СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЗАКОЛОННОГО ПРОСТРАНСТВА Российский патент 1998 года по МПК E21B33/13 

Изобретение относится к ремонтно-изоляционным работам (РИР), а именно к способам восстановления герметичности заколонного пространства.

Известен способ восстановления герметичности заколонного пространства путем создания избыточного давления внутри обсадной колонны по отношению к заколонному пространству (нагнетание жидкости или взрыванием заряда). Происходит надувание обсадной колонны и ликвидации зазора между колонной и цементным камнем [1].

Недостатки аналога заключаются в том, что, во-первых, создание избыточного давления путем нагнетания жидкости вызывает разрушение колонны не только в интервале, в котором в кольцевом пространстве имеется цемент, но и в интервалах, где цемента нет. Это опасно для целостности обсадной колонны. Во-вторых, взрывание заряда процесс малоконтролируемый, что может привести к нарушению колонны и цементного камня.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ устранения заколонных перетоков путем увеличения диаметра колонны за пределы упругих деформаций в интервале изоляции [2]. Увеличение диаметра колонны производят путем гидравлического воздействия на колонну на участке изоляции.

Недостаток известного способа заключается в большой трудоемкости работ за счет необходимости применения паркетного оборудования, которое, как правило, не отличается высокой надежностью.

Задача заключается в повышении эффективности ремонтно-изоляционных работ и в снижении трудозатрат.

Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановления герметичности заколонного пространства путем увеличения диаметра колонны в интервале изоляции диаметр колонны увеличивают за счет увеличивающейся в объеме при твердении невзрывчатой разрушающей смеси (НРС) [3], которую закачивают в колонну и создают мост в интервале изоляции. При этом в качестве НРС используют смесь известковую для горных и буровых работ (СИГБ).

Успешность ремонтно-изоляционных работ по исправлению негерметичности цементного кольца не превышает 50%. Это объясняется тем, что применяемые изоляционные материалы (в основном цементный раствор и растворы смол) обладают общим недостатком - усадочностью.

В процессе эксплуатации скважины герметичность заколонного пространства снижается. Это происходит под воздействием нагрузок на обсадную колонну и цементный камень. Например, установлено, что при снижении давления в скважине прочность сцепления цементного камня с колонной уменьшается. Все виды перфорации также приводят к ухудшению состояния цементного кольца. В то же время, замечено, что непосредственно в интервалах перфорации сцепление /контакт/ цементного камня с колонной улучшается. Последний факт объясняют увеличением силы прижатия колонны к цементу в результате ее деформации. После опрессовки обсадной колонны также, как правило, наблюдается нарушение ее контакта с цементом. При этом наибольшие нарушения контакта отмечены в интервалах пластов с высокой проницаемостью и кавернам. В пластах с подвешенной водой нарушения контакта после опрессовки чаще всего отмечаются в зоне водонефтяного контакта /ВНК/[1].

Оценим расчетами пропускную способность для подошвенной воды кольцевого микрозазора между обсадной колонной и цементным камнем. Формулу Дарси-Вейсбаха можно написать следующим образом [4].

где - D-внутренний диаметр цементного кольца, м;
d-внешний диаметр обсадной колонны, м;
p-переппад давления, Па;
λ -коэффициент гидравлических сопротивлений;
H-длина микрозазора, м;
Q-расход воды, м³/сут
Введем обозначения D-d= δ ; P/H = grad P,
где δ - зазор между колонной и цементным камнем, м;
grad P -градиент давления, Па/м.

Тогда формула /1/ будет иметь вид:

Для определения коэффициента гидравлических сопротивлений необходимо вычислить критерий Рейнольдса

где ν - кинематическая вязкость воды / при 70^oC. ν = 0,5•10^-6 v²/c).

При турбулентном режиме коэффициент сопротивления определяют по формуле:

Зададимся числовыми значениями: ν = 0,5•10^-6м²/с; d = 0,168 м; δ = 0,1 мм = 10^-4 м; grad P = 4•10⁶ Па/м.

Система уравнений /2-4/ решается методом подбора.

Таким образом, через зазор 0,1 м при градиенте давления 4 МПа/м к интервалу перфорации может поступать около 22 м³ воды в сутки.

Повышение давления в обсадной колонне приводит к увеличению ее диаметра. Расчеты показывают на сколько нужно повысить давление в колонне, чтобы ее внешний радиус увеличился на 0,1 мм для перекрытия микрозазора.

Формула для радиальных перемещений наружной стенки трубы по задаче Ляме имеет вид /5/

μ -коэффициент Пуассона, μ = 0,25;
E -модуль упругости для стали, E = 2.1.10⁵МПа;
P₁ -внутреннее давление, МПа;
P₂ -внешнее давление, МПа;
r₁ -внутренний радиус трубы, м;
r₂ -внешний радиус трубы, м, r₂=d/r.

Пусть P₁ = P₂+P_изб или P₁-P₂=P_изб.

где
P_изб = избыточное давление в колонне по сравнению с наружным давлением.

Тогда формула /5/ будет выглядеть

отсюда

При δ = 10^-4м; P₂ = 20 МПа; r₁ = 0,075 м; r₂ = 0,084 м.

p_изб. = 33,7 МПа.

Расчеты показывают, что если между обсадной колонной и цементным кольцом существует зазор величиной 0,1 мм, то достаточно в колонне создать давление 33,7 МПа и зазор будет перекрыт за счет увеличения внешнего диаметра колонны. Такое давление и даже большее можно создать путем размещения в колонне моста из невзрывчатой разрушающей смеси /НРС/ и в частности смеси известковой для горных и боровых работ /СИГБ/ [6].

НРС применяют, главным образом при разрушении прочных хрупких материалов (скальные породы), бетонных и железобетонных изделий, каменных кладок, для добычи природного камня.

НРС чаще всего представляют собой порошкообразные негорючие и невзрывоопасные материалы, дающие с водой щелочную реакцию (pH=12). При смешивании порошка НРС с водой образуется суспензия (рабочая смесь), которая, будучи залитая в шпур, сделанный в объекте, подлежащем разрушению, с течением времени схватывается, твердеет, одновременно увеличиваясь в объеме. Увеличение объема - следствие гидратации компонентов, входящих в состав НРС, приводит к развитию в шпуре гидратационного давления (более 40 МПа). Под действием гидратационного давления в теле объекта развиваются напряжения, приводящие к его разрушению [7].

Предлагаемый способ изоляции заколонного пространства осуществляют следующим образом.

В скважину спускают колонну НКТ с таким расчетом, чтобы нижний конец находился на 10-20 м ниже интервала перфорации продуктивного пласта. Возбуждают циркуляцию и промывают скважину водой, охлажденной до 0-10^oC.

Затворяют НРС на воде с температурой 0-10^oC.

При открытом затрубном пространстве в НКТ закачивают суспензию НРС в объеме, необходимом для заполнения обсадной колонны в интервале 10-20 м.

Продавливают суспензию НРС до выравнивания ее уровней в НКТ в затрубном пространстве.

Приподнимают НКТ до глубины расположения нижних перфорационных отверстий и при необходимости промывают скважину, вымывая избыточный объем НРС.

Поднимают НКТ выше интервала перфорации, герметизируют затрубное пространство на время, необходимое для расширения и отверждения НРС.

Осваивают скважину.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что перекрытие каналов для поступления воды к интервалу перфорации происходит не за счет гидравлического воздействия на колонну, а за счет создания в обсадной колонне моста из расширяющегося материала. Это, во-первых, снимает необходимость установки пакера; во-вторых, уменьшает временные затраты на проведение РИР.

Использование: при ремонтно-изоляционных работах. Обеспечивает повышение эффективноси способа. Сущность изобретения: по способу осуществляют увеличение диаметра колонны в интервале изоляции. Диаметр колонны увеличивают за счет увеличивающейся в объеме при твердении невзрывчатой разрушающей смеси (НРС). Ее закачивают в колонну и создают мост в интервале изоляции. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ восстановления герметичности заколонного пространства путем увеличения диаметра колонны в интервале изоляции, отличающийся тем, что диаметр колонны увеличивают за счет увеличивающейся в обойме при твердении невзрывчатой разрушающей смеси (НРС), которую закачивают в колонну, и создают мост в интервале изоляции. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве НРС используют смесь известковую для горных и буровых работ (СИГБ).