Стенд для испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания Российский патент 2025 года по МПК G01N3/12 E21B33/14 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности, к устройствам для испытаний обсадной или эксплуатационной колонны и ремонтно-изолирующих составов в процессе ожидания затвердевания ремонтно-изолирующего раствора, и может применяться для исследований процессов в скважине с целью определения герметичности изолирующей системы в виде обсадной или эксплуатационной колонны и затвердевшего ремонтно-изолирующего раствора, в частности, использоваться для испытаний герметичности изолирующей системы - в процессе ожидания затвердевания ремонтно-изолирующего состава в условиях, приближенных к условиям в скважине, в том числе с высокой температурой и высоким давлением, как и чем эффективно предотвращать повреждения трубы или потерю герметичности ремонтно-изолирующего состава в кольцевом пространстве и влиять на работу по разработке программы строительства скважины.

Известно Устройство испытания сварных монтажных соединений или локальных участков трубопровода на прочность, состоящее из тестируемого объекта в виде участка трубопровода, внутри которого размещают цилиндрический полый эластичный герметичный элемент с зазором, обеспечивающим заполнения его рабочей средой, с помощью которой создают давление элемента на сварное соединение или локальный участок трубопровода, с возможностью после сброса давления осуществить исследования неразрушающими методами (патент РФ №2146359, G01N 3/12, опубл. 10.03.2000).

Недостатками известного решения является то, что вышеуказанное решение испытывает только сварное соединение трубы, при это только для трубопроводов, но не для обсадных колонн, и тем более не для среды за обсадной колонной - цементного камня, и давление нагнетается только в зазор внутри тестируемой трубы, а в затрубное пространство не нагнетается, кроме этого не испытывается цементный камень на герметичность во время воздействий различных температур и перепадов давлений, так как нет возможности имитировать процессы водоотдачи из цементного раствора и проникновения пластовых флюидов во время переходного периода (геллирования) цементного раствора.

Наиболее близким техническим решением является Установка для испытаний касательно деформации металлической обсадной трубы в процессе ожидания затвердевания цементного раствора для цементирования скважины, содержащая корпус внешний 2, тестируемый объект 7, нижнюю 3 и верхнюю 4 крышки, при этом верхняя крышка снабжена сквозными отверстиями, контрольно-измерительные приборы, представляющие собой датчики давления и температуры, уплотнительные элементы 10, нагревательное устройство, расположенное внутри корпуса внешнего 2, снабженного основанием 20, масловпускным отверстием 8 и отверстиями, расположенными в боковой его поверхности, (патент РФ №2766992, Е21В 17/00; 47/00, опубл. 16.03.22 г., прототип).

Недостатками известного решения является то, что вышеуказанное решение испытывает только сварное соединение трубы обсадных колонн, и тем более не для среды за обсадной колонной - цементного камня, при этом давление нагнетается только внутрь испытуемой трубы, кроме этого установка тоже испытывает только воздействие на трубу, однако не производит тестирование самого цементного камня и раствора на параметры, такие как на герметичность во время воздействий различных температур и перепадов давлений, водоотдачу из цементного раствора, проникновение пластовых флюидов во время переходного периода (гелирования) цементного раствора.

Технический результат заключается в повышении достоверности исследований испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания за счет создания условий для испытания ремонтно-изолирующего раствора (камня), ремонтно-изолирующего состава на герметичность во время воздействий различных температур и перепадов давлений и условий, способных имитировать процесс водоотдачи, например, из цементного раствора, и имитировать проникновение пластовых флюидов во время переходного периода (гелирования) ремонтно-изолирующего раствора, для исследования герметичности кольцевого зазора между поверхностями испытуемого объекта в виде обсадной колонны и элемента, имитирующего стенку скважины, заполненного ремонтно-изолирующим раствором, позволяющего моделировать технологические операции, процессы и явления, возникающие при осуществлении операций на скважине, в том числе ремонтно-изоляционных работ, бурения, освоения, опрессовок обсадной колонны, гидроразрыв пласта, перфорация и прочие работы, определяя, произошел ли прорыв флюида или образовались трещины, или произошла потеря адгезии (сцепления) ремонтно-изолирующего раствора и обсадной колонны, через время тестирования, и предположительные причины прорыва, например недостаточная адгезия ремонтно-изолирующего раствора, недостаточная прочность камня ремонтно-изолирующего раствора, недостаточная эластичность камня ремонтно-изолирующего раствора, долгое время гелирования ремонтно-изолирующего раствора.

Результат достигается тем, что Стенд для испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания содержит корпус внешний, нижнюю и верхнюю крышки, при этом верхняя крышка снабжена сквозными отверстиями, контрольно-измерительные приборы, представляющие собой датчики 10 давления и температуры (КИП), уплотнительные элементы, нагревательное устройство, расположенное внутри корпуса внешнего, снабженного основанием, масловпускным отверстием и отверстиями, расположенными в боковой его поверхности, и дополнительно снабжен корпусом модульным, боковыми отводами и боковыми 15 отводами для подачи, пробками или крышками, змеевиком, снабженным входным участком, опорами, при этом нагревательных устройств по меньшей мере два, корпус модульный состоит по меньшей мере из одного модуля, выполненного с возможностью герметичного соединения с верхней и нижней крышками посредством 20 резьбового соединения, с возможностью размещения внутри него тестируемого объекта с образованием зазора между ними и снабженного по меньшей мере тремя сквозными боковыми отверстиями для герметичного размещения в них боковых отводов, боковых отводов для подачи, КИП, обеспечивая доступ к зазору, 25 каждый модуль представляет собой трубный элемент с нижним и верхним фланцами на торцах, модули герметично соединены между собой с возможностью обеспечения высокой температуры и давления внутри них, корпус внешний выполнен вертикально или наклонно ориентированным, с возможностью размещения внутри него на 30 основании корпуса модульного с нижней и верхней крышками, змеевика и по меньшей мере двух нагревательных устройств с возможностью закрепления на верхней крышке, при этом отверстия выполнены с возможностью размещения в них входного участка 5 змеевика и боковых отводов для подачи, основание снабжено сквозными отверстиями и выполнено с возможностью закрепления на нем нижней крышки, змеевика и по меньшей мере двух нагревательных устройств и с возможностью размещения и закрепления его на опорах, масловпускное отверстие расположено в 10 нижней части боковой поверхности корпуса внешнего, нижняя крышка выполнена формой, обеспечивающей герметичное закрепление ее на корпусе модульном и на основании корпуса внешнего, и снабжена кольцевым направляющим выступом и сквозными отверстиями, обеспечивающими доступ к зазору и 15 внутрь тестируемого объекта при его размещении, при этом сквозные отверстия расположены с возможностью герметичной установки в них КИП или с возможностью подачи жидкостей или газов для имитации скважинных условий, верхняя крышка выполнена формой, обеспечивающей герметичное закрепление ее на корпусах модульном 20 и внешнем, и снабжена кольцевым направляющим выступом и сквозными отверстиями, обеспечивающими доступ к зазору и во внутрь тестируемого объекта при его размещении, при этом сквозные отверстия расположены с возможностью герметичной установки в них КИП или крепежных резьбовых элементов, или с возможностью 25 подачи ремонтно-изолирующего состава, причем боковой отвод для подачи представляет собой патрубок, герметично закрепленный в сквозных боковых отверстиях корпусов модульного и внешнего с возможностью обеспечения подачи ремонтно-изолирующего состава в зазор, боковой отвод представляет собой патрубок, герметично 30 закрепленный в корпусе модульном с возможностью обеспечения подачи ремонтно-изолирующего состава в зазор или размещении в нем КИП, пробка или крышка выполнена с возможностью герметичного расположения в сквозном отверстии в верхней или в нижней крышках, или в боковом отводе, или в боковом отводе для подачи, уплотнительные элементы установлены в верхней и нижней крышках с возможностью обеспечения герметичного расположения тестируемого объекта в них, змеевик представляет собой трубчатую спираль с охлаждающем реагентом внутри него, по меньшей мере два нагревательных устройства закреплены внутри корпуса внешнего с возможностью обеспечения поддержания в нем расчетной температуры для имитации скважинных температурных условий, опора выполнена с возможностью закрепления на ней основания, обеспечивая расположение корпуса внешнего в вертикальном или наклонном положениях.

На фиг. 1 изображен вид спереди с разрезом Стенда для испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания, на фиг. 2 изображен вид слева с разрезом Стенда для испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания, на фиг.3 изображен вид сверху Стенда для испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания, на фиг.4 изображен разрез А-А на фиг. 3.

Стенд для испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания включает следующие конструктивные элементы:

1 - корпус модульный;

2 - корпус внешний;

3 - нижняя крышка;

4 - верхняя крышка;

5 - боковые отводы;

6 - датчики температуры;

7 - тестируемый объект;

8 - масловпускное отверстие;

9 - нагревательные устройства;

10 - уплотнительные элементы;

11 - входной участок;

12 - зазор;

13 - кольцевой направляющий выступ в верхней крышке;

14 - кольцевой направляющий выступ в нижней крышке;

15 - опоры;

16 - змеевик;

17 - боковые отводы для подачи;

18 - сквозные отверстия в верхней крышке;

19 - сквозные отверстия в нижней крышке;

20 - основание;

21 - пробки или крышки.

Стенд для испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания (далее по тексту - Стенд) содержит корпус модульный 1, корпус внешний 2, тестируемый объект 7, нижнюю 3 и верхнюю 4 крышки, боковые отводы 5 и боковые отводы для подачи 17, пробки или крышки 21, змеевик 16, снабженный входным участком 11, контрольно-измерительные приборы (далее по тексту - КИП), уплотнительные элементы 10, по меньшей мере, два нагревательных устройства 9 и опоры 15.

Корпус модульный 1 (высокой температуры и давления) (далее по тексту - Корпус 1) состоит по меньшей мере из одного модуля, выполненного с возможностью герметичного соединения с верхней 4 и нижней 3 крышками посредством резьбового соединения, например болтового соединения, шпилечного соединения, с возможностью размещения внутри него тестируемого объекта 7 с образованием зазора 12 между ними, например кольцевого зазора, между внешней поверхностью тестируемого объекта 7 и внутренней поверхностью корпуса 1,

и снабженного по меньшей мере тремя сквозными боковыми отверстиями для герметичного размещения в них устройств или элементов, например боковых отводов 5, боковых отводов для подачи 17, КИП, обеспечивая доступ к зазору 12 - к межколонному пространству (далее по тексту - МКП).

Каждый модуль корпуса 1 представляет собой трубный элемент с нижним и верхним фланцами на торцах.

Модули корпуса 1 герметично соединены между собой посредством резьбового соединения, например, болтового соединения, шпилечного соединения, с возможностью обеспечения высокой температуры и давления внутри них,

например, корпус 1 состоит из верхнего, нижнего и промежуточного модулей, герметично соединенных между собой соединениями, рассчитанными на высокие давления до 1000 атм., например фланцевыми соединениями посредством шпилек с гайками, и уплотнительных элементов 10, обеспечивая высокую температуру и давление внутри корпуса 1.

Например, в случае корпуса 1, состоящего из одного модуля и снабженного тремя сквозными боковыми отверстиями, в двух из которых расположены и герметично закреплены под верхним фланцем два боковых отвода для подачи 17 и с противоположных сторон относительно друг друга, а в одном - расположен и герметично закреплен над нижним фланцем боковой отвод 5 и модуль корпуса 1 герметично соединен с верхней 4 и нижней 3 крышками посредством резьбового соединения, например посредством шпилек с гайками и уплотнительных элементов 10;

в случае корпуса 1, состоящего из нескольких модулей и снабженного сквозными боковыми отверстиями, то по меньшей мере одно сквозное боковое отверстие расположено над нижним фланцем нижнего модуля корпуса 1, в котором или в которых расположены и герметично закреплены над нижним фланцем нижнего модуля корпуса 1 боковой отвод или отводы 5 для герметичного размещении в них устройств, например КИП, а два сквозных боковых отверстия расположены под верхним фланцем верхнего модуля корпуса 1, в которых размещены и герметично закреплены два боковых отвода для подачи 17 с противоположных сторон относительно друг друга,

а модули корпуса 1 между собой и с верхней 4 и нижней 3 крышками герметично соединены посредством резьбового соединения, например посредством шпилек с гайками.

Боковые отводы для подачи 17 герметично закреплены в сквозных боковых отверстиях, обеспечивают подачу вовнутрь зазора 12 жидкости, например ремонтно-изолирующего раствора или газа,

служат для имитации колонной головки на реальных скважинах, обеспечивая возникновение межколонного давления (далее по тексту - МКД) в процессе исследований по испытанию ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания,

и для имитации ремонтно-изоляционных работ (далее по тексту - РИР) для проверки эффективности той или иной технологии РИР при использовании реальной обсадной или эксплуатационной колонны и имитации скважинных условий (МКД, негерметичность межколонного пространства).

Боковой отвод для подачи 17 представляет собой патрубок, герметично закрепленный в сквозных боковых отверстиях корпуса 1 и корпуса 2 посредством, например, сварного или резьбового соединения, с возможностью обеспечения подачи ремонтно-изолирующего состава (раствора) в зазор 12, например, ремонтного состава.

Боковой отвод или отводы 5 герметично закреплены в сквозных боковых отверстиях корпуса 1 и обеспечивают доступ вовнутрь зазора 12:

с возможностью обеспечения подачи ремонтно-изолирующего состава, или с возможностью размещения в них устройств, например КИП, обеспечивающих определение давления и температуры внутри зазора 12, при этом расход жидкости и газа, давление и температуру внутри зазора 12 определяют посредством КИП в виде расходомера жидкости и газа, датчика давления и температуры, также

служат для имитации процесса проникновения пластового флюида и для имитации процесса водоотдачи из ремонтно-изолирующего раствора, например, цементного раствора, при этом для осуществления имитации процесса водоотдачи в скважине в боковые отводы 5 дополнительно устанавливают фильтры и отводящие трубки (на фиг. не показано), обеспечивающие процесс водоотдачи.

Боковой отвод 5 представляет собой патрубок, герметично закрепленный в сквозном боковом отверстии корпуса 1, например, с возможностью обеспечения подачи ремонтно-изолирующего состава (раствора) в зазор 12, например, ремонтного состава.

Корпус внешний 2 (высокой температуры) (далее по тексту - Корпус 2) снабжен масловпускным отверстием 8 для слива теплопроводного масла, расположенным в нижней части боковой его поверхности,

и отверстиями, расположенными в боковой его поверхности для размещения:

входного участка 11 змеевика 16 для охлаждающей жидкости и боковых отводов для подачи 17,

выполнен вертикально или наклонно ориентированным для имитации расположения обсадной или эксплуатационной колонны в скважине,

с возможностью размещения внутри него на основании 20 корпуса модульного 1 с нижней 3 и верхней крышками 4, змеевика 16 и по меньшей мере двух нагревательных элементов 9 и с возможностью закрепления на верхней крышке 4, при этом отверстия выполнены с возможностью размещения в них входного участка 11 змеевика 16 и боковых отводов для подачи 17, основание 20 выполнено с возможностью закрепления на нем нижней крышки 3, змеевика 16 и по меньшей мере двух нагревательных элементов 9 и с возможностью размещения и закрепления его на опорах 15.

Основание 20 снабжено сквозными отверстиями, выполненными и расположенными с возможностью установления в них устройств и/или элементов, и выполнено с возможностью закрепления на нем нижней крышки 3, змеевика 16 и, по меньшей мере, двух нагревательных устройств 9 и с возможностью размещения и закрепления его на опорах 15.

Нижняя крышка 3 выполнена формой, обеспечивающей герметичное закрепления ее на корпусе 1 и на основании 20 корпуса 2 посредством резьбового или фланцевого соединения, например посредством шпилек с гайками, и уплотнительных элементов 10 и обеспечивающего имитацию эксцентриситета обсадной или эксплуатационной колонны в скважине, при этом форма снабжена кольцевым направляющим выступом 14 и сквозными отверстиями 19, обеспечивающими доступ к зазору 12 и внутрь тестируемого объекта 7, при этом сквозные отверстия 19 расположены с возможностью герметичной установки в них устройств для анализа результатов испытаний, например, датчиков температуры (термопары), датчиков давления или расхода газа и жидкостей, приборов учета расхода газа и жидкостей или с возможностью подачи жидкостей или газов для имитации скважинных условий, например возникновения МКД.

Верхняя крышка 4 выполнена формой, обеспечивающей герметичное закрепления ее на корпусах модульном 1 и внешнем 2 посредством резьбового или фланцевого соединения, например посредством шпилек с гайками, и уплотнительных элементов 10 и имитацию эксцентриситета обсадной или эксплуатационной колонны в скважине, при этом форма снабжена кольцевым направляющим выступом 13 и сквозными отверстиями 18, обеспечивающими доступ к зазору 12 (МКП) и внутрь тестируемого объекта 7, при этом сквозные отверстия 18 расположены с возможностью герметичной установки в них устройств для анализа результатов испытаний, например датчиков температуры (термопары), датчиков давления, приборов учета расхода газа и жидкостей, или с возможностью подачи ремонтно-изолирующего раствора, например, цементного раствора, а также для герметичного размещения в них, например, крепежных резьбовых элементов в виде шпилек.

Сквозные отверстия 18 и 19 обеспечивают доступ как к пространству внутри тестируемого объекта 7, представляющего собой участок трубы обсадной или эксплуатационной колонны, так и к пространству за ней, а именно, к МКП - зазору 12,

для подачи ремонтно-изолирующего состава в зазор 12,

подачи рабочего агента в виде жидкости или газа в зазор 12 с возможностью передачи давления на слой изолирующего состава и определения давления и температуры посредством КИП;

для подачи ремонтно-изолирующего состава внутрь тестируемого объекта 7,

подачи рабочего агента в виде жидкости или газа внутрь тестируемого объекта 7 с возможностью передачи давления на слой рабочего агента и определения давления и температуры посредством КИП.

Верхняя 4 и нижняя 3 крышки позволяют обеспечивать имитацию разных уровней тестируемого объекта 7 для имитации реальных скважинных условий.

Пробка 21 выполнена с возможностью герметичного расположения: в сквозном отверстии 19 нижней крышки 3 или во сквозном отверстии 18 верхней крышки 4, или в боковом отводе 5 при отсутствии в них крепежных резьбовых элементов или устройств, например подключенных КИП или устройств создания рабочего давления, или в боковом отводе для подачи 17.

Крышка 21 выполнена с возможностью герметичного расположения в сквозном отверстии 19 нижней крышки 3 или в сквозном отверстии 18 верхней крышки 4, или в боковом отводе 5 при отсутствии в них крепежных резьбовых элементов или устройств, например подключенных КИП или устройств создания рабочего давления, или в боковом отводе для подачи 17.

Корпус 1 закреплен в корпусе 2 на основании 20 с возможностью доступа к сквозным отверстиям 18 и 19 нижней 3 и верхней 4 крышек, зафиксированных на корпусе 1 посредством резьбовых соединений.

Уплотнительные элементы 10 установлены в верхней 4 и нижней 3 крышках с возможностью обеспечения герметичного расположения тестируемого объекта 7 в них для имитации скважинных условий с использованием участка обсадной или эксплуатационной колонны.

Тестируемый объект 7 герметично установлен на нижней крышке 3 в корпусе 1.

Змеевик 16 представляет собой трубчатую спираль с охлаждающим реагентом внутри него, обеспечивающий имитацию скважинных температурных условий, и снабжен входным участком 11 для охлаждающей жидкости.

В качестве охлаждающей жидкости, циркулирующей в змеевике 16 используют теплоноситель, например, диэтилленгликоль, обеспечивающий терморегуляцию посредством перемещения по змеевику 16, соединенному с охлаждающим устройством, например, чиллером (на фиг. не показано).

КИП представляют собой датчики, например, манометры, термодатчики, датчики температуры, датчики давления или расхода газа и жидкостей.

Датчики температуры 6 представляют собой, например, термопары, и закреплены в сквозных отверстиях 18 и 19 с возможностью определения температуры в зазоре 12 и/или внутри тестируемого объекта 7, а также закрепленные в корпусе 2 с возможностью определения температуры теплопроводной жидкости в корпусе 2.

Датчики давления представляют собой, например, манометры, и закреплены в сквозных отверстиях 18 и 19 с возможностью определения давления в зазоре 12 и/или внутри тестируемого объекта 7.

Датчики расхода газа и жидкостей представляют собой, например, расходомеры, и закреплены в сквозных отверстиях 18 и 19 с возможностью определения расхода газа и жидкостей в зазоре 12 и/или внутри тестируемого объекта 7.

Нагревательное устройство 9 представляет собой, например, тэн, и два нагревательных устройства 9 закреплены внутри корпуса 2 с возможностью обеспечения поддержания расчетной температуры,

позволяющей имитировать скважинные температурные условия (от -15°С до +300°С).

Опора 15 выполнена с возможностью закрепления на ней основания 20 корпуса 2, обеспечивая расположение корпуса 2 и, соответственно, корпуса 1 в вертикальном или наклонном положениях, например, состоит из четырех ножек, закрепленных болтовым соединением на основании 20.

Проведение исследований на Стенде для испытаний изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания осуществляется следующим образом.

1. Осуществляют исследование изолирующего раствора в процессе ожидания затвердевания - имитация условий скважины.

Для чего берут тестируемый объект 7 в виде участка трубы, имитирующей обсадную или эксплуатационную колонну, с размерами, обеспечивающими возможность расположения участка трубы 7 внутри корпуса 1 и на нижнюю крышку 3 внутри кольцевого направляющего выступа 14 с образованием зазора 12 в виде пространства между внутренней поверхностью модулей корпуса 1 и внешней поверхностью участка трубы 7 с имитацией центрации в расчетной зоне в скважине.

После чего корпус 1 с нижней крышкой 3 и с размещенным на ней тестируемом объектом 7 устанавливают на основание 20 корпуса 2 с возможностью обеспечения размещения змеевика 16 вокруг корпуса 1 и нагревательных элементов между змеевиком 16 и боковыми стенками корпуса 2.

Сверху участок трубы 7 герметично закрывают верхней крышкой 4, обеспечивая зазор 12 - пространство между внутренней поверхностью модулей корпуса 1 и внешней поверхностью участка трубы 7.

Тестируемую трубу 7 располагают, например, в вертикальном положении или в наклонном положении, по отношению к уровню поверхности Земли.

Фланцы верхнего и нижнего модулей корпуса 1 герметично закрепляют, соответственно, с верхней крышкой 4 и с нижней крышкой 3 и фланцы модулей корпуса 1 герметично закрепляют между собой посредством резьбовых соединений и уплотнительных элементов 10.

Пробки или крышки 21 герметично установлены в сквозных отверстиях 18, 19 и боковых отводах 5 и 17 при отсутствии в них подключенных КИП, устройства создания рабочего давления или фильтров для имитации процесса водоотдачи в скважине.

Устанавливают змеевик 16 на основании 20 корпуса 2 снаружи модулей или модуля корпуса 1 до боковых отводов 17, герметично закрытых посредством, например, пробок, крышек, и соосно модулям или модулю корпуса 1.

Змеевик 16 заполняют охлаждающей жидкостью, предварительно подключив к насосу и к прибору для охлаждения (чиллеру) через входной участок 11 для охлаждающей жидкости.

В качестве охлаждающей жидкости, циркулирующей в змеевике 16, используют теплоноситель, например, диэтилленгликоль.

Внутри корпуса 2 и снаружи корпуса 1 до боковых отводов 17 закреплены, по меньшей мере, два нагревательных элемента 9, обеспечивающих поддержание определенной температуры, позволяющей имитировать скважинные температурные условия (от -15°С до +300°С).

Нагревательные устройства 9 подключают к сети.

Дополнительно заполняют внутреннее пространство корпуса 2 до уровня расположения боковых отводов 17 рабочей жидкостью, обеспечивающей передачу тепла, например, масло, диэтилленгликоль, с температурой кипения выше, чем температура проведения испытания через масловпускное отверстие 8, впоследствии осуществляют слив рабочей жидкости, обеспечивающей передачу тепла, через масловпускное отверстие 8.

Охлаждающий 16 и нагревательный 9 контуры обеспечивают равномерное температурное распределение по всему тестируемому изолирующему составу, размещенному в зазоре 12.

Корпус 2 и герметично закрепляют на верхней крышке 4 посредством резьбовых соединений и уплотнительных элементов 10.

Устанавливают КИП в виде датчиков, например, температуры, давления, в часть сквозных отверстий 18 и/или 19, КИП подключают к измерительному блоку.

Готовят изолирующий раствор, представляющий собой, например, цементный раствор или смесь полимерных смол.

Готовый изолирующий раствор должен соответствовать рекомендациям по РИР, стандартам по первичному цементированию, например, ГОСТ 1581, ISO 10426-1, ISO 10426-2, API 10В-2, так чтобы максимально соответствовать планируемым операциям на скважине.

Например, предварительно изолирующий раствор подготавливают с учетом имитации закачки в скважину и температурного воздействия на нее:

- перемешивают заданные компоненты изолирующего раствора,

- нагревают или охлаждают изолирующий раствор в процессе перемешивания в течение заданного времени, которое определяют исходя из запланированного режима закачки жидкостей в скважину.

Включают насос (на фиг. не показано) и изолирующий раствор подают в зазор 12 через боковые отводы для подачи 17.

Заполняют изолирующим раствором зазор 12 до боковых отводов 17, после чего в них герметично устанавливают пробки или крышки 21, обеспечивая условия герметичности внутри зазора 12.

Изолирующий раствор выдерживают расчетное время с расчетными параметрами температуры и давления в зависимости от технического задания, которые позволяют имитировать не только изменения температуры и давления во время ожидания затвердевания изолирующего раствора, но также имитируя дальнейшие процессы при строительстве и эксплуатации скважины (бурение, испытания, заканчивание, ГРП, добычу и пр.).

После герметичного закрытия верхней крышки 4, подают давление в зазор 12 на изолирующий раствор для имитации скважинных условий во время испытания.

Давление создают посредством подачи жидкости и/или газа через отверстия 18, 19 или боковые отводы 17 в зависимости от технического задания, создавая процесс имитации скважины, для проверки герметичности изолирующей системы: изолирующий раствор в состоянии затвердения и участок трубы 7 (тестируемый объект). Прохождение жидкости и/или газа сквозь изолирующий раствор отслеживают и фиксируют по КИП, расположенным в отверстиях 18 верхней крышки 4, обеспечивающих доступ к зазору 12, или расположенным в отверстиях 19 нижней крышки 3, обеспечивающих доступ к зазору 12.

В результате исследования изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания при имитации условий скважины определяют:

- состав изолирующего раствора и насколько он соответствует скважинным условиям для поддержания герметичного барьера в зазоре 12 во время операций на скважине;

- параметры тестирования:

температура изолирующего раствора, изменяющаяся во времени, и давление изолирующего раствора, изменяющееся во времени, как внутри тестируемого объекта 7 в виде участка трубы обсадной или эксплуатационной колонны, так и в зазоре 12 между поверхностями тестируемого объекта 7 и элемента, имитирующего стенку скважины - внутренняя поверхность модуля или модулей корпуса 1;

- давления опрессовки зазора 12 и траектории подачи изолирующего раствора или давления опрессовки: по внешней поверхности тестируемого объекта 7 или по внутренней поверхности элемента, имитирующего стенку скважины- внутренняя поверхность модуля или модулей корпуса 1;

- циклы подачи давлений.

В результате контроля процесса исследования целостности созданного изолирующего кольца - пространства вокруг трубы 7 (тестируемого объекта) определяют наличие перетока жидкости или газа и в случае, если ли есть переток снизу вверх, то осуществляют замеры датчиками по давлению и расходу и по полученным данным замера определяют проницаемость, после чего осуществляют вывод о пригодности данного изолирующего состава для применения в данных скважинных условиях. Данные испытания позволяют подобрать оптимальный изолирующий состав или изменить дальнейшие операции на скважине для сохранения герметичности кольцевого пространства.

Предлагаемый Стенд позволяет повысить достоверность исследований испытаний изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания за счет создания условий для испытания изолирующего раствора (камня) изолирующего состава на герметичность во время воздействий различных температур и перепадов давлений и условий способных имитировать процесс водоотдачи из цементного раствора и имитировать проникновение пластовых флюидов во время переходного периода (гелирования) изолирующего раствора, для исследования герметичности зазора между поверхностями испытуемого объекта в виде участка трубы обсадной или эксплуатационной колонны и элемента, имитирующего стенку скважины, заполненного изолирующим раствором, позволяющего моделировать технологические операции, процессы и явления, возникающие при осуществлении операций на скважине, в том числе ремонтно-изоляционных работ, определяя, произошел ли прорыв флюида или образовались трещины, или произошла потеря адгезии (сцепления) изолирующего раствора и обсадной колонны, через время тестирования, и предположительные причины прорыва, например недостаточная адгезия изолирующего раствора, недостаточная прочность камня изолирующего раствора, недостаточная эластичность камня изолирующего раствора, долгое время гелирования изолирующего раствора и т.п.

Предлагаемый Стенд испытывает участок трубы для обсадных колонн и при нагнетании давления вовнутрь тестируемой трубы 7 и в затрубное пространство, поддерживая испытания цементного камня на герметичность во время воздействий различных температур и перепадов давлений.

Предлагаемый Стенд способен имитировать процесс водоотдачи из, например, цементного раствора, а также имитировать проникновение пластовых флюидов во время переходного периода (гелирования) изолирующего раствора.

2. Осуществляют исследование ремонтного состава на способность герметизировать проницаемость изолирующего состава в скважине - имитация РИР.

После отверждения изолирующего раствора определили негерметичность зазора 12 - кольцевого пространства. Затем, сохраняя условия создания трещин в изолирующем растворе, начинают осуществлять РИР - имитируя ремонтно-изоляционные работы (РИР), для чего в зазоре 12 - кольцевое пространство вводят ремонтный состав, например, в виде изолирующего раствора, через боковые отводы 17.

Кольцевое пространство - зазор 12 заполнен затвердевшим изолирующим раствором с трещинами и, имитируя РИР, определяют эффективность выбранной технологии и состава для РИР по ликвидации негерметичности кольцевого пространства или межколонного давления.

Боковые отводы 17 представляют собой имитацию двух отводов колонной головки, расположенной на устье скважины.

Ремонтный состав закачали в зазор 12, оставили его для отверждения на время согласно тех. заданию по проведению аналогичных РИР.

После чего осуществляют проверку РИР путем подачи жидкости или газа в сквозные отверстия 19, обеспечивающие доступ к зазору 12 - кольцевому пространству Устройства.

Подачу жидкости или газа в сквозные отверстия 19, осуществляют в течение всего испытания или в течение определенных процессов, например, через замеренное время восстановления межколонного давления, замеренное на скважине.

Прохождение жидкости и/или газа сквозь ремонтный состав, находящийся в кольцевом пространстве, отслеживают и фиксируют по манометрам, расположенным в части сквозных отверстий 18 верхней крышки 4.

В результате контроля за целостностью созданного ремонтного кольца вокруг трубы 7 определяют наличие проницаемости, осуществляя замеры датчиками по давлению и расходу.

По полученным данным измерения осуществляют вывод: данная технология и состав для РИР являются эффективными или неэффективными по причинам:

1) недостаточная прочность,

2) долгое время набора прочности,

3) недостаточная адгезия,

4) недостаточная сила геля,

5) неработоспособность в данных термобарических условиях,

6) недостаточный удельный вес гидростатического барьера.

При необходимости проведение РИР можно повторить. Также при необходимости после разбора корпуса 1 возможно произвести анализ возникновения МКД.

Заявленный Стенд позволяет повысить достоверность исследований и испытаний ремонтного состава в процессе ожидания его затвердевания за счет создания условий для испытания ремонтного раствора (камня) ремонтного состава на герметичность во время воздействий различных температур и перепадов давлений и условий, способных имитировать процесс водоотдачи из цементного раствора, и имитировать проникновение пластовых флюидов во время переходного периода (гелирования) ремонтного раствора, для исследования герметичности зазора между поверхностями испытуемого объекта в виде участка трубы обсадной или эксплуатационной колонны и элемента, имитирующего стенку скважины, заполненного ремонтным раствором, позволяющего моделировать технологические операции, процессы и явления, возникающие при осуществлении операций на скважине, в том числе ремонтно-изоляционных работ РИР, определяя, произошел ли прорыв флюида или образовались трещины, или произошла потеря адгезии (сцепления) изолирующего раствора и обсадной или эксплуатационной колонны, через время тестирования, и предположительные причины прорыва, например, недостаточную адгезию ремонтного раствора, недостаточную прочность камня ремонтного раствора, недостаточную эластичность камня ремонтного раствора, долгое время гелирования ремонтного раствора и т.п.

Пример

Берут фрагмент обсадной колонны 7 с размером 177,8 мм, которую планируют для работ по спуску в скважину и цементированию.

Фрагмент обсадной колонны 7 устанавливают внутри корпуса 1, на нижнюю крышку 3, предварительно герметично закрепленную к корпусу 1, внутри трех модулей корпуса 1 и внутри кольцевого направляющего выступа 14 нижней крышки 3 с образованием кольцевого зазора 12 между внутренней поверхностью трех модулей корпуса 1 и внешней поверхностью трубы фрагмента обсадной колонны 7 (тестируемого объекта).

Тестируемый фрагмент обсадной колонны 7 располагают в вертикальном положении по центральной оси корпуса 1.

Проверяют герметичность соединений, а именно, фланцев трех модулей корпуса 1 с верхней 4 и нижней 3 крышками. Готовят изолирующий раствор, представляющий собой цементный раствор, который бы максимально соответствовал планируемым операциям на скважине в соответствии с техническим заданием.

Цементный раствор заливают в кольцевой зазор 12 между внешней поверхностью фрагмента обсадной колонны и внутренней поверхностью трех модулей корпуса 1 через сквозные отверстия 18 или отводы 17, после чего устанавливают пробки 21, обеспечивая условия герметичности внутри кольцевого зазора 12. Цементный раствор заливают из емкости, где его подготавливали посредством перемешивания с имитацией скважинных температурных условий.

Цементный раствор выдерживают в течение 24 часов с параметрами температуры и давления согласно тех. заданию по проведению аналогичных работ РИР.

Во время испытаний для имитации скважинных условий через сквозные отверстия 19 нижней крышки 3 подают газ для проверки герметичности изолирующей системы. Прохождение газа сквозь цементный раствор отслеживают и фиксируют по манометрам, расположенным в верхней крышке 4.

После отверждения цементного раствора определяют герметичность кольцевого зазора 12.

В результате выявили наличие негерметичности кольцевого зазора 12 и через боковые отводы 17 в виде патрубков осуществляют подачу в кольцевой зазор 12 ремонтного состава для РИР.

После отверждения ремонтного состава в виде изолирующего раствора определяют герметичность кольцевого зазора 12 между внутренней поверхностью трех модулей корпуса 1 и внешней поверхностью трубы фрагмента обсадной колонны 7 (тестируемого объекта).

В результате контроля целостности созданного ремонтного кольца вокруг трубы 7 получили данные по давлению и расходу и определили проницаемость.

По полученным данным не выявлена негерметичность (проницаемость) созданного ремонтного кольца вокруг тестируемой трубы 7, что позволило сделать вывод об эффективности выбранной технологии РИР и состава для РИР по ликвидации негерметичности кольцевого пространства 12.

Заявленный Стенд повышает достоверность исследований испытаний ремонтно-изолирующего состава

в процессе ожидания его затвердевания при создании условий для испытания ремонтно-изолирующего раствора (камня) на герметичность во время воздействий различных температур и перепадов давлений и условий, способных имитировать процесс водоотдачи и имитировать проникновение пластовых флюидов во время переходного периода (гелирования) ремонтно-изолирующего раствора,

для исследования герметичности кольцевого зазора между поверхностями испытуемого объекта в виде обсадной колонны и элемента, имитирующего стенку скважины, заполненного ремонтно-изолирующим раствором, позволяющего моделировать технологические операции, процессы и явления, возникающие при осуществлении работ в скважине, определяя проявление флюида:

произошел ли прорыв флюида

или образовались трещины,

или произошла потеря адгезии (сцепления) ремонтно-изолирующего раствора и обсадной колонны,

и предположительные причины проявления флюида.

Изобретение относится к области испытательной техники: к устройствам для испытаний колонны и ремонтно-изолирующих составов в процессе ожидания затвердевания ремонтно-изолирующего раствора. Стенд для испытаний содержит корпус внешний, нижнюю и верхнюю крышки со сквозными отверстиями, контрольно-измерительные приборы (КИП), уплотнительные элементы, нагревательное устройство, расположенное внутри корпуса внешнего, снабженного основанием, масловпускным отверстием, отверстиями в боковой поверхности. Стенд дополнительно снабжен корпусом модульным, боковыми отводами и боковыми отводами для подачи, пробками или крышками, змеевиком, снабженным входным участком, опорами, при этом нагревательных устройств два, модуль представляет собой трубный элемент с нижним и верхним фланцами, модули герметично соединены между собой с обеспечением высокой температуры и давления. Технический результат - повышение достоверности исследований испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания за счет создания условий для испытания ремонтно-изолирующего раствора, ремонтно-изолирующего состава на герметичность во время различных воздействий. 4 ил.

Стенд для испытаний ремонтно-изолирующего состава в процессе ожидания его затвердевания, содержащий корпус внешний, нижнюю и верхнюю крышки, при этом верхняя крышка снабжена сквозными отверстиями, контрольно-измерительные приборы, представляющие собой датчики давления и температуры (КИП), уплотнительные элементы, нагревательное устройство, расположенное внутри корпуса внешнего, снабженного основанием, масловпускным отверстием и отверстиями, расположенными в боковой его поверхности, отличающийся тем, что дополнительно снабжен корпусом модульным, боковыми отводами и боковыми отводами для подачи, пробками или крышками, змеевиком, снабженным входным участком, опорами, при этом нагревательных устройств по меньшей мере два, корпус модульный состоит по меньшей мере из одного модуля, выполненного с возможностью герметичного соединения с верхней и нижней крышками посредством резьбового соединения, с возможностью размещения внутри него тестируемого объекта с образованием зазора между ними и снабженного по меньшей мере тремя сквозными боковыми отверстиями для герметичного размещения в них боковых отводов, боковых отводов для подачи, КИП, обеспечивая доступ к зазору, каждый модуль представляет собой трубный элемент с нижним и верхним фланцами на торцах, модули герметично соединены между собой с возможностью обеспечения высокой температуры и давления внутри них, корпус внешний выполнен вертикально или наклонно ориентированным, с возможностью размещения внутри него на основании корпуса модульного с нижней и верхней крышками, змеевика и по меньшей мере двух нагревательных устройств с возможностью закрепления на верхней крышке, при этом отверстия выполнены с возможностью размещения в них входного участка змеевика и боковых отводов для подачи, основание снабжено сквозными отверстиями и выполнено с возможностью закрепления на нем нижней крышки, змеевика и по меньшей мере двух нагревательных устройств с возможностью размещения и закрепления его на опорах, масловпускное отверстие расположено в нижней части боковой поверхности корпуса внешнего, нижняя крышка выполнена формой, обеспечивающей герметичное закрепление ее на корпусе модульном и на основании корпуса внешнего, и снабжена кольцевым направляющим выступом и сквозными отверстиями, обеспечивающими доступ к зазору и вовнутрь тестируемого объекта при его размещении, при этом сквозные отверстия расположены с возможностью герметичной установки в них КИП или с возможностью подачи жидкостей или газов для имитации скважинных условий, верхняя крышка выполнена формой, обеспечивающей герметичное закрепление ее на корпусах модульном и внешнем, и снабжена кольцевым направляющим выступом и сквозными отверстиями, обеспечивающими доступ к зазору и вовнутрь тестируемого объекта при его размещении, при этом сквозные отверстия расположены с возможностью герметичной установки в них КИП или крепежных резьбовых элементов, или с возможностью подачи ремонтно-изолирующего состава, причем боковой отвод для подачи представляет собой патрубок, герметично закрепленный в сквозных боковых отверстиях корпуса модульного и корпуса внешнего с возможностью обеспечения подачи ремонтно-изолирующего состава в зазор, боковой отвод представляет собой патрубок, герметично закрепленный в корпусе модульном с возможностью обеспечения подачи ремонтно-изолирующего состава в зазор или размещения в нем КИП, пробка или крышка выполнена с возможностью герметичного расположения в сквозном отверстии верхней крышки или нижней крышки, или в боковом отводе, или в боковом отводе для подачи, уплотнительные элементы установлены в верхней и нижней крышках с возможностью обеспечения герметичного расположения тестируемого объекта в них, змеевик представляет собой трубчатую спираль с охлаждающим реагентом внутри него, по меньшей мере два нагревательных устройства закреплены внутри корпуса внешнего с возможностью обеспечения поддержания в нем расчетной температуры для имитации скважинных температурных условий, опора выполнена с возможностью закрепления на ней основания, обеспечивая расположение корпуса внешнего в вертикальном или наклонном положениях.