RU2094590C1 - Method for vibrating cementation of casing pipes in wells - Google Patents
Method for vibrating cementation of casing pipes in wells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094590C1 RU2094590C1 RU92012958A RU92012958A RU2094590C1 RU 2094590 C1 RU2094590 C1 RU 2094590C1 RU 92012958 A RU92012958 A RU 92012958A RU 92012958 A RU92012958 A RU 92012958A RU 2094590 C1 RU2094590 C1 RU 2094590C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- casing
- rare
- earth element
- frequency
- cement slurry
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нефте- и газодобычи и может быть использовано для цементирования наклонных и горизонтальных скважин с использованием упругого миграционного геоэффекта и кавитации. The invention relates to the field of oil and gas production and can be used for cementing deviated and horizontal wells using an elastic migration geo-effect and cavitation.
Известен способ цементирования обсадных труб в вертикальных скважинах, при котором обсадная колонна подвешивается на некотором расстоянии от забоя, внутри обсадной колонны подвешивается вторая колонна, которая крепится к обсадной колонне основной в нижней ее части, к внутренней колонне наверху присоединен вибратор, который создает продольные колебания, и используют второй генератор который создает сдвиговые колебания, затем в скважину подают цементный раствор по внутренней колонне и он поднимается по заколонному пространству колебания, передаваемые посредством вибратора на обсадной колонне облегчают подъем цементного раствора и способствуют его дегазации [1]
Известный способ трудоемок и нетехнологичен, не позволяет работать в выбранном диапазоне частот или на частоте резонанса, практически неприменим в наклонных и горизонтальных скважинах и не использует для снижения энергоемкости упругий миграционный геоэффект и энергию кавитирующих взрывов при нагреве раствора до 40 50oC.A known method of cementing casing pipes in vertical wells, in which the casing is suspended at a distance from the bottom, inside the casing is suspended a second column, which is attached to the main casing in its lower part, a vibrator is attached to the upper casing, which creates longitudinal vibrations, and they use a second generator that creates shear oscillations, then a cement mortar is fed into the well through the inner column and it rises through the annular space of the oscillation The lines transmitted by means of a vibrator on the casing facilitate the rise of the cement and contribute to its degassing [1]
The known method is time-consuming and non-technological, does not allow working in the selected frequency range or at the resonance frequency, is practically not applicable in deviated and horizontal wells, and does not use the elastic migration geoeffect and the energy of cavitating explosions when the solution is heated to 40 50 o C.
Известен также способ вибрационного цементирования обсадных труб в скважинах, включающий нанесение на наружную поверхность обсадных труб слоя редкоземельного элемента с магнитострикционными сойствами, спуск обсадных колонн в скважину, закачку в обсадные трубы цементного раствора с последующей его продавкой в затрубное пространство и передачу на слой редкоземельного элемента в направлении снизу-вверх напряжений с частотой, равной частоте собственных колебаний колонны [2]
Известный способ применим в основном в вертикальных скважинах, не использует структурные и механические свойства скрепляющего раствора.There is also known a method of vibrational cementing of casing pipes in wells, including applying a layer of a rare-earth element with magnetostrictive properties to the outer surface of the casing pipes, lowering the casing pipes into the well, pumping cement into the casing pipes and then selling it to the annulus and transferring the rare-earth element to the layer bottom-up direction of stresses with a frequency equal to the natural frequency of the column [2]
The known method is applicable mainly in vertical wells, does not use the structural and mechanical properties of the bonding solution.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу при цементировании наклонных и горизонтальных скважин цементный раствор нагревают до температуры 40 50oC, а частоту собственных колебаний обсадной колонны согласуют с частотой собственных колебаний цементного раствора, при этом возбуждение колебаний обсадной колонны осуществляют в течение времени, при котором прочность камня в затрубном пространстве на основе цементного раствора достигает 0.5 его нормативной или проектной прочности.This goal is achieved by the fact that according to the method for cementing deviated and horizontal wells, the cement slurry is heated to a temperature of 40 50 o C, and the frequency of natural vibrations of the casing string is coordinated with the frequency of natural vibrations of the cement slurry, while the vibrations of the casing string are excited over time, at where the strength of the stone in the annular space based on cement slurry reaches 0.5 of its standard or design strength.
На слой редкоземельного элемента и подают напряжение, возбуждающие колебания обсадной колонны с амплитудой, создающей напряжения в цементном камне в пределах 0.1 0.2 от величины его разрушающих напряжений на разрыв. A voltage is applied to the layer of the rare-earth element, exciting vibrations of the casing with an amplitude creating stresses in the cement stone within 0.1 0.2 of the value of its breaking stresses on the gap.
На наружную поверхность обсадных труб наносят слой редкоземельного элемента в виде RFe2, а передачу напряжения на слой редкоземельного элемента осуществляют с частотой 60 1500 Гц и по мере подъема цементного раствора при его продавке в затрубное пространство.A layer of rare-earth element in the form of RFe 2 is applied to the outer surface of the casing, and voltage is transmitted to the layer of rare-earth element with a frequency of 60 1500 Hz and as the cement slurry rises when it is forced into the annulus.
До, во время и после вибрационного цементирования обсадных труб в скважине осуществляют акустический каротаж по результатам которого определяют состояние массива горных пород, цементного камня в затрубном пространстве и обсадных труб. Before, during and after vibrational cementing of the casing in the well, acoustic logging is carried out according to the results of which the state of the rock mass, cement stone in the annulus and the casing is determined.
На фиг.1 приведена схема реализации способа, где 1 массивы горных пород, 2 скважина, 3 обсадная труба, 4 слой редкоземельного элемента, 5 источник возбуждающего напряжения для редкоземельного элемента, 6 блок согласования, 7 микропроцессор, 8-9 электроды, 10 гидроимпульсатор для нагнетания скрепляющих растворов в скважину. Figure 1 shows a diagram of the implementation of the method, where 1 rock massifs, 2 borehole, 3 casing, 4 layer of rare earth element, 5 source of exciting voltage for rare earth element, 6 matching unit, 7 microprocessor, 8-9 electrodes, 10 hydraulic impulse for injection of bonding solutions into the well.
На фиг.2 приведены пороги кавитации для различных диапазонов частот. Figure 2 shows the cavitation thresholds for different frequency ranges.
На фиг. 3 экспериментальные результаты поведения радиуса кавитирующего пузырька во времени при постоянном давлении P0 на частоте 5 кГц: кривая 1 получена при P0 105Па, 2 P0= 5•105Па, 3 P0 106Па.In FIG. 3 experimental results of the behavior of the radius of the cavitating bubble in time at a constant pressure P 0 at a frequency of 5 kHz: curve 1 was obtained at P 0 10 5 Pa, 2 P 0 = 5 • 10 5 Pa, 3 P 0 10 6 Pa.
Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.
Обустраивают скважину 2 в массиве 1 обсадной трубой 3 на внешнюю поверхность которой наносят слой редкоземельного элемента 4, обладающего гигантской магнитострикцией, например, интерметаллические соединения типа PFe2. Их наносят посекционно секциями 3 5 м и с шагом через 3 15 м по скважине, подводят к слою редкоземельного элемента 4 электроды, 8, 9 от источника возбуждающего напряжения 5 и подают посредством электродов 8, 9 возбуждающее на слой 4, которое даже при комнатной температуре вызывает генерацию электромагнитных колебаний в слое 4, причем до 50% энергии электромагнитных колебаний переходит в упругие колебания. Изменяя величину возбуждающего напряжения и его частоту управляют параметрами упругих колебаний в выбранном диапазоне частот, т.е. с использованием блока согласования 6, воспринимающего упругие колебания и микропроцессора 7, в котором заложена программа работы виброисточника или их группы, причем в качестве виброисточника служит часть обсадной трубы в скважине на поверхность которой нанесен слой редкоземельного элемента 4.The well 2 is equipped in array 1 with a casing 3, on the outer surface of which a layer of rare-earth element 4 is applied, which has giant magnetostriction, for example, intermetallic compounds of the PFe 2 type. They are applied in sections of 3–5 m sections and in increments of 3–15 m in the borehole, 4 electrodes, 8, 9 from the exciting voltage source 5 are fed to the layer of the rare-earth element 5, and, by means of electrodes 8, 9, the exciting layer is applied to the layer 4, which even at room temperature causes the generation of electromagnetic waves in layer 4, and up to 50% of the energy of electromagnetic waves goes into elastic waves. By changing the magnitude of the exciting voltage and its frequency, the elastic oscillation parameters are controlled in the selected frequency range, i.e. using a matching unit 6, which is sensitive to elastic vibrations and a microprocessor 7, in which the program of work of the vibration source or a group of them is laid down, moreover, the part of the casing pipe in the borehole serves as a vibration source on the surface of which a layer of rare-earth element 4 is applied.
Затем возбуждают упругие колебания и производят закачку цементного раствора посредством гидроимпульсатора 10 в скважину 2 и его последующую продавку в заколонное пространство, раствор подают по внутренней колонне и он поднимается в затрубном пространстве за счет вибраций, передаваемых раствору от виброисточника. Упругие колебания возбуждают в диапазоне от 60 до 1500 Гц секциями обсадной колонны начиная от забоя скважины, т.е. снизу-вверх, и по мере подъема раствора, вплоть до устья скважины. Величину давления в знакопеременной упругой волне поддерживают на уровне 0.1 0.2 от величины разрушающих напряжений на разрыв для скрепляющих растворов в течение времени, при котором прочность цементного камня в затрубном пространстве достигает 0.5 от его нормативной или проектной величины. Раствор перед нагнетанием нагревают до 40 50oC вследствие чего он приобретает пластические свойства, возбуждают упругие колебания частоту которых согласуют с частотой собственных колебаний скрепляющего раствора и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором достигают положительного эффекта.Then elastic vibrations are excited and cement mortar is injected by means of a hydraulic pulse 10 into well 2 and its subsequent discharge into annulus, the mortar is fed through the inner column and it rises in the annulus due to the vibrations transmitted to the mortar from the vibration source. Elastic vibrations are excited in the range from 60 to 1500 Hz by casing sections starting from the bottom of the well, i.e. from bottom to top, and as the solution rises, right up to the wellhead. The pressure in the alternating elastic wave is maintained at the level of 0.1 0.2 from the value of the breaking tensile stress for fastening solutions during the time at which the strength of the cement stone in the annulus reaches 0.5 of its standard or design value. The solution is heated to 40-50 ° C. before injection, as a result of which it acquires plastic properties, elastic vibrations are excited, the frequency of which is consistent with the natural frequencies of the bonding solution and the vibration is carried out for a time at which a positive effect is achieved.
При цементировании наклонных и горизонтальных скважин, подъем раствора осуществляют только за счет вибровоздействий, для чего возбуждают упругие колебания в диапазоне 1 20 кГц и инициируют на пути распространения колебаний кавитирующих взрывы, так как гидроразрывы мельчайшие пузырьки заполненные паром и газом, образующиеся в зоне разрежения упругой волны схлопываются в зоне сжатия, причем время схлопывания кавитирующих пузырьков и их энергию определяют из выражений:
E=Po•πR3•4/3,
где p плотность среды;
Rмин и Rmax соответственно минимальный и максимальный размер кавитирующих пузырьков в момент схлопывания
и с учетом того, что ξ 10, p 2.1 г/см3, Pmax= 100 МПа, Rмин= 10 мм получим, что энергия в импульсе равна E 3.2•103 МПа и время схлопывания составляет при этом Tсхлопы вания 2•10-3с.When cementing deviated and horizontal wells, the rise of the solution is carried out only due to vibration effects, for which they excite elastic vibrations in the range of 1 20 kHz and initiate cavitation explosions on the propagation path, since tiny fractures are filled with steam and gas in the rarefaction zone of an elastic wave collapse in the compression zone, and the time of collapse of cavitating bubbles and their energy is determined from the expressions:
E = P o • πR 3 • 4/3,
where p is the density of the medium;
R min and R max, respectively, the minimum and maximum size of cavitating bubbles at the time of collapse
and given the fact that ξ 10, p 2.1 g / cm 3, P max = 100 MPa, R min = 10 mm obtain that the energy per pulse is equal to E 3.2 • 10 3 MPa and the collapse time is thus T skhlopy Bani 2 • 10 -3 s.
Такие импульсные давления вызывают мощные гидродинамические возмущения в виде импульсов сжатия микро- и макроударных волн и потоков флюидов, порождаемых пульсируемыми пузырьками. Кроме того, схлопывание вызывает сильный локальный разогрев, что в свою очередь сопровождается разложением газовых компонент в растворах на составляющие и их диффундирующая миграционная способность в порах и трещинах как массива приконтурной части скважины, так и в самом скрепляющем растворе, увеличивается более, чем на порядок и имеет место замещение газовой фазы жидким пластичным раствором за счет сотрясений и вибраций обсадной колонны, что в свою очередь, способствует более глубокому проникновению раствора в поры и трещины приконтурной части массива и более прочному сцеплению обсадной трубы с массивом горных пород. Such pulsed pressures cause powerful hydrodynamic disturbances in the form of compression pulses of micro- and macroshock waves and fluid flows generated by pulsating bubbles. In addition, collapse causes a strong local heating, which in turn is accompanied by the decomposition of gas components in solutions into components and their diffusing migration ability in pores and cracks both in the array of the near-well part of the well and in the fastening solution itself, increases by more than an order of magnitude and there is a substitution of the gas phase with a liquid plastic solution due to shocks and vibrations of the casing string, which, in turn, contributes to a deeper penetration of the solution into the pores and cracks of the butt part of the array and more durable adhesion of the casing with the rock mass.
Работу группы виброисточников, которыми служат отдельные части обсадной трубы, контролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований. Воздействуя на массив и скрепляющий раствор вибрационными нагрузками, измеряют напряженно-деформирование состояние их до, во время и после вибровоздейсвия, сопоставляют эти параметры и по ним судят о достигнутом эффекте-качестве цементирования скважины, что способствует снижению динамических проявлений горного давления и в конечном итоге, эффективности способа. The work of a group of vibration sources, which are individual parts of the casing, is controlled by geomechanical and geophysical research methods. Acting on the array and cementing the solution with vibrational loads, they measure their stress-strain state before, during and after vibration exposure, compare these parameters and judge the achieved effect-quality of cementing of the well, which helps to reduce the dynamic manifestations of rock pressure and, ultimately, the effectiveness of the method.
Кроме того, до, во время и после вибровоздейсвия производят акустический каротаж по скважине, выявляют скорости и поглощение продольных и сдвиговых волн в массиве, цементном камне и материале обсадной трубы, выявляют спектры упругих волн, строят в изолиниях карты распределения модуля упругости, сдвига скорости P, Sx2 и Sx3 волн и их коэффициентов поглощения и по ним судят как о состоянии и свойствах массива, так и скрепляющего раствора, и заодно осуществляют диагностику обсадных труб по глубине скважины.In addition, before, during, and after vibroabsorption, acoustic logging is carried out along the well, the velocities and absorption of longitudinal and shear waves in the massif, cement stone and casing material are detected, the spectra of elastic waves are detected, and the distribution maps of the elastic modulus and velocity shear P are constructed in isolines , S x2 and S x3 waves and their absorption coefficients, and they are used to judge both the state and properties of the array and the fastening solution, and at the same time, casing pipes are diagnosed along the depth of the well.
Сущность способа состоит в том, что под воздействием мощных вибрационных колебаний, порождаемых виброисточниками в виде части обсадных труб, на пути распространения упругих волн возникают волн сжатия и разрежения, которые действуют на флюиды, как тектонический насос, вследствие чего их распространение миграция увеличивается в десятки и сони раз по сравнению со случаем, когда вибровоздействия отсутствуют. При работе в резонансном режиме, когда частота зондирующих импульсов совпадает с частотой собственных колебаний скрепляющего раствора, их перемещение в затрубном пространстве увеличивается на несколько порядков за счет проявления кавитирующих процессов при нагнетании нагретых растворов в затрубное пространство скважины. Степень развития кавитации и характер ее протекания воздействия на массив и скрепляющие растворы изменяются при варьировании газосодержания, гидростатического давления и температуры, что порождает несимметричность процесса схлопывания кавитирующих пузырьков в растворе и приводит к их распаду на множество мелких пузырей, служащих зародышами кавитации. The essence of the method consists in the fact that under the influence of powerful vibrational vibrations generated by vibration sources in the form of a part of the casing pipes, compression and rarefaction waves arise on the propagation path of elastic waves, which act on fluids, like a tectonic pump, as a result of which their propagation increases by tens and sleepy times compared with the case when there is no vibration. When working in the resonant mode, when the frequency of the probe pulses coincides with the frequency of the natural vibrations of the fastening solution, their movement in the annulus increases by several orders of magnitude due to the manifestation of cavitating processes when heated solutions are injected into the annulus of the well. The degree of development of cavitation and the nature of its effect on the array and bonding solutions change with varying gas content, hydrostatic pressure and temperature, which creates an asymmetry in the process of collapse of cavitating bubbles in solution and leads to their decay into many small bubbles that serve as cavitation nuclei.
Кроме того, по мере удаления от виброисточника давление в упругой волне изменяется, что в сочетании с изменяющимся гидростатическим давлением в массиве по глубине скважины создает возможности для проявления кавитирующих процессов. Вибровоздействия по предлагаемому способу позволяют осуществить перераспределение напряженно-деформированного состояния массива на пути мигрирующих флюидов-растворов и повысить глубину проникновения растворов в поры и трещины массива за счет сотрясений, вибраций и кавитирующих процессов, а также снизить вероятность динамики проявления горного давления в скважинах за счет более прочного сцепления обсадной трубы с массивом. In addition, as you move away from the vibration source, the pressure in the elastic wave changes, which, in combination with the changing hydrostatic pressure in the array along the depth of the well, creates opportunities for the manifestation of cavitating processes. Vibration effects according to the proposed method make it possible to redistribute the stress-strain state of the mass along the path of migrating fluid-solutions and increase the depth of penetration of solutions into the pores and cracks of the mass due to shocks, vibrations and cavitating processes, as well as reduce the likelihood of dynamics of the manifestation of rock pressure in the wells due to more strong coupling of the casing with the array.
Преимущества предлагаемого способа состоят в следующем:
возможность производить вибрационные колебания в выбранном диапазоне частот начиная от забоя и кончая устьем скважины;
управлять состоянием и свойствами скрепляющих растворов в процессе их нагнетания в затрубное пространство;
осуществлять цементирование скважины в резонансном режиме
повысить безремонтный срок службы скважины в 2 5 раз.The advantages of the proposed method are as follows:
the ability to produce vibrational vibrations in the selected frequency range from the bottom to the wellhead;
to control the state and properties of the bonding solutions during their injection into the annulus;
resonate well cementing
to increase the maintenance-free life of the well by 2 5 times.
Использование изобретения позволит значительно снизить энергоемкость процесса, в особенности при работах в наклонных и горизонтальных скважинах, за счет использования упругого миграционного геоэффекта и энергии кавитирующих взрывов по сравнению с имеющимися обычными технологиями. Using the invention will significantly reduce the energy intensity of the process, especially when working in deviated and horizontal wells, due to the use of elastic migration geo-effect and the energy of cavitating explosions in comparison with existing conventional technologies.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92012958A RU2094590C1 (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Method for vibrating cementation of casing pipes in wells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92012958A RU2094590C1 (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Method for vibrating cementation of casing pipes in wells |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU92012958A RU92012958A (en) | 1995-05-20 |
| RU2094590C1 true RU2094590C1 (en) | 1997-10-27 |
Family
ID=20133974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU92012958A RU2094590C1 (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Method for vibrating cementation of casing pipes in wells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2094590C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2583382C1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-05-10 | Юлий Андреевич Гуторов | Method of influencing process of consolidating cement slurry behind casing in horizontal well |
| RU195995U1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-02-12 | Георгий Николаевич Филиди | Device for influencing the process of formation of cement stone when attaching casing strings for oil and gas wells |
-
1992
- 1992-12-21 RU RU92012958A patent/RU2094590C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент США N 4736794, кл.E 21B 33/14, 1988. Авторское свидетельство СССР N 1776293, кл.E 21B 33/14, 1992. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2583382C1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-05-10 | Юлий Андреевич Гуторов | Method of influencing process of consolidating cement slurry behind casing in horizontal well |
| RU195995U1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-02-12 | Георгий Николаевич Филиди | Device for influencing the process of formation of cement stone when attaching casing strings for oil and gas wells |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Abramov et al. | Sonochemical approaches to enhanced oil recovery | |
| US6227293B1 (en) | Process and apparatus for coupled electromagnetic and acoustic stimulation of crude oil reservoirs using pulsed power electrohydraulic and electromagnetic discharge | |
| US20090159282A1 (en) | Methods for Introducing Pulsing to Cementing Operations | |
| US6467542B1 (en) | Method for resonant vibration stimulation of fluid-bearing formations | |
| US20100044032A1 (en) | Method for completion, maintenance and stimulation of oil and gas wells | |
| RU2291948C1 (en) | Method for cementing oil and gas wells and device for realization of said method | |
| US3016095A (en) | Sonic apparatus for fracturing petroleum bearing formation | |
| RU2379489C1 (en) | Oil recovery intensification method and non-operating oil wells recovery using reservoir electromagnetic resonant treatment | |
| RU2355878C2 (en) | Method for increasing reservoir recovery | |
| RU2094590C1 (en) | Method for vibrating cementation of casing pipes in wells | |
| RU2066746C1 (en) | Method for recovery of dry oil and gas wells | |
| RU2258803C1 (en) | Production bed treatment method | |
| RU2163665C1 (en) | Method rising oil recovery from oil pool of repaired well | |
| RU2059801C1 (en) | Method for recovery of high-viscosity oil from formation by mining and heat-stimulation | |
| SU1744271A1 (en) | Method for degassing coal seams | |
| RU1806245C (en) | In-depth soil compaction method | |
| RU1838595C (en) | Method for extraction of fluids from wells | |
| RU2168006C1 (en) | Method of oil wells treatment | |
| RU2065035C1 (en) | Method for lowering strength of sandstone in oil producing strata | |
| RU2042782C1 (en) | Method for well conservation | |
| RU2337238C1 (en) | Device for wave action on productive stratum | |
| RU1838619C (en) | Method to compact ground bed | |
| RU2015341C1 (en) | Method for degassing of coal seams and rock masses | |
| RU2044874C1 (en) | Method for thermal mine recovery of high-viscosity oil from formation | |
| RU2046936C1 (en) | Method to act on oil-bearing formation |