Способ цементирования скважин Советский патент 1985 года по МПК E21B33/13 

со

4

05 СО СО

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может быть использовано,при цементировани скважин.

Известен способ цементирования скважин, при котором повышение прочности сцепления цементного камня с породой и обсадными трубами обеспечивается добавками песка (10-30%) или химических реагентов (0,5-1,0%). При .этом достигается необходимая герметичность затрубного пространства. Прочность сцепления камня с породой и обсадной колонной возрастает в 1,5-2,0 раза 1.

Наиболее близким к предлагаемому является способ цементирования скважин, включаюший обработку цементного раствора и продавочной жидкости, прокачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую продавку его продавочной жидкостью в затрубное пространство 2.

Основным недостатком известных способов является то, что они практически не могут влиять на состояние глинистых корок на стенке скважины и поверхности труб, которые снижают прочность сцепления с цементным камнем.

Кроме того, добавки песка оказывают ощутимые результаты только в больших количествах (20-30 мас.%), снижая прочность цементного камня в «холодных скважинах. Тампонажные растворы, содержащие песок, нестабильны. Песок из них выпадает. Химические реагенты в значительной степени влияют на сроки схватывания.

Цель изобретения - повышение качества цементирования за счет увеличения силы сцепления цемента с породой стенок скважины и металлом обсадной колонны.

Поставленная цель достигается тем, что по способу цементирования скважин, включающему обработку цементного раствора и продавочной жидкости, прокачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую продавку его продавочной жидкостью в затрубное пространство, обработку цементного раствора и продавочной жидкости последовательно осуществляют в поле электрического тока диафрагменного электролизера, причем цементный раствор - в зоне отрицательного электрода до величины редокс-потенциала от - 600 до - 800 мВ, а продавочную жидкость - в зоне положительного электрода до величины редокс-потенциала от -I- 600 до + 800 мВ, и последовательно прокачивают их в скважину в течение времени, меньшего, чем время электрохимической релаксации цементного раствора.

Продолжительность времени закачки Цементного раствора и продавки его продавочной жидкостью в соответствии с периодом электрохимической релаксации цементного раствора выбирают 10 - 180 мин.

Способ осуществляется следующим образом. .

Цементный раствор в процессе прокачки его в скважину на поверхности подвергается электрообработке в зоне отрицательного электрода диафрагменного электролизера при редокс-потенциале от - 600 до - 800 мВ.

Период прокачки цементного раствора 0 в скважину и продавки его продавочной жидкостью до завершения процесса цементирования выбирают в соответствии с периодом, электрохимической релаксации этого раствора 10-180 мин.

5 .-.

Прокачиваемая вслед за цементным

раствором продавочная жидкость подвергается на поверхности электрообработке в зоне положительного электрода диафрагменного электролизера при редокс-потенциале от

0 -f 600 до -1-800 мВ.

В качестве диафрагменного электролизера может быть использован любой из известных электролизеров.

Обеспечение разности потенциалов межс ду цементным раствором, породой и обсадной колонной достигается следующим образом.

Известно, что порода ствола скважины имеет положительный редокс-потенциал, равный + 200 мВ. Контактирующий с породой тампонажный раствор имеет редокс-потенциал от - 600 до - 800 мВ. Металлическая обсадная колонна к концу цементирования приобретает заряд продавочной жидкости, редокс-потенциал которой составляет от + 600 до + 800 мВ. Против нее

расположен тампонажный раствор, имеющий редокс-потенциал от-600 до -800 мВ. При величине редокс-потенциала цементного раствора больше - 600 мВ, а продавочной жидкости меньще + 600 мВ разность

потенциалов на контакте порода-цементный раствор, цементный раствор - обсадная колонна недостаточна для интенсификации протекающих здесь реакций, что приводит лишь к незначительному росту силы сцепления.

При величине редокс-потенциала цементного раствора меньше - 800 мВ, а продавочной жидкости больше -|- 800 мВ дальнейший прирост интенсификации реакций в контактной зоне незначителен и не оправдывается возрастающими затратами электроэнергии. Благодаря равномерному распределению зарядов по контактирующим поверхностям и возникновению дополнительных процессов взаимодействия наличие глинистой корки на породе и глинистой пленки на обсадной колонне в меньшей степени сказывается на силе сцепления, чем при известных способах цементирования.

Пример. Готовят стандартный цементный раствор с в/ц 0,5 согласно требованиям ГОСТ 1581-78, который делят на две части.

Часть цементного раствора используют в качестве контрольной, часть подвергают электрообработке в отрицательной зоне диафрагменного электролизера до редокс-потенциала - 800 мВ.

Электрообработанную пробу делят на 2 части, каждую из которых заливают в форму специального приспособления.

В одной форме электрообработанный цемент контактирует с влажной породой, редокс-потенциал которой составляет + 200 мВ, в другой - с образцом металла обсадной колонны, редокс-потенциал которого составляет + 800 мВ. Подачу электрического тока к металлу и влажной породе с целью обеспечения необходимой величины разности потенциалов осуществляют с помощью стабилизатора постоянного тока П 138.

Контрольную пробу также делят на две части, каждую из которых заливают в форму. В одной форме цементный раствор контактирует с породой, в другой - с металлическим образцом. В обоих указанных случаях ток к образцам не подают.

Все пробы, залитые в формы специального приспособления, выдерживают в течение 14 сут. После затвердевания цемента определяют усилие на отрыв его от породы и металла.

Усилие на отрыв цементного камня образованного электрообработанным раствором, составляет: от породы 3,10 кгс/см и от металла 4,90 кгс/см. Усилие на отрыв цементного камня, образованного контрольным раствором, составляет: от породы 1,87 кгс/см2 и от металла 3,09 кгс/см.

0

Таким образом, электрообработка цементного раствора в зоне отрицательного электрода при обеспечении положительного потенциала на породе и обсадной колонне повышает силу сцепления. Кроме того, опрес деляют сроки схватывания, растекаемость и прочность камня двухсуточного хранения (по ГОСТ 1581-78) для электрообработанного при вышеуказанных редокс-потенциалах цементного раствора. Установлено, что электрообработка практически не влияет на сроки схватывания цементного раствора, повышая в среднем на 14% его растекаемость. Прочность камня на изгиб двухсуточного возраста результате электрообработки в среднем возрастает на 18%.

Изобретение обеспечивает сокращение добавок реагентов, повышающих сцепление цемента с породой и обсадной колонной, на 100%, повышение надежности и времени эксплуатации нефтяных и газовых скважин на 12-15% и повышение качества тампонаж0 ных работ.

1. СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающий обработку цементного раствора и продавочной жидкости, прокачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую продавку его продавочной жидкостью в затрубное пространство, отличающийся тем, что, с целью повыщения.качества цементирования за счет увеличения силы сцепления цемента с породой стенок скважины и металлом обсадной колонны, обработку цементного раствора и продавочной жидкости последовательно осуществляют в поле электрического тока диафрагменного электролизера, причем цементный раствор - в зоне отрицательного электрода до величины редокспотенциала от - 600 до - 800 мВ, а продавочную жидкость - в зоне положительного электрода до величины редокс-потенциала в пределах от + 600 до + 800 мВ, и последовательно прокачивают их в скважину в течение времени, меньщего, чем вреI мя электрохи мической релаксации цемент(Л ного раствора. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продолжительность времени закачки цементного раствора и продавки его продавочной жидкостью в соответствии с периодом электрохимической релаксации цементного раствора выбирают 10-180 мин.