SU1346767A1

SU1346767A1 - Способ ступенчатого цементировани обсадных колонн в скважинах

Info

Publication number: SU1346767A1
Application number: SU863920350A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Васильевич Колотов; Виталий Григорьевич Добрянский; Раиса Петровна Скорнякова
Original assignee: Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1987-10-23

Abstract

Изобретение относитс к бурению скважин. Цель изобретени - повьппе- ние эффективности цементировани за счет упрощени технологической оснастки обсадных колонн. Спускают обсадную колонну ниже зоны поглощени . Цементируют нижнюю часть обсадной колонны через ее внутреннее сечение с подъемом цементного раствора в зону поглощени . Затем провод т гидроразрыв с подъемом давлени в течение времени t,определ емого из выражени м„„ г 1:„,,,, i (пг-d) /4nv,; Мо.кс - Ргр, - РГР, - pg(Zi - Z, ) + + V, utu,, « Viuty /(V,4A t, -VjAAtj , где ei - расчетный коэффициент, определ емый из соотношени плотностей водоцементного отношени в исходном цементном растворе, цементном уплотнении в скважине и пр. (вб 0,15 - 0,68); D - диаметр скважины, м; d - диаметр обсадной колонны, м; V - скорость движени фильтрата, м/с; Ргр и Ррр - давление гидроразрыва на глубине Z, и Z соответственно МПа; р - плотность жидкости в скважине , кг/м 8 ускорение силы т жести , кгм/с ; V, и (f - термоупругость горной породы на глубинах Z, и Z соответственно, МПа/град; йtц и л Гц - нагрев цементного раствора на глубинах Z, и Z, град; Aut, и Дutj - скорость восстановлени т-ры горных пород, град/ч. При этом цементируют верхнюю часть колонны через ее заколонное пространство выше зоны поглощени . 1 табл. i (Л со 4 а 05

Description

Изобретение относитс к бурению скважин, в частности к способам ступенчатого цементировани обсалных колонн.

Целью изобретени вл етс повышение эффективности цементировани об- .садных колонн за счет упрощени их технологической оснастки.

Способ осуществл ют следующим образом.

Обсадную колонну, спущенную ниже зоны поглощени , цементируют в нижне части через ее внутреннее сечение. Затем осуществл ют гидроразрыв и производ т цементирование верхней части обсадной колонны через ее за- колонное пространство выше зоны поглощени .

При этом цементирование нижней части колонны осуществл ют с подъемом цементного раствора в зону поглощени , а гидроразрыв осуществл ют с подъемом давлени в течение времени Z , определ емого из выражени :

при этом

Jt1211 1)

4DV,

iHokc

.,ti.,

V,uAt, - Vz Ли t

где об - расчетный коэффициент, определ емый из соотношени плотностей водоцементного отношени в исходном цементном растворе, цементном уплотнении в скважине и пр. (об 0,15- 0,68) D - диаметр скважины, Mj d - диаметр обсадной колонны, м , v - скорость движени фильтрата, м/с; Ргр, и Ргр - давление гидроразрыва на глубине Z, и Z соответственно, МПа , р - плотность жидкости в сква30 туры пород. Эта разность температу может быть обеспечена на выбранной глубине, с использованием этого эф фекта еще более повышаетс надежно гидроразрыва на заданной глубине, данном случае в нижней части второ ступени цементировани . Задача зак чаетс в том, чтобы своевременно в пользоватьс эффектом, так как пос окончани циркул ции температурное

4Q поле вокруг ствола скважины восста ливаетс и через некоторое врем г роразрыв в запланированном интерва уже маловеро тен.

Пример. Дл того, чтобы со

35

жине, кг/м В ускорение силы т - 45 Дать перепад давлени в цементном

жести, кг-м/с ; (, и - термоупругость горной породы на глубинах Z( и Zj, соответственно, МПа/град; tц и ut - нагрев цементного раствора на глубинах Z, и Z соответственно, -град; bit, и uut - скорость восстановлени температуры горных пород на глубинах Z, и Z соответственно, град/ч.

С подъемом цементного раствора в зону поглощени создают услови обезвоживани первой партии цементного раствора и его загущени . В этом случае создаютс услови дл подъерастворе вблизи верхней границы пе вой ступени и пласте (особенно в с чае, если давление в пласте не мен гидростатического), на устье, в за

50 трубном пространстве, создают избы точное давление, которое по мере о фильтровывани воды из цементного створа и роста структурной прочнос цементного уплотнени в районе выс

55 .копроницаемого пласта повыщают до лени гидроразрыва пласта, залегаю го в нижней части второй ступени.

Вычислим, в течение какого врем необходимо повышать давление в зама давлени , необходимого дл создани гидроразрыва.

Чтобы предотвратить гидроразрыв в интервале нижней части обсадной колонны давление гидроразрыва необходимо создавать в течение определенного времени (не менее некой величины ) , за которое избыточна вода

из цементного раствора должна отфильт- роватьс в пласт.

После этого образующеес цементное уплотнение предотвращает передачу давлени на нижнюю часть скважины.

При этом врем создани давлени гидроразрыва не должно превышать врем которое создаетс возможность неиспользовани теплового пол , формирующегос в приствольной зоне в

горных породах вследствие переноса тепла с глубины циркулирующей при цементировании жидкостью. При определенном термонапр женном состо нии породы увеличиваетс возможность гидроразрыва пород. Величина термоупругих напр жений больше там, где выше термоупругость пород и выие разность температуры, наведенной от циркул ции жидкостей и естественной температуры пород. Эта разность температур может быть обеспечена на выбранной глубине, с использованием этого эффекта еще более повышаетс надежность гидроразрыва на заданной глубине, в данном случае в нижней части второй ступени цементировани . Задача заключаетс в том, чтобы своевременно воспользоватьс эффектом, так как после окончани циркул ции температурное

поле вокруг ствола скважины восстанавливаетс и через некоторое врем гидроразрыв в запланированном интервале уже маловеро тен.

Пример. Дл того, чтобы соз

растворе вблизи верхней границы пер- вой ступени и пласте (особенно в случае , если давление в пласте не меньше гидростатического), на устье, в за50 трубном пространстве, создают избыточное давление, которое по мере от- фильтровывани воды из цементного раствора и роста структурной прочности цементного уплотнени в районе высо55 .копроницаемого пласта повыщают до дав лени гидроразрыва пласта, залегающего в нижней части второй ступени.

Вычислим, в течение какого времени необходимо повышать давление в

трубном пространстве, с тем, чтобы не вызвать гидроразрыва пластов внизу первой ступени.

Водоотдача цементного раствора в реальной скважине (через глинистую корку, кольматационный слой) не превышает водоотдачу исходного бурового раствора. Поскольку это так, то можно определить скорость фильтрата раство- pa в стенку ствола реальной скважины. Приравн в скорость фильтрата бурового раствора скорости фильтрата цементного раствора, получаем

PL.. (1) IAP,- t,.,u,

где V, - скорость фильтрата бурового раствора при комнатной температуре /t, 20 С и перепаде давлений лР, 0,1 МПа; V - скорость фильтрата цементного раствора в забойных (на глубине примерно 800-1000 м) услови х , где Cj , iP 4 Ша (средний между нулем и предполагаемым дав- лением гидроразрыва); /ц, ju - в зкость фильтрата соответственно бурового раствора при t, 20°С и цементного раствора при tj /К, 1,005 МПа-с; Ц) 0,8007 ffla-c.

Примем, что , 2,8 (соответствует водоотдаче глинистого раствора в 10 см до 0,5 ч), тогда по формуле (1) Vj 24,4..

Объем тампонажного раствора в за- трубном пространстве

VP |(KD2-dO Н , (2)

где К - коэффициент каверзности (в

среднем К 1,32); D - номинальный диаметр ствола

скважины (D 21,59 см); d - диаметр обсадной колонны

(d 14,6 см);

высота проницаемого пласта.

Н - Составим равенство

+ Pe-Ve РР

V

р ;

(3)

m

(4)

где РЦ и Vц - плотность цементного порошка и его объем в объеме ., р и Vj - плотность воды и ее объем в объеме V. j Pf плотность цементног раствора (рр 1830 кг/м ); m - водоцементный фактор.

Из формул (3) и (4) получаем

Va

. . p(Hm)

Дл того, чтобы в кольцевом пространстве получилось прочное цементное уплотнение из цементного раствора необходимо отобрать 50% имеющейс в нем воды, т.е., если в нормальных услови х m 0,5, то должен стать m 0,25. Тогда по формулам (2) и (5)

- Q . V .

2о - 25 о

т

4|- X - ().H. (6) 1,25-pj 4

Площадь фильтрующей поверхности в скважине определ етс зависимостью S iriFD H,(7)

Тогда врем , за которое избыточна вода отфильтровываетс в пласт, определ етс выражением

Ye , „, рр

SV

Подставив числовые значени , получают

t 607 с 10 мин .

Таким образом, минимальное врем , в течение которого можно давление на устье в затрубном пространстве подн ть до нул , до давлени гидроразрыва, составл ет 10 мин.

Если увеличивать давление в затрубном пространстве не 10 мин, а боГР () д.

-рТ ТГв у -

30 лее длительный период, то надежность и прочность цементного уплотнени в области проницаемого пласта будет выше . Однако большой разрыв во времени между окончанием цементировани пер35 вой ступени и проведением гидроразрыва может привести к тому, что гидроразрыв пласта произойдет не в нижней части второй ступени, а в верхней (под башмаком предыдущей колон О ны - кондуктора) . Причина - снижение градиента давлени жидкости с глубиной при создании избыточного давлени на устье.

Af- Задача состоит в том, чтобы повысить давление гидроразрыва пластов в верхней части скважины. Это достигаетс тем, что гидроразрыв пластов при цементировании верхней части скважины производитс с минимальным разрывом во времени. При этом используетс напр женное состо ние горных пород в приствольной зоне, сформированное в результате переноса тепла из глубинных слоев земли к верхним циркулирующей жидкостью и возникновени термоупругих напр жений .

В таблице приведена термоупруга характеристика горных пород.

50

55

Из таблицы видно, что наиболее чувствительны к изменению температуры гипсы и ангидриды, наименее чувствительны песчаники и сланщ,. Например , глинистый сланец при изменении его температуры на 1°С изме-н ет свое напр женное состо ние на 0,36 МПа.

Дл того, чтобы гидроразрыв пластов под башмаком кондуктора не проис- IQ повышени зффективности цементироваходил , давление гидроразрыва там необходимо повысить на 5,0 МПа. Поскольку верхн часть разреза представлена преимущественно глинистыми отложени ми, то делением цифры 5,0 на 0,36 получаем на сколько необходимо нагреть горные породы, чтобы давление гидроразрыва повысилось на 5,0 МПа. Получаем ut 14°С.

Естественна температура горных пород на глубине 400 м примерно равна 0°С. В процессе циркул ции жидкостей во врем цементировани верхн часть разреза прогреваетс за счет тепла, принесенного жидкостью снизу. Наблюдени показали, что на выходе температура в зависимости от глубины нефт ной скважины колеблетс в пределах 24-57 с. Этой температуры вполне достаточно, чтобы повысить давле- ние гидроразрыва до необходимой величины . Необходимо своевременно воспользоватьс этой температурой, так как сразу после окончани циркул ции температурное поле вокруг ствола скв жины восстанавливаетс . Причем темп восстановлени мало зависит от теплопроводности горных пород и составл е 3-5 С в час. Отсюда видно, что через несколько часов ОЗЦ температура почт полностью восстановитс и желаемого эффекта не получитс .

Принима во внимание наибольший темп охлаждени (5 С в час), минимало

ный нагрев (24 С) и необходимый нагрев (ut 14°С), находим, что врем повышени давлени на устье в затруб ном пространстве перед гидроразрыво пластов и цементированием второй степени не должно превышать 120 мин.

Claims

Формула изобретени

Способ ступенчатого цементировани обсадных колонн в скважинах,вклю

чающий спуск обсадной колонны ниже зоны поглощени , цементирование нижней части обсадной колонны через ее внутреннее сечение, гидроразрыв и цементирование верхней части обсадной . колонны через ее заколенное пространство вьппе зоны поглощени , отличающийс тем, что, с целью

и Р

ни за счет упрощени технологической оснастки обсадных колонн, цементирование нижней части обсадной колонны осуществл ют с подъемом цементного раствора в зону поглощени , а гидроразрыв осуществл ют с подъемом давлени в течение времени , определ емого из выражени

- жим - -мal(c J при ЭТОМ

- . )

4DVr

и Р

Sl5ll5Llllf .5.EiuIil ;.Lli Viuit,- Vz iAt,

MOJC

Р

е ot - расчетный коэффициент, определ емый из соотношени плотностей водоцементного отношени в исходном цементном растворе , цементном уплотнении в скважине и пр. (об 0,15 - 0,68);

D - диаметр скважины, м;

d - диаметр обсадной колонны, м;

V - скорость движени фильтрата, м/с;

и Р

Рг

- давление гидроразрыва на глуZ .

и

Zj соответственно.

бине МПа;

-плотность жидкости в скважине , кг/м ;

-ускорение силы т жecтиi кгм/с ;

ц, и 0 - термоупругость горной породы на глубинах Z, и Z2 соответственно, МПа/град{

at

4(

44

U it,

U At,

нагрев цементного раствора на глубинах Z, и Zj соответственно , град;

скорость восстановлени температуры горных пород на глубинах Z, и Z соответственно , град/ч.

1Е

13-46767° /it, МПа-с oi.io 1/град (f, МПа/град

0,251,00,31

0,270,80,82

0,250,70,75

0,301,91,03

0,301,91,03

Породы

МПа

Песчаник

Известн к

Доломит

Гипс

Ангидрид

Глинистый сланец

2,35 7,48 8,00 3,80 3,80

3,60

0,40

0,6

0,36

Редактор Н.Лазаренко Заказ 5103/31

Составитель В.Гришанов

Техред М.ХоданичКорректор С.Черни

Тираж 532Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое п-редпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

0,40

0,6

0,36