Способ опрессовки обсадных колонн

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.1276 (21) 2092527/22-03 с присоединением заявки ¹ 2 б б 4 950/29-0 3 (23) Приоритет

Опубликовано 15.10.80. Бюллетень ¹ 38 (51)М. К„.

E 21 В 33/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 620.163, 4(088.8) Дата опубликования описания 25. 10. 80 (72) Авторы изобретения

Б.И.Кирпиченко, Ю.A.Гуторов и A.Ф.Косолапов

Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин (71 ) За яв итель (54) СПОСОБ ОПРЕССОВКИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Изобретение относится к области ,бурения и геофизических исследований нефтяных и газовых скважин и направлено на повышение эффективнос-. ти работ по заканчиванию скважин.

Известен способ опрессовки обсадных колонн, включающий повышение гидравлического давления в обсадной колонне до определенной величины (1) °

Однако гидравлическая опрессовка по данному способу вызывает существенные по величине радиальные деформации обсадных колонн, приводящие в некоторых случаях к нарушениям сплошности цементного кольца и ослаблению контактов его с колонной. Это может являться одной иэ причин обводнения скважин при освоении или в период пробной эксплуатации.

Известен способ опрессовки обсадных колони в нефтяных и газовых скважинах, включающий повышение гидравлического давления в обсадной колонне после ожидания затвердения цемента (ОЭЦ) и последукщий сброс

ceo (2).

Так как при определенных условиях в скважине возможен контакт цементного кольца с колонной через тонкий слой (пленку) жидкости, то при опрессовке обсадной колонны цементное кольцо может испытывать эна.

5 чительные гидравлические нагрузки динамического характера со стороны колонны через жидкостный слой в кольцевом зазоре между колонной и цементным кольцом. Эти нагрузки нахо1() дятся в тесной связи со скоростью опрессовки, фильтрационными и реологическими свойствами цемента. В результате, степень напряженности цементного кольца будет определять15 ся перепадом гидравлического давления на его толщине, зависящим от скорости повышения нли сброса опрессовочного давления.

Случай прямого контакта цемент29 ного кольца с колонной и через рыхлую глинистую корку со стенкой скважины наиболее опасен, так как радиальные деформации цементного кольца будут близки к упругим радиаль25 ным деформациям колонны, возникающим при ее опрессовке.

Прн Этом возникает опасность появления значительных остаточных деформаций цементного кольца и его

3р разрушения.

771325

Цель изобретения — уменьшение остаточных деформаций цементного кольца и предотвращение его разрывных нарушений

Цель достигается тем, что повышение гидравлического давления в колонне и последующий сброс его про изводят ступенчато, причем величину каждой ступени поддерживают в соответствии с соотношением:

A+ 0256

-икр к / цк где аР— величина ступени опрессок вочного давления, кгс/см, о — предел прочнопен леденел

P на растяжение,, кгс/с

Е„ и Š— динамические модули Юнга материала колонны и цемента;

4„ и 4 „ †. наружные диаметры обсадной колонны и цементного кольца, см; и 6 „ — толщина колрнны и цементк ного кольца, см, причем каждую последующую ступень давления, задают после окончания релаксаций, возникающих в цементном кольце напряжений, для чего непрерывно производят измерение амплитуд продольных волн по колонне, а время окончания релаксации определяют по моменту стабилизации амплитуд на предыдущей ступени.

На чертеже показана схема выбора. и контроля оптимального режима опрессовки обсадных колонн.

В основу предлагаемого способа опрессовки положено представление о механизме передачи нагрузки на цементное кольцо со стороны колонны, учитывающее реологические и фильтрационные свойства цемента при наличии и в случаях отсутствия прямого контакта цемента с колонной или со стенкой скважины.

Деформация цементного кольца при опрессовке колонны, превышающая по величине упругую почти на порядок, возможна без его разрушения лишь за счет вязкопластической деформации (ползучести) цемента. Скорость этих неупругих деформаций и обуславливает, в основном, скорость релаксации опасных напряжений в цементном кольце. При этом, чтобы устранить остаточные деформации цементного кольца, необходимо, чтобы скорость изменения опрессовочного давления в колонне равнялась (либо была меньше) скорости релаксации опасных напряжений в цементном кольце.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что повышение и сброс опрессовочного давления производят ступенчато, на величину, при которой радиальные деформации колонны не превышают предельных деформаций цементного кольца.

Каждую следукщую ступень давления задают не ранее, чем релаксировало напряжение в цементном коль-. це от предыдущей ступени. Контроль процесса релаксации напряжений в цементном кольце осуществляется с помощью акустического цементомера по амплитудам продольных волн A no к колонне, изменяющихся гри повышении или сбросе давления внутри ко лонны, а время релаксации на каждой ступени определяется временем стабилизации этих амплитуд, т.е. временем уменьшения градиента аА„/ h 4 до нуля.

Известно, что величина амплитуд

A определяется в основном (при неизменности остальных условий: плотность и т.п.) плотностью контакта цемента с колонной,.зависящей, в свою очередь, от напряженного сос20 тояния последнего. Процесс релаксации напряжений сопровождается изменением (уменьшением) напряженного состояния цементного камня во времени, что непосредственно отражаQ5 ется на величине амплитуд акустического сигнала по колонне — A . B к результате, средняя оптимальная скорость опрессовки колонны определяется отношением необходимого опрессовочного давления к суммарному времени выдержек (времен релаксации) на всех ступенях повышения или сброса давления.

Рекомендуемая последовательность операций при осуществлении способа: цементомер АКЦ устанавливают в наиболее интересуемом интервале (обычно против перемычки между водоносным и продуктивным пластом); устье скважины уплотняют стан40 дартным сальником повышают гидравлическое давление внутри обсадной колонны на величину допустимой ступени 6Р и нак блюдают эа прессом изменения амплитуд продольных волн по колонне

А„ во времени; — определяют время релаксации напряжений в цементном кольце по стабилизации амплитуд А и повышают давление на следующую ступень и т.д. до достижения заданного давления опрессовки; выдерживают это давление в течение установленного времени (обычно 30 мин); — сброс давления производят, сохраняя также на каждой ступени времена выдержек (релаксаций), установленные в процессе его подъема.

Следует отметить, что времена релаксации при повышении и сбросе давления из-за неполной симметрии этих процессов могут быть различными.

Таким образом, при использовании способа уменьшаются динамические нагрузки на цементное кольцо, и опре"771325

Формула изобретения

hP 0,25 6 - - (Бе. ь=, Составитель В.Родина

Редактор т.кузнецова техред Н.Граб Корректор М.Коста

Заказ 6653 44 Гираж 626 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

° совка обсадной колонны осуществляется беэ разрушения цементного кольца при любой его прочности и пластичности.

Способ опрессовки обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах, основанный на временном повышении гидравлического давления в обсадной колонне после ОЗЦ, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения остаточных деформаций цементного кольца и предотвращения разрывных нарушений его, повышение гидравлического давления в колонне и последующий сброс его производят ступенями, причем, величину каждой ступени поддерживают в соответствии с соотношением: где дР— величина ступени опрессок вочного давления, кгс/см

6 — предел прочности цемента

P на растяжение кгс/см, Е и Š— динамические модули Юнга к и.к материала кольца и цеме нта ;

d< и d — наружные диаметры обсадной колонны и цементного кольца, см ;

6 „ и 6 „ — толщина колонны и цементного кольца, см, а каждую последующую ступень давле" ния задают после окончания рела ксаций, воэ ни кающих в цементном кольце напряжений, для чего не прерывно прои э водят и эмерение амплитуд продольных волн по колонне, а вре1 5 мя окончания релаксации определяют по моменту стабилизации амплитуд на предыдущей ступени .

Источники информации, принятые во внимание при эксперти зе

;щ 1 . Вадецкий Ю . В . Бурение нефтяных и газовых скважин . М ., " Недра ", 1 9 7 3, с . 3 4 5 - 3 4 6 .

2 . Авторское свидетельство СССР

9 1 8 7 6 9 9, кл . Е 2 1 В 3 3 /О 0, 1 9 6 6 (прототип ) .