Способ цементирования скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности к цементированию колонн в скважинах с неизолированными зона ми низких давлений. Известен способ цементирования скважин, содержа1дах неизолированные зоны низкого давления, заключающийся в применении тампонажных растворов пониженной плотности с использованием наполнителей, например вспученный перлитовый песок или обо женный диатомовый песок или перлит или пламилон и пр. tilНедостатком известного способа я ляется то, что применение облегчакяц добавок в значительной мере усложняет производство вяжущих и заготов ку тампонажных смесей, кроме того, они значительно снижают прочность образующегося цементного камня. Наиболее близким к изобретению является способ цементирования сква жин, включающий спуск обсадных колонн в скважину, заполненную промыв ной жидкостью и закачку тампонажного раствора в заколонное пространст во до расчетной высоты С2. Однако данный способ ограничен в применении, так как длтэ; осуществл ния его все же требуется создание в затрубном пространстве гидростатического давления, превышающего допускаемое давление при бурении. Действительно, в начальный момент цементирования, когда закачивают цементный раствор, скважина заполнена полностью и каждые 100 м цементного раствора вызывают увели ние стат.ического давления примерно на 7 кгс/см г так как разность в плотностях промывочной жидкости и тампонажного раствора нормальной плотности составляет 0,7 г/см. Поэтому еще до осуществления продавки промывочной жидкостью возможно такое превышение давления/ которое может вызвать гидравлический разрыв пласта, вплоть до катастрофического поглощения. Следовательно, известный способ возможен только при небольших количествах используемого цемента. Цель изобретения - повышение эффективности цементирования скважин с неизолированными зонами низкого давления при применении тампонажных растворов нормальной плотности. Поставленная цель достигается тем, что в способе цементирования

скважин, включающем спуск обсадных колонн в скважину, заполненную промывочной жидкостью, и закачку тампонажного раствора в заколонное пространство до расчетной высоты, перед закачкой тампонажного раствора в заколонном пространстве снижают уровень пролслвочной жидкости на величину гидростатического Давления, равного перепаду давления, вызываемого разностью плотностей скважинной жидкости и тампонажного раствора, причем уровень промывочной жидкости )снижают путем ее перепуска из заколонного пространства в обсадную колонну, которую во время спуска заполняют частично с оставлением объема незаполненной части колонны/ эквивалентного объему заколонного пространства от устья до глубины снижения уровня промывочной жидкости, при этом объем незаполненной части колонны отсекают диафрагмой, которую устанавливают в колонне во время ее спуска, а перед перепуском промывочной жидкости из заколонного пространства в обсадную колонну диафрагму разрушают.

На фиг. 1-4 изображена последовательность осуществления операций по предлагаемому способу.

В скважину глубиной L спускают обсадную колонну на длину L и устанавливают во внутренней полости труб глухую чугунную диафрагму, разцепляющую нижнюю часть полости от верхней. В дальнейшем остальную верхнюю часть колонны труб L2 допускают, оставляя ее незаполненной промывочной жидкостью (фиг. 1). При этом объем незаполненной полости должен быть равен объему скважины на длине, равной необходимому снижению уровня в затрубном пространстве (за вычетом объема тела труб на той же длине).

В порожнюю колонну сбрасывают стальной шток, который, падая на диафрагму, разрушает ее. Происходит сообщение трубного пространства с заколонным (кольцевьяи ) и уровень в последнем снижается до глубины Н(фиг.2

В затрубное пространство закачивают тампонажный раствор нормальной плотности, занимающий необходимую высоту Н,. При составное давление тампонажного раствора и промывочной жидкости затрубного пространства высотой L - (Н + Н2) равно давлению прс 1ывочной жидкости в полностью заполненных трубах на длине L, т.е. равно гидростатическому давлению, допуска эмому при бурении (фиг. 3).

Б затрубное пространство закачивают продавочную жидкость, с равной промывочной жидкости плотностью в

объеме промывочной жидкости кольце вого пространства от баимака колонны до нижней границы тампонажного раствора в его положении на фиг.З. При этом промывочная жидкость из 5 труб постоянно выдавливается, а уровень в затрубном пространстве поддерживается равным Н (по закону сообщающихся сосудов).

После закачки расчетного количест0 ва продавочной жидкости тампонажныйраствор входит в башмак обсадной колонны, равенство давлений в трубном (промывочной жидкости) и в затрубном (составного столба тампонажного раст5 вора и промывочной жидкости) сохраняется и процесс цементирования заканчивается (фиг. 4),

Если требуется подъем тампонажного раствора до устья, то после твер0 рзения цементного камня, закаченного ш первой стадии, но без продавки промывочной жидкостью, проводят вторую стадию цементирования, при которой в открытое и незаполненное кольце5 вое пространство закачивается недостающее количество тампонажного раствора.

Пример . Цементируют эксплуатационную колонну диаметром 146 мм, перекрывающую в стволе диа1 1етром 215,9 мм пласт низкого давления, находящийся в призабойной зоне на глубине 1500 м и выдерживающий при бурении гидростатическое давление промывочной жидкос5 ти плотностью 1,15 г/см. Цементирование проводят тампонажньпи раствором из портландцемента плотностью 1,85 г/см с подъемом его на 500м от башмака колонны.

0 Определяют перепад давления от разности плотностей тампонажного раствора и промывочной жидкости на высоте подъема тампонажного раствора за колонной

5 лР 0,1(1,85 - 1,15)-500 35 кгс/см, I

Определяют снижение уровня промывочной жидкости в затрубном пространства, компенаирующее перепад 0 давления от заполнения 500 м затрубного пространства тампонажным раствором

10-35

300 м.

Н

Т7Г5

Определяют длину верхней части обсадной колонны (выше диаграммы), внутреннюю полость которой не заполняют промывочной жидкостью при спуске в скважину (толщина стенки

обсадных труб 10 мм).

- 3000,(0, 0,126) Lgr0,12ё

780 м. Следовательно, после спуска 720 обсадных труб (L) в их внутренней полости устанавливают диафрагму, а верхние 780 м спускают порожними. После спуска колонны до забоя . 1500 м сбрасывают шток, диафрагма разрушается, и жидкость из затрубного пространства перетекает в труб Ное. Уровень в затрубном снижается на 300 м. Затворяют 12,4 тс цемента, необходимых для заполнения 500 м коль цевого пространства из расчета, что для приготовления 1.м тампонажного раствора плотностью 1,85 г/смЗ требуется примерно 1,25 тс цемента. Q 0.,785-(0, 0,146)5.00-1,25 12,4 тс. Закачивают тампонажный раствор в затрубное пространство и верхняя гр ница его занимает уровень в затрубном на расстоянии 300 м от устья. При этом в процессе всей закачки .гидростатическое давление в затрубнем не превышает гидростатическое давление промывочной жидкости в трубах и, следовательно, то, что было при бурении. Закачивают в затрубное пространство 14 м продавочной жидкости плотностью 1,15 г/см из расчета .f Л. jb j av/ л. f л, , л / ti. J 4,v -х.« х V 0,785-(О,,146).700 14 м. Тампонс1жный раствор при этом перемещается в затрубном в необходимый интервал (нижняя граница в башмак колонны, а верхняя - на высоту 500 м от башмака) . Уровень промавоч ной жидкости в затрубном пространст ве остается на глубине 300 м от устья, гидростатическое давление в трубах и в кольцевом пространстве становится равным,и процесс цементирования заканчивается. Таким образом, применение предла гаемого способа позволяет проводить цементирование без превьииения гидростатического давления на пласт низкого давления против имевшего место при бурении скважин. В свою очередь это позволяет исключить осложнения (поглощения, гидроразрывы) при цементировании пластов с низким давлением с использованием тампонажных растворов нормальной плотности и способствует повышению качества крепления. Формула изобретения 1.Способ цементирования скважин включающий спуск обсадных колонн в скважину, заполненную промывочной жидкостью, и закачку тампонажного раствора в заколонное пространство до расчетной высотj, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности цементирования скважин с неизолированными зонами низкого давления при применении тгалпонажных растворов нормальной плотности, перед закачкой тампонажного раствора в заколонном пространстве снижают уровень промывочной жидкости на величину гидростатичбского давления, равного перепаду давления, вызываемого разностью плотностей скважинной жидкости и Т 1мпонажного раствора, причем уровень промывочной жидкости снижают путем ее перепуска из заколонного пространства в обсадную колонну, которую во время спуска заполняют частично с оставлением объема незаполненной части колонны, эквивалентного объему заколонного пространства от устья до глубины снижения уровня промывочной жидкости. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем незапол ; няемой части колонны отсекают диафрагмой, которую устанавливают,в колонне во время ее спуска, а перед перепусксм промывочной жидкости из заколонного пространства в об садную колонну диафрагму разрушают. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Луценко Н.А. и др. Тампонажные растворы пониженной плотности. М., Недра, 1972, с. 5-13. 2.Авторское свидетельство СССР : 594300, кл. Е 21 В 33/14, 1978 (прототип ).

dJvi.f

Фе/г.

у.

I