограничительную и отличительную части.

Технический результат сводится к повышению качества закрепления кровли ПЗП в скважинах с открытой конструкцией забоя при распространении сводовой части каверны разрушения выше низа эксплуатационной колонны.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе закрепления кровли призабойной зоны пласта проводят следующие операции:

- глушат скважину;

- извлекают из скважины колонну насосно-компрессорных труб и забойное оборудование;

- проводят очистку ствола скважины в интервале между кровлей пласта-коллектора и низом эксплуатационной колонны;

- проводят геофизические исследования с определением размеров каверны разрушения;

- устанавливают песчаный мост в интервале залегания пласта-коллектора;

- спускают на колонне труб до низа эксплуатационной колонны гидромонитор, оснащенный замкнутой по периметру поперечного сечения кольцевой щелевой насадкой;

- проводят испытание скважины на давление начала «утечки» путем закачивания промывочной жидкости в загерметизированную скважину через колонну труб с гидромонитором или кольцевое пространство с фиксацией давления закачивания и объема закачиваемой промывочной жидкости, с одновременным построением графика зависимости, по которому наблюдают отклонение от прямолинейной зависимости и судят о давлении начала «утечки» в точке отклонения;

- стравливают избыточное давление с фиксацией объема отданной скважиной промывочной жидкости;

- разгерметизируют устье скважины;

- спускают колонну труб с гидромонитором в кровлю пласта-коллектора и устанавливают цементный мост посредством продавливания через кольцевую щелевую насадку гидромонитора цементного раствора в объеме, определяемом из неравенства

V≥V₁+V₂+V3_,

где V - объем цементного раствора, м³;

V₁ - объем каверны разрушения по данным кавернометрии, м³;

V₂ - объем потерь цементного раствора на смешивание с промывочной жидкостью при движении по колонне труб, м³;

V₃ - объем цементного раствора на заполнение сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной, м³,

- с объемным расходом, рассчитываемым по формуле

,

где Q - объемный расход при продавливании цементного раствора через гидромонитор, м³/c;

d - наружный диаметр кольцевой щелевой насадки гидромонитора, м;

δ - ширина щели в кольцевой щелевой насадке при работе гидромонитора, м;

ν - необходимая скорость струи у стенки скважины, определяемая экспериментальным путем, м/с;

A - коэффициент, характеризующий расширение струи цементного раствора по ее течению, определяемый экспериментальным путем;

D - диаметр каверны, м;

B - коэффициент, учитывающий возмущения, вносимые в струю в процессе определения скоростных напоров, определяемый экспериментальным путем,

- с одновременным подъемом гидромонитора на колонне труб от кровли пласта-коллектора к низу эксплуатационной колонны с заходом в нее, со скоростью, рассчитываемой по зависимости

,

где ν_п - скорость подъема гидромонитора на колонне труб, м/с;

β - угол наклона начального участка струи, определяемый конструкцией кольцевой щелевой насадки гидромонитора, град.,

- по окончании продавливания производят подъем гидромонитора на колонне труб и оставляют в эксплуатационной колонне стакан цементного раствора в объеме, необходимом на заполнение сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной;

- отмывают излишки цементного раствора;

- поднимают гидромонитор на безопасное расстояние от верхней границы стакана цементного раствора;

- герметизируют устье скважины;

- закачивают промывочную жидкость в колонну труб или кольцевое пространство в объеме, не превышающем объем стакана цементного раствора или до достижения давления начала «утечки»;

- фиксируют достигнутое давление;

- ожидают затвердевание цементного раствора при поддержании постоянного достигнутого давления;

- разбуривают цементный и песчаный мосты.

Техническое решение соответствует условию новизны.

Заявляемый способ поясняется следующими чертежами:

на фиг.1 представлен график зависимости давления закачивания и объема закачиваемой промывочной жидкости при испытании скважины на давление начала «утечки»;

на фиг.2 представлен экспериментально полученный график изменения скорости струи в зависимости от расстояния от кольцевой щелевой насадки.

Длительная эксплуатация скважин с открытой конструкцией забоя, в которых эксплуатационная колонна спущена выше кровли пласта-коллектора, приводит к разрушению кровли ПЗП, представленной глинистой покрышкой. Формирующаяся каверна разрушения развивается выше низа эксплуатационной колонны. Неустойчивый свод каверны разрушения обеспечивает поступление глинистого материала в ПЗП, что влечет за собой кольматацию коллектора и внутрискважинного оборудования. Оголенный цементный камень вокруг нижней части эксплуатационной колонны разрушается, что в совокупности с частично разрушенной покрышкой может привести к разгерметизации продуктивного пласта - как ловушки или резервуара углеводорода.

Для предупреждения кольматации в интервале залегания пласта-коллектора устанавливают песчаный мост.

Испытание скважины на давление начала «утечки» проводят путем закачивания промывочной жидкости в загерметизированную скважину через колонну труб с гидромонитором или кольцевое пространство с фиксацией давления закачивания и объема закачиваемой промывочной жидкости, с одновременным построением графика зависимости, по которому наблюдают отклонение от прямолинейной зависимости и судят о давлении начала «утечки» в точке отклонения (фиг.1). Интервал объемов закачанной промывочной жидкости 0-V_пж1 характеризует линейную зависимость роста давления в скважине от закачиваемого объема промывочной жидкости. Скважина герметична, промывочная жидкость не поступает в пласт-коллектор через песчаный мост. Интервал объемов V_пж1-V_пж2 характеризует нарушение линейной зависимости роста давления в скважине от закачиваемого объема промывочной жидкости. Промывочная жидкость преодолевает фильтрационные сопротивления в песчаном мосте и начинает поступать в пласт-коллектор. Величина давления Р_ут, при которой произошло нарушение линейной зависимости роста давления в скважине от закачиваемого объема промывочной жидкости, характеризует давление начала «утечки». Превышение величины давления начала «утечки» при установке цементного моста приведет к проникновению цементного раствора в пласт-коллектор через песчаный мост и вызовет необратимую кольматацию коллектора в ПЗП. После достижения давления начала «утечки» прекращают закачивать промывочную жидкость в скважину и стравливают избыточное давление.

Закрепление кровли призабойной зоны пласта достигается путем заполнения каверны разрушения цементным раствором, формирующим монолитный цементный камень. Качество закрепления кровли призабойной зоны пласта, помимо правильного подбора рецептуры цементного раствора, очистки каверны разрушения от шлама, загустевших масс промывочной жидкости и фильтрационной корки, полноты замещения промывочной жидкости цементным раствором - определяется степенью заполнения цементным раствором сводовой части каверны разрушения, расположенной вокруг нижней части эксплуатационной колонны.

Реализация способа возможна только в предварительно заглушенных скважинах, заполненных промывочной жидкостью. В этом случае при продавливании цементного раствора через замкнутую по периметру поперечного сечения гидромонитора кольцевую щелевую насадку формируется затопленная неразрывная струя между наружной поверхностью гидромонитора и стенкой скважины.

Такая струя оказывает одновременное силовое воздействие на периметр стенки ствола скважины, размывая фильтрационную корку, загустевшую промывочную жидкость и шлам. При этом интенсивности струи недостаточно для разрушения горной породы на обнажающейся стенке скважины, т.к. она не является круглой осевой.

Струя цементного раствора, отражаясь от стенки скважины, формирует тороидальный вихрь, расположенный выше кольцевой щелевой насадки гидромонитора вследствие ориентации начального участка струи, определяемого конструкцией кольцевой щелевой насадки гидромонитора. Тороидальный вихрь вовлекает в область интенсивного движения крупные частицы фильтрационной корки и шлама, смытые со стенки скважины, и удерживает последние в нем.

При подъеме гидромонитора по ходу движения струи происходит размыв загрязняющих ствол скважины материалов, перевод их во взвешенное состояние и перенос тороидальным вихрем крупных частиц в эксплуатационную колонну, где возникают условия их гидротранспортирования на дневную поверхность. Одновременно с указанным процессом происходит замещение промывочной жидкости цементным раствором. При этом тороидальный вихрь выполняет функцию гидравлического экрана - разделителя между промывочной жидкостью и цементным раствором. То есть зона смешения располагается выше начального участка струи, и заполнение каверны разрушения осуществляется чистым цементным раствором. А силовой контакт струи цементного раствора с очищаемой ею же стенкой скважины обеспечивает прочное сцепление цементного камня с породой после его формирования.

Указанные процессы происходят при подъеме гидромонитора до низа эксплуатационной колонны.

Сводовую часть каверны разрушения заполнить полностью цементным раствором за счет действия неразрывной струи невозможно, так как при заходе щелевой насадки в эксплуатационную колонну тороидальный вихрь начинает действовать между наружной поверхностью гидромонитора и внутренней стенкой эксплуатационной колонны.

Для полного заполнения сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной после окончания отмыва излишков цементного раствора оставляют стакан цементного раствора в объеме, необходимом для заполнения сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной, который предварительно определяют по данным геофизических исследований скважины. В загерметизированную скважину закачивают промывочную жидкость с фиксацией объема закачиваемой жидкости и давления закачивания.

При этом промывочная жидкость выдавливает из эксплуатационной колонны цементный раствор, который поднимается вверх в сводовую часть каверны и заполняет ее. Установленный в интервале залегания пласта-коллектора песчаный мост препятствует продвижению цементного раствора в поровое пространство коллектора и тем самым предотвращает его от необратимой кольматации.

Процесс останавливают после закачивания промывочной жидкости в объеме, равном объему стакана цементного раствора, оставленного в эксплуатационной колонне, или при достижении давления начала «утечки», предварительно определенного после изоляции пласта - коллектора песчаным мостом.

При закачивании промывочой жидкости в объеме, большем объема стакана цементного раствора, оставленного в эксплуатационной колонне (давление начала «утечки» не достигнуто), цементный раствор полностью выдавливается из эксплуатационной колонны, а промывочная жидкость поступает в полость каверны разрушения. В результате в полости каверны разрушения образуется смесь промывочной жидкости и цементного раствора, из которой не формируется прочный цементный камень, способный монолитно закрепить разрушенную кровлю призабойной зоны пласта.

При превышении давления начала «утечки» в процессе закачивания промывочной жидкости (объем закачанной промывочной жидкости меньше объема стакана цементного раствора, оставленного в эксплуатационной колонне) цементный раствор проникает через песчаный мост в поровое пространство коллектора, что впоследствии приводит к его необратимой кольматации.

Поддержание достигнутого давления в процессе ожидания затвердевания цементного раствора обеспечивает удержание цементного раствора в сводовой части каверны разрушения до момента образования цементного камня из него. При снятии давления установится баланс уровней цементного раствора в эксплуатационной колонне и за ней, то есть сводовая часть каверны разрушения окажется незаполненной цементным раствором, а кровля призабойной зоны пласта незакрепленной.

Объем цементного раствора, необходимый для восстановления кровли призабойной зоны пласта, определяемый из неравенства, обеспечивает:

- заполнение полости каверны разрушения, расположенной между кровлей пласта-коллектора и низом эксплуатационной колонны;

- потери цементного раствора на смешивание с промывочной жидкостью при их последовательном прокачивании в процессе продавливания по колонне труб;

- заполнение сводовой части каверны разрушения, расположенной за эксплуатационной колонной выше ее низа.

Применение большего объема цементного раствора приведет к неоправданному завышению расхода используемых материалов для приготовления цементного раствора.

Применение меньшего объема цементного раствора приведет к неполному заполнению каверны разрушения цементным раствором, вследствие чего сводовая часть каверны останется заполненной промывочной жидкостью, а разрушенная кровля будет не закреплена.

Объемный расход цементного раствора при продавливании через кольцевую щелевую насадку гидромонитора, рассчитываемый по предлагаемой формуле, обеспечивает необходимую скорость струи цементного раствора при контакте со стенкой скважины. Продавливание цементного раствора с большим объемным расходом может вызвать размыв покрышки пласта-коллектора, сложенной глинистыми породами. Продавливание цементного раствора с меньшим объемным расходом не обеспечит смыва со стенки скважины (каверны) фильтрационной корки, шлама, разрушения загустевших масс промывочной жидкости и формирования тороидального вихря, интенсивность которого достаточна для удержания смытых загрязняющих частиц во взвешенном состоянии и транспортировки их при подъеме гидромонитора.

Значение коэффициента А получено путем экспериментальных замеров скоростных напоров в неразрывной струе при удалении от кольцевой щелевой насадки гидромонитора (фиг.2). Использование коэффициента А, характеризующего расширение неразрывной струи цементного раствора по ее течению, не зависящую от величины δ ширины щели в кольцевой щелевой насадке при работе гидромонитора, позволяет повысить оперативность применения предлагаемого способа для каждого типоразмера гидромонитора.

Значение коэффициента В получено путем экспериментальных замеров скоростных напоров в неразрывной струе при удалении от кольцевой щелевой насадки гидромонитора (фиг.2). Использование коэффициента В, характеризующего возмущения, вносимые при измерении скоростных напоров в неразрывной струе, позволяет повысить точность определения объемного расхода цементного раствора при продавливании через кольцевую щелевую насадку гидромонитора.

На фиг.2 по оси абсцисс отложены безразмерные величины расстояния от кольцевой щелевой насадки относительно ширины щели δ в кольцевой щелевой насадке при работе гидромонитора.

По оси ординат отложены безразмерные величины скорости струи ν₁ относительно скорости струи на выходе из кольцевой щелевой насадки гидромонитора ν₀. Скорости ν₁ определены для различных расстояний D₁ при различной ширине щели δ в кольцевой щелевой насадке гидромонитора и представлены точками. По полученным экспериментальным данным методом статистической обработки данных построена обобщающая кривая, позволяющая определить значение коэффициента А, характеризующего расширение струи, и коэффициента В, учитывающего возмущение, вне зависимости от δ и d.

Подъем гидромонитора со скоростью, рассчитываемой по предлагаемой зависимости, позволяет делить струю цементного раствора у стенки каверны на две составляющие. Первая составляющая обеспечивает заполнение полости каверны разрушения цементным раствором ниже области действия струи. Вторая составляющая обеспечивает вынос загрязняющих частиц, смытых со стенок каверны разрушения.

Анализ изобретательского уровня показал следующее: из источников патентной документации и научно-технической литературы нами не выявлены технические решения, имеющие в своей основе признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого технического решения, обеспечивающими достигаемый технический результат. Таким образом, заявляемые существенные признаки не следуют явным образом из уровня техники, т.е. соответствуют условию изобретательского уровня.

Более подробно сущность заявляемого способа поясняется следующим примером.

Пример

При капитальном ремонте вертикальной скважины подземного хранилища газа (ПХГ) проводят закрепление кровли ПЗП. Ствол скважины обсажен эксплуатационной колонной диаметром 0,168 м. Низ эксплуатационной колонны расположен на глубине 753 м. В интервале 753-755 м необсаженной части ствола скважины залегает глинистая кровля пласта-коллектора. В интервале 755-760 м залегает пласт-коллектор, представленный песчаником. Забой скважины на глубине 764 м.

Для проведения капитального ремонта скважину глушат и заполняют промывочной жидкостью плотностью 1290 кг/м³. На скважине монтируют подъемный агрегат А-50У, демонтируют фонтанную арматуру, устанавливают превентор ППР-2-230×18 0, после чего из скважины извлекают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) диаметром 0,089 м и комплект забойного оборудования. Эксплуатационную колонну шаблонируют долотом III139,7С-ЦВ, а открытый ствол прорабатывают до забоя скважины и очищают интенсивной промывкой в интервале 753-755 м. Проводят геофизические исследования с определением каверны разрушения, которые фиксируют каверну разрушения диаметром 0,85 м, расположенную в интервале 753-755 м.

Устанавливают песчаный мост в интервале залегания пласта-коллектора 755-764 м для предупреждения кольматации последнего.

Спускают на колонне НКТ с наружным диаметром 0,089 м до глубины расположения низа эксплуатационной колонны 753 м гидромонитор типа МГСК-168, оснащенный замкнутой по периметру поперечного сечения кольцевой щелевой насадкой (см. В.Ф.Абубакиров, А.Н.Гноевых и др., Оборудование буровое, противовыбросовое и устьевое. Справочное пособие: В 2 т. Т.2 - М: ООО «ИРЦ Газпром», 2007, с.254-255).

Через цементировочную головку к колонне НКТ подсоединяют цементировочный агрегат ЦА-320, в приемные емкости которого набирают промывочную жидкость. Кольцевое пространство между колонной НКТ и эксплуатационной колонной герметизируют закрытием превентора ППР-2-230×180.

Проводят испытание скважины на давление начала «утечки» путем закачивания промывочной жидкости насосом цементировочного агрегата ЦА-320 с установленными втулками диаметром 0,115 м на второй скорости с подачей 0, 004 м³/с в загерметизированную скважину через колонну НКТ с гидромонитором, с фиксацией давления закачивания по манометру цементировочного агрегата ЦА-320 и объема закачиваемой промывочной жидкости по мерной линейке приемной емкости цементировочного агрегата ЦА-320. Одновременно по зафиксированным данным строят график зависимости, на котором по оси абсцисс откладывают зафиксированные текущие значения объема закачиваемой промывочной жидкости, а по оси ординат откладывают соответствующие им зафиксированные текущие значения давления закачивания. По графику зависимости (фиг.1) наблюдают, что в интервале объемов закачиваемой промывочной жидкости от 0 до 0,4 м³ и соответствующем ему интервале давления закачивания от 0 до 5,0 МПа наблюдается прямолинейная зависимость, а в интервале объемов закачиваемой промывочной жидкости от 0,4 до 0,5 м³ и соответствующем ему интервале давления закачивания от 5,0 до 5,3 МПа наблюдается отклонение от прямолинейной зависимости. По графику зависимости судят о давлении начала «утечки» в точке отклонения от прямолинейной зависимости, которое соответствует давлению закачивания 5,0 МПа. После определения величины давления начала «утечки» закачивание промывочной жидкости прекращают, избыточное давление стравливают с фиксацией объема отданной скважиной промывочной жидкости по мерной линейке приемной емкости цементировочного агрегата ЦА-320, которое составило 0,2 м³, а устье скважины разгерметизируют открытием превентора ППР-2-230×180. Отсоединяют от колонны НКТ цементировочный агрегат и снимают промывочную головку.

В колонну НКТ с гидромонитором сбрасывают управляющий шар диаметром 0,042 м.

Колонну НКТ с гидромонитором, через ведущую трубу квадратного сечения 80×80 и вертлюг ВЭ-50 подвешивают на крюкоблоке талевой системы подъемного агрегата А-50У. Цементировочный агрегат ЦА-320, оснащенный втулками диаметром 0,115 м, подсоединяют к колонне НКТ через рукав буровой оплеточный 38-25000 МРТУ 38-105537-73, вертлюг и ведущую трубу. Мерные емкости цементировочного агрегата ЦА-320 заполняют промывочной жидкостью, используемой в качестве продавочной.

Спускают колонну НКТ с гидромонитором в кровлю пласта-коллектора до глубины 755 м.

Устанавливают цементный мост посредством продавливания через кольцевую щелевую насадку гидромонитора цементного раствора в объеме, определяемом из неравенства

V≥V₁+V₂+V₃

Объем каверны разрушения по данным кавернометрии V₁ определяют по следующей зависимости (для случая цилиндрической каверны):

где L₁ - глубина расположения низа эксплуатационной колонны, м;

L₂ - глубина залегания кровли пласта-коллектора, м.

Объем потерь цементного раствора на смешивание с промывочной жидкостью при движении по колонне НКТ V₂ определяют по следующей зависимости:

V₂=V₄·(0,02+С₁+С₂+С₃),

где V₄ - внутренний объем колонны труб, м³;

С₁ - коэффициент потерь цементного раствора на внутренних стенках колонны НКТ;

C₂ и С₃ - коэффициенты потерь цементного раствора при его смешении с промывочной жидкостью соответственно на нижней и верхней границах.

Внутренний объем колонны НКТ, спущенной с гидромонитором до глубины 755 м, определяют по выражению:

Коэффициенты потерь цементного раствора при установке цементного моста через колонну НКТ без применения буферной жидкости принимают по справочным данным (Инструкция по применению нефтяных и газовых скважин РД 39-00147001-767-2000): С₁=0, С₂=0,01, С₃=0,01.

Тогда объем потерь цементного раствора на смешивание с контактирующими жидкостями при движении по колонне НКТ:

V₂=3,4·(0,02+0+0,01+0,01)=0,1 м³.

Объем цементного раствора на заполнение сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной V₃ определяют по данным геофизических исследований скважины известными методами (для случая каверны в форме усеченного конуса высотой 2 м):

где h - высота сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной;

D₂ - наружный диаметр эксплуатационной колонны.

Тогда объем цементного раствора, необходимый для установки цементного моста, принимают равным:

V=1,1+0,1+0,4=1,6 м³.

Для приготовления 1,6 м³ цементного раствора плотностью р=1800 кг/м³ при водоцементном соотношении m=0,5 используют тампонажный портландцемент марки ПУТ 1-50 по ГОСТ 1581-96 в количестве

и воду затворения в объеме

V₅=1,1·m·G=1,1·0,5·2016·10^-3=1,1 м³.

Объем продавочной жидкости, обеспечивающий продавку цементного раствора по колонне НКТ к кольцевой щелевой насадке гидромонитора с учетом потерь на внутренней поверхности колонны НКТ в верхней зоне смешения

V₆=V₄-V₁-V₃-V₄·(С₁+С₃)=3,4-1,1-0,4-3,4·(0+0,01)=1,9 м³.

Продавливание цементного раствора через кольцевую щелевую насадку гидромонитора ведут с объемным расходом, рассчитываемым по формуле

Наружный диаметр кольцевой щелевой насадки гидромонитора d=0,14 м выбирают из условия безопасного спуска гидромонитора в эксплуатационной колонне с внутренним диаметром 0,152 м в соответствии с требованиями «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности» ЛБ 08-624-03.

Ширину щели в кольцевой щелевой насадке при работе гидромонитора δ=0,004 м выбирают из условия пропуска через нее частиц цемента диаметром δ/3=0,004/3≈0,001 м, остающихся в цементном растворе без тонкой очистки последнего при затворении.

Необходимая скорость струи у стенки скважины ν=2 м/с определена экспериментальным путем.

Значение коэффициента, характеризующего расширение струи цементного раствора по ее течению А=0,007 (обобщающая кривая на фиг.2), определено экспериментальным путем методом замера скоростных напоров в струе на различных удалениях от кольцевой щелевой насадки гидромонитора с использованием трубки Пито.

Значение коэффициента В=0,748 (обобщающая кривая на фиг.2), учитывающего возмущения, вносимые в струю в процессе определения скоростных напоров, определено экспериментальным путем.

Объемный расход Q=0,0079 м³/c при продавливании цементного раствора через кольцевую щелевую насадку гидромонитора обеспечивают работой цементировочного агрегата на третьей передаче при допустимом давлении нагнетания 11,7 МПа.

Одновременно при продавливании цементного раствора через кольцевую щелевую насадку гидромонитора поднимают гидромонитор на колонне НКТ от кровли пласта-коллектора 755 м к низу эксплуатационной колонны 753 м с заходом в нее на 0,5 м со скоростью, рассчитываемой по зависимости

Угол наклона начального участка струи, определяемый конструкцией кольцевой щелевой насадки гидромонитора, принимают равным β=60° по результатам опытно-промысловых испытаний гидромонитора, как показавший наилучшие результаты.

Скорость подъема гидромонитора на колонне НКТ ν_п=0,065 м/с обеспечивают работой подъемного агрегата А-50У на первой передаче в режиме «малого газа». При достижении гидромонитором глубины 752,5 м подъем колонны НКТ останавливают и, не прекращая продавливания цементного раствора, спускают колонну НКТ с гидромонитором до глубины 755 м со скоростью 0, 08 м/с. Подъем-спуск колонны НКТ с гидромонитором в интервале 752,5-755 м продолжают до окончания продавливания цементного раствора через кольцевую щелевую насадку гидромонитора. По окончании продавливания цементного раствора производят подъем гидромонитора на колонне НКТ до глубины 731 м, обеспечивающей оставление в эксплуатационной колонне стакана цементного раствора в объеме 0,4 м³, необходимом на заполнение сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной. Отмывают излишки цементного раствора со шламом на поверхность прокачиванием 8,7 м³ промывочной жидкости (соответствует объему скважины со спущенной колонной НКТ) при непрерывной подаче промывочной жидкости цементировочным агрегатом с подачей насоса 0,012 м³/с.

Поднимают гидромонитор на колонне НКТ до глубины 681 м (на безопасное расстояние от верхней границы стакана цементного раствора в эксплуатационной колонне). Герметизируют устье скважины установкой планшайбы. К колонне НКТ через ствол планшайбы подсоединяют цементировочный агрегат. Закачивают промывочную жидкость в колонну НКТ в объеме, не превышающем объем стакана цементного раствора. При этом после закачивания 0,3 м³ промывочной жидкости достигают давления начала «утечки» 5,0 МПа, которое фиксируют. Ожидают затвердевания цементного раствора в течение 48 часов при поддержании достигнутого давления 5,0 МПа.

По окончании указанного срока колонну НКТ поднимают из скважины, гидромонитор из компоновки исключают. В скважину спускают долото III 139,7 С-УВ, которым обнаруживают кровлю цементного моста на глубине 753 м. Проверяют прочность и несущую способность цементного моста созданием осевой нагрузки на него до 3 кН. При этом «провал» не наблюдают. Опрессовывают ствол скважины на давление 12,0 МПа, что также подтверждает герметичность моста.

Цементный и песчаный мост разбуривают. Проводят кавернометрию необсаженного ствола скважины, которая фиксирует цилиндрический ствол диаметром 0,14 м в интервале установки цементного моста.

Скважину оборудуют забойным оборудованием известной конструкции по известной технологии и вводят в эксплуатацию.

Таким образом, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию промышленная применимость.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности, а именно, условию новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.

Способ закрепления кровли призабойной зоны пласта, заключающийся в том, что глушат скважину, извлекают из скважины колонну насосно-компрессорных труб и забойное оборудование, проводят очистку ствола скважины в интервале между кровлей пласта-коллектора и низом эксплуатационной колонны, проводят геофизические исследования с определением размеров каверны разрушения, устанавливают песчаный мост в интервале залегания пласта-коллектора, спускают на колонне труб до низа эксплуатационной колонны гидромонитор, оснащенный замкнутой по периметру поперечного сечения кольцевой щелевой насадкой, а затем проводят испытание скважины на давление начала «утечки» путем закачивания промывочной жидкости в загерметизированную скважину через колонну труб с гидромонитором или кольцевое пространство с фиксацией давления закачивания и объема закачиваемой промывочной жидкости с одновременным построением графика зависимости, по которому наблюдают отклонение от прямолинейной зависимости и судят о давлении начала «утечки» в точке отклонения, стравливают избыточное давление с фиксацией объема отданной скважиной промывочной жидкости и разгерметизируют устье скважины, спускают колонну труб с гидромонитором в кровлю пласта-коллектора и устанавливают цементный мост посредством продавливания через кольцевую щелевую насадку гидромонитора цементного раствора в объеме, определяемом из неравенства
V≥V₁+V₂+V₃,
где V - объем цементного раствора, м³;
V₁ - объем каверны разрушения по данным кавернометрии, м³;
V₂ - объем потерь цементного раствора на смешивание с промывочной жидкостью при движении по колонне труб, м³;
V₃ - объем цементного раствора на заполнение сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной, м³,
с объемным расходом, рассчитываемым по формуле

где Q - объемный расход при продавливании цементного раствора через гидромонитор, м³/с;
d - наружный диаметр кольцевой щелевой насадки гидромонитора, м;
δ - ширина щели в кольцевой щелевой насадке при работе гидромонитора, м;
ν - необходимая скорость струи у стенки скважины, определяемая экспериментальным путем, м/с;
А - коэффициент, характеризующий расширение струи цементного раствора по ее течению, определяемый экспериментальным путем;
D - диаметр каверны разрушения, м;
В - коэффициент, учитывающий возмущения, вносимые в струю в процессе определения скоростных напоров, определяемый экспериментальным путем,
с одновременным подъемом гидромонитора на колонне труб от кровли пласта-коллектора к низу эксплуатационной колонны с заходом в нее со скоростью, рассчитываемой по зависимости

где ν_п - скорость подъема гидромонитора на колонне труб, м/с;
β - угол наклона начального участка струи, определяемый конструкцией кольцевой щелевой насадки гидромонитора, град,
а по окончании продавливания производят подъем гидромонитора на колонне труб и оставляют в эксплуатационной колонне стакан цементного раствора в объеме, необходимом на заполнение сводовой части каверны разрушения за эксплуатационной колонной, отмывают излишки цементного раствора, поднимают гидромонитор на безопасное расстояние от верхней границы стакана цементного раствора, герметизируют устье скважины, закачивают промывочную жидкость в колонну труб или кольцевое пространство в объеме, не превышающем объем стакана цементного раствора или до достижения давления начала «утечки», фиксируют достигнутое давление, ожидают затвердевание цементного раствора при поддержании постоянного достигнутого давления, после чего разбуривают цементный и песчаный мосты.