Способ установки цементного моста для проходки неустойчивых пород при бурении скважины Российский патент 2019 года по МПК E21B33/13 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способам предотвращения разрушения и обвала стенок скважины при бурении интервалов с неустойчивыми породами.

Известен способ установки цементного моста в скважине (а.с. SU №1744241, МПК Е21В 33/14, опубл. 30.06.1992, бюл. №24), включающий спуск заливочных труб к нижней границе моста, закачивание через них в зону моста первой порции цементного раствора, размещение второй порции этого раствора в трубке и излив последней при равномерном подъеме труб из зоны моста. Причем цементный раствор отделен от внутрискважинной и продавочной жидкости. С целью повышения качества моста за счет исключения разбавления его пластовыми флюидами и буровым раствором перед первой порцией цементного раствора закачивают вязкоупругий разделитель, который в процессе закачки делят на две порции. Цементный раствор закачивают между порциями вязкоупругого разделителя. Вторую порцию цементного раствора, равную объему материала заливочных труб в интервале моста, размещают в последних. Недостатками способа являются:

- ввиду использования одной продавочной пробки происходит перемешивание цементного раствора со скважинной жидкостью, что приводит к снижению качества цементного моста;

- в процессе установки цементного моста цементный раствор может схватиться в затрубном пространстве и привести к прихвату труб;

- значительное сужение сечения скважины (уменьшение номинального диаметра скважины) при удалении излишков цементного моста путем прокачки промывочной жидкости приводит к сокращению технологических возможностей скважины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ установки цементного моста в скважине (патент RU №2146756, МПК Е21В 33/13, опубл. 20.03.2000, бюл. №8), включающий спуск в скважину колонны труб на расчетную глубину, закачку расчетного объема цементного раствора, выдержку цементного раствора до его схватывания, извлечение колонны труб, удаление излишков цементного моста. При этом после закачки цементного раствора насосно-компрессорные трубы извлекают, выдерживают цементный раствор до его схватывания в пределах 0,2-0,8 МПа. Насосно-компрессорные трубы спускают с устройством для удаления излишков цементного моста и до упора в цементный мост. При этом удаление излишков цементного моста производят разрушением цементного камня путем прокачки промывочной жидкости с расходом 6-8 л/с и давлением 45-50 атм.

Недостатками данного способа являются:

- низкая эффективность за счет смещения и ухода струи промывочной жидкости в мягкие глинистые породы (без направляющего канала) при удалении излишков цементного моста в необсаженном стволе скважины;

- значительное сужение сечения скважины (уменьшение номинального диаметра скважины) при удалении излишков цементного моста путем прокачки промывочной жидкости приводит к сокращению технологических возможностей скважины;

- необходимость контроля выдержки и соблюдения пределов схватывания цементного раствора, так как любые отклонения не позволяют качественно проводить работы по разрушению камня.

Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности и качества установки цементного моста, позволяющего исключить обвал неустойчивых пород при бурении скважины, за счет создания и сохранения прочного каркаса из цементного камня и сохранения сечения скважины после удаления излишков цементного моста без ограничения технологических возможностей скважины и повышения качества.

Технические задачи решаются способом установки цементного моста для проходки неустойчивых пород при бурении скважины, включающим спуск в скважину колонны труб на расчетную глубину, закачку расчетного объема цементного раствора, выдержку цементного раствора до его схватывания, извлечение колонны труб, удаление излишков цементного моста.

Новым является то, что предварительно определяют интервал неустойчивой породы пласта, расширяют ствол скважины с увеличением диаметра на как минимум 50 мм от номинального диаметра скважины на всю длину интервала неустойчивой породы, затем в интервал с неустойчивой породой на колонне труб спускают легкоразбуриваемую колонну труб, которую предварительно в верхней части оснащают продавочной пробкой со сквозным отверстием и седлом, а в нижней части - стоп-кольцом, закачивают расчетный объем цементного раствора в колонну труб и продавливают цементный раствор в зазор между наружной стенкой легкоразбуриваемой колонны и стенкой скважины с неустойчивой породой продавочной пробкой до посадки пробки на стоп-кольцо, отсоединяют колонну труб от легкоразбуриваемой колонны труб и извлекают из скважины, после схватывания цементного раствора излишки цементного моста удаляют расширителем, оснащенным центрирующим фрезером, при этом диаметр расширителя соответствует номинальному диаметру ствола скважины, диаметр центрирующего фрезера - меньше внутреннего диаметра легкоразбуриваемой колонны труб.

На фиг. 1-4 схематично и последовательно показана реализация предлагаемого способа.

На фиг. 1 показана операция расширения интервала неустойчивой породы пласта с увеличением диаметра.

На фиг. 2 показан спуск в расширенный интервал колонны легко-разбуриваемых труб.

На фиг. 3 показана операция цементирования затрубного пространства.

На фиг. 4 показана операция удаления излишков цементного моста.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Бурят основной открытый ствол скважины 1 до предварительно определенного интервала неустойчивой породы 2 пласта. Определяют интервал неустойчивой породы 2 известными геофизическими методами или с помощью соседних, ранее пробуренных скважин. Осуществляют подъем компоновки для бурения скважины 1 (на фиг. 1-4 не показана).

Затем на колонне бурильных труб 3 (фиг. 1) в скважину 1 спускают компоновку, состоящую из долота 4 и расширителя 5.

Далее бурят и одновременно расширяют ствол скважины 1 с увеличением диаметра (dl) на как минимум 50 мм от номинального диаметра (d) скважины 1 на всю длину интервала неустойчивой породы 2. В качестве расширителя применяют любой известный раздвижной расширитель, позволяющий увеличивать номинальный диаметр скважины 1 до диаметра dl, например, расширитель раздвижной РР-185/310 (для скважины, разбуриваемой долотом 215,9 мм).

Увеличение диаметра (d1) менее 50 мм от номинального диаметра (d) скважины 1 не обеспечивает создание достаточно прочного цементного моста в интервале с неустойчивой породой 2.

Номинальным диаметром считается диаметр d скважины 1, с которым скважину пробурили до интервала с неустойчивой породой 2.

После операций бурения и расширения компоновку извлекают из скважины 1.

Затем в интервал с неустойчивой породой 2 на колонне бурильных труб 3 (фиг. 2) спускают легкоразбуриваемую колонну труб 6 (например, из стеклопластикового материала). Колонну легкоразбуриваемых труб 6 предварительно в верхней части оснащают продавочной пробкой 7 со сквозным отверстием и седлом (на фиг. не показано), а в нижней части - стоп-кольцом 8. Диаметр легкоразбуриваемой колонны труб 6 подбирают таким образом, чтобы он обеспечивал свободное прохождение легкоразбуриваемой колонны труб 6 через ствол скважины 1. Длина легкоразбуриваемой колонны труб 6 соответствует длине интервала с неустойчивой породой 2. Снаружи легкоразбуриваемой колонны труб 6 установлены пружинные центраторы (на фиг. не показаны), исключающие смещение от оси скважины 1.

Далее производят операцию цементирования колонны легкоразбуриваемых труб 6 (фиг. 3) по любой известной технологии цементирования хвостовиков (хвостовик на левой резьбе, хвостовик с разъединителем и др.). Для этого закачивают расчетный объем цементного раствора 9 в колонну труб 6. Расчетный объем цементного раствора 9 должен обеспечивать заполнение зазора 10 между наружной стенкой легкоразбуриваемой колонны труб 6 и стенкой скважины 1 в интервале с неустойчивой породой 2.

Далее через колонну бурильных труб 3 с устья скважины 1 продавливают пробку 11. Пробка 11 по достижении продавочной пробки 7 со сквозным отверстием садится в седло (на фиг. не показано). Происходит продавливание цементного раствора 9 пробками 7, 11 в зазор 10 между наружной стенкой легкоразбуриваемой колонны труб 6 и стенкой скважины 1 в интервале с неустойчивой породой 2 до посадки пробок 7 и 11 на стоп-кольцо 8.

После этого колонну бурильных труб 3 отсоединяют от колонны лег-коразбуриваемых труб 6 (по левой резьбе или любым другим известным способом) и извлекают на устье скважины.

Далее производят выдержку цементного раствора 9 до его схватывания.

В скважину 1 на колонне бурильных труб 3 (фиг. 4) для удаления излишков цементного моста спускают компоновку, состоящую из расширителя 12 и центрирующего фрезера 13. Ствол скважины 1 в интервале неустойчивых пород 2 при этом расширяют до номинального диаметра скважины d, а также разбуривают пробки 7, 11 и стоп-кольцо 8.

В качестве расширителя 12 применяют любой известный расширитель, имеющий диаметр, соответствующий номинальному диаметру d ствола скважины 1, например, раздвижной расширитель РР-138/215,9. В качестве центрирующего фрезера 13 применяют любой известный фрезер, имеющий диаметр, не превышающий внутренний диаметр легкоразбуриваемых труб 6, например, торцевой фрезер с твердосплавными вставками.

После расширения ствола скважины 1 в интервале неустойчивых пород 2 до номинального диаметра скважины d остается цементный стакан достаточной толщины, который надежно защищает интервал неустойчивых пород 2 от осыпания, и сохраняется сечение скважины 1.

Компоновку после этого извлекают и продолжают дальнейшее бурение скважины 1 тем же долотом, которым бурили до достижения интервала неустойчивых пород 2 (на фиг. 1-4 не показано).

Пример практического применения способа установки цементного моста для проходки неустойчивых пород при бурении скважины.

Пробурили основной открытый ствол скважины 1 (глубиной 1500 м, диаметром 215,9 мм, до предварительно определенного интервала неустойчивой породы 2 пласта (1500-1590 м). Определили интервал неустойчивой породы 2 известными геофизическими методами. Осуществили подъем компоновки для бурения скважины 1 (на фиг. 1-4 не показана).

Затем в начало определенного интервала неустойчивой породы 2 (1500 м) на колонне бурильных труб 3 (фиг. 1) спустили в скважину 1 компоновку, состоящую из долота 4 и расширителя 5.

Далее пробурили и одновременно расширили ствол скважины 1 с увеличением диаметра на 310 мм от номинального диаметра (d=215,9 мм) скважины 1 на всю длину интервала неустойчивой породы 2. В качестве долота использовали долото PDC 215.9 мм. В качестве расширителя применили раздвижной расширитель РР-185/310.

Компоновку извлекли из скважины 1.

Затем в интервал с неустойчивой породой 2 на колонне бурильных труб 3 (фиг. 2) спустили легкоразбуриваемую колонну труб 6 из стеклопластикового материала диаметром 205 мм, длиной 90 м, снабженную снаружи пружинными центраторами. В верхней части колонну легкоразбуриваемых труб 6 предварительно оснастили продавочной пробкой 7 со сквозным отверстием и седлом, а в нижней части - стоп-кольцом 8.

Далее произвели операцию цементирования колонны легкоразбуриваемых труб 6 (фиг. 3) по технологии цементирования хвостовиков (хвостовик на левой резьбе). Для этого в скважину закачали цементный раствор 9 объемом 4 м³.

Далее через колонну бурильных труб 3 с устья скважины 1 продавили пробку 11. Пробка 11 достигла продавочной пробки 7 со сквозным отверстием и села в седло. Далее продавили цементный раствор 9 пробками 7, 11 в зазор 10 между наружной стенкой легкоразбуриваемой колонны труб 6 и стенкой скважины 1 в интервале с неустойчивой породой 2 до посадки пробок 7 и 11 в стоп-кольцо 8.

После этого колонну бурильных труб 3 отсоединили от колонны легкоразбуриваемых труб 6 (по левой резьбе) и извлекли на устье скважины 1.

Далее выдержали цементный раствор 9 до его схватывания.

В скважину 1 на колонне бурильных труб 3 (фиг. 4) спустили компоновку, состоящую из центрирующего фрезера 13 и расширителя 12. Расширили ствол скважины 1 в интервале неустойчивых пород 2 до номинального диаметра скважины (d=215,9 мм). При этом разбурили пробки 7, 11 и стоп-кольцо 8.

В качестве центрирующего фрезера 13 применили центрирующий торцевой фрезер диаметром 185 мм. В качестве расширителя применили раздвижной расширитель РР-138/215,9.

Компоновку после этого извлекли и провели дальнейшее бурение скважины 1 тем же долотом, которым бурили до достижения интервала неустойчивых пород 2 (на фиг. не показано).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность и качество установки цементного моста, позволяющего исключить обвал неустойчивых пород при бурении скважины, за счет создания и сохранения прочного каркаса из цементного камня и сохранения сечения скважины после удаления излишков цементного моста без ограничения технологических возможностей скважины.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способам предотвращения разрушения и обвала стенок скважины при бурении интервалов с неустойчивыми породами. Техничеcкий результат заключается в повышение эффективности и качества установки цементного моста, позволяющего исключить обвал неустойчивых пород при бурении скважины за счет создания и сохранения прочного каркаса из цементного камня и сохранения сечения скважины после удаления излишков цементного моста без ограничения технологических возможностей скважины и повышения качества. Способ включает спуск в скважину колонны труб на расчетную глубину, закачку расчетного объема цементного раствора, выдержку цементного раствора до его схватывания, извлечение колонны труб, удаление излишков цементного моста. Предварительно определяют интервал неустойчивой породы пласта, расширяют ствол скважины с увеличением диаметра на как минимум 50 мм от номинального диаметра скважины на всю длину интервала неустойчивой породы, затем в интервал с неустойчивой породой на колонне труб спускают легко разбуриваемую колонну труб, которую предварительно в верхней части оснащают продавочной пробкой со сквозным отверстием и седлом, а в нижней части - стоп-кольцом, закачивают цементный раствор в колонну труб и продавливают расчетный объем цементного раствора в зазор между наружной стенкой легкоразбуриваемой колонны и стенкой скважины с неустойчивой породой продавочной пробкой до посадки пробки на стоп-кольцо, отсоединяют колонну труб от легкоразбуриваемой колонны труб и извлекают из скважины, после схватывания цементного раствора излишки цементного моста удаляют расширителем, оснащенным центрирующим фрезером, при этом диаметр расширителя соответствует номинальному диаметру ствола скважины, диаметр центрирующего фрезера - меньше внутреннего диаметра легкоразбуриваемой колонны труб. 4 ил.

Способ установки цементного моста для проходки неустойчивых пород при бурении скважины, включающий спуск в скважину колонны труб на расчетную глубину, закачку расчетного объема цементного раствора, выдержку цементного раствора до его схватывания, извлечение колонны труб, удаление излишков цементного моста, отличающийся тем, что предварительно определяют интервал неустойчивой породы пласта, расширяют ствол скважины с увеличением диаметра на как минимум 50 мм от номинального диаметра скважины на всю длину интервала неустойчивой породы, затем в интервал с неустойчивой породой на колонне труб спускают легкоразбуриваемую колонну труб, которую предварительно в верхней части оснащают продавочной пробкой со сквозным отверстием и седлом, а в нижней части – стоп-кольцом, закачивают цементный раствор в колонну труб и продавливают расчетный объем цементного раствора в зазор между наружной стенкой легкоразбуриваемой колонны и стенкой скважины с неустойчивой породой продавочной пробкой до посадки пробки на стоп-кольцо, отсоединяют колонну труб от легкоразбуриваемой колонны труб и извлекают из скважины, после схватывания цементного раствора излишки цементного моста удаляют расширителем, оснащенным центрирующим фрезером, при этом диаметр расширителя соответствует номинальному диаметру ствола скважины, диаметр центрирующего фрезера – меньше внутреннего диаметра легко разбуриваемой колонны труб.