RU2291948C1 - Method for cementing oil and gas wells and device for realization of said method - Google Patents

Method for cementing oil and gas wells and device for realization of said method Download PDF

Info

Publication number
RU2291948C1
RU2291948C1 RU2005111493/03A RU2005111493A RU2291948C1 RU 2291948 C1 RU2291948 C1 RU 2291948C1 RU 2005111493/03 A RU2005111493/03 A RU 2005111493/03A RU 2005111493 A RU2005111493 A RU 2005111493A RU 2291948 C1 RU2291948 C1 RU 2291948C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
casing
cementing
well
vibration
casing string
Prior art date
Application number
RU2005111493/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005111493A (en
Inventor
р Петр Ефимович Котл (RU)
Петр Ефимович Котляр
Original Assignee
Петр Ефимович Котляр
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Петр Ефимович Котляр filed Critical Петр Ефимович Котляр
Priority to RU2005111493/03A priority Critical patent/RU2291948C1/en
Publication of RU2005111493A publication Critical patent/RU2005111493A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2291948C1 publication Critical patent/RU2291948C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas extractive industry.
SUBSTANCE: in accordance to method, well is prepared, casing string is lowered into it, drill mud is removed from annular space by means of replacing it with buffer liquid with following replacement of buffer liquid by forcing cementing solution into tubular hollow and its following forcing into annular space of well with pressurization of circular space between casing string and walls of well borehole. Casing string is subjected to vibration effect with frequency equal to or divisible by resonance frequency of casing string at stages of removal of drill mud from annular space and its replacement with buffer liquid, filling of well borehole with cementing solution with its following forcing into annular space and during stiffening stage of cementing solution. For accelerated growth of durability and for fast restoration of structural connections in cementing solution at last stage intensiveness of vibration effect is decreased. Device contains vibration excitation device built on above-ground section of casing string, frequency transformer for powering the vibration excitation device and basic frequency generator for controlling aforementioned frequency transformer. Vibration excitation device consist of two unbalance electromechanical vibrators, made with parallel shafts with possible opposite rotation, mounted on above-ground section of casing string immediately below cementing head by means of vertically positioned supporting plates enveloping the casing pipe.
EFFECT: increased cementing quality.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области добычи нефти и газа, а более точно к технике и технологии цементирования скважин с целью предотвращения заколонных перетоков флюидов и выбросов газа на устье.The invention relates to the field of oil and gas production, and more specifically to the technique and technology of cementing wells in order to prevent behind-the-casing fluid flows and gas emissions at the mouth.

Накопление нефти и газа в недрах земли происходит в осадочном чехле в хорошо проницаемых пористых структурах кристаллического каркаса коллектора, служащих природными резервуарами для флюидов. В естественных условиях природные резервуары ограничены по кровле и подошве непроницаемыми породами, препятствующими межпластовым перетокам флюидов.The accumulation of oil and gas in the bowels of the earth occurs in a sedimentary cover in well-permeable porous structures of the crystalline framework of the reservoir, which serve as natural reservoirs for fluids. Under natural conditions, natural reservoirs are limited along the roof and sole by impermeable rocks that impede inter-reservoir fluid flows.

Продуктивные пласты, разрабатываемые в настоящее время, залегают на глубинах от нескольких сотен до трех тысяч метров и более. Отмечается устойчивая тенденция по освоению все более глубоких горизонтов. Средние глубины нефтяных скважин Западной Сибири составляют 2500-3000 метров. Принятая в настоящее время стратегия освоения месторождения предусматривает бурение на самый глубокий продуктивный объект (пласт). Естественно, что при этом скважиной вскрываются все промежуточные коллекторские толщи с различным флюидным заполнением.Productive formations currently under development lie at depths of several hundred to three thousand meters or more. There is a steady tendency to develop deeper horizons. The average depths of oil wells in Western Siberia are 2500-3000 meters. The field development strategy currently adopted provides for drilling at the deepest productive site (reservoir). Naturally, in this case, all intermediate reservoir strata with different fluid filling are opened by the well.

В процессе бурения межпластовые перетоки и фонтанирование флюидов исключаются применением утяжеленных буровых растворов. После завершения бурения и спуска колонны обсадных труб осуществляется крепление и цементирование скважины. В настоящее время цементирование считается основным и наилучшим способом тампонажа скважины. Тампонажный раствор должен иметь надежный контакт и плотно заполнять все промежутки между стенками скважины и обсадными трубами. При этом одновременно решается три задачи:In the process of drilling, inter-reservoir flows and flowing of fluids are eliminated by the use of weighted drilling fluids. After completion of drilling and lowering the casing string, the well is cemented and cemented. Currently, cementing is considered the main and best way to grout the well. The grouting mortar must have reliable contact and tightly fill all the gaps between the walls of the well and the casing. At the same time, three tasks are simultaneously solved:

- повышается прочность скважины, уменьшается возможность смятия, излома или искривления обсадных труб;- increases the strength of the well, reduces the possibility of crushing, fracture or curvature of the casing;

- устраняются заколонные каналы сообщения пластов, межпластовые перетоки флюидов по кольцевому заколонному пространству, газопроявления на устье, возникновение «вторичных» нефтегазовых залежей;- elimination of annular communication channels of reservoirs, interstratal fluid flows through annular annular space, gas occurrences at the mouth, the occurrence of "secondary" oil and gas deposits;

- проникновение флюида через башмак внутрь скважины, создание надежного основания под башмак в слабых породах.- penetration of fluid through the shoe into the well, creating a reliable base under the shoe in weak rocks.

Известен способ цементирования скважин, в основу которого положена закачка тампонажного раствора в обсадные трубы с последующим продавливанием его в затрубное пространство, разработанный Эрлом Халлибартоном и впервые примененный им в 1919 г. в Оклахоме.A known method of cementing wells, which is based on the injection of cement slurry into the casing, followed by forcing it into the annulus developed by Earl Hallibarton and first used by him in 1919 in Oklahoma.

Принципиально было разработано два способа цементирования скважин:In principle, two methods of cementing wells were developed:

1. Способ Перкинса - с двумя пробками, отделяющими тампонажный состав при его движении по обсадным трубам от других жидкостей (промывочной - с помощью нижней пробки и продавочной - с помощью верхней пробки).1. The Perkins method - with two plugs separating the grouting composition as it moves along the casing from other fluids (flushing - using the bottom plug and squeezing - using the top plug).

2. Цементировка без разделительных пробок.2. Cementing without separation plugs.

Способ Перкинса достаточно быстро получил признание у специалистов-нефтянников и в 1924 г. уже применялся даже на Бакинских нефтепромыслах в СССР (см., например, Справочник по нефтяному делу. Часть 1. Под ред. И.М.Губкина. Научно-издательское бюро Совета Нефтяной Промышленности. М., 1925. С.948).The Perkins method quickly gained recognition among oil specialists and in 1924 it was already used even at the Baku oil fields in the USSR (see, for example, the Handbook of the oil business. Part 1. Edited by I.M. Gubkin. Scientific and Publishing Bureau Council of the Oil Industry. M., 1925. S.948).

Способ Перкинса оказался удивительно жизнеспособным и с некоторыми непринципиальными вариациями используется до настоящего времени (см. А.И.Булатов Технология цементирования нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1973, с.297).The Perkins method has been surprisingly viable and with some unprincipled variations has been used to date (see A.I. Bulatov Oil and gas well cementing technology. M: Nedra, 1973, p.297).

Как известно, процесс цементирования обсадных колонн включает в себя две стадии: закачку тампонажного раствора в трубную полость и последующую его продавку в затрубное пространство скважины. При этом между закачкой и продавкой неизбежно возникает разрыв во времени, связанный с необходимостью раскрепления цементировочной пробки, отмывки и подключения гидроагрегатов на закачку продавочной жидкости.As is known, the casing string cementing process includes two stages: the injection of grouting mortar into the pipe cavity and its subsequent pushing into the annulus of the well. At the same time, there is inevitably a time gap between the injection and the squeeze, associated with the need to unpin the cement plug, wash and connect the hydraulic units to the injection of the squeezing fluid.

Качество цементирования определяется сцеплением цементного камня с обсадной колонной и стенками скважины, обеспечением однородности состава тампонажного раствора, отсутствием объемных дефектов и микротрещин цементного камня.The quality of cementing is determined by the adhesion of the cement stone to the casing and the walls of the well, ensuring the uniformity of the grouting composition, the absence of bulk defects and microcracks of the cement stone.

Для повышения качества цементирования традиционно применяется расхаживание и вращение обсадных колонн (см. А.И.Булатов. Технология цементирования нефтяных и газовых скважин. Недра. М.: 1973, с.297., Арт Боннет, Демос Пафитис Миграция газа - взгляд вглубь проблемы./Нефтегазовое обозрение. Шлюмберже. Весна. 1998. С.18-33). Расхаживание представляет собой периодические подъемы и спуски колонны, заполненной тампонажным раствором с амплитудой 5-10 метров. Известно, что расхаживание и вращение способствуют разрушению статического напряжения сдвига бурового раствора, облегчая его удаление. Разрушение структуры защемленного глинистого раствора в сочетании с наличием скребков на наружной поверхности обсадной колонны обеспечивают очистку стенок скважины и контакт тампонажного раствора с породами.To improve the quality of cementing, casing pacing and rotation are traditionally used (see A.I. Bulatov. Cementing technology for oil and gas wells. Mineral resources. M .: 1973, p.297., Art Bonnet, Demos Pafitis Gas Migration - a look into the problem ./ Oil and Gas Review, Schlumberger. Spring. 1998. P.18-33). Walking is a periodic ups and downs of a column filled with cement slurry with an amplitude of 5-10 meters. It is known that pacing and rotation contribute to the destruction of the static shear stress of the drilling fluid, facilitating its removal. The destruction of the structure of the pinched clay mortar in combination with the presence of scrapers on the outer surface of the casing ensure the cleaning of the walls of the well and the contact of the grout with the rocks.

Однако расхаживание помимо технических проблем его осуществления порождает ряд принципиальных проблем. Подъем колонны, заполненной тампонажным раствором или вытесняющей жидкостью, приводит к поршневому декомпрессионному эффекту, сопровождающемуся образованием дегазационных пузырей и, в последующем, объемных дефектов в цементном камне. При спуске обсадной колонны возникает повышенное (даже по сравнению с давлением продавливания) давление на забое и в заколонном пространстве, которое может при определенных условиях приводить к гидроразрыву пласта и поглощению буровых и тампонажных растворов. Вращение обсадных колонн не применимо для наклонных скважин (см. Килан Адамсон и др. Строительство скважин при высоких забойных давлениях и температурах./Нефтегазовое обозрение. Шлюмберже. Осень, 1999. Стр.42-57).However, pacing in addition to the technical problems of its implementation raises a number of fundamental problems. The rise of the column, filled with cement slurry or displacing fluid, leads to a piston decompression effect, accompanied by the formation of degassing bubbles and, subsequently, volumetric defects in the cement stone. When lowering the casing string, there is an increased (even compared to the forcing pressure) pressure at the bottom and in the annulus, which under certain conditions can lead to hydraulic fracturing and absorption of drilling and grouting fluids. Casing rotation is not applicable for deviated wells (see Kilan Adamson et al. Well construction at high bottomhole pressures and temperatures. / Oil and Gas Review. Schlumberger. Autumn, 1999. Pages 42-57).

Основными видами осложнений при цементировании обсадных колонн в глубоких скважинах являются:The main types of complications when cementing casing strings in deep wells are:

- недоподъем тампонажного раствора;- lack of cement slurry;

- гидроразрыв пласта;- hydraulic fracturing;

- затрубные газоводонефтепроявления;- annular gas and oil manifestations;

- поглощения буровых и тампонажных растворов.- absorption of drilling and grouting solutions.

Все указанные осложнения обычно происходят из-за преждевременного загустевания и схватывания тампонажного раствора.All of these complications usually occur due to premature thickening and setting of grouting mortar.

Принципиально новыми подходами для повышения качества цементирования являются обеспечение режима круговой циркуляции тампонажного раствора (Пат. РФ 2235860, Е 21 В 33/14) и способ воздействия на тампонажный раствор ультразвуковыми колебаниями с помощью внутрискважинного погружного источника (Пат. РФ 2166063, Е 21 В 33/14, 27.04.01).Fundamentally new approaches to improving the quality of cementing are to ensure the circular circulation of grouting mortar (US Pat. RF 2235860, E 21 V 33/14) and the method of exposure to cement mortar with ultrasonic vibrations using a downhole submersible source (US Pat. RF 2166063, E 21 V 33 / 14, 04/27/01).

Практически все рассмотренные способы основаны на использовании явления тиксотропии - способности технологических жидкостей обратимо разжижаться при достаточно интенсивных механических воздействиях.Almost all the methods considered are based on the use of the phenomenon of thixotropy - the ability of process fluids to reversibly liquefy under sufficiently intense mechanical stresses.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ цементирования обсадной трубы в скважине путем подачи тампонажного раствора в затрубное пространство и воздействия на раствор гидроударными импульсами с частотой 20-150 Гц, генерируемыми синхронизированными устьевым и забойным источниками (SU 1523653 А1, «Способ цементирования обсадной колонны в буровых скважинах». Авт. Р.Ш.Рахимкулов).The closest in technical essence to the proposed one is a method of cementing a casing pipe in a well by feeding cement slurry into the annulus and impacting the solution with hydroshock pulses with a frequency of 20-150 Hz generated by synchronized wellhead and bottomhole sources (SU 1523653 A1, “Casing cementing method in boreholes. ”Auth. R.Sh. Rakhimkulov).

Недостатками известного способа являются:The disadvantages of this method are:

- использование двух гидравлических вибраторов, в том числе забойного;- the use of two hydraulic vibrators, including the bottomhole;

- зависимость частоты гидроударных импульсов от скорости потока тампонажного раствора;- the dependence of the frequency of hydroshock pulses on the flow rate of the cement slurry;

- необходимость синхронизации частоты устьевого и забойного гидравлических вибраторов.- the need to synchronize the frequency of the wellhead and downhole hydraulic vibrators.

Задачей изобретения является создание способа, значительно повышающего качество цементирования при одновременном упрощении его технической реализации.The objective of the invention is to create a method that significantly improves the quality of cementing while simplifying its technical implementation.

Решение указанной задачи достигается при использовании следующих физических закономерностей.The solution to this problem is achieved using the following physical laws.

Практически все основные технологические жидкости, применяемые при бурении и цементировании скважин, представляют собой суспензии или коллоидные растворы (т.е. взвесь мелких твердых частиц в жидкой среде), которые принципиально отличаются от классических (ньютоновских) жидкостей. Основное их отличие заключается в том, что эти растворы обладают способностью сохранять в статическом состоянии касательные напряжения, что характерно для твердых тел. Это свойство приводит к тому, например, что свободная поверхность тампонажного раствора может иметь уклон, не находясь в движении, в нем может находиться во взвешенном состоянии твердое тело, имеющее большую плотность, чем раствор, раствор не вытекает из трубки со свободными концами, поставленной вертикально.Almost all of the main process fluids used in drilling and cementing wells are suspensions or colloidal solutions (i.e., suspension of small solid particles in a liquid medium), which are fundamentally different from classical (Newtonian) fluids. Their main difference is that these solutions have the ability to maintain tangential stresses in a static state, which is typical for solids. This property leads, for example, to the fact that the free surface of the cement slurry can have a slope, not being in motion, it can have a suspended solid in it that has a higher density than the mortar, the mortar does not flow out of the tube with free ends placed vertically .

Помимо перечисленных аномальных механических свойств коллоидные растворы обладают уникальной особенностью, получившей в физической литературе термин «тиксотропия». Первое упоминание о тиксотропии было сделано Куне, а детально этот эффект был рассмотрен Бэрусом в 1893 году, обнаружившим более быстрое падение стальных шариков в желатиновом растворе после перемешивания. В настоящее время в результате углубленного изучения упруго-вязко-пластичных свойств структурированных дисперсных систем тиксотропия определяется как способность некоторых дисперсных систем обратимо разжижаться при достаточно интенсивных механических воздействиях. Несколько позднее было обнаружено явление реопексии, которое заключается в нарастании прочности и структурировании дисперсных систем при малых скоростях деформирования. Таким образом механическое воздействие является высокоэффективным средством оперативного обратимого управления эффективной вязкостью структурированных дисперсных систем каковыми являются буровые и тампонажные растворы и промывочные жидкости.In addition to the above abnormal mechanical properties, colloidal solutions have a unique feature that has received the term “thixotropy” in the physical literature. The first mention of thixotropy was made by Kune, and this effect was examined in detail by Barus in 1893, who discovered a faster drop of steel balls in a gelatin solution after mixing. Currently, as a result of an in-depth study of the elastic-viscous-plastic properties of structured dispersed systems, thixotropy is defined as the ability of some dispersed systems to reversibly liquefy under sufficiently intense mechanical stresses. A little later, the phenomenon of reopexy was discovered, which consists in increasing the strength and structuring of disperse systems at low strain rates. Thus, mechanical action is a highly effective means of operational reversible control of the effective viscosity of structured dispersed systems such as drilling and cement slurries and flushing fluids.

Вибрационное воздействие как метод уплотнения и формования бетонных смесей повсеместно применяется в промышленности строительных материалов (0.3 млрд. м3 бетона в год). Метод прекрасно изучен и обеспечивает хорошее заполнение форм, эффективное уплотнение и повышение прочностных характеристик (Савинов О.А., Лавринович Е.В. Вибрационная техника уплотнения и формования бетонных смесей. - Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние. 1986).Vibration exposure as a method of compaction and molding of concrete mixtures is widely used in the building materials industry (0.3 billion m 3 of concrete per year). The method has been well studied and provides good filling of molds, effective compaction and increase in strength characteristics (Savinov OA, Lavrinovich EV Vibration technique of compaction and molding of concrete mixtures. - L .: Stroyizdat. Leningrad. Department. 1986).

Предложен способ цементирования нефтяных и газовых скважин, включающий подготовку скважины, спуск в нее обсадной колонны, удаление бурового раствора из затрубного пространства путем замещения его буферной жидкостью с последующим замещением буферной жидкости путем закачки тампонажного раствора в трубную полость и последующего его продавливания в затрубное пространство скважины с герметизацией кольцевого пространства между обсадной колонной и стенками ствола скважины, на этапах удаления бурового раствора из затрубья и замещения его буферной жидкостью, заполнения ствола скважины тампонажным раствором, последующим его продавливанием в затрубное пространство скважины и на этапе схватывания тампонажного раствора обсадную колонну подвергают вибрационному воздействию.A method for cementing oil and gas wells is proposed, including preparing a well, lowering the casing into it, removing drilling fluid from the annulus by replacing it with buffer fluid, then replacing the buffer fluid by pumping the grout into the pipe cavity and then forcing it into the annulus of the well with sealing the annular space between the casing and the walls of the wellbore, at the stages of removing the drilling fluid from the annulus and replacing it buffer fluid, filling the wellbore with grouting mortar, then forcing it into the annulus of the well and at the stage of setting the grouting mortar, the casing is subjected to vibration.

В процессе цементирования на этапах:In the cementing process at the stages:

- удаления бурового раствора из затрубного пространства и замещения его буферной жидкостью;- removal of drilling fluid from the annulus and its replacement with a buffer fluid;

- заполнения ствола скважины тампонажным раствором;- filling the wellbore with grouting mortar;

- продавливания тампонажного раствора из скважины в затрубное пространство, вибровоздействие на обсадную колонну осуществляют в режиме разрушения структурных связей технологических жидкостей, а на этапе схватывания тампонажного раствора уменьшают интенсивность вибрационного воздействия для достижения режима реопексии, что способствует ускоренному нарастанию прочности и быстрому восстановлению структурных связей в тампонажном растворе.- pushing the cement slurry from the well into the annulus, vibrating on the casing is carried out in the mode of breaking structural bonds of process fluids, and at the stage of setting the grouting cement, the intensity of vibration exposure is reduced to achieve the reopexy regime, which contributes to an accelerated increase in strength and a quick restoration of structural bonds in the grouting solution.

С целью увеличения амплитуды колебаний обсадной колонны частоту вибрационного воздействия устанавливают равной или кратной резонансной частоте обсадной колонны.In order to increase the oscillation amplitude of the casing string, the vibrational frequency is set equal to or a multiple of the resonant frequency of the casing string.

За счет резонансных колебаний вибрационным источником, передающим энергию колебаний технологическим жидкостям, является вся внутренняя и наружная поверхность обсадной колонны.Due to resonant vibrations, the vibration source transmitting the vibration energy to the process fluids is the entire inner and outer surface of the casing.

Предложено устройство для цементирования нефтяных и газовых скважин, которое содержит вибровозбудитель и частотный преобразователь, при этом вибровозбудитель состоит из двух дебалансных электромеханических вибраторов, смонтированных на надземную часть обсадной колонны непосредственно под цементировочной головкой с помощью вертикально расположенных опорных плит, охватывающих обсадную трубу.A device for cementing oil and gas wells is proposed, which contains a vibration exciter and a frequency converter, while the vibration exciter consists of two unbalanced electromechanical vibrators mounted on the above-ground part of the casing directly under the cementing head using vertically located support plates covering the casing.

Для реализации способа осуществляют подготовку скважины, спуск в нее обсадной колонны, удаление бурового раствора из затрубья путем замещения его буферной жидкостью и замещение буферной жидкости тампонажным раствором с герметизацией кольцевого пространства между обсадной колонной и стенками ствола скважины, отличающийся тем, что на этапах закачки тампонажного раствора в трубную полость и последующей его продавки в затрубное пространство скважины колонна обсадных труб подвергается вибрационному воздействию.To implement the method, a well is prepared, a casing is lowered into it, the drilling fluid is removed from the annulus by replacing it with buffer fluid and the buffer fluid is replaced with grouting fluid with sealing the annulus between the casing and the borehole walls, characterized in that at the stages of grouting injection into the pipe cavity and its subsequent pushing into the annulus of the well, the casing string is exposed to vibration.

Новым является то, что вибрационное воздействие на тампонажный раствор, находящийся как в стволе обсадной колонны, так и в затрубном пространстве передается всей внутренней и наружной поверхностью обсадной колонны, в которой возбуждаются резонансные колебания. Для возбуждения колебаний обсадной колонны на дневной поверхности непосредственно под устьевой тампонажной головкой на наружной поверхности обсадной трубы крепятся два дебалансных электромеханических вибровозбудителя. Для увеличения амплитуды колебаний обсадной трубы и уменьшения потребляемой мощности с помощью частотно управляемого привода осуществляют изменение частоты питания электромеханических вибровозбудителей, добиваясь резонансной настройки.What is new is that the vibrational effect on the cement slurry located both in the casing barrel and in the annulus is transmitted by the entire inner and outer surface of the casing, in which resonant vibrations are excited. To excite casing vibrations on the surface immediately below the wellhead grouting head on the outer surface of the casing are attached two unbalanced electromechanical vibration exciters. To increase the amplitude of oscillations of the casing and reduce power consumption using a frequency-controlled drive, the power frequency of the electromechanical vibration exciters is changed to achieve a resonant setting.

Предлагаемое устройство (Фиг.1) для цементирования нефтяных и газовых скважин состоит из двух дебалансных электромеханических вибровозбудителей (1), которые монтируются на надземную часть обсадной колонны (3) непосредственно под цементировочной головкой с помощью вертикально расположенных опорных плит (2), соединенных стяжными шпильками (4) и образующими ярмо (Фиг.2). Каждая из опорных плит (1) представляет собой отрезок швеллера стандартного профиля, имеющего специальные V-образные вырезы в полках, охватывающих обсадную трубу. Конструкция позволяет легко устанавливать вибровозбудитель на обсадные трубы различного диаметра. Вибровозбудитель (1) представляет собой серийно выпускаемое изделие, состоящее из двух асинхронных электродвигателей с установленными на концах вала ротора дебалансами. Дебалансы, вращаясь с валом ротора, создают центробежную (вынуждающую) силу. Для формирования направленных колебаний вибровозбудитель состоит из двух однотипных вибраторов с параллельными противоположно вращающимися валами. Питание вибровозбудителя осуществляют от частотного преобразователя (Фиг.3). Для увеличения амплитуды вынужденных колебаний обсадной колонны осуществляют резонансную настройку вибровозбудителя. Для этого частотный преобразователь включают в режим медленного линейного увеличения частоты и фиксируют минимум потребляемого тока. Эта частота соответствует резонансным условиям и ее выставляют в настройке частотного преобразователя. Достижение резонанса даже при маломощном вибровоздудителе хорошо фиксируется осязательно и визуально.The proposed device (Figure 1) for cementing oil and gas wells consists of two unbalanced electromechanical vibration exciters (1), which are mounted on the above-ground part of the casing (3) directly under the cementing head using vertically located support plates (2) connected by tie rods (4) and forming a yoke (Figure 2). Each of the base plates (1) is a segment of a channel of a standard profile having special V-shaped cutouts in the shelves covering the casing. The design makes it easy to install vibration exciter on casing pipes of various diameters. The vibration exciter (1) is a commercially available product consisting of two asynchronous electric motors with unbalances installed on the ends of the rotor shaft. Imbalances, rotating with the rotor shaft, create a centrifugal (forcing) force. To generate directional vibrations, the exciter consists of two of the same type of vibrators with parallel oppositely rotating shafts. Power exciter is carried out from the frequency Converter (Figure 3). To increase the amplitude of the forced vibrations of the casing string, a resonant exciter is tuned. For this, the frequency converter is switched on in the mode of slow linear increase in frequency and the minimum current consumption is fixed. This frequency corresponds to resonant conditions and is set in the frequency converter setting. Achieving resonance even with a low-powered vibro-exciter is well fixed visually and visually.

В процессе цементирования вибровоздействие на резонансной частоте обсадной колонны осуществляют на следующих этапах:In the process of cementing, vibration at the resonant frequency of the casing is carried out at the following stages:

- на этапе удаления бурового раствора из затрубья и замещения его буферной жидкостью - с целью разрушения глинистой корки на горных породах, образующих стенки скважины, удаление глинистого раствора из каверн;- at the stage of removing the drilling fluid from the annulus and replacing it with buffer fluid - in order to destroy the clay crust on the rocks that form the walls of the well, removing the mud from the caverns;

- на этапе заполнения ствола скважины тампонажным раствором - для снижения эффективной вязкости и гидравлического сопротивления;- at the stage of filling the wellbore with grouting mortar - to reduce the effective viscosity and hydraulic resistance;

- на этапе продавливания тампонажного раствора из скважины в заколонное пространство - для снижения эффективной вязкости, гидравлического сопротивления, создание надежного контакта с породой и наружной стенкой обсадной колонны, виброуплотнения тампонажного раствора.- at the stage of forcing the grouting mortar from the well into the annulus — to reduce the effective viscosity, hydraulic resistance, creating reliable contact with the rock and the outer wall of the casing, and vibrating the grouting grout.

На этих этапах интенсивность вибровоздействия обеспечивает достижение тиксотропии в соответствующих технологических жидкостях.At these stages, the intensity of vibration exposure ensures thixotropy in the corresponding process fluids.

На этапе схватывания тампонажного раствора уменьшают интенсивность вибровоздействия для достижения режима реопексии, что способствует ускоренному нарастанию прочности и быстрому восстановлению структурных связей в тампонажном растворе.At the stage of setting cement slurry, the intensity of vibration exposure is reduced to achieve the rheopexy regime, which contributes to an accelerated increase in strength and a quick restoration of structural bonds in the cement slurry.

Благодаря вибрационному воздействию на обсадную колонну обеспечивается значительное повышение качества цементирования, так как при этом достигается очистка стенок скважины от глинистой корки, удаление глинистого раствора из каверн, создание надежного контакта тампонажного раствора с породой и наружной стенкой обсадной колонны, виброуплотнение тампонажного раствора.Due to the vibration effect on the casing, a significant improvement in the quality of cementing is achieved, since this helps to clean the walls of the well from the mud cake, remove the clay mortar from the caverns, create reliable contact of the cement slurry with the rock and the outer wall of the casing, and vibro-seal the grout.

Все эти факторы способствуют достижению высокой герметичности заколонного пространства, что в конечном счете позволит снизить объем ремонтно-изоляционных работ, снизить вероятность возникновения межпластовых перетоков и обеспечить охрану недр и окружающей среды.All these factors contribute to the achievement of high tightness of annular space, which ultimately will reduce the volume of repair and insulation work, reduce the likelihood of interstratal flows and protect the subsoil and the environment.

Способ упрощает технологию цементирования, повышает его качество, исключает вероятность возникновения гидроразрывов, позволяет эффективно управлять вязкостью тампонажного раствора без использования специальных химических реактивов.The method simplifies the technology of cementing, improves its quality, eliminates the likelihood of fractures, allows you to effectively control the viscosity of the cement slurry without the use of special chemicals.

Claims (2)

1. Способ цементирования нефтяных и газовых скважин, включающий подготовку скважины, спуск в нее обсадной колонны, удаление бурового раствора из затрубного пространства путем замещения его буферной жидкостью с последующим замещением буферной жидкости путем закачки тампонажного раствора в трубную полость и последующего его продавливания в затрубное пространство скважины с герметизацией кольцевого пространства между обсадной колонной и стенками ствола скважины, отличающийся тем, что обсадную колонну подвергают вибрационному воздействию с частотой, равной или кратной резонансной частоте обсадной колонны, на этапах удаления бурового раствора из затрубного пространства и замещения его буферной жидкостью, заполнения ствола скважины тампонажным раствором с последующим его продавливанием в затрубное пространство и на этапе схватывания тампонажного раствора, при этом для ускоренного нарастания прочности и быстрого восстановления структурных связей в тампонажном растворе на последнем этапе уменьшают интенсивность вибрационного воздействия.1. A method of cementing oil and gas wells, including preparing the well, lowering the casing into it, removing the drilling fluid from the annulus by replacing it with buffer fluid, followed by replacing the buffer fluid by pumping the grout into the pipe cavity and then forcing it into the annulus of the well with sealing the annular space between the casing and the walls of the wellbore, characterized in that the casing is subjected to vibration at a frequency equal to or a multiple of the resonant frequency of the casing, at the stages of removing the drilling fluid from the annulus and replacing it with buffer fluid, filling the wellbore with grouting fluid and then forcing it into the annulus and at the stage of setting the grouting cement, for accelerated growth strength and rapid restoration of structural bonds in the cement slurry at the last stage reduce the intensity of vibration exposure. 2. Устройство для цементирования нефтяных и газовых скважин, содержащее смонтированный на надземную часть обсадной колонны вибровозбудитель, отличающееся тем, что оно содержит частотный преобразователь для питания вибровозбудителя и задающий генератор для управления частотным преобразователем, вибровозбудитель состоит из двух дебалансных электромеханических вибраторов, выполненных с параллельными с возможностью противоположного вращения валами, смонтированных на надземную часть обсадной колонны непосредственно под цементировочной головкой с помощью вертикально расположенных опорных плит, охватывающих обсадную трубу.2. A device for cementing oil and gas wells, comprising a vibration exciter mounted on the above-ground part of the casing, characterized in that it comprises a frequency converter for supplying a vibration exciter and a driving generator for controlling the frequency converter, the vibration exciter consists of two unbalanced electromechanical vibrators made in parallel with the possibility of the opposite rotation of the shafts mounted on the aerial part of the casing directly under the cement with the help of a head with vertically arranged support plates covering the casing.
RU2005111493/03A 2005-04-18 2005-04-18 Method for cementing oil and gas wells and device for realization of said method RU2291948C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005111493/03A RU2291948C1 (en) 2005-04-18 2005-04-18 Method for cementing oil and gas wells and device for realization of said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005111493/03A RU2291948C1 (en) 2005-04-18 2005-04-18 Method for cementing oil and gas wells and device for realization of said method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005111493A RU2005111493A (en) 2006-10-27
RU2291948C1 true RU2291948C1 (en) 2007-01-20

Family

ID=37438284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005111493/03A RU2291948C1 (en) 2005-04-18 2005-04-18 Method for cementing oil and gas wells and device for realization of said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2291948C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520233C2 (en) * 2010-09-28 2014-06-20 КЛИАРВОТЕР ИНТЕРНЭШНЛ, ЭлЭлСи Novel weight materials for use in cement, spacer and drilling fluids
RU2541985C1 (en) * 2014-05-22 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина Cementing method for horizontal shaft of well
RU2570696C1 (en) * 2014-12-10 2015-12-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Device for cementation of casing pipe string in well
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
RU2733554C1 (en) * 2017-03-20 2020-10-05 Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк Viscosity modifiers and methods for use thereof
RU2736429C1 (en) * 2020-03-04 2020-11-17 Общество с ограниченной ответственностью "ПКФ "Недра-С" Cementing method of well
RU2765934C1 (en) * 2021-05-20 2022-02-07 Олег Николаевич Герилович Method and device for lowering and cementing casing strings

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АБДУЛЗАДЕ Р.А. и др. Повышение надежности крепления скважин. - М.: ВНИИОЭНГ, 1987, с.15-20. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520233C2 (en) * 2010-09-28 2014-06-20 КЛИАРВОТЕР ИНТЕРНЭШНЛ, ЭлЭлСи Novel weight materials for use in cement, spacer and drilling fluids
RU2541985C1 (en) * 2014-05-22 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина Cementing method for horizontal shaft of well
RU2570696C1 (en) * 2014-12-10 2015-12-10 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Device for cementation of casing pipe string in well
RU2583382C1 (en) * 2015-03-24 2016-05-10 Юлий Андреевич Гуторов Method of influencing process of consolidating cement slurry behind casing in horizontal well
RU2733554C1 (en) * 2017-03-20 2020-10-05 Бейкер Хьюз, Э Джии Компани, Ллк Viscosity modifiers and methods for use thereof
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
RU2736429C1 (en) * 2020-03-04 2020-11-17 Общество с ограниченной ответственностью "ПКФ "Недра-С" Cementing method of well
RU2765934C1 (en) * 2021-05-20 2022-02-07 Олег Николаевич Герилович Method and device for lowering and cementing casing strings

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005111493A (en) 2006-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2291948C1 (en) Method for cementing oil and gas wells and device for realization of said method
US20090159282A1 (en) Methods for Introducing Pulsing to Cementing Operations
US8113278B2 (en) System and method for enhanced oil recovery using an in-situ seismic energy generator
US7770638B2 (en) Method for completion, maintenance and stimulation of oil and gas wells
CN101057058B (en) Electroacoustic method and device for stimulation of mass transfer process for enhanced well recovery
US9157294B2 (en) Wave-inducing device, casing system and method for cementing a casing in a borehole
US4407365A (en) Method for preventing annular fluid flow
RU2366806C1 (en) Physical effect method used during development of hydrocarbon deposit, and bore-hole plant for method's realisation
US2072982A (en) Method and apparatus for cementing wells
CA2543423A1 (en) Running and cementing tubing
CN104080999B (en) The method that pressure break is carried out while drilling well
RU2231631C1 (en) Method of development of an oil pool
RU2393320C1 (en) Slim hole well construction method
CN109973037B (en) Reservoir exploitation excitation structure and shale gas reservoir exploitation method
RU2383720C1 (en) Procedure of well bottomhole zone treatment
RU2524089C1 (en) Construction of oil production well
RU2278960C2 (en) Method and device for drainage system forming in productive bed
RU2736429C1 (en) Cementing method of well
RU2584191C2 (en) Method for hydraulic fracturing of productive formation
CA2963459A1 (en) The method of thermal reservoir stimulation
RU2781458C1 (en) Well casing method in complicated conditions and device for its implementation
RU2536723C1 (en) Method of washover of horizontal well
RU2175711C1 (en) Process of attachment of casing strings in well
RU2366800C2 (en) Procedure for increasing strength of contact of annulus cement stone with environment in well
RU2059801C1 (en) Method for recovery of high-viscosity oil from formation by mining and heat-stimulation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080419