УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕМОНТА НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН Российский патент 1999 года по МПК E21B29/10 E21B27/02 E21B43/116 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для проведения изоляционных работ в эксплуатационных скважинах при нарушении целостности цементного кольца в заколонном пространстве.

В силу целого ряда причин в цементном кольце, изолирующем продуктивный пласт, образуются микрокаверны и микротрещины, по которым вода из выше- и нижележащих водоносных пластов попадает в продуктивный пласт, что является недопустимым.

Для восстановления целостности цементного кольца обычно используют цементирование без применения заливочных труб при помощи цементировочных желонок.

Например, на промыслах США применяют цементировочную желонку фирмы "Grant" [1]. Она состоит из корпуса-контейнера, в верхней части которого имеются загрузочные окна. Снизу корпус закрыт пластовым диском, который удерживается на корпусе при помощи запорного устройства. Снаружи на корпусе желонки укреплен уплотнительный элемент в виде резиновой манжеты. На устье скважины корпус-контейнер через загрузочные окна заполняется цементным раствором и опускается на тартальном канате на заданную глубину. При незначительном подъеме желонки резиновая манжета расширяется, изолируя пространство между желонкой и эксплуатационной колонной. Одновременно открывается запорное устройство и под давлением столба жидкости пластмассовый диск вместе с цементным раствором выталкиваются из желонки. Недостатком конструкции и принципа действия рассмотренной желонки является невозможность цементирования скважины в заданном интервале на значительном (более 20 м) расстоянии от забоя.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому техническому эффекту является техническое решение [2], принятое за прототип.

Цементировочная желонка [2] применяется на промыслах США для изоляционных работ, требующих продавливания цементного раствора под высоким давлением в интервале, расположенном на любой заданной глубине. Она представляет собой трубу, внутри которой расположен специальный патрон, который заполняется цементным раствором и закрывается снизу пластмассовым диском. Желонку опускают в скважину на кабеле. В верхней части желонки находится электрический взрыватель, электрически соединенный с кабелем. Ниже взрывателя расположена камера с медленно горящим зарядом, а еще ниже пакер с надувным резиновым элементом. В нижнюю часть корпуса желонки вставлена пробка с резиновыми манжетами, стальными распорами и пружиной. Желонку опускают в скважину и устанавливают так, чтобы специальные перфорационные отверстия в обсадной колонне оказались между пакером и пробкой. После этого по кабелю подают электрический импульс, от которого срабатывает электрический взрыватель, воспламеняющий медленно горящий заряд. При горении заряда образуется большое количество газов высокого давления, которые расширяют резиновый элемент пакера, перекрывая кольцевое пространство между корпусом желонки и эксплуатационной колонной. Газы высокого давления выталкивают из желонки пробку и цементный раствор, пробка опускается ниже желонки, но под действием пружины и стальных распоров заклинивается в колонне, герметично отделяя верхнюю часть колонны от нижней. В дальнейшем давлением газа цементный раствор продавливается в отверстия обсадной колонны и забивает микрокаверны и микротрещины в цементном кольце. Основной недостаток рассмотренного устройства заключается в отсутствии контроля за установкой желонки в интервале перфорации на заданной глубине, а также контроля за результатом цементирования. Другой недостаток состоит в том, что система отделения верхней и нижней частей эксплуатационной колонны (пробка-пружина-стальные распоры) является ненадежной. При выталкивании пробки из желонки она может занять положение под углом относительно оси скважины. В результате цементный раствор, выталкиваемый из желонки, уйдет на забой.

Цель предлагаемого технического решения состоит в повышении эффективности и надежности работы устройства для ремонта скважин.

Эта цель достигается оснащением устройства средствами контроля за установкой на заданной глубине и за результатом цементирования, а также упрощением конструкции, т. к. принцип действия предлагаемого устройства таков, что вообще не требуется герметически отделять верхнюю часть эксплуатационной колонны от нижней.

На чертеже приведено схематическое изображение функциональных узлов предлагаемого устройства в рабочем положении.

Устройство содержит контейнер 1, закрытый сверху стандартной головкой 2, а снизу - заглушкой 3. Головка 2 через кабельный наконечник 4 подсоединяется к многожильному каротажному кабелю 5. Контейнер 1 снабжен центраторами 6, устанавливаемыми в верхней и нижней части контейнера 1 снаружи, которые обеспечивают расположение контейнера 1 вдоль оси эксплуатационной колонны 7. В верхней части контейнера 1 установлен насос 8, который служит для загрузки контейнера 1 цементным раствором 9, а также для подачи промывочной жидкости 10 через загрузочные окна 11 и создания необходимого давления на цементный раствор 9. В верхней части контейнера 1 размещен прибор 12 для изменения естественной радиоактивности окружающей среды, (прибор гамма-каротажа ГК), а в нижней его части - перфоратор 13, причем стенка контейнера 1 напротив перфоратора 13 имеет разгрузочные окна 14, закрытые эластичной оболочкой 15. Крепежные и установочные элементы, фиксирующие положение насоса 8, прибора 12 и перфоратора 13 внутри контейнера 1, центраторов 6 и эластичной оболочки 15 - снаружи, а также линии электрической связи, соединяющие насос 8, прибор 12 и перфоратор 13 с головкой 2 на фиг. 1 условно не показаны.

Устройство работает следующим образом.

На устье скважины цементный раствор 9, предварительно помеченный радиоактивными изотопами, через загрузочные окна 11 подают в контейнер 1 при помощи насоса 8. Опускают контейнер 1 в скважину на кабеле 5, одновременно записывая диафрагму гамма-каротажа ГК с помощью прибора 8. По достижении заданной глубины, что контролируется по диаграмме ГК, начинают закачку промывочной жидкости 10 в контейнер 1 и продавливание цементного раствора 9. При этом эластичная оболочка 15 растягивается до плотного соприкосновения со стенкой эксплуатационной колонны 7. В этот момент включают перфоратор 13 и пробивает отверстия через эластичную оболочку 15 и стенку эксплуатационной колонны 7 в цементное кольцо (на фиг.1 не показано). Продолжают продавливание цементного раствора 9 в образовавшийся баллон из эластичной оболочки 15 и далее через перфорационные отверстия в цементное кольцо. При этом цементный раствор 9 заполняет микрокаверны и микротрещины в цементном кольце, восстанавливая его целостность.

По окончании продавливания сбрасывают давление, записывают с помощью прибора 12 диаграмму ГК в интервале цементирования и определяют верхнюю и нижнюю границы проникновения цементного раствора 6. Если требуется расширить границы интервала цементирования, поднимают контейнер на устье, заменяют эластичную оболочку и повторяют все вышеописанные операции, соответственно смещая интервал цементирования вверх и вниз.

Таким образом, контроль за установкой устройства на заданной глубине, а также контроль за результатом цементирования путем точного определения границ интервала цементирования по диаграмме ГК, регистрируемой практически одновременно с цементированием, повышает эффективность и надежность цементирования. Поскольку принцип действия устройства таков, что не требуется герметически отделять верхнюю часть эксплуатационной колонны от нижней, конструкция существенно упрощается, что также повышает надежность цементирования.

Источники информации
1. Харьков В. А. Капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин, М., Недра, 1969, стр. 34-35.

2. Харьков В. А. Капитальный ремонт нефтяных и газовых скважин, М., Недра, 1969, стр. 35-36.

Устройство применяют для проведения изоляционных работ в эксплуатационных скважинах при нарушении целостности цементного кольца в заколонном пространстве. Устройство содержит контейнер для доставки цементного раствора на заданную глубину. Сверху контейнер закрыт стандартной головкой для подсоединения через кабельный наконечник к многожильному каротажному кабелю, а снизу - заглушкой. В верхней части контейнера установлен насос для заполнения контейнера цементным раствором через загрузочные окна в его стенке, а также для подачи промывочной жидкости через те же окна внутрь контейнера и создания необходимого давления на цементный раствор. В верхней части контейнера размещен прибор для измерения естественной радиоактивности окружающей среды, а в нижней его части - перфоратор. Стенка контейнера напротив перфоратора имеет разгрузочные окна, закрытые эластичной оболочкой. Точность установки контейнера на заданной глубине, а также положение границ интервала цементирования контролируют путем регистрации диаграммы естественной радиоактивности. Использование изобретения повышает эффективность и надежность изоляции. Принцип действия устройства не требует герметического отделения верхней части эксплуатационной колонны от нижней, что позволяет упростить конструкцию и, следовательно, дополнительно повысить надежность изоляции. 1 ил.

Устройство для ремонта нефтяных и газовых скважин, содержащее контейнер для доставки цементного раствора на заданную глубину, в верхней части которого установлен насос для заполнения контейнера цементным раствором через загрузочные окна в его стенке, подачи промывочной жидкости внутрь контейнера через те же окна и создания необходимого давления на цементный раствор, отличающееся тем, что в верхней части контейнера размещен прибор для измерения естественной радиоактивности окружающей среды, а в нижней его части - перфоратор, причем стенка контейнера напротив перфоратора имеет разгрузочные окна, закрытые эластичной оболочкой.