Способ центрирования преимущественно нефтяных и газовых скважин Советский патент 1984 года по МПК E21B33/13 E21B33/14 

Изобретение относится к строите ству преимущественно нефтяных и га вых скважин, а именно к способам цементирования обсадных колонн. Известен способ цементирования преимуществанко аефтяньм и газовых скважин путем закачки цементного раствора s колонное пространство 1« последующего продавливания его в заколонное пространство fl. Однако при цементировании темпе ратурных скважин продавливание цементного раствора не всегда може быть осуществлено из-за преждевременного с н-атывания цементного рас вора , Наиболее близким к предлагаемом является способ цементирОБания пре имуществе нно нефтяных и газовых скважи-н, предусматривающий закачку в обсадную колонну цементного раст вора с добавками замерителя схваты вания и продавливание цементного раствора в заколонное пространство t2. Однако известный способ недоста точно эффективен при аэраг ии цемен ного раствора. Добавку замедлителя схзатывания в цементный раствор рас считывают, как правило, из условия естественной температуры в скважине определяемой геотермическим градиен том, ti не учитывают состава цемектн го раствора. Например, при высокой стапанм аэрации цементного раствора необходгШрй для эффективной борьбы с поглощением, из-за сжатия возд тинсй фазы Е цементном растворе(при продавке происходит значительный прирост температуры в скванаше, Добавок замедлителя схватывания, рас«::читаннык на естественные температурные условия, уже кедостаточко. Часто это является причиной неполъе цементного раствора за обсадной колонной вследствие его пре;йд,евре- менного эагустевания и схватывания Uejib изобретения - повь шение эффективности цементирования скважин при аэрации цементного раствора, Поставлеп1Ная цель достигается тем, что согласно способу цементиро вания преим тцественно нефтяных и газовых скважин, включающему закачку в обсадную колонну цементного раствора с добавками замедлителя схватывания и продавливание цементного раствора в заколонное простран ство,- перед закачкой цементного раствора определяют прирост темпера тура Е скважине от сжатия зсздушной фазы цементного раствора при давлениях его продавливания в заколонное пространство,а добавки замедлителя схватывания вводят в аэрированный церлентный раствор с учетом полученного прироста температуры. Расчеты, выполненные для услоеИл еро-Варь-Еганского месторождения, методике ВНИИКрнефть, свидетельстт, что температура цементного твора вблизи башмака обсадной онны увеличивается с глубиной спуска, причем на глубине 3000 м достигает приблизительно 70°С и цементный раствор, закачяваемыК кважину, насьвден воздухом, можно дать дополнительного нагрева твора от тепла, выделенного сжиNttJM воздухом. При оценке прираия температуры считают, что прос сжатия воздуха происходит теплообмена(адиабатически), TOI- справедлива Ч(МК показатель адиабаты дЛя воздуха, -П , U1 Т температура воздуха во время аэрации цементного раствора на поверхности,К; температура воздуха после сжатия. К; увеличение температуры воздуха от его сжатия; атмосферное давление,- 0,1 МПа; давление на забое скважины при цементировании на глубине 3000 м, Р 45,0 МПа. Тепло, выделенное 1 кг воздухом еделяют по формуле . (3) Для воздуха под давлением более 0 МПа ,234 ккал/кг.град. Весовое содержание воздуха в гс цементного раствора определяпо формуле °-2-t кг 1 плотность воздуха в нормальных условиях , р 1,293 кг/м5; р - плотность неаэрированного цементного раствора,кг/м- m - степень аэрации. Количество тепла, образующегося кгс цементного раствора, опредет по формуле е--Т Г Приращение тег тературы цементного твора находят из зависимости где теплоемкость цементного раствора. Величину С находят из зависимос ,56 - 0,42(гцр-1,45).- (6)1 Таким образом обобшенную ФОРМУЛУ .0,S6-0,42(,4S) Подставив указанные значения, по лучают, что приращение температуры для степени аэрации составляет , - 12°С, для - SO и так далее.На чертеже показан график изменения температуры аэрированного цементного раствора вблизи башмака колонны для условий Северного-ВарьЕгана для случая . Из графика видно, что на глубине 3000 м при данной степени аэрации температура достигает 100°С. Известно, что температура раство ра влияет на время его загустевания Например, с повышением температу ры до lOO-l O C начало схватывания цементных растворов уменьшается примерно с 2 ч 30 мин до О ч 20 мин Это объясняется тем, что с повышением температуры ускоряются химичес кие реакции взаимодействия цемента с водой. Таким образом, введение замедлителя схватывания в аэрированный цементный раствор с учетом прироста температуры позволит нейтрализовать дополнительный его нагрев от сжатия воздушной фазы и, тем самым, повыИть качество цементирования. Способ цементирования преимущест венно нефтяных и газовых скважин осуществляют следукицим образом. Учитывая допустчмое давление на забой скважины(Pjb задают степень аэрации тампонажного раствора.Допус каемое давление вычисляют по формул РЗ ) где С - градиент давления гидроразр ва, МПа/м; И - глубина скважины по вертика ли, м. С другой стороны, РЗ рН5Мпа ,(101 где р - плотность аэрированного рас вора на глубине 5 кг/м Н - глубина скважины, м; о- - ускорение свободного падени м/с. Приравнивают выражения и получают я Лотность аэрированной жидкости лубине -2- определяют по формуле p.., ц„ р - плотность цементного раствора до аэрирования, кг/м; Р2 плотность воздушной фазы на глубине -|-, fi - отношение объема воздуха к объему жидкой фазы в забойных условиях, , (131 - TTF tf - отношение массы воздуха к массе цементного раствора, определяется по формуле -рГ U4I р - плотность воздуха в нормальных условиях, /-,293 кг/м № - степень аэрирования. дставляя формулы(12) ,(131 и (141 в имость (11) получают выражение., 2 Pr-F fz(f.)-.f2 лотность воздушной фазы на глу- - находят по известной формуле - РО Т Уг Р - давление в затрубном пространстве в конце цементирова-. Н ния на глубине Pg - атмосферное давление, . Pj,0,l МПа; TQ- температура воздуха из-под компрессора, Т,,5:.300 К; Т - температура воздушной фазы в скважине на глубине глубины 1500 м, Т 300 К. еличину Р на глубине --х- опредепо формуле (17) качестве примера конекретной изации принимаются условия р-Варь-Еганского месторождения, градиент давления гидроразрыпа ревьшает 0,015 МПа/м. - 22,5 нпа,огда Р 0,015 -5:i--|55--l2 290,93 кг/м. еобходимая Ч тепень аэрирования нтного раствора при f 1830 кг/м ормуле 13. 1830-290,93 (1830 - -|-gj) i:.293 i290,934-1830)-2 1830-290,93

160200000 t-, . IBlPOO 56,88,. 57. ,

Далэз no методике ВНИИКрнефть и по формуле 8)определяют температуру тампонажного материала на забое скважины, она составит 104с (против для неаэрировакного цементного раствора К

Наиболее интенсивному температурному .воздействию подвергается ;оследйяя порция цементного раствора закачиваемого в скважину. Опыт покаЭкзвает , что . ;ля предотвращения преждевременного загустевания цемент него раствора время, затрачиваемое аа его затворекие к продавливание йа должно превышать 75% от времени

40

30

20

эмператудо начала его схватывания. Таким

образом, для условий Северо-ЗарьЕганского месторождения, где на затворение последней порини(без добавления глины)портландцемента затрачивают 0,25 ч и ка его продувку 0,5 ч(. всего П,7й ч) время до начала схватывания должно быть не менее 1,0 ч,

в табл. 1 показано изменение вре,мени начала схватывания тампонажного портландцементного раствора -(водоцемен тный фактор 0,5 )в зависимости от температуры,.

Таблица 1

110

100

90

80 §324gOil830::1529 1| 1,293(32430000-1064800)

СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН , включающий закачку в обсадную колонну цементного раствора с добавками замедлителя схватывания и продавливание цементного раствора в заколонное пространство, о т л и ч а -. ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности цементирования скважин в случае аэрации цементного раствора, перед закачкой последнего определяют прирост температуры в скважине от сжатия воздушной фазы цементного раствора при .давлениях его продавливания в заколонное пространство, а добавки замедлителя схватывания вводят в аэрированный цементный раствор с учетом полученного прироста температуры. fi сд 9 00

10,0 4,7 3,3 2,6 2,0 и рем к

lii табл. 1 видно, что в сквэ.жине, заиемактмроэг кной без аэрации, где динамическая забойная темпаратура не превышает , цементный раствор ям-.гет знЛигольный запас гю срокам

охаагывания 10 , б ч) и, следовательно, преждевременного загустевания его опасаться не следует, В скважинах, йацементированный с аэрацией,уже с и.губины 2600 м, что соответстБуат тампаратуре , цементный раствор не удовлетворяет по срокам скватыва-ния и требугт авода замедлителя.

Для тампонажного портландцемента э качастве замедлителей схватывания

0,7

можно использовать лигносульфонаты кальция, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлозу (КМГЭЦ), карбоксиметилцеллюлозу 1КМЦ) , сульфитспиртовую барду (ССБ), технический винный камень, виннокаменную кислоту(ВК), гипан, лесохимические полифенолы, окисленную целлюлозу, тоннат натрия, декстрйн, пирогалловую кислоту, нитринтриметилфосфоновую кислоту(НТФ).

В табл. 2 показано влияние конценрации НТФ в зависимости от температуры на время начала схватывания цементного раствора с водоцементньм фактором, равным 0,5.

Таблица 2 1,6 1,3 1,0 0,8 7 110 Из табл. 2 видно, что для обеспечения необходимого времени начала схватывания аэрированного цементного раствора(1,0 ч)в условиях СевереВарь-Еганского месторождения, в него необходимо ввести 0,03% НТФ. Опыты с декстрином показывайт, что для нейтралиэации дополнительного нагрева при сжатии воздушной фазы аэрированного цементного раствора в него необходимо ввести 0,15% реагента. В общем случае для каждой конкретной скважины подбор реагента, его концентрацию необходимо проводить строго индивидуально. При этом необходимо учитывать естественную температуру горного массива на забое скважины, степень аэрации цементного раствора, марку цемента. Замедлитель схватывания нужно вводить только в ту порцию цементно38го раствора, которая подвергается опасному нагреву. Например, для Северо-Варь-Егана эта порция составит 9 м по объему, что соответствует 11 т сухого цемента. Этот объем соответствует объему трубного пространства с глубины 2600 до 3000 м. 1 Обычно замедлитель схватывания вводят в цементный раствор с водой затворения. Для этого расчетное т оличество предварительно подогретой воды(воду подогревают для улучшения растворения реагентов)набирают в мерные емкости цементировочных агрегатов. Посредст,вом насосов агрегата и приемного чайка обеспечивают замкнутую циркуляцию приготовляемого раствора. После достиженин равномерности раствора по плотности его закачивают в скважину.