СПОСОБ НАТЯЖЕНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН Российский патент 1999 года по МПК E21B7/20 E21B33/14 

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к способу натяжения обсадных колонн и может быть использовано при креплении скважин колоннами в условиях температурных воздействий.

Известен способ натяжения колонн /1/, при котором расчету и регулировке натяжения подвергают часть колонны, расположенную выше уровня цемента с таким расчетом, чтобы дополнительные усилия, возникающие из-за изменения температуры и давления в колонне, не приводили к искривлению колонны или смятию резьбовых соединений. При поднятии цемента до устья по этому способу регулировки натяжения не производится.

Недостатком данного способа является, что он не предотвращает разрушение обсадных колонн, так как при расположении тампонажного камня по всей длине колонны до устья в нем могут быть дефекты: водяные пояса, отсутствие сцепления, зоны смешения тампонажного раствора с буровым, зоны несхождения при комбинированном способе цементирования, несхватившийся цемент в интервале многолетнемерзлых пород и т.п., в которых создаются наиболее экстремальные условия - когда оба конца колонны жестко защемлены, а от температурных воздействий колонна удлиняется и может происходить потеря устойчивости ее или смятие резьбовых соединений.

Известен также способ натяжения эксплуатационных колонн /2/, при котором колонна труб не допускается до устья на расстояние, равное рассчетной величине удлинения, соответствующего упругой осевой деформации от веса, равного разнице полного веса колонны и расчетного усилия натяжения, а после закачки цемента производят допуск верхней части колонны на устье, которое обеспечит расчетную величину натяжения.

Недостаток данного способа - возможность движения колонны относительно тампонажного раствора при допуске, что может привести к частичному сцеплению цементного камня с колонной в интервале продуктивного горизонта и может явиться причиной некачественного разобщения пластов.

Задача изобретения - обеспечение надежности и безаварийной эксплуатации скважин.

Технический результат - предотвращение разрушения обсадных колонн при температурных воздействиях на крепь скважины по всей длине колонны.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном способе натяжения обсадных колонн, включающем спуск колонны в скважину, цементирование ее нижней части, закрепление нижней части колонны относительно стенок скважины, создание верхней части колонны расчетного усилия натяжения, в отличие от прототипа, цементирование ведут двумя растворами с различными сроками схватывания; время начала схватывания верхнего раствора больше конца схватывания нижнего раствора на время, необходимое для работ по регулированию натяжения колонны.

T_н.схв. ^верх = 1,25 T_к.схв ^низ + T_н
где T_н.схв. ^верх, T_к.схв. ^низ - время соответственно начала и конца схватывания тампонажных растворов для верхнего и нижнего интервалов, ч;
T_н - время для проведения работ по регулированию натяжения колонны, ч.

Время работ по регулированию натяжения состоит из определения границы раздела растворов термометрией или по закачанным и вытесненным объемам при цементировании, расчета усилия натяжения в зависимости от границы раздела и проведение регулирования:
T_н = T_терм. + T_рас. + T_рег.
Перед закачкой отбирают пробы тампонажных растворов, по которым контролируют, в процессе работ по натяжению, начало и конец схватывания при температуре границы раздела растворов, так как для нижнего она является минимальной для полного схватывания, а для верхнего - максимальной, чтобы не наступило начало схватывания.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Заявитель также не выявил признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку заявителем не выявленнно влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом:
В газоконденсатную скважину глубиной 2800 м, с забойной температурой 92^oC, спускают эксплуатационную колонну одной секцией. Подъем тампонажного раствора планируется до устья. Интервал продуктивных пластов 2800-2600 м, с перекрытием выше кровли на 100 м, цементируется цементным раствором с В/Ц = 0,5; выше до устья - облегченным. Для нижнего интервала подбирают сроки схватывания с учетом времени цементирования на 25% больше, согласно ПБ НГП, например, время цементирования равно 3 часам, а время от начала до конца схватывания для нижнего интервала 2 часам, тогда конец схватывания для нижнего раствора будет равен:
T_к.схв. ^низ. = 3 + 2 = 5 (ч)
Определяют время, необходимое для выполнения работ по регулированию натяжения, которое слагается из времени определения верхней границы нижнего интервала цемента термометрией или расчетным путем по закачанным и вытесненным объемам при цементировании, в данном случае, термометрией - Т_терм., времени расчета усилия регулирования натяжения - Т_расч. и проведение регулирования натяжения - T_рег.
T_н = Т_терм. + Т_рас. + Т_рег.
Например, время для проведения термометрии равно 2 часа (Т_терм. = 2 ч); время проведения расчета 0,5 часа (Т_расч.= 0,5 ч), время проведения регулирования 0,5 часа (Т_рег. = 0,5 ч), тогда время для проведения работ по регулированию натяжения будет равно:
T_н = 2 + 0,5 + 0,5 = 3 (ч)
Подставив в формулу, вычисленные значения Т_к.схв. ^низ. и Т_н определяют время начала схватывания тампонажного раствора для верхнего интервала цементирования.

T_н.схв ^верх = 1,25 T_к.схв ^низ + T_н = 1,25 • 5 + 3 = 9,25 (ч)
Тампонажные растворы с подобранными в лаборатории сроками схватывания закачивают и продавливают, затем через 5 часов (конец схватывания нижнего раствора) проводят термометрию, определяют верхнюю границу цемента нижнего интервала, расчитывают усилие, с учетом границы раздела, и проводят регулирование натяжения, с учетом температурных условий и части колонны, находящейся в интервале облегченного тампонажного раствора до верхней границы нижнего схватившегося цементного раствора. Контроль схватывания тампонажных растворов определяют по пробам, помещенным в скважинные температурные условия границы раздела тампонажных растворов, так как для верхнего цемента она будет максимальной, чтобы не наступило начало схватывания, а для нижнего цемента минимальной, для наступления конца схватывания.

Источники информации
1. Сараян А.Е., Малеванский В.Д., Муродян С.А. и др. Инструкция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин. - Куйбышев: ВНИИТнефть, 1989, с.48-51.

2. Авторское свидетельство N 1227803, кл. E 21 В 33/13, 1986.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при креплении газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин. В скважину опускают колонну. Ведут ее цементирование двумя растворами с различными сроками схватывания. Время начала схватывания верхнего больше чем нижнего. Время начала схватывания верхнего раствора определяют по формуле. Оно складывается из времени конца схватывания нижнего раствора, умноженного на 1,25, и времени проведения работ по регулированию натяжения. В последнее входит в определение границы раздела растворов, расчет усилия натяжения и регулирования натяжения. Границу раздела определяют термометрией или по закачанным и вытесненным объемам. Предотвращается разрушение обсадных колонн при температурных воздействиях на крепь по всей длине колонны.

Способ натяжения обсадных колонн, включающий спуск колонны в скважину, цементирование ее нижней части, закрепление нижней части колонны относительно стенок скважины и создание в верхней части колонны расчетного усилия натяжения, отличающийся тем, что цементирование ведут двумя растворами с различными сроками схватывания, причем время начала схватывания верхнего больше, чем нижнего, границу раздела определяют известными способами, например термометрией или расчетом, по закачанным и вытесненным объемам, а время начала схватывания верхнего тампонажного раствора определяют по формуле
Т^верх _нсхв. = 1,25 Т^низ _ксхв. + Т_н,
где Т^верх _нсхв., Т^низ _ксхв. - соответственно время начала и конца схватывания для верхнего и нижнего растворов;
Т_н - время проведения работ по регулированию натяжения, в которое входит определение границы раздела растворов, расчет усилия натяжения и регулирования натяжения.