СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2017 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при ступенчатом цементировании скважин.

Известен способ ступенчатого цементирования, включающий цементирование первой ступени, ввод в колонну нижней пробки для открытия циркуляционных отверстий цементировочной муфты, периодическую промывку ствола скважины через циркуляционные отверстия в период ожидания затвердевания цемента, цементирование второй ступени с вводом в колонну верхней пробки для закрытия циркуляционных отверстий муфты. При этом нижняя пробка исключает возможность попадания тампонажного раствора второй ступени ниже цементировочной муфты (Булатов А.И. Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1981 г. С. 220-221).

Основным недостатком известного способа следует считать необходимость разбуривания пробок при освоении скважины, для чего потребуется значительное количество времени и технологического оборудования.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является способ ступенчатого цементирования, в котором при цементировании первой ступени для продавления тампонажного цемента используют техническую жидкость, включающую порцию бурового раствора, воды и снова бурового раствора с последующим ожиданием затвердевания цемента, при цементировании второй ступени порцию бурового раствора, расчетный объем тампонажного цемента и верхнюю пробку прокачивают технической водой до размещения пробки в цементировочной муфте и перекрытия радиальных отверстий (патент РФ №2547863, МПК Ε21В 33/14).

Указанный способ также при освоении скважины требует проведения операции разбуривания пробки. Кроме того, общим недостатком известных способов цементирования обсадных колонн является возможность образования внутри обсадной колонны, ниже цементировочной муфты, зоны турбулентности и смешения бурового раствора с тампонажным цементом, которая остается после времени ожидания и закрытия муфты. Она превращается в вязкую массу с включением цементного камня. Для устранения этой массы требуется вымывание, а чаще разбуривание.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании способа цементирования скважины, при котором исключаются излишние транспортные расходы и связанные с ними средства и время, необходимые для завоза оборудования и разбуривания пробки или зоны смешения. Технический результат выражается в обеспечении свободного прохода внутри обсадной колонны после полного завершения цементации скважины и подготовке ее к освоению и проведению дальнейших работ.

Для достижения технического результата в предлагаемом способе цементирования скважины, включающем операции цементирования первой ступени, ввод в колонну цементировочной пробки, продавливание тампонажного раствора порциями бурового раствора и технической жидкости с установкой тампонажного раствора в затрубном пространстве выше муфты ступенчатого цементирования, а порции технической жидкости в обсадной колонне в интервале муфты ступенчатого цементирования, при ожидании затвердевания цемента первой ступени проведение циклической циркуляции бурового раствора по обсадной колонне через радиальные отверстия муфты ступенчатого цементирования с выходом на устье через затрубное пространство, после затвердения цемента первой ступени при цементировании второй ступени по обсадной колонне прокачивание порции буферного раствора с расчетным объемом тампонажного раствора, продавливание технической жидкостью и ожидание затвердевания цемента второй ступени. Перед цементированием первой ступени обсадную колонну снабжают двумя муфтами ступенчатого цементирования расположенными последовательно в интервале, по меньшей мере, одной трубы, при этом на нижней муфте закрепляют гибкое эластичное ограждение в виде рукава, сообщающего внутреннюю полость обсадной колонны с заколонной кольцевой полостью, и за нижней муфтой ступенчатого цементирования располагают пакерующее устройство, при цементировании первой ступени для продавливания тампонажного раствора в объем технической жидкости добавляют порцию вязкоупругого разделителя с расчетом последующего его размещения в интервале от выше верхней до ниже нижней муфты ступенчатого цементирования и после посадки пробки в башмак повышением давления вначале производят запакеровывание кольцевого пространства, а затем открытие радиальных отверстий верхней муфты ступенчатого цементирования, при цементировании второй ступени для продавливания порции буферного раствора и расчетного объема тампонажного раствора используют порционный объем технической жидкости с вязкоупругим разделителем и размещенными внутри объема запорными шариками, последовательно закрывающими изнутри радиальные отверстия вначале верхней муфты, а затем, после того как повышением давления откроют радиальные отверстия нижней муфты и вытеснят зону смешения через эластичный рукав в заколонное кольцевое пространство, запорные шарики закрывают радиальные отверстия нижней муфты ступенчатого цементирования, и затем последующим повышением давления вызывают срабатывание нижней муфты ступенчатого цементирования на закрытие радиальных отверстий.

Отличительными признаками заявляемого способа от известного, принятого за прототип, являются:

- использование на обсадной колонне перед погружением ее в скважину двух муфт ступенчатого цементирования, расположенных последовательно в интервале, по меньшей мере, одной трубы и одного пакерующего устройства ниже нижней муфты. При этом каждая муфта снабжена втулками в виде заслонок, установленных с возможностью открывания и закрывания радиальных отверстий в зависимости от изменения давления внутри обсадной колонны [SU №1510430 A1, кл. Ε21В 33/14, 1987];

- нижняя муфта ступенчатого цементирования кроме пакерующего устройства снабжена гибким эластичным рукавом, сообщающим внутреннюю полость обсадной колонны с заколонной кольцевой полостью выше нижней муфты. Использование этого рукава позволяет зону смешения из нижней муфты вытеснить в тот момент цементирования, когда кольцевая полость между наружной поверхностью рукава и внутренней поверхностью скважины остается заполненной пока еще не застывшим тампонажным раствором;

- при цементировании первой ступени в объем технической жидкости для продавливания тампонажного раствора вводят вязкоупругий разделитель, при цементировании второй ступени в порционный объем технической жидкости с вязкоупругим разделителем размещают запорные шарики. Вязкоупругий разделитель, используя вязкопластические свойства, способствует сдерживанию потока растворов из хаотичного (турбулентного), при котором образуется обширная зона смешения в поток более равномерный, спокойный (близкий к ламинарному), при котором зона смешения через эластичный рукав вытесняется в заколонное пространство. Запорные шарики обеспечивают работу обеих муфт по технологической программе цементирования скважины.

В состав вязкоупругого разделителя вводят ингибитор коррозии.

Предлагаемый способ для лучшего понимания иллюстрируется изображениями в технологической последовательности выполнения операций при цементировании скважины. На фиг. 1 представлена общая схема расположения обсадной колонны 1 в стволе скважины 2, имеющей поглощающий 3 и продуктивный 4 пласты. На обсадной колонне установлены верхняя 5 и нижняя 6 муфты ступенчатого цементирования, в исходном положении обе муфты закрыты втулками муфт. Ниже нижней муфты 6 закреплено гибкое эластичное ограждение в виде рукава 7, сообщающего внутреннюю полость обсадной колонны на уровне нижней муфты с заколонной кольцевой полостью выше нижней муфты. За нижней муфтой 6 расположено пакерующее устройство 8.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлена последовательность выполнения операций при цементировании первой ступени, при этом используют цементировочную пробку 9 для продавливания тампонажного 10 раствора порциями бурового 11 раствора и технической жидкости 12, в объем которой закачивают порцию вязкоупругого разделителя 13. После посадки пробки 9 в башмак 14 повышением давления производят последовательно вначале срабатывание пакерующего устройства 8, а затем открытие радиальных отверстий верхней муфты ступенчатого цементирования. Начинается циркуляция 15 тампонажного раствора через радиальные отверстия. Тампонажный раствор, который оказался выше верхней муфты, давлением бурового раствора 11 вымывается на устье через затрубное кольцевое пространство. Вязкоупругий разделитель располагается в основном между обеими муфтами.

Последовательность операций второй ступени представлена на фиг. 3, фиг. 4 и других фигурах, для продавливания порции буферного раствора и расчетного количества тампонажного раствора используют порционный объем технической жидкости с вязкоупругим разделителем и размещенными внутри объема запорными шариками 16, которые опускают между двумя половинами порций технической жидкости. Вязкоупругий разделитель первой ступени, разместившись в обсадной колонне в интервале между обеими муфтами, благодаря своим свойствам препятствует проседанию запорных шариков второй ступени ниже верхней муфты до закрытия ее радиальных отверстий. На фиг. 5 запорные шарики, поступая вместе с продавочной жидкостью, закрывают изнутри радиальные отверстия верхней муфты, ниже которой образовалась зона смешения 17 тампонажного раствора с вязкоупругим разделителем. На фиг. 6 повышением давления производят полное закрытие радиальных отверстий срабатыванием верхней муфты за счет перемещения ее втулки. На фиг. 7 повышением давления произведено открытие радиальных отверстий нижней муфты 6 и вытеснение зоны смешения 17 через эластичный рукав 7 в затрубное пространство 18, примыкающее к обсадной колонне 1. На фиг. 8 продолжение повышения давления до определенного значения, аналогичного сигналу «Стоп», вначале запорные шарики закрывают радиальные отверстия, а затем срабатывает нижняя муфта на полное закрытие ее втулкой. На фиг. 9 давление сброшено, обе муфты закрыты втулками, запорные шарики опускаются до нижней пробки 9. На фиг. 10 после затвердения цемента второй ступени скважина готова для последующей работы.

Пример осуществления способа

Необходимо зацементировать обсадную колонну диаметром 146 мм в скважине глубиной 3000 м. Средний диаметр ствола скважины по данным профилометрии составляет 210 мм. В интервале скважины на глубине (1510-1550) м расположены поглощающие пласты. Перед началом цементирования первой ступени обсадную колонну снабжают двумя муфтами ступенчатого цементирования с патрубком между ними длиной 6 м, гибким эластичным ограждением в виде рукава, закрепленным хомутом ниже нижней муфты и пакерующим устройством также ниже нижней муфты. При спуске обсадной колонны в скважину ее располагают непосредственно над поглощающими пластами в интервале (1500-1505) м. Цементирование первой ступени обсадной колонны от башмака до интервала установки пакера и цементировочных муфт осуществляют с продавочной пробкой. После ввода пробки закачивают 20 м³ продавочной жидкости, затем (100-140) л вязкоупругого разделителя, а далее снова продавочную жидкость. Окончание цементирования первой ступени завершается при получении сигнала «Стоп», после чего в обсадной колонне повышают давление на расчетную величину, в результате чего осуществляется запакеровка затрубного кольцевого пространства и открытие радиальных отверстий верхней цементировочной муфты, через которые идет циркуляция. Затем скважину промывают и удаляют из затрубного кольцевого пространства лишний объем тампонажного раствора, оказавшегося выше верхней цементировочной муфты. После полного завершения работ первой ступени цементирования в колонну вводят 21,9 м³ тампонажного раствора второй ступени и вводят примерно 40 л вязкоупругого разделителя с размещенными внутри 12-16 запорными шариками диаметром 23 мм изготовленными из полиамида. Тампонажный раствор второй ступени при циркуляции через радиальные отверстия верхней муфты ступенчатого цементирования частично проседает внутри обсадной колонны ниже муфты, образуя с вязкоупругим раствором зону смешения. Продолжая закачивать продавочную жидкость на подаче 5,1 л/с до получения ступенчатого сигнала «Стоп», когда запорные шарики перекроют изнутри радиальные отверстия верхней муфты, непрерывным повышением давления на 20 атмосфер производят закрытие радиальных отверстий верхней муфты ступенчатого цементирования. Далее повышением давления на малой подаче на 20 атмосфер производят открытие радиальных отверстий нижней цементировочной муфты и вытеснение зоны смешения через радиальные отверстия в кольцевую полость между эластичным рукавом и обсадной колонной. Тампонажный раствор между эластичным рукавом и стенкой скважины пока еще остается жидким. Далее продолжают постепенно подавать продавочную жидкость в скважину до получения второго ступенчатого сигнала «Стоп». При повышении давления еще на 20 атмосфер происходит закрытие радиальных отверстий нижней цементировочной муфты вначале запорными шариками, а затем муфта закрывает отверстия втулками. Процесс цементирования закончен, запорные шарики после снятия давления опускаются до нижней пробки. После затвердения цемента скважина готова к эксплуатации.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при ступенчатом цементировании скважины. Технический результат - обеспечение свободного прохода внутри обсадной колонны после завершения цементации скважины. По способу перед цементированием первой ступени на обсадную колонну устанавливают на расстоянии, по меньшей мере, одной трубы две муфты ступенчатого цементирования, снабженные втулками в виде заслонок. Эти заслонки выполняют с возможностью открывания и закрывания радиальных отверстий в зависимости от изменения давления внутри обсадной колонны. На нижней муфте закрепляют гибкое эластичное ограждение в виде рукава, сообщающего внутреннюю полость обсадной колонны с заколонной кольцевой полостью. За нижней муфтой ступенчатого цементирования располагают пакерующее устройство. При цементировании первой ступени для продавливания тампонажного раствора в объем технической жидкости закачивают порцию вязкоупругого разделителя с расчетом последующего его размещения в интервале от выше верхней до ниже нижней муфты ступенчатого цементирования. После посадки пробки в башмак производят запакеровывание кольцевого пространства. Открывают радиальные отверстия верхней муфты ступенчатого цементирования. При цементировании второй ступени используют порционный объем технической жидкости с вязкоупругим разделителем и размещенными внутри объема запорными шариками. После того как повышением давления откроют радиальные отверстия нижней муфты и вытеснят зону смешения в кольцевую полость заколонного пространства, запорными шариками закрывают радиальные отверстия нижней муфты ступенчатого цементирования. Последующим повышением давления вызывают срабатывание нижней муфты ступенчатого цементирования на закрытие радиальных отверстий. 1 з.п. ф-лы, 1 пр., 10 ил.

1. Способ ступенчатого цементирования скважины, включающий цементирование первой ступени, ввод в колонну цементировочной пробки, продавливание тампонажного раствора порциями бурового раствора и технической жидкости с установкой тампонажного раствора в затрубном пространстве выше муфты ступенчатого цементирования, а порции технической жидкости - в обсадной колонне в интервале муфты ступенчатого цементирования, при ожидании затвердения цемента первой ступени проведение циклической циркуляции бурового раствора по обсадной колонне через радиальные отверстия муфты ступенчатого цементирования с выходом на устье через затрубное пространство, после затвердения цемента первой ступени при цементировании второй ступени по обсадной колонне прокачивание порции буферного раствора с расчетным объемом тампонажного раствора, продавливание технической жидкостью и ожидание затвердения цемента второй ступени, отличающийся тем, что перед цементированием первой ступени на обсадную колонну устанавливают на расстоянии, по меньшей мере, одной трубы две муфты ступенчатого цементирования, снабженные втулками в виде заслонок, выполненных с возможностью открывания и закрывания радиальных отверстий в зависимости от изменения давления внутри обсадной колонны, при этом на нижней муфте закрепляют гибкое эластичное ограждение в виде рукава, сообщающего внутреннюю полость обсадной колонны с заколонной кольцевой полостью, и за нижней муфтой ступенчатого цементирования располагают пакерующее устройство, при цементировании первой ступени для продавливания тампонажного раствора в объем технической жидкости закачивают порцию вязкоупругого разделителя с расчетом последующего его размещения в интервале от выше верхней до ниже нижней муфты ступенчатого цементирования и после посадки пробки в башмак повышением давления вначале производят запакеровывание кольцевого пространства, а затем открытие радиальных отверстий верхней муфты ступенчатого цементирования, при цементировании второй ступени для продавливания порции буферного раствора и расчетного объема тампонажного раствора используют порционный объем технической жидкости с вязкоупругим разделителем и размещенными внутри объема запорными шариками, последовательно закрывающими радиальные отверстия вначале верхней муфты, а затем, после того как повышением давления откроют радиальные отверстия нижней муфты и вытеснят зону смешения в кольцевую полость заколонного пространства, запорными шариками закрывают радиальные отверстия нижней муфты ступенчатого цементирования и затем последующим повышением давления вызывают срабатывание нижней муфты ступенчатого цементирования на закрытие радиальных отверстий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав всех порций вязкоупругого разделителя вводят ингибитор коррозии.