RU2029066C1

RU2029066C1 - Device for stage cementing of well

Info

Publication number: RU2029066C1
Authority: RU
Inventors: Р.Г. Габдуллин; В.Г. Жжонов; Р.Х. Мансуров
Original assignee: Татарский научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: stage cementing of wells. SUBSTANCE: device for stage cementing of well has body with side cementing openings. Casing is installed from outside and forms space together with body against side cementing openings. Arranged between body and casing is valve with ball shutoff member. Valve is located in the middle part of space to form upper and lower chambers together with body and casing. Upper chamber is communicated with external space, and lower chamber is communicated with body space. Ball shutoff member is located in lower chamber and made of flexible-deformable material for forcing into upper chamber. Pressure of forcing is determined from expression given in invention description. EFFECT: prevented getting of cement slurry filtrate to producing reservoir. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для ступенчатого цементирования скважин, когда продуктивные горизонты представлены трещиноватыми или высокопроницаемыми коллекторами. The invention relates to the field of drilling oil and gas wells, in particular to devices for stepwise cementing of wells, when the productive horizons are fractured or highly permeable reservoirs.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважины [1], содержащее корпус с цементировочными отверстиями и перекрывающими их элементами до и после цементирования. A device for stepwise cementing of a well [1] is known, comprising a body with cementing holes and elements overlapping them before and after cementing.

Недостаток указанного устройства - сложность конструкции. Перекрывающий цементировочные отверстия после завершения ступенчатого цементирования механизм содержит две подвижные втулки, уплотнительные элементы, упорные и срезные штифты, пружинное кольцо, переводник, пружинный кольцевой фиксатор и т.д. The disadvantage of this device is the design complexity. The mechanism blocking the cementing holes after the completion of step cementing contains two movable bushings, sealing elements, thrust and shear pins, a spring ring, a sub, a spring ring retainer, etc.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважины [2]. Оно содержит корпус с боковыми цементировочными отверстиями, кожух, установленный снаружи корпуса и образующий с последним против боковых цементировочных отверстий полость и клапан с шаровым запорным элементом, помещенный между корпусом и кожухом. Устройство наиболее близко по технической сущности к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа. A device for stepwise cementing of a well is known [2]. It contains a housing with lateral cementing holes, a casing mounted outside the housing and forming a cavity and a valve with a ball locking element located between the housing and the casing with the latter against the lateral cementing holes. The device is closest in technical essence to the proposed one and can be adopted as a prototype.

Недостатком этого устройства является то, что клапанное устройство, помещенное между корпусом и кожухом, не позволяет прямое цементирование, как при цементировании первой ступени. Закачка второй порции цементного раствора по затрубью из-за большого трения цементного раствора о породу и гидросопротивления в клапанном устройстве создает дополнительное давление на поглощающие пласты вплоть до гидроразрыва пластов, что создает опасность ухода цементного раствора в поглощающие пласты. Отсюда большие затраты цементного раствора и низкое качество цементирования обсадной колонны, а также возможны и осложнения. Таким образом, попытка разгрузки продуктивного горизонта от веса столба цементного раствора II ступени делается в ущерб качества цементирования I ступени обсадной колонны. The disadvantage of this device is that the valve device, placed between the housing and the casing, does not allow direct cementing, as in the cementing of the first stage. The injection of the second portion of cement mortar through the annulus due to the large friction of the cement mortar against the rock and the hydraulic resistance in the valve device creates additional pressure on the absorbing formations up to hydraulic fracturing, which creates the risk of cement mortar leaving the absorbing formations. Hence the high cost of cement and low quality cementing casing, as well as possible complications. Thus, an attempt to unload the productive horizon from the weight of the column of cement of the second stage cement is made to the detriment of the quality of cementing of the first stage of the casing string.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей устройства, позволяющее предотвратить попадание фильтрата цементного раствора в коллектор продуктивного пласта, а также частично цементного раствора в наиболее проницаемые участки пласта и трещины. The purpose of the invention is the expansion of the technological capabilities of the device, which helps to prevent the filtrate of cement mortar from entering the reservoir of the productive formation, as well as partially cement mortar, in the most permeable sections of the formation and cracks.

Поставленная цель достигается устройством, включающим корпус с боковыми цементировочными отверстиями, кожух, установленный снаружи корпуса и образующий с последним против боковых цементировочных отверстий полость и клапан с шаровым запорным элементом, помещенный между корпусом и кожухом. Новым является то, что клапан помещен в средней части полости и образует с корпусом и кожухом верхнюю камеру, сообщенную с внешним пространством, и нижнюю камеру, сообщенную с полостью корпуса. Шаровой запорный элемент помещен в нижнюю камеру и выполнен из упругодеформируемого материала с возможностью его продавливания в верхнюю камеру при давлении, определяемом из выражения Р= Р₁+(10-15), где Р₁ - давление окончания цементирования первой ступени, МПа.This goal is achieved by a device comprising a housing with side cementing holes, a casing mounted outside the housing and forming a cavity and a valve with a ball locking element placed between the housing and the casing with the latter against the side cementing holes. What is new is that the valve is placed in the middle part of the cavity and forms with the body and casing an upper chamber in communication with the external space and a lower chamber in communication with the cavity of the body. The ball locking element is placed in the lower chamber and is made of elastically deformable material with the possibility of forcing it into the upper chamber at a pressure determined from the expression P = P ₁ + (10-15), where P ₁ is the pressure of the end of cementing of the first stage, MPa.

На фиг. 1 изображена скважина со спущенной обсадной колонной с устройством для ступенчатого цементирования после закачки первой порции цементного раствора; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (устройство для ступенчатого цементирования скважины, разрез); на фиг. 3 - то же, после закачки через цементировочные отверстия цементного раствора второй порции; на фиг. 4 - скважина после завершения цементировочных работ обсадной колонны, разрез. In FIG. 1 shows a well with a deflated casing with a device for step cementing after injection of the first portion of cement; in FIG. 2 - node I in FIG. 1 (device for stepwise cementing of a well, section); in FIG. 3 - the same, after injection through the cementing holes of the cement mortar of the second portion; in FIG. 4 - well after completion of the cementing work of the casing string, section.

Устройство включает трубчатый корпус 1 с цементировочными боковыми отверстиями 2. Напротив отверстий с наружной стороны корпуса на сварке смонтирован кожух 3, образующий с ним полость против отверстий 2. В средней части полости между корпусом 1 и кожухом 3 помещен клапан с верхним 4 и нижним 5 седлами под шаровой запорный элемент 6 клапана и образует с корпусом 1 и кожухом верхнюю 7 и нижнюю 8 камеры. Верхняя камера 7 сообщена с внешним пространством через отверстие 9, выполненное в стенке кожуха 3. Нижняя камера 8 сообщена с полостью корпуса через цементировочные отверстия 2. Шаровой запорный элемент 6 помещен в нижней камере 8 и выполнен из упругодеформируемого материала с возможностью его продавливания в верхнюю камеру при давлении, определяемом из выражения Р=Р₁+(10-15), где Р₁ - давление окончания цементирования первой ступени, МПа. Ход запорного элемента 6 в камерах вверх и вниз ограничивается верхней 10 и нижней 11 сетками.The device includes a tubular body 1 with cementing side holes 2. Opposite the holes on the outside of the body, a casing 3 is mounted on the weld, forming a cavity with it against the holes 2. In the middle part of the cavity between the casing 1 and the casing 3, a valve with upper 4 and lower 5 seats is placed under the ball locking element 6 of the valve and forms with the housing 1 and the casing of the upper 7 and lower 8 chambers. The upper chamber 7 communicates with the external space through an opening 9 made in the wall of the casing 3. The lower chamber 8 communicates with the cavity of the body through cementing holes 2. The ball locking element 6 is placed in the lower chamber 8 and is made of elastically deformable material with the possibility of forcing it into the upper chamber at a pressure determined from the expression P = P ₁ + (10-15), where P ₁ is the pressure of the end of cementing of the first stage, MPa. The stroke of the locking element 6 in the chambers up and down is limited by the upper 10 and lower 11 grids.

Устройство работает следующим образом. Его спускают в скважину 12 в составе обсадной колонны 13, присоединенной к ней с помощью муфт 14 и 15 так, чтобы корпус 1 устройства с боковыми цементировочными отверстиями 2 оказались на 2-3 м выше кровли продуктивного пласта 16. Низ обсадной колонны снабжен цементировочным клапаном 17 типа "ЦКОД". Затем по прямой системе циркуляции, т.е. закачиванием в полость обсадной колонны 13 цементировочными агрегатами первой порцией цементного раствора 18, заполняют затрубное пространство (фиг. 1) в интервале от башмака обсадной колонны до кровли продуктивного пласта. Продавку цементного раствора осуществляют с помощью разделительной пробки 19. Запорный элемент 6 клапана в камере занимает положение, изображенное на фиг. 2, закрывающее путь проходу цементного раствора через проходной канал 20 клапана, и в этом положении остается до тех пор, пока продавочная пробка 21 не сядет на цементировочный клапан 17 башмака обсадной колонны и давление не поднимется внутри колонны труб до 120-150 атм. The device operates as follows. It is lowered into the well 12 as part of the casing 13, connected to it by means of couplings 14 and 15 so that the housing 1 of the device with side cementing holes 2 is 2-3 m above the top of the producing formation 16. The bottom of the casing is equipped with a cementing valve 17 type "TsKOD". Then, in a direct circulation system, i.e. pumping into the cavity of the casing string 13 with cementing units the first portion of the cement mortar 18, fill the annulus (Fig. 1) in the interval from the shoe of the casing string to the roof of the reservoir. Selling cement is carried out using a separation plug 19. The locking element 6 of the valve in the chamber occupies the position shown in FIG. 2, blocking the passage of cement mortar through the valve inlet channel 20, and remains in this position until the squeeze plug 21 sits on the cementing valve 17 of the casing shoe and the pressure inside the pipe string rises to 120-150 atm.

Небольшой объем цементного раствора, находящийся в интервале продуктивного пласта, не оказывает отрицательного влияния на коллекторские свойства продуктивного пласта, поскольку давление, оказываемое им на пласт, незначительно, что исключает попадание туда цементного раствора и фильтрата вглубь пласта. A small volume of cement mortar located in the interval of the reservoir does not adversely affect the reservoir properties of the reservoir, since the pressure exerted by it on the reservoir is insignificant, which excludes the penetration of cement mortar and filtrate deep into the reservoir.

Посадка продавочной пробки 21 на седло клапана 17 регистрируется манометром на устье скважины повышением давления. Не снижая процесса нагнетания продавочной жидкости во внутритрубном пространстве до 100-150 атм, при котором шар 6, деформируясь, через проходной канал 20 клапана проходит из нижней камеры 7 в верхнюю камеру 8 и задерживается сеткой 10, открывается доступ продавочной жидкости в затрубное пространство через цементировочные отверстия 2 и клапан камеры 8. Далее осуществляют промывку заколонного пространства от излишней части цементного раствора через клапанные устройства камеры, созданием круговой циркуляции продавочной жидкости, после чего скважину оставляют в покое до затвердевания цемента (ОЗЦ) первой порции. На этом цементирование первой ступени скважины завершается. По окончании ОЗЦ приступают к цементированию второй ступени скважины также по прямой системе циркуляции во избежание осложнений при цементировании (уход цементного раствора в пласт, гидроразрыв пласта и т.д.). Цементирование осуществляют аналогично цементированию первой ступени с использованием цементировочных агрегатов. Объем закачиваемой второй порции цементного раствора берут из расчета, чтобы он заполнял затрубное пространство оставшейся незацементированной части скважины до устья. Цементный раствор из полости обсадной колонны через цементировочные отверстия 2 попадает в нижнюю камеру 8 и далее через сетку 10, отверстие 9 верхней камеры в затрубное пространство. После закачки необходимого расчетного объема цементного раствора (с учетом оставления в стволе высотой 10-15 м его продавливают с использованием продавочной жидкости (например, глинистого раствора). После окончания процесса продавки давление сбрасывают, при этом запорный элемент 6 под действием собственного веса и давления столба цементного раствора спускается вниз и садится в верхнее седло 4, перекрывая путь проходу цементного раствора обратно в скважину (фиг. 3), обеспечивая герметичность. При этом он не может проталкиваться через проходной канал 20 клапана в нижнюю камеру 8 из-за недостаточного усилия давления со стороны затрубного пространства столба цементного раствора, поскольку большая часть его гасится противодавлением, оказываемым столбом продавочной жидкости со стороны внутритрубного пространства, тогда как условиям его проталкиваемости является давление, составляющее примерно 10,0-15,0 МПа. Landing of the squeeze plug 21 on the valve seat 17 is recorded by a pressure gauge at the wellhead with an increase in pressure. Without reducing the process of forcing the squeezing fluid in the annulus to 100-150 atm, in which the ball 6, deforming, passes through the valve passage 20 from the lower chamber 7 to the upper chamber 8 and is delayed by the mesh 10, the squeezing fluid is allowed to enter the annulus through the cementing the holes 2 and the valve of the chamber 8. Next, the annular space is flushed from the excess part of the cement mortar through the valve devices of the chamber, creating a circular circulation of the squeezing fluid, and then Hazel is left alone until the cement hardens (OZZ) of the first portion. This completes the cementing of the first stage of the well. At the end of the WOC, cementing of the second stage of the well is also started using a direct circulation system to avoid complications during cementing (leaving the cement slurry into the formation, hydraulic fracturing, etc.). Cementing is carried out similarly to cementing of the first stage using cementing aggregates. The volume of the injected second portion of the cement mortar is taken from the calculation so that it fills the annulus of the remaining uncemented part of the well to the wellhead. Cement mortar from the cavity of the casing through the cementing holes 2 enters the lower chamber 8 and then through the mesh 10, the hole 9 of the upper chamber into the annulus. After pumping in the required estimated volume of the cement mortar (taking into account the 10-15 m height left in the barrel, it is pushed using a squeezing fluid (for example, clay mud). After the squeezing process is completed, the pressure is released, while the shut-off element 6 is subjected to its own weight and column pressure of cement slides down and sits in the upper saddle 4, blocking the passage of cement slurry back into the well (Fig. 3), ensuring tightness, while it cannot be pushed through the passage the valve channel 20 into the lower chamber 8 due to insufficient pressure exerted from the annular space of the cement column, since most of it is damped by the back pressure exerted by the squeeze fluid column from the side of the annulus, while the conditions of its pushability are about 10, 0-15.0 MPa.

Далее скважину оставляют в покое с оставлением излишнего цементного раствора внутри колонны для образования цементной пробки напротив цементировочных отверстий 2 с последующим разбуриванием его после ОЗЦ либо спускают с скважину (до цементирования второй ступени) колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 22 и промывают излишний цементный раствор. После ОЗЦ поднимают колонну НКТ и осуществляют вторичное вскрытие продуктивного пласта одним из известных способов (простреливание, гидропескоструйная перфорация и т.д.). После вызова притока скважину вводят в эксплуатацию. Next, the well is left alone, leaving an excess cement slurry inside the column to form a cement plug opposite the cementing holes 2, followed by drilling it after the OZK or lower the tubing string (tubing) 22 from the well (before cementing the second stage) and wash the excess cement mortar . After the WPC, the tubing string is lifted and a secondary opening of the reservoir is carried out using one of the known methods (shooting, hydro-sandblasting, etc.). After the inflow call, the well is put into operation.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем. Использование устройства для ступенчатого цементирования позволяет максимально разгрузить интервал продуктивного пласта от веса столба цементного раствора второй ступени и тем самым предотвратить попадание фильтрата, а также цементного раствора в пласт, следовательно, сохранить коллекторские свойства продуктивного пласта, что в конечном итоге позволит сократить затраты времени обработки пласта и вызова притока, повысить дебит скважины. The technical and economic advantage of the proposal is as follows. The use of a device for stepwise cementing allows to maximally relieve the interval of the reservoir from the weight of the column of cement of the second stage and thereby prevent the filtrate and cement mortar from entering the reservoir, therefore, to save the reservoir properties of the reservoir, which ultimately will reduce the time required to process the reservoir and call inflow, increase well production.

Значительно снижается опасность ухода цементного раствора в поглощающие пласты, исключаются также и другие виды осложнения, например, гидроразрыв пластов, образование новых путей поглощения цементного раствора за счет возможности цементирования второй ступени по прямой системе циркуляции тампонажного раствора. Устройство просто по конструкции и не приводит к сужению ствола скважины, поскольку оно устанавливается за колонной обсадных труб. Significantly reduces the risk of cement slurry entering the absorbing layers, and other types of complications are also excluded, for example, hydraulic fracturing, the formation of new ways of absorbing cement slurry due to the possibility of cementing the second stage in a direct circulation system of the cement slurry. The device is simple in design and does not narrow the wellbore, since it is installed behind the casing string.

Claims

DEVICE FOR STEP-BY-STEP CEMENTING OF A WELL, including a housing with lateral cementing holes, a housing installed outside the housing and forming a cavity with the latter against lateral cementing holes, and a valve with a ball locking element placed between the housing and the housing, characterized in that the valve is located in the middle part cavity and forms with the casing and the casing the upper chamber in communication with the external space, and the lower chamber in communication with the cavity of the casing, and its ball locking element is placed in the lower second chamber and is made of an elastically deformable material with the possibility of punching in the upper chamber at a pressure P = P ₁ + (10 - 15), where P ₁ - pressure of closure of the first stage cementing MPa.