СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЦЕМЕНТНОГО ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и используется при освоении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности при обработке цементных тампонажных растворов магнитным полем при креплении скважин.

Известен способ обработки цементного тампонажного раствора, включающий его магнитную обработку.

Недостаток способа заключается в его низкой эффективности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ обработки цементного тампонажного раствора, включающий обработку магнитным полем цементного тампонажного раствора.

Недостатком способ является низкая эффективность из-за малого количества центров кристаллизации ферромагнитных примесей, что приводит к укрупнению кристаллов и ухудшению качества цементного камня, кроме того для магнитной обработки требуется много времени - не менее 10 минут.

Известно устройство для обработки цементного тампонажного раствора, включающее кожух с магнитами и магнитопроводами.

Недостатком устройства являются его ненадежность и низкая эффективность работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для обработки цементного тампонажного раствора, включающее внешний трубопровод и кожух цилиндрической формы, внутри которого соосно и поочередно размещены магниты и магнитопроводы.

Недостатками устройства являются:
1. Периодичность расположения магнитов и магнитопроводов, что приводит к зависимости эффективности обработки от скорости протекания цемента;
2. Контакт цементного раствора с поверхностью магнита и магнитопроводов, что приводит к абразивной и химической диструкции поверхностей и снижает срок службы устройства.

3. При продолжительной работе устройства ферромагнитные частицы цементного раствора улавливаются магнитами, что приводит к сужению эффективного сечения устройства, т.е. снижается эффективность и надежность работы устройства.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности обработки цементного тампонажного раствора и повышение надежности и эффективности работы устройства для обработки цементного тампонажного раствора.

Технический результат достигается тем, что в способе обработки цементного тампонажного раствора, включающем обработку магнитным полем цементного тампонажного раствора, в качестве магнитного поля используют высокоградиентные магнитные поля, меняющие свою напряженность 0,6 - 1 кЭ и направление на обратное с периодом 6 - 12 см по ходу движения раствора и обеспечивающие градиент напряженности 3 - 5 кЭ/см. Кроме того, технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки цементного тампонажного раствора, включающем внешний трубопровод и кожух цилиндрической формы, внутри которого соосно и поочередно размещены магниты и магнитопроводы, согласно изобретению оно обеспечивает прохождение раствора между внешним трубопроводом и кожухом, который выполнен непроницаемым из диамагнитного материала и имеет заглушки с торцов, а магниты и магнитопроводы размещены с возможностью изменения напряженности и направления магнитного поля на обратное с периодом 6 - 12 см.

В изобретении решается задача повышения эффективности обработки цементного тампонажного раствора. Суть всех операций состоит в создании максимального количества однородных по количеству центров кристаллизации, что приводит к одновременному массовому формированию кристаллов, что в конечном итоге образует однородную плотную микроструктуру цементного камня, что сопровождается снижением проницаемости цементного камня и увеличению его механической прочности и химической стойкости. Это возможно благодаря следующему.

При магнитной обработке цемента высокоградиентных магнитным полем с градиентом напряженности 3 - 5 кЭ/см возникает магнитоферрическое движение магнитных частиц, способствующее эффективности их дробления. Напряжение 1 кЭ дает возможность предположить связывающие внутренние магнитные поля агрегатов ферромагнитных частиц, что способствует их дроблению и увеличению центров кристаллизации. Периоды расположения магнитов и магнитопроводов 6 - 12 см дают возможность создать такой спектр переменного воздействия на ферроагрегаты, который лежит в диапазоне собственных колебаний агрегатов, что позволяет реализовать явление резонансного разрушения ферроагрегатов.

Магнитные поля изменяют направление на 180^o для обеспечения требуемого градиента магнитного поля. Кроме того, время воздействия магнитного поля на цементный раствор в изобретении составляет доли секунды. Этот достаточно для воздействия на центры кристаллизации и приобретения цементным раствором необходимых свойств. Наилучший результат в прототипе достигнут при времени воздействия не менее 10 минут. Но, в то же время, дополнительное перемещение при прочих равных условиях улучшает физико-химические свойства и без магнитного поля.

Для осуществления способа применяют устройство, суть создания которого направлено на максимальное увеличение количества центров кристаллизации цементного камня и повышение надежности его работы.

На чертеже представлено устройство, продольный разрез.

Устройство включает кожух 1 цилиндрической формы с заглушками 2 с торцов, магниты 3 и магнитопроводы 4, размещенные соосно и поочередно внутри кожуха 1. Магниты 3 и магнитопроводы 4 выполнены в форме кольца и размещены с периодами 6 - 12 см относительно друг друга, а кожух 1 выполнен из диамагнитного материала.

Устройство для обработки цементного тампонажного раствора используют, в основном, для крепления скважин.

Устройство работает следующим образом. Во внешнем трубопроводе 5 размещают устройство, в котором магниты 3 создают магнитные поля, распространяющиеся по магнитопроводам 4. Расположение магнитов и магнитопроводов 4 таково, что по ходу движения цемента между устройством и внешним трубопроводом 5 с периодичностью 6 - 12 см, изменяется напряженность и направление поля на обратное. Кожух 1, выполненный из диамагнитного материала, распространяет магнитное поле без потерь во внешнюю среду. Заглушки 2 и кожух 1 образуют замкнутый объем, предотвращая разрушение магнитов 3 и магнитопроводов 4 от действия окружающей среды.

При прохождении цементного тампонажного раствора между трубопроводом 5 и устройством агрегаты ферромагнитных частиц подвергаются действию магнитных полей различной напряженности и направленности, порождающих для движущихся агрегатов дополнительные лоренцевы силы, что в сочетании вызывает их эффективное разделение на множество мелких частиц, состоящих, главным образом, из трехвалентного железа. Таким образом, достигается уменьшение размеров механических примесей, которые за счет трехвалентного железа, попадая в пласт, препятствуют набуханию глинистых минералов. Кроме того, уменьшение размеров примесей препятствует кольматации прифильтровой зоны.

Преимуществами устройства являются:
1. Непериодичность расположения магнитов и магнитопроводов (6 - 12 см), что исключает зависимость обработки от скорости протекание цемента.

2. Исключение контакта раствора с поверхностью магнитов и магнитопроводов, что исключает абразивную и химическую деструкцию поверхностей и повышает срок службы, а следовательно, надежность работы устройства.

3. Исключение сужения эффективного сечения устройства ферромагнитными частицами.

4. Кожух выполнен из диамагнитного материала, т.к. это позволяет предотвратить разрушение магнитопроводов и магнитов от действия окружающей среды и позволяет распространить магнитное поле без потерь во внешнюю среду.

5. Магниты и магнитопроводы имеют форму колец, т. к. это позволяет одинаково эффективно обрабатывать все участки потока жидкости.

Осуществление способа осуществляется с помощью вышеизложенного устройства и поясняется на примерах реализации.

Пример 1.

Пример был реализован в лабораторных условиях. При испытании цементного тампонажного раствора для крепления скважин-портландцемента при определении его физико-химических свойств применяют цементное тесто, для приготовления которого берут 50% воды от массы цемента. В связи с тем, что омагничивание увеличивает активность цемента, а следовательно, уменьшает растекаемость до нижнего предела по технологичности, в эксперименте берут немного большее соотношение - 0,75. Раствор перемешивается в механической мешалке в течение 5 минут. Затем половину раствора пропускают через магнитное поле устройства для приготовления цементного тампонажного раствора со скоростью падения свободной струи. Вторую половину цементного раствора неомагничивают для дальнейшего сравнения их физико-химических свойств.

Магнитная обработка цементного раствора происходит непрерывно. При этом применяют высокоградиентные магнитные поля с градиентом напряженности 4,5 кЭ/см с напряженностью 1 кЭ с периодами повторения указанных параметров поля 7 и 8 см. Затем раствором заполняют формы для испытания прочностных свойств цементного камня и неомагниченного раствора (на изгиб, сжатие и разрыв и т. д. ). Плотность замеряют ареометром. Растекаемость омагниченного и неомагниченного раствора замеряют прибором ПР-1.

Величину растекаемости определяют отсчетом диаметра расплава в двух направлениях, соответствующих наибольшему и наименьшему диаметрам расплава, затем вычисляют среднее из этих двух значений. Данные измерений записаны в таблицу.

Пример 2.

Осуществляется как пример 1, но для испытания приготавливают пеноцемент, в котором соответственно вспенивают до плотности 1,40 г/см³.

При магнитной обработке пеноцемента применяют высокоградиентные магнитные поля с градиентом напряженности 5 кЭ/см с напряженностью 0,6 кЭ с периодами повторения указанных параметров поля 6 и 10 см.

Улучшение физико-химических свойств пеноцемента (см. таблицу).

Пример 3.

Осуществляют как пример 1, но при магнитной обработке цементного тампонажного раствора применяют высокоградиентные магнитные поля с градиентом+ напряженности 3 кЭ/см с напряженностью 0,8 кЭ с периодами повторения указанных параметров поля 9 - 12 см.

Физико-механические свойства цементного тампонажного раствора аналогичны свойствам портландцементного раствора, описаны в примере 1 (см. таблицу).

Из таблицы видно, что омагничивание цементного тампонажного раствора улучшает его физико-механические свойства. При этом время воздействия составляет доли секунды. Таким образом, повышается эффективность обработки раствора.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
SU 1640369 AI, 07.04.91.

SU 1375802 A, 23.02.88.

Миненко В.И. Магнитная обработка водно-дисперсных смесей. Киев, Техника, 1970, с. 217.

Бережной А.И. и др. Электрические и механические методы воздействия при цементировании скважин. М.: Недра, 1976, с. 183.

Использование: при обработке цементных тампонажных растворов магнитным полем при креплении скважин. Обеспечивает повышение эффективности обработки раствора и надежности работы устройства. Способ включает обработку магнитным полем цементного тампонажного раствора. В качестве магнитного поля используют высокоградиентные магнитные поля. Эти поля меняют свою напряженность 0,6 - 1,0 кЭ и направление на обратное с периодом 6 - 12 см по ходу движения раствора. Они обеспечивают градиент напряженности 3 - 5 кЭ/см. Устройство включает внешний трубопровод и кожух. Кожух - цилиндрической формы. Внутри него соосно и поочередно размещены магниты и магнитопроводы. Устройство обеспечивает прохождение раствора между внешним трубопроводом и кожухом. Кожух выполнен непроницаемым из диамагнитного материала. Он имеет заглушки с торцев. Магниты и магнитопроводы размещены с возможностью изменения напряженности и направления магнитного поля на обратное с периодом 6 - 12 см. 2 с.п. ф-лы, 1 табл, 1 ил.

1. Способ обработки цементного тампонажного раствора, включающий обработку магнитным полем цементного тампонажного раствора, отличающийся тем, что в качестве магнитного поля используют высокоградиентные магнитные поля, меняющие свою напряженность 0,6 - 1,0 кЭ и направление на обратное с периодом 6 - 12 см по ходу движения раствора и обеспечивающие градиент напряженности 3 - 5 кЭ/см. 2. Устройство для обработки цементного тампонажного раствора, включающее внешний трубопровод и кожух цилиндрической формы, внутри которого соосно и поочередно размещены магниты и магнитопроводы, отличающееся тем, что оно обеспечивает прохождение раствора между внешним трубопроводом и кожухом, который выполнен непроницаемым из диамагнитного материала и имеет заглушки с торцов, а магниты и магнитопроводы размещены с возможностью изменения напряженности и направления магнитного поля на обратное с периодом 6 - 12 см.