SU1723308A1 - Способ цементировани обсадных колонн - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу цементировани  обсадных колонн, позвол ющемуповыситьнадежность технологического процесса за счет обеспечени  ступенчатого сн ти  гидростатического давлени  столба жидкости за обсадной колонной. Дл  этого за обсадную колонну закачивают тампонажный раствор част ми, имеющими различные сроки схватывани , увеличивающиес  сверху вниз по глубине, и выдерживают скважину на период ожидани  затвердевани  цемента (03 Ц). В этот период будет поддерживатьс  гидравлическа  св зь через забой затрубного и трубного пространств между собой. После того, как на участке расположени  первой части тампонажного раствора с более ранними сроками схватывани  произойдет его схватывание, он потер ет текучесть и превратитс  в твердый заполнитель, имеющий сцепление с обсадной колонной и стенками скважины. В результате эта часть тампоиаж- ного раствора не только не будет создавать гидростатического давлени  в скважине, но и примет на себ  давление столба промывочного раствора, заполн ющего затрубное пространство выше этой части, и будет преп тствовать передаче этого давлени  на обсадную колонну ниже этой части тампонажного раствора. Высота столба очередной части тампонажного раствора ограничена разностью давлений его и внутреннего давлени  в колонне в нижнем сечении этой части допустимым внешним давлением на обсадную колонну. 4 ил. сл с ы о

Description

Изобретение относитс  к горному делу, в частности к креплению скважин большого диаметра, и может быть применено в нефт ной промышленности, геологоразведочных и строительных работах.

Известен способ цементировани  обсадных колонн, заключающийс  в том, что цементирование колонн производ т через

став бурильных труб. При этом устье, низ бурильной и обсадной колонн оборудуют устройствами дл  контрол  закачки тампонажного раствора и продавочной жидкости. Кроме того, обсадную колонну оборудуют обратным клапаном дл  удержани  за колонной тампонажного раствора и с возможностью после закачки продавочной

жидкости промыть внутреннюю полость обсадной колонны и подн ть бурильные трубы из скважины.

Недостатком этого способа  вл етс  то, что обсадна  колонна испытывает разность давлений столбов тампонажного раствора за колонной и внутреннего столба жидкости в колонне. Эта разность может достигать значительных величин. Поэтому способ неприемлем дл  обсадных колонн с низким допустимым внешним гидростатическим давлением.

Известен способ цементировани  буровых скважин, согласно которому цементирование производ т в две ступени, причем в первой ступени примен ют тампонажный раствор, состо щий из двух частей, имеющих различные сроки схватывани  - часть, расположенна  ниже, имеет меньший срок начала схватывани . Вторую ступень тампонажа производ т после некоторого промежутка времени и схватывани  тампонажного раствора за колонной в нижней части, причем закачку его ведут через затрубноё пространство с усть  скважины.

Недостатком данного способа  вл етс  то, что он приемлем только в случае наличи  поглощающего горизонта в разрезе скважины . В других случа х закачка раствора второй ступени невозможна через устье. Кроме того, по этому способу схватывание тампонажного раствора происходит сначала в нижней части, а затем в верхней. При этом на колонну передаетс  гидростатическое давление столба жидкости (тампонажного раствора и глинистого над ним, заполн ющего скважину), т.е. происходит разрыв гидравлической св зи затрубного пространства и внутренней полости обсадной колонны.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ цементировани  скважин, заключающийс  в том, что с целью повышени  качества цементировани  затрубного пространства за счет защемлени  расшир ющегос  тампонажного раствора за колонной в ограниченном объеме и создани  избыточного давлени  этого раствора в за- трубном пространстве и заполнени  им вод ных камер, уплотнени  глинистой корки, в затрубноё пространство вначале закачивают быстросхватывающуюс  смесь в небольшом объеме, а затем тампонажную смесь с перезамедленными сроками схватывани  (в 2-3 раза превышающие нормальные ).

Недостатком этого способа  вл етс  то, что тампонажна  смесь с перезамедленными сроками схватывани  располагаетс  по всему интервалу затрубного пространства. Срок схватывани  ее в атмосферных услови х один. Однако вследствие повышени  температуры и абсолютного давлени  в скважине с глубиной, схватывание ее в зоне забо  произойдет раньше, чем в верхней

части. При этом произойдет разобщение затрубного пространства с внутренней полостью труб, гидростатическое давление всего столба тампонажной смеси будет восприниматьс  обсадной колонной и разность внешнего и внутреннего давлений может превысить допустимую дл  труб. Такой способ приводит к повышению давлени  в за- трубном пространстве против гидростатического давлени  столба его.

В св зи с тем, что данный способ повышает разность давлений за трубами и внутри трубы, он не может быть применен дл  тампонажа обсадных колонн с низким допустимым гидростатическим внешним давлением .

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности технологического процесса путем обеспечени  ступенчатого сн ти 

гидростатического давлени  столба жидкости за обсадной колонной.

. Изобретение позволит сократить сроки проведени  цементировани , снизить стоимость работ. Указанна  цель достигаетс 

тем, что в известном способе цементировани , включающем закачку за обсадную колонну тампонажного раствора част ми, имеющими различные сроки схватывани , увеличивающиес  сверху вниз по глубине, и

выдержку скважины на период ох идани  затвердевани  цемента (ОЗЦ), в период ОЗЦ поддерживают гидравлическую св зь через забой затрубного и трубного пространств между собой, а высоту столба очередной части тампонажного раствора ограничивают допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

На фиг.1 схематично представлена скважина в процессе реализации способа,

вертикальный разрез, фаза окончани  закачки тампонажного раствора; на фиг.2 - то же, фаза окончани  процесса схватывани  первой части тампонажного раствора за обсадной колонной; на фиг.З - график, показывающий действие гидростатических давлений в скважине в конце закачки тампонажного раствора; на фиг,4 - график, показывающий действие гидростатических давлений в скважине после схватывани 

первой части тампонажного раствора за обсадной колонной-(Bifli - лини , соответствующа  внешнему гидростатическому давлению в скважине (за обсадной колонной ) после схватывани  первой части, тампонажного раствора на участке П2).

На фиг.З прин ты такие обозначени : ОА - лини , соотретствующа  внешнему давлению жидкости, заполн ющей сква- жину до глубины hi за обсадной колонной; АД - лини , соответствующа  внешнему давлению жидкости в скважине и тампо- нажного раствора с увеличением глубины скважины до забо ; h2 - глубина заполнени  первой частью тампонажного раствора; Ьз - то же, второй частью; ruj - то же, третьей частью; ОЕ - лини , соответствующа  внутреннему давлению столба жидкости в обсадной колонне; О Д - лини , соответствующа  внутреннему давлению в обсадной колонне с глубиной в момент окончани  закачки тампонажного раствора.

Способ осуществл ют следующим образом .

В скважину 1 (фиг.1) при опущенной обсадной колонне 2 став 3 закачивают в за- трубное пространство между стенками скважины.1 и колонной 2 тампонажный раствор част ми 4, 5 и 6, имеющими разные сроки схватывани , непрерывным процессом (стрелки на чертеже показывают направление движени  раствора). В процессе закачивани  тампонажного раствора части 4, 5 и 6 располагают за обсадной колонной сверху вниз по глубине в пор дке увеличени  сроков начала схватывани . С целью получени  тампонажного растворэ с разными сроками твердени  при затворении раствора при всех прочих равных исходных материалах в воду дл  затворени  добавл ют замедл ющие схватывание раствора добавки , например возрастающие количества сульфитно-спиртовой барды (ССБ). При этом межтрубное пространство обсадной колонны 2 и става труб 3 перекрыто цементировочной головкой 7. После этого закрывают выход из става 3 задвижкой 8 (фиг,2) и оставл ют скважину в таком виде на период ожидани  затвердевани  раствора (ОЗЦ).

В этот период будет поддерживатьс  гидравлическа  св зь через забой затруб- ного и трубного пространств между собой. Поэтому ликвидируетс  опасность схватывани  тампонажного раствора раньше у забо , чем выше в затрубном пространстве. В момент окончани  закачки тампонажного раствора в скважине будут действовать гидростатические давлени , (см. график на фиг.З) и система будет находитьс  в равновесии . Увеличенное давление столба жидкости за обсадной колонной будет восприниматьс  внутри колонны и цементировочной головкой как внутреннее давление , разность которого возрастает от нул  у . низа колонны до максимума на устье до тех пор, пока тампонажный раствор за колонной способен течь. После того как на участке глубиной h2 (фиг.2) произойдет схватывание первой части 4 тампонажного раствора, он потер ет текучесть и превратитс  в твердый

заполнитель, имеющий сцепление с обсадной колонной 2 и стенками скважины 1, он не только не будет создавать гидростатического давлени  в скважине, но и примет на себ  давление столба промывочного раство0 ра 9 высотой hi, заполн ющего затрубное пространство, и будет преп тствовать передачи этого давлени  на обсадную колонну ниже точки Б на фиг.4. На обсадную колонну будут действовать гидростатические дав5 лени , по сн емые графиком на фиг.4. На обсадную колонну будет действовать внешнее гидростатическое давление в интервале hi столба жидкости, заполн ющей скважину и столба тампонажного раствора на участ0 ках Ьз и h4. При этом давление внутри обсадной колонны уменьшитс  на величину давлени  столбов жидкостей глубиной hi и Ii2, которое они создавали в момент окончани  закачки раствора. Высота столба оче5 редной части тампонажного раствора ограничена разностью давлений его и внутреннего давлени  в колонне в нижнем сечении этой части допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

0 Аналитически в представленных схемах это может быть выражено следующей зависимостью:

Учп1 - УР (hi + h2 + ... hi) + (уц - ур Xhi-ц +. +...г.п)Рд,

5 где hi - высота столба очередной части тампонажного раствора; hn - то же, последней части; Рд - допустимое внешнее давление на обсадную колонну; ур и уч - удельные веса жидкости в скважине и тампонажного

0 раствора.

Наиболее целесообразным будет соотношение давлений внутри обсадной колонны и за ней на момент схватывани  первой части тампонажного раствора, выраженное

5 зависимостью:

УР (hi + h2 + пз + уц (hs + tub где ур и уц - удельный вес жидкости в скважине и тампонзжного раствора.

В это врем  может быть произведена

0

разгерметизаци  на устье межколонного

пространства внутренней полости бурильных труб и выполнены необходимые термометрические измерени  в скважине, подн ты бурильные трубы из скважины и 5 другие работы, по оборудованию усть  скважины дл  дальнейших работ. Так как гидростатическое давление столба жидкости в скважине равно или больше давлени  столба тзмпонажного раствора за обсадной колонной , то движени  жидкости не будет происходить и процесс схватывани  и твердени  тампонажного раствора за колонной не нарушитс  при проведении указанных работ в скважине.

Пример. Цементирование затрубного пространства обсадной колонны на скважине предусмотрено от забо  до усть . Длина обсадной колонны 800 м, диаметр труб 630 мм, допустимое внешнее давление 2,5 МПа. Разность давлений столбов жидкостей за колонной и внутри составл ет 3,20 МПа. Дл  повышени  надежности процесса глиноце- ментный раствор закачивают трем  част ми , имеющими разные сроки начала схватывани . Первой частью со сроком схватывани  5 ч заполн ют интервал 0-300 м, второй частью со сроком схватывани  12 ч заполн ют интервал 300-750 м, третьей частью со сроком схватывани  15 ч - интервал 750-800 м. В качестве замедлител  началасхватывани используют сульфитно-спиртовую барду. После схватывани  первой части при разности удельных весов глиноцементного раствора и жидкости внутри обсадной колонны равной 40001

н/м и удельном весе глиноцементного раствора 16000 н/м3 давление столба глиноцементного раствора упадет на 4,8 МПа. т.е. давление столба жидкости в колонне превы- сит давление столба глиноцементного раствора на 1,6 МПа.

Claims (1)

1. Формула изобретени   Способ цементировани  обсадных колон , включающий закачку за обсадную колонну тампонажного раствора част ми, имеющими различные сроки схватывани , увеличивающиес  сверху вниз по глубине, и выдержку скважины на период ожидани 

   затвердевани  цемента(03Ц), отличаю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  надежности технологического процесса путем обеспечени  ступенчатого сн ти  гидростатического давлени  столба жидкости

   за обсадной колонной, в период ОЗЦ поддерживают гидравлическую св зь через забой затрубного и трубного пространств между собой, а высоту столба очередной части тампонажного раствора ограничивают допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

   w

   Риг. г