СПОСОБ УСТАНОВКИ МОСТОВ В СКВАЖИНАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтегазодобыващей промышленности, к технике и технологии проведения работ на нефтяных и газовых скважинах.

Известен способ установки мостов в скважинах, согласно которому порцию тампонажного материала доставляют в интервал установки моста тампонажным снарядом, опускаемым на кабеле в скважину, находящуюся под буровым раствором, и создают в тампонажном снаряде давление, превышающее давление в скважине медленно горящим зарядом, обеспечивающие выдавливание тампонажного материала в скважину [1] К недостаткам этого способа следует отнести необходимость применения специальных зарядов для получения избыточного давления, который должен индивидуально подбираться для каждой операции по установке с моста и для которых требуется организация их изготовления, хранения и доставки на места выполнения работ.

Поэтому он используется в ограниченных случаях.

Известен также способ установки мостов в скважинах, заключающийся в доставке порции тампонажного материала в интервал установки моста спускаемым на кабеле в скважину, находящуюся под буровым раствором тампонажным снарядом со следующим созданием искусственного забоя выталкиванием эластичной пробки гидростатическим давлением столба жидкости в скважине и опорожнением на него порции тампонажного материала приподниманием тампонажного снаряда над искусственным забоем [2] Такой способ позволяет отказаться от использования медленно горящих зарядов для выталкивания тампонажного материала, что существенно упрощает работы по установке мостов. Недостатком данного способа является то, что доставленный в интервал установки моста тампонажный материал при опорожнении его над искусственным забоем контактирует с буровым раствором скважины, перемешиваясь с ним.

Кроме того, на стенке колонны скважины обычно имеется слой глинистой корки, который препятствует сцеплению тампонажного материала со стенкой. Эти факторы существенно снижают эффективность процесса установки мостов.

Известно устройство для установки мостов в скважинах, содержащее корпус, головку, воздушную камеру с поршнем и толкателем, желонку, ограниченную верхней и нижней перегородками с осевыми и радиальными отверстиями, имеющую поршень-разделитель в верхней части и заполненную тампонажным материалом эластичную пробку, установленную под нижней перегородкой [3]
Такое устройство позволяет доставить тампонажный материал в зону установки моста, вытолкнуть эластичную пробку в обсадную колонну скважины и произвести опорожнение желонки от тампонажного материала на искусственный забой из эластичной пробки. Недостатком устройства является то, что тампонажный материал, вытекая из желонки устройства контактирует с буровым раствором, находящимся в скважине и перемешивается с ним, а на стенке обсадной колонны скважины остается слой глинистой корки, препятствующей сцеплению тампонажного материала с обсадной колонной скважины, что существенно снижает прочность и герметичность получаемого моста.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса установки цементных мостов.

Достигается это тем, что в способе установки мостов в скважинах, включающем доставку порции тампонажного материала в интервал установки моста спускаемым на кабеле в скважину, находящуюся под буровым раствором тампонажным снарядом, с последующим созданием искусственного забоя выталкиванием эластичной пробки гидростатическим давлением столба жидкости в скважине и опорожнением на него порции тампонажного материала приподниманием тампонажного снаряда над искусственным забоем, осуществляют поршневые скважины с образованием зоны разделения столба бурового раствора в интервале установки моста с одновременным заполнением зоны раздела тампонажным материалом.

Способ реализуется устройством, содержащим корпус, головку, воздушную камеру с поршнем и толкателем, в желонку ограниченную верхней и нижней перегородками с осевыми и радиальными отверстиями, имеющую поршень-разделитель в верхней части и заполненную тампонажным материалом эластичную пробку, установленную под нижней перегородкой, снабженным самоуплотняющейся манжетой, размещенной над эластичной пробкой и связанной разрывным соединением с кольцевым поршнем, который размещен в нижней перегородке желонки.

Сущность изобретения заключается в следующем. Процесс установки моста в скважине включает в себя несколько стадий. В начале производят спуск порции тампонажного раствора в скважину, находящуюся под буровым раствором на кабеле, в процессе которого происходит вытеснение части бурового раствора на объем, равный объему тампонажного снаряда.

Порция тампонажного материала достигает места установки моста без перемешивания с буровым раствором в процессе транспортирования благодаря желонке, которая предохраняет тампонажный материал от контакта с буровым раствором.

Чтобы обеспечить точную установку моста в требуемом интервале скважины производят установку в обсадную колонну искусственного забоя, который препятствует опусканию тампонажного материала вниз, если его удельный вес превышает вес бурового раствора.

Искусственный забой также предотвращает перемешивание тампонажного материала с буровым раствором при его вытеснении из желонки. Однако диаметр тампонажного снаряда меньше диаметра обсадной колонны скважины, поэтому в зазоре между обсадной колонной и стенкой скважины буровой раствор не вытесняется.

Кроме того, тампонажный материал вытекает из желонки как бы в стакан из бурового раствора с диаметром струи значительно меньшей тампонажного снаряда и его дальнейшее движение будет зависеть от его свойств и свойств бурового раствора. Тампонажный материал должен вытеснить буровой раствор над искусственным забоем и занять его место с достижением контакта со стенкой скважины. Для чего тампонажный материал, очевидно, должен быть значительно тяжелее бурового раствора и иметь такие физико-химические свойства, которые исключали бы его перемешивание с буровым раствором. Очевидно, соблюсти указанные условия при применении широко распространенных материалов, как буровой раствор на глинистой основе и тампонажный материал на основе цемента очень сложно. При использовании указанных материалов в этом случае перемешивание тампонажного материала с буровым раствором всегда имеет место в большей или меньшей степени.

Это существенно снижает прочность и герметичность получаемого моста.

Кроме того, имеется еще такой весьма существенный фактор, как образование глинистой корки, выпадающей на стенку скважины, которая является барьером препятствующим контакту тампонажного материала со стенкой скважины.

Очевидно, удалить глинистую корку простым замещением бурового раствора тампонажным материалом не представляется возможным. В этом случае установленный в скважине мост если даже и имеет прочную внутреннюю структуру не будет выдерживать нагрузку от перепада давления и обеспечивать герметичность разобщения скважины. Поэтому при использовании известного способа установки мостов в скважинах приходится многократно увеличивать высоту устанавливаемого моста, но и это не всегда гарантирует эффективность разобщения скважины.

Согласно предлагаемому способу после установки искусственного забоя в процессе вытеснения тампонажного раствора из желонки тампонажного снаряда производят поршневание скважины с образованием зоны разделения столба бурового раствора в интервале установки моста, в которую и подают тампонажный материал. Поршневание обеспечивает не только образование границы раздела материалов, но и осуществляет механическую очистку стенки скважины от глинистой корки или других отложений. Исключается не только возможность перемешивания тампонажного материала с буровым раствором, но и контактирование сред между собой. В этом случае обеспечивается естественная прочность камня после затвердевания тампонажного раствора и полная сцепляемость со стенкой скважины по всей поверхности контакта.

Это позволяет снизить требования к свойствам тампонажного материала, применяемого для установки моста и скважиной рабочей жидкости с точки зрения предотвращения их взаимовлияния на качество установки моста, отпадает также необходимость во вспомогательной операции по подготовке стенки скважины к установке моста с целью снижения влияния глинистой корки на качество установки моста.

Кроме того, существенно снижается требуемая высота установки моста из условия его прочности и герметичности, что позволяет не только уменьшить расход тампонажного материала, но и обеспечить более высокое качество изучения геологического разреза, особенно при опробовании пластов-коллекторов, вкючающих пропластки малой мощности.

Упрощается также конструкция устройства для осуществления способа, сокращается его длина. Это способствует снижению металлоемкости, упрощению эксплуатации и улучшению проходимости устройства в скважине, в процессе спуска в интервале установки моста или подъема его на поверхность.

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 положение элементов устройства в начальный момент поршневания скважины и нагнетания тампонажного материала в зону раздела столба жидкости в скважине.

Устройство состоит из головки 1, в которой установлен взрыв-патрон 2, соединенный с каротажным кабелем 3, заделанным в головке 1. Головка 1 соединена известным способом с корпусом 4, имеющим воздушную камеру 5, в которой размещен палец 6 с глубоким отверстием 7 и поршень 8 с толкателем 9. Корпус 4 соединен с желонкой 10, имеющей радиальное отверстие 11. В желонке 10 установлен поршень-разделитель 12 с клапаном 13. Желонка 10 имеет верхнюю перегородку 14, нижнюю перегородку 15, в которой установлен кольцевой поршень 16 и заполнена тампонажным материалом 17.

Кольцевой поршень 16 в верхней части имеет седло 18, а в нижней части полый шток 19, на котором установлена самоуплотняющая манжета 20 с кольцом 21. Манжета 20 зафиксирована на штоке 19 разрывным соединением со штифтом 22. Нижняя часть штока 19 упирается в эластичную пробку 23, установленную под манжетой 20, в герметизирующую нижний конец желонки 10. Над манжетой 20 имеется радиальное отверстие 24. Устройство опускается в обсадную колонну 25 скважины, заполненную буровым раствором 26.

Устройство работает следующим образом. Устройство опускают на каротажном кабеле 3 в обсадную колонну 25 под буровой раствор 26 в нижнюю часть интервала установки моста. В процессе спуска радиальные отверстия 11 и 24 обеспечивают выравнивание давления в полости устройства над поршнем 12 и под поршнем 16. Затем по кабелю 3 подается электрический импульс, который вызывает срабатывание взрыв-патрона 2. Взрывом разрушается палец 6 и через отверстие 7 воздушная камера сообщается с пространством скважины.

Гидростатическое давление столба бурового раствора 26 оказывает воздействие на поршень 8, под которым остается атмосферное давление. Поршень 8 перемещается вниз и толкателем 9 нажимает на поршень-разделитель 12, который перемещает вниз тампонажный материал 17. Перемещение тампонажного материала 17 вызывает перемещение вниз кольцевого поршня 16 до упора его в нижнюю перегородку 15. При этом полый шток 19 выталкивает эластичную пробку 23 и одновременно увлекает вниз и самоуплотняющую манжету 20, которая закреплена на штоке 19.

При этом эластичная пробка 23 и манжета 20 выходят из нижней части желонки 10 и устанавливается в обсадной колонне 25. Затем производят натяжение каротажного кабеля 3, что вызывает перемещение устройства вверх. При этом самоуплотняющаяся манжета 20 также перемещается вверх, а эластичная пробка 23 остается на месте, выполняя роль искусственного забоя, и отсекает буровой раствор 26 снизу. Перемещение самоуплотняющейся манжеты 20 обеспечивает поршневые скважины, при этом над манжетой 20 и под ней создается перепад давления, который усиливает ее взаимодействие с обсадной колонной 25, обеспечивает очистку обсадной колонны 25, от корки бурового раствора 26, при протаскивании манжеты 20 по обсадной колонне 25, одновременно буровой раствор 26 поступает в полость устройства над поршнем разделителем 12 через отверстие 11, вызывая принудительное опускание поршня 12 вниз, которое приводит к выдавливанию тампонажного материала 17 из желонки 10 через полый шток 19 и нагнетанию его под самоуплотняющуюся манжету 20, где образуется зона раздела бурового раствора 26.

В процессе выдавливания тампонажного материала 17 из желонки 10 под самоуплотняющуюся манжету 20 при приподнимании устройства и перемещении манжеты 20 в обсадной колонне 25 усилие натяжения каротажного кабеля 3 сохраняется постоянным.

Когда тампонажный материал 17 полностью выдавливается из желонки 10, клапан 13 поршня 12 садится на седло 18 и перекрывает отверстие кольцевого поршня 16, при этом усилие натяжения кабеля 3 увеличивается за счет возрастания сопротивления движения устройства в обсадной колонне 25. Это вызывает срезку штифта 22 и разъединения манжеты 20 с кольцом 21 и штоком 19. В результате чего усилие натяжения каротажного кабеля 3 резко падает, что позволяет судить об окончании процесса установки моста и перехода устройства в транспортное положение.

После подъема устройства на поверхность производят промывку его от бурового раствора и остатков тампонажного материала.

Перед повторной установкой моста в скважине производят замену взрыв-патрона 2,пальца 7, поднимают в верхнее положение поршень 8, устанавливают на штоке 19 новую манжету 20 с кольцом 21 и штифтом 22 и запрессовывают ее в нижнюю часть желонки 10 вместе с пробкой 23. Затем желонку заполняют тампонажным материалом 17, устанавливают поршень-разделитель 12 и соединяют ее с корпусом 4.

В качестве примера реализации способа можно привести опытные данные по установке мостов в скважине производимых в процессе опробования газового объекта представленного несколькими пропластками небольшой мощности в пределах 3-15 м, разделенных непроницаемыми покрышками высотой от 3 до 5,5 м.

Интервал опробования находился на глубине 3887-4138 м.

Разведочная скважины с 140 мм обсадной колонной была заполнена буровым раствором на глинистой основе утяжеленного баритом до плотности 1,93 г/см³.

После вскрытия обсадной колонны скважины в интервале 4134-4138 м и вызове притока через колонну насосно-компрессорных труб необходимо было установить мосты на основе тампонажного портландцемента высотой не более 3 м.

При установке моста из тампонажного материала плотностью 1,98 г/см³ известным способом высотой 3 м, и нагружения его колонной насосно-компрессорных труб было установлено, что он не выдерживает нагрузки от веса труб. Это говорило о том, что мост не имеет сцепления с колонной скважины.

После удаления указанного моста, были проведены работы по установке нового моста известным способом высотой в 10 м. Однако при испытании вновь установленного моста на прочность было выяснено, что при нагрузке 5,5 т он также начал перемещаться, что указывало на его неудовлетворительную прочность.

После удаления его из скважины была проведена установка моста по предлагаемому способу высотой 2,5 м из аналогичного тампонажного материала. Проверка этого моста на прочность показала, что он выдерживает нагрузку от веса колонны насосно-компрессорных труб в 12 т и перепад давления 10 МПа. Дальнейшие работы по опробованию объекта в упомянутой скважине проводились с установкой мостов предлагаемым способом. В процессе опробования было установлено 17 мостов высотой 1,2-3,5 м. Все мосты были установлены за один спуск тампонажного снаряда и имели удовлетворительные параметры по прочности и герметичности.

Установленные мосты обеспечили техническую возможность проведения работ по опробованию объекта и получения требуемой геологической информации.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа слагаются из следующих факторов:
снижение затрат тампонажных материалов на 70-80% при установке мостов;
увеличение фонда скважин, где возможна установка мостов в процессе опробования 50-60%
снижение затрат времени на установку моста в скважине 20-30%
снижение металлоемкости тампонажного снаряда 40-50%

Использование: техника и технология проведения работ на нефтяных и газовых скважинах для повышения прочности и герметичности установленных мостов. Сущность изобретения: буровой раствор принудительно удаляют из зоны установки моста поршневанием с одновременной очисткой стенки скважины от глинистой корки и в образованную зону раздела бурового раствора нагнетают тампонажный раствор. Поршневание скважины осуществляют самоуплотняющей манжетой, которую закрепляют разрывным соединением на кольцевом поршне, установленном в нижней части желонки. 2 ил.

1. Способ установки мостов в скважинах, включающий доставку тампонажным снарядом, спускаемым на кабеле, тампонажного материала в интервал установки моста в скважине, заполненной буровым раствором, с повледующим созданием искусственного забоя выталкиванием эластичной пробки гидростатическим давлением столба скважинной жидкости и выдавливание на него порции тампонажного материала приподниманием тампонажного снаряда над искусственным забоем, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности за счет исключения смешивания тампонажного материала с буровым раствором и улучшения его сцепляемости с обсадной колонной скважины, после создания искусственного забоя осуществляют поршневание скважины с образованием зоны разделения столба бурового раствора в интервале установки моста с одновременным заполнением зоны раздела тампонажным материалом. 2. Устройство для установки мостов в скважинах, содержащее корпус, головку, воздушную камеру с поршнем и толкателем, размещенную ниже желонку, заполненную тампонажным материалом с осевым и радиальными отверстиями и поршнем-разделителем в верхней части, перегородкой в нижней части с осевым отверстием под шток и эластичной пробкой, размещенной под перегородкой, отличающееся тем, что оно снабжено размещенным в нижней части желонки кольцевым поршнем, связанным с штоком, установленным в транспортном положении с возможностью взаимодействия с эластичной пробкой и выполненным полым, и самоуплотняющейся манжетой, размещенной над эластичной пробкой и зафиксированной относительно полого штока.