Способ цементирования скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в процессе сооружения скважин.

Цель изобретения - повышение надежности получения сигнала об окончании цементирования.

На чертеже представлено устройство для цементирования скважин по предлагаемому способу, общий вид.

Сущность способа цементирования скважин заключается в том, что в обсадную колонну закачивают тампонажный раствор, вслед за которым в обсадную колонну вводят вязкоупругий разделитель, насыщенный дисперсным материалом (например, шариками) размер которого превышает размер циркуляционных каналов бащмака обсадной колонны, служащим для полного или частичного перекрытия циркуляционных каналов, разобщающих по окончании цементирования внутреннюю полость обсадной колонны от внешнего пространства, вытеснение тампо- нажного раствора в затрубное пространство осуществляют прокачиванием продавочной жидкости.

Проведение работ может включать операции по закачиванию тампонажного раствора в обсадную колонну через фильтр, обеспечивающий отделение твердых частиц с размерами, превышающими размер частиц дисперсного материала, а вязкоупругий разделитель закачивают путем сообщения емкости с вязкоупругим разделителем с трубным пространством после его герметизации и прекращения закачивания цементного . раствора.

Устройство включает патрубок 1 с установленной в нем неподвижной гильзой 2 с конусным седлом 3 и стопорной канавкой 4, включаемых в состав башмака обсадной колонны. В неподвижной гильзе 2 на срезных штифтах 5 установлен стакан 6 с перфорированным днищем 7, боковыми отверстиями 8 с наклонными осями, канавкой 9 под стопорное пружинное кольцо 10, крышкой 11 и конусной фаской 12. Между цилиндрическими поверхностями гильзы и стакана установлено уплотнительное кольцо 13. На верхнем конце обсадных труб 14 колонны установлена цементировочная головка 15, вклю- чаюцлая корпус 16, верхние входные патрубки 17 и 18с кранами, фильтр-диспергатор 19, обратный клапан 20, нижний входной патрубок 21 с краном, емкость 22 для вязко- упругого разделителя.

Процесс цементирования и работа устройства осуществляются следующим образом.

Патрубок 1 устройства устанавливают между обсадными трубами в 8-12 м от нижнего конца обсадной колонны, причем перфорированное днище 7 стакана 6 в процессе спуска выполняет функции дроссели0

5

рования потока жидкости, заполняющей обсадную колонну через башмак. Обратный клапан в компоновку низа обсадной колонны не включается.

После спуска обсадной колонны и промывки скважины в обсадную колонну через входной патрубок 17 цементировочной головки 15 закачивают требуемый объем тампонажного раствора. При этом за счет прохождения тампонажного раствора через

0 фильтр-диспергатор 19 обеспечивается его активация, а также измельчение и отфильт- ровывание твердых частиц примесей, размер которых превышает величину отверстий в днище 7 стакана б, чем предотвращается

с преждевременное закупоривание этих отверстий.

По окончании закачки тампонажного раствора при закрытых кранах на патруб- ках 17 и 18 открывают кран на входном патрубке 21, и вязкоупругий разделитель с дисперсным материалом из емкости 22 поступает в колонну за счет разрежения, возникающего при грЗЕШтациониом перемещении тампонажного раствора. Для предотвращения оголения 6anjMaKa колонны объем вяз- коупругого разделителя не должен превышать внутреннего объема колонны в интервале от устройства до башмака.

Транспортирование дисперсного материала в среде вязкоуиругого разделителя надежно обеспечивает одновременность момента окончания цементирования и повышения давлен1 я нагнетания, вызывающего срабатывание устройства.

Вязкоупругий разделитель с дисперсным материалом вводится в обсадную колонну непосредственно после та.мпонажного раст вора. В этот момент нижняя граница тампонажного раствора находится в зависимости от соотношения требуемого объема тампонажного раствора и внутрен го объема колонны либо г кольцевом ,:|Юстранстве между колонной .-. тенками с::ва/1-: ;;ы, либо

0 внутри обсадноГ; 1 олонпь. Ocr. ;й объем скважины, а также; оС-. :.дной колонны занимает вытесняемый буровой раствор. В обоих случаях статическое давление в обсадной колонне на уровне устья равно произведению расстояния от устья скважины до нижней границ :, тампонажного раствора на разность плотностей бурового и тампонажного растворов. Ввиду того, что разность плотностей бурового и тампонажного растворов является величиной отрицательной, в устьевой части обсадной колонны перед началом процесса продавливания имеется вакуумметрическое давление.

Под действием указанного перепада давления время перетока вязкоупругого состава с дисперсным материалом в обсадную ко5 лонну из открытой в атмосферу емкости составляет не более трех минут при объеме вязкоупругого состава 0,1 м . Это время не превышает затрат времени на освобожде0

5

0

ние находящейся в цементировочной головке продавочной пробки, что производится по существующей в отрасли технологии цементирования.

При введении вязкоупругого состава с дисперсным материалом с использованием разрежения в устьевой части колонны не нарушается сплошность вязкоупругого состава. Закачка его в колонну с использованием насосов объемного типа приводит к разрыву вязкоупругого состава па отдельные части, величина которых определяется рабочим объемом насоса, с нарушением молекулярных цепочек. В этом случае связь между отдельными частями вязкоупругого состава определяется адгезионными, а не ко- гезионными силами, причем первые на 20- 30% меньше последних. В связи с этим надежность получения сигнала об окончании цементирования выше при вводе вязкоупругого состава с дисперсным наполнителем за счет разрежения.

Затем кран на патрубке 21 закрывают, и через входной патрубок 18 закачивают продавочную жидкость. Вязкоупругий разделитель при движении по обсадным трубам выполняет в силу своих структурных свойств функции разделительной пробки. При этом дисперсный материал надежно удерживается в среде вязкоупругого состава.

При достижении вязкоупругим разделителем стакана 6 происходит постепенное закупоривание дисперсным материалом (например, шариками) отверстий в его днище 7. Давление в обсадной колонне плавно повышается, а при достижении им расчетной величины срезаются штифты 5, стакан 6 смещается вниз до посадки фаской 12 на конусное седло 3 гильзы 2 и стопорится пружинным фиксатором 10. При этом перекрываются циркуляционные отверстия 8, что отмечается по возрастанию темпа повышения давления нагнетания. Затем даление в обсадной колонне снижают до гидростатического давления столба продавочной жидкости и проверяют срабатывание устройства, критерием чего является отсутствие перелива жидкости из колонны. Для дополнительного контроля срабатывания устройства и герметичности обсадной колонны давление в последней может быть повторно повышено.

В случае аварийного порыва нагнетательной линии на поверхности в процессе продавливания тампонажного раствора переток жидкости в обсадную колонну лз за- трубного пространства предотвращается обратным клапаном 20 цементировочной

головки.

Формула изобретения

5

1.Способ цементирования скважин, вклю- 5- чающий закачку в обсадную колонну тампонажного раствора с последующим вытеснением его в затрубное пространство продавочной жидкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности получения сигнала об окончании цементирования, меж0 ду тампонажным раствором и продавочной жидкостью вводят вязкоупругий разделитель с дисперсным материалом, размер части которого превышает размер циркуляционных отверстий башмака обсадной колонны.

2.Способ по п. 1, отличаюш,ийся тем, что вязкоупругий разделитель с дисперсным материалом вводят путем сообщения емкости с вязкоупругим разделителем и дисперсным материалом с трубным пространством после его герметизации и окончания зака0 чивания тампонажного раствора.

3.Устройство для цементирования скважины, включающее башмак с патрубком с неподвижной гильзой и стаканом, установленным с возможностью осевого перемещения, отличающееся тем, что стакан снабжен механизмом фиксации в нижнем своем положении, крышкой и днищем, перекрывающим торцы стакана, при этом стакан зафиксирован в верхнем положении срезными штифтами и выполнен с боковыми отверстиями, гидравлически соединяющими

0 внутреннее пространство обсадной колонны с внешним, а днище стакана - с отверстиями, размер которых меньше размера частиц дисперсного материала.

5

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для сооружения скважин. Цель изобретения - повышение надежности получения сигнала об окончании цементирования. В обсадную колонну (ОК) 14 закачивают тампонажный раствор. Затем вводят вязкоупругий разделитель с дисперсным J :. риа/юм, размер которого превышает jiajMCp циркуляционных отверстий башмака ОК М. Вводят разделитель и материал путем сообщения емкости с разделителем и материалом с трубным пространством после его герметизации и окончания закачивания раствора, который в последующем вытесняют в затрубное пространство с продавочной жидкостью. В устр-ве для осуществления способа установленный в неподвижной гильзе 2 башмака стакан (С) 6 с боковыми отверстиями 8 снабжен механизмом 10 фиксации в нижнем своем положении, крышкой 11 и днищем 7. В верхнем положении С 6 фиксируется срезными штифтами 5. Отверстия 8 гидравлически соединяют внутреннее пространство ОК 14 с внешним. Днище 7 имеет отверстия, размер которых меньше частиц дисперсного материала. При расчетной величине давления в ОК 14 штифты 5 срезаются, С 6 смещается вниз до посадки на гильзу 2 и фиксируется механизмом 10. Отверстия 8 перекрываются. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 1 ил. о 1СЛ 00 ю 00 о