Способ цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с вращением и вращающееся устройство для его осуществления Российский патент 2022 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы в стволе скважины.

Как правило в нефтяной промышленности для строительства нефтяных и газовых скважин используются стальные обсадные трубы, которые весьма популярны за счет своей эксплуатационной надежности и доступности.

Известен способ цементирования обсадной колонны в скважине (патент SU № 1837099, МПК E21B 33/14, опубл. 30.08.1993 г.), включающий закачку в обсадную колонну тампонажного раствора и продавку в заколонное пространство до появления его на устье скважины, причем с целью повышения качества цементирования путем приготовления однородного тампонажного раствора во всем его объеме, увеличения объема замещения промывочной жидкости тампонажным раствором в кавернозных зонах и повышения кольматации зон поглощений пород по глубине скважины, после появления на устье скважины тампонажного раствора его закачивают обратно в обсадную колонну и создают круговую циркуляцию до стабилизации физико-химических параметров тампонажного раствора, при этом на устье скважины осуществляют контроль и регулирование его свойств, а круговую циркуляцию чередуют с обратной круговой циркуляцией.

Недостатками являются использование стальных труб в качестве обсадных, указанный способ технологически возможен только при использовании стальных обсадных труб, также существенным недостатком является коррозия стальных труб от агрессивных вод и эксплуатации при добыче. При этом известный способ не предназначен для проведения цементирования стеклопластиковой обсадной трубы.

Также известен способ цементирования обсадной колонны в скважине, в котором в качестве обсадной колонны применяют обсадную колонну, состоящую из стеклопластиковых (полимерных) обсадных труб (Опыт ПАО «Татнефть» по строительству скважин с эксплуатационной колонной, составленной из стеклопластиковых обсадных труб /Зарипов И.М., Исхаков А.Р., к.т.н. Катеев Р.И., Зарипов А.М. // Нефтяное хозяйство. - 2018. - № 1137. - С. 18-20). Способ включает спуск в скважину стеклопластиковой обсадной трубы, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу буферного и тампонажного раствора и его продавку продавочной жидкостью - буровым раствором, при этом выбирают разницу между плотностью бурового раствора и тампонажного раствора не более 200 кг/м³.

Основным недостатком способа является строгое ограничение в плотности тампонажного раствора и продавочной жидкости, разница между плотностями, которых не должна превышать 300 кг/м³, для исключения всплытия стеклопластиковой обсадной трубы при цементировании. Это усложняет процесс цементирования, требует дополнительные временные затраты и сужает область применения различных составов тампонажного и бурового растворов. Также недостатком является отсутствие возможности вращения колонны труб в процессе цементирования.

Наиболее близким является способ цементирования стеклопластиковой обсадной трубы (патент RU № 2757835, МПК E21B 33/14, 23/01, опубл. 21.10.2021 г.), включающий спуск в скважину стеклопластиковой обсадной трубы, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную трубу буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором, причем предварительно на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной трубы с помощью резьбового соединения наворачивают устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы, включающее корпус, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами, причем корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами и конусной проточкой, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса, при этом корпус дополнительно оснащен башмачной частью, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами с возможностью совмещения с ограничительными штифтами корпуса при срезании срезных элементов и ограниченном осевом движении корпуса вниз и как минимум тремя лапами с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой, выполненной зеркально по отношению к конусной проточке в нижней части корпуса и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси и поджатыми пружинами, а также оснащенной сквозными промывочными отверстиями между лапами, после спуска стеклопластиковой обсадной трубы до проектной глубины и ее фиксации в скважине осуществляют ее разгрузку на забой на величину веса трубы.

Основным недостатком способа является невозможность вращения стеклопластиковой обсадной колонны в процессе цементирования, с выполнением условия удержания стеклопластиковой колонны внутри скважины от всплытия.

Известно устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной трубы (патент RU № 2757835, МПК E21B 33/14, 23/01, опубл. 21.10.2021 г.), включающее корпус, состоящий из нижней части и верхней части с наружной резьбой и срезными элементами, причем корпус с наружной резьбой в верхней части оснащен как минимум двумя ограничительными штифтами и конусной проточкой, заканчивающейся характерным уступом в нижней части корпуса, при этом корпус дополнительно оснащен башмачной частью, выполненной в форме башмака, которая оснащена как минимум двумя вертикальными пазами с возможностью совмещения с ограничительными штифтами корпуса при срезании срезных элементов и ограниченном осевом движении корпуса вниз и как минимум тремя лапами с насечками по концам с наружной стороны и конусной проточкой, выполненной зеркально по отношению к конусной проточке в нижней части корпуса и характерным уступом с наружной стороны, установленными на оси и поджатыми пружинами, при этом между лапами на башмачной части выполнены сквозные промывочные отверстия.

Недостатком устройства является отсутствие возможности вращать стеклопластиковую колонну во процессе цементирования.

Наиболее близким является устройство-переводник для вращения эксплуатационной колонны при ее цементировании (Опыт крепления скважин эксплуатационными колоннами с вращением / Гаврилюк А.Е. // Объединение «Куйбышевск», Бурение, Реферативный научно-технический сборник. - 1976. - № 1. - С. 26-27), включающее корпус, состоящий из подвижной и неподвижной части. Наличие двух радиально-опорных подшипников и специальных резиновых уплотнений дает возможность свободно проворачивать эксплуатационную колонну и надежно герметизировать канал в процессе промывки скважины, закачки цементного раствора, буферной и продавочной жидкости.

Недостатком устройства является то, что представленный переводник используется исключительно на устье скважины, а установка опорных шаров производится через боковые специальные отверстия. При спуске в скважину данный узел может быть разрушен в процессе трения переводника внутри скважины, а шары расположены таким образом, что вес спускаемой колонны обсадных труб распределяется только на половину диаметра шара, что само по себе не является надежной конструкцией. Отсутствие герметичности в узле с шарами также приведет к разрушению последнего, при попадании в него абразивного материала (например, цемента).

Техническими задачами являются повышение эффективности способа и устройства для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны, а также качества и надежности цементирования за счет гарантированной фиксации стеклопластиковой обсадной колонны в скважине и создания конструкции, позволяющей вращать стеклопластиковую обсадную колонну в процессе цементирования, надежно удерживать стеклопластиковую обсадную колонну внутри нефтяных и газовых скважин с исключением ее всплытия в процессе цементирования.

Технические задачи решаются способом цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с вращением, включающим предварительное наворачивание на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной колонны с помощью резьбового соединения устройства для цементирования, спуск в скважину стеклопластиковой обсадной колонны, разгрузку обсадной колонны на забой на величину веса колонны, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором.

Новым является то, что до спуска стеклопластиковой обсадной колонны в скважину в составе колонны выше устройства для цементирования устанавливают вращающееся устройство для цементирования, включающее корпус, состоящий из подвижной и неподвижной частей, причем подвижная часть корпуса включает верхнюю и нижнюю части корпуса, верхняя часть оснащена верхней внутренней резьбой для соединения с ниппелем стеклопластиковой колонны и нижней наружной резьбой для соединения с нижней частью корпуса с нижним уступом с радиальной канавкой, в которую установлены металлические шары в количестве, необходимом для заполнения радиальной канавки по окружности, а неподвижная часть корпуса выполнена в виде внутренней части корпуса с наружным выступом по всему диаметру устройства, имеющим сверху и снизу зеркально-выполненные радиальные канавки, подобные канавке нижней части корпуса, с установленными в них металлическими шарами и как минимум четырьмя проточками с установленными в них уплотнительными кольцами.

Технические задачи решаются вращающимся устройством для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны, включающим корпус, состоящий из подвижной и неподвижной частей.

Новым является то, что подвижная часть корпуса включает верхнюю и нижнюю части корпуса, верхняя часть оснащена верхней внутренней резьбой для соединения с ниппелем стеклопластиковой колонны и нижней наружной резьбой для соединения с нижней частью корпуса с нижним уступом с радиальной канавкой, в которую установлены металлические шары в количестве, необходимом для заполнения радиальной канавки по окружности, а неподвижная часть корпуса выполнена в виде внутренней части корпуса с наружным выступом по всему диаметру устройства, имеющим сверху и снизу зеркально-выполненные радиальные канавки, подобные канавке нижней части корпуса, с установленными в них металлическими шарами и как минимум четырьмя проточками с установленными в них уплотнительными кольцами.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в составе стеклопластиковой обсадной колонны.

На фиг. 2 изображен вид А вращающегося устройства.

Способ цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с вращением осуществляют следующим образом.

Предварительно на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной колонны 1 (см. фиг. 1) с помощью резьбового соединения наворачивают устройство 2 для цементирования, например, якорное, (или любое устройство, удерживающее стеклопластиковую колонну от всплытия). Далее на якорное устройство 2 наворачивают соединительную (стандартная по ГОСТ 632-80) муфту 3. До спуска стеклопластиковой обсадной колонны 1 в скважину в составе колонны выше устройства 2 для цементирования (выше муфты 3) устанавливают (например, наворачивают) вращающееся устройство для цементирования, например, вращающийся переводник. Вращающееся устройство включает корпус, состоящий из подвижной и неподвижной частей. Причем подвижная часть корпуса включает верхнюю 4 (фиг. 2) и нижнюю 5 (фиг. 1) части корпуса. Верхняя 4 (фиг. 2) часть корпуса оснащена верхней внутренней резьбой (на фиг. 1, 2 не показана) для соединения с ниппелем стеклопластиковой колонны 1 и нижней наружной резьбой (на фиг. 1, 2 не показана) для соединения с нижней частью 5 (фиг. 1) корпуса с нижним уступом с радиальной канавкой 6 (фиг. 2), в которую установлены металлические шары 7 в количестве, необходимом для заполнения радиальной канавки 6 по окружности (всего пространства, занимаемого радиальной канавкой 6). При этом неподвижная часть корпуса выполнена в виде внутренней части 8 корпуса с наружным выступом по всему диаметру устройства, имеющим сверху и снизу зеркально-выполненные радиальные канавки, подобные радиальной канавке 6 нижней части 5 корпуса, с установленными в них металлическими шарами 7, и как минимум четырьмя проточками 9 с установленными в них уплотнительными кольцами (на фиг. 1, 2 не показаны).

Затем спускают стеклопластиковую обсадную колонну 1 с вращающимся устройством в скважину до достижения проектной глубины. После спуска стеклопластиковой обсадной колонны 1 до проектной глубины и ее фиксации в скважине (посредством раскрытия (упора) лап, на фиг. 1 показаны условно) и внедрения насечек на концах лап устройства в стенки скважины (породы) осуществляют ее разгрузку на забой на величину веса колонны 1 (см. фиг. 1). После спуска стеклопластиковой колонны 1 в скважину на необходимую глубину, на последнюю, верхнюю, трубу устанавливают вращающуюся цементировочную головку (или соединяют напрямую с ведущей бурильной трубой). Далее производят цементирование с одновременным вращением стеклопластиковой обсадной колонны: осуществляют последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную колонну 1 буферной жидкости, тампонажного раствора. После этого производят продавку буровым раствором, при этом осуществляя вращение стеклопластиковой колонны 1 в скважине с помощью ротора или силового привода.

Таким образом предлагаемый способ позволяет надежно фиксировать стеклопластиковую обсадную колонну в скважине и производить цементирование последовательной закачкой внутрь колонны буферной жидкости, цементного раствора любой плотности, продавливая их в затрубное пространство буровым раствором любой плотности, в том числе и технической водой с плотностью 1000 кг/м³, с одновременным вращением, полностью исключая риски всплытия обсадной колонны на устье.

Вращающееся устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны 1 (фиг. 1) включает корпус, состоящий из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть корпуса включает верхнюю 4 (фиг. 2) и нижнюю 5 (фиг. 1) части корпуса. Верхняя часть 4 (фиг. 2) оснащена верхней внутренней резьбой для соединения с ниппелем стеклопластиковой колонны 1 и нижней наружной резьбой для соединения с нижней частью 5 корпуса с нижним уступом с радиальной канавкой 6, в которую установлены металлические шары 7 в количестве, необходимом для заполнения радиальной канавки 6 по окружности. Подвижная часть корпуса выполнена в виде внутренней части 8 с наружным выступом по всему диаметру устройства, имеющим сверху и снизу зеркально-выполненные радиальные канавки, подобные радиальной канавке 6 нижней части 5 корпуса, с установленными в них металлическими шарами 7, и как минимум четырьмя проточками 9 с установленными в них уплотнительными кольцами (на фиг. 1, 2 не показаны).

Вращающееся устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны (например, вращающийся переводник) работает следующим образом.

Предлагаемый вращающийся переводник для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны 1 (см. фиг. 1) изготавливают из металла и устанавливают посредством наружной резьбы (резьбового соединения) на нижней трубе стеклопластиковой обсадной колонны 1. После спуска стеклопластиковой обсадной колонны 1 в скважину до достижения проектной глубины ее разгружают на забой на величину веса колонны. При этом устройство 2 для цементирования (например, якорное устройство) внедряется своими лапами в стенки скважины и надежно фиксирует низ стеклопластиковой обсадной колонны 1 в скважине. Далее производят цементирование обсадной колонны 1 с последовательной закачкой внутрь колонны буферной жидкости, цементного раствора любой плотности, продавливая их в затрубное пространство буровым раствором любой плотности, в том числе продавка возможна и технической водой с плотностью 1000 кг/м³, с одновременным вращением колонны стеклопластиковых труб. Стеклопластиковая обсадная колонна вращается совместно с нижней частью 5 и верхней частью 4 вращающегося устройства относительно оси скважины, на установленных внутри устройства металлических шарах 7. При этом внутренняя часть 8 вращающегося переводника, остается неподвижной вместе с якорным устройством.

Таким образом установка вращающегося устройства над устройством для цементирования позволяет повысить качество цементирования и замещения бурового раствора тампонажным в процессе вращения обсадной колонны.

Предлагаемые способ и устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны повышают эффективность цементирования стеклопластиковой обсадной колонны за счет гарантированной фиксации стеклопластиковой обсадной колонны в скважине, возможности вращения обсадной колонны во время цементирования. Предлагаемые способ и устройство позволяют надежно удерживать стеклопластиковую обсадную колонну внутри нефтяных и газовых скважин, а также исключить ее всплытие в процессе цементирования, при этом вращая ее в процессе цементирования.

Группа изобретений относится к способу цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с вращением и вращающемуся устройству для его осуществления. Способ цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с вращением включает предварительное наворачивание на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной колонны с помощью резьбового соединения устройства для цементирования. Затем в скважину спускают стеклопластиковую обсадную колонну. Осуществляют разгрузку обсадной колонны на забой на величину веса колонны, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором. До спуска стеклопластиковой обсадной колонны в скважину в составе колонны выше устройства для цементирования устанавливают вращающееся устройство для цементирования. Вращающееся устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны включает корпус, состоящий из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть корпуса включает верхнюю и нижнюю части корпуса. Верхняя часть оснащена верхней внутренней резьбой для соединения с ниппелем стеклопластиковой колонны и нижней наружной резьбой для соединения с нижней частью корпуса с нижним уступом с радиальной канавкой, в которую установлены металлические шары в количестве, необходимом для заполнения радиальной канавки по окружности. Неподвижная часть корпуса выполнена в виде внутренней части корпуса с характерным наружным выступом по всему диаметру устройства, имеющим сверху и снизу зеркально-выполненные радиальные канавки с установленными в них металлическими шарами, и как минимум четырьмя проточками с установленными в них уплотнительными кольцами. Технический результат заключается в повышении эффективности цементирования стеклопластиковой обсадной колонны за счет фиксации стеклопластиковой обсадной колонны в скважине и возможности ее вращения во время цементирования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ цементирования стеклопластиковой обсадной колонны с вращением, включающий предварительное наворачивание на нижнюю часть стеклопластиковой обсадной колонны с помощью резьбового соединения устройства для цементирования, спуск в скважину стеклопластиковой обсадной колонны, разгрузку обсадной колонны на забой на величину веса колонны, последовательную закачку в стеклопластиковую обсадную колонну буферной жидкости, тампонажного раствора и его продавку буровым раствором, отличающийся тем, что до спуска стеклопластиковой обсадной колонны в скважину в составе колонны выше устройства для цементирования устанавливают вращающееся устройство для цементирования, включающее корпус, состоящий из подвижной и неподвижной частей, причем подвижная часть корпуса включает верхнюю и нижнюю части корпуса, верхняя часть оснащена верхней внутренней резьбой для соединения с ниппелем стеклопластиковой колонны и нижней наружной резьбой для соединения с нижней частью корпуса с нижним уступом с радиальной канавкой, в которую установлены металлические шары в количестве, необходимом для заполнения радиальной канавки по окружности, а неподвижная часть корпуса выполнена в виде внутренней части корпуса с наружным выступом по всему диаметру устройства, имеющим сверху и снизу зеркально-выполненные радиальные канавки, подобные канавке нижней части корпуса, с установленными в них металлическими шарами, и как минимум четырьмя проточками с установленными в них уплотнительными кольцами.

2. Вращающееся устройство для цементирования стеклопластиковой обсадной колонны, включающее корпус, состоящий из подвижной и неподвижной частей, отличающееся тем, что подвижная часть корпуса включает верхнюю и нижнюю части корпуса, верхняя часть оснащена верхней внутренней резьбой для соединения с ниппелем стеклопластиковой колонны и нижней наружной резьбой для соединения с нижней частью корпуса с нижним уступом с радиальной канавкой, в которую установлены металлические шары в количестве, необходимом для заполнения радиальной канавки по окружности, а неподвижная часть корпуса выполнена в виде внутренней части корпуса с наружным выступом по всему диаметру устройства, имеющим сверху и снизу зеркально-выполненные радиальные канавки, подобные канавке нижней части корпуса, с установленными в них металлическими шарами, и как минимум четырьмя проточками с установленными в них уплотнительными кольцами.