Способ ступенчатого цементирования скважин и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК E21B33/14 

1

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к их центрировнию.

Цель изобретения - повышение эффективности цементирования скважин за счет возможности дополнительной обработки скважины в заколонном пространстве и обеспечение непрерьшно- го цементирования.

Способ осуществляют следующим образом.

При ступенчатом цементировании скважин вначале подают в заколонное пространство через колонны первую порцию тампонажных материало Затем открьгоают боковые отверстия колонны, через которые подают в заколонное пространство вторую порцию тампонажных материалов.

При этом между первой и второй порциями тампонажных материалов в колонну закачивают дополнительную порцию тампонажных материалов. После этого закрьшают боковые отверсти колонны. После закрытия боковых отверстий колонны дополнительную порцию тампонажных материалов подают через башмак колонны в заколонное пространство.

В качестве первой и дополнительн порций тампонажных материалов примеют гидрофобный материал.

Такая последовательность операци по предлагаемому способу обеспечива возможность размещения в зоне продтивных пластов первой порции тампонных материалов для предварительной обработки этой зоны, например покрытия контактных поверхностей труб и стенки скважины самоуплотняющимся эластичным слоем с высокими адгезионными свойствами. Все это обеспечивается при непрерьшном цикле цементрования,

На фиг.1 показано устройство для осуществления цементирования по прелагаемому , способу; в транспортном положении; на фиг.Х - то же, в положении открытых боковых отверстий; на - то же, в конечном положении (при закрытых боковых отверстиях).

Устройство включает корпус 1 с бковыми отверстиями 2 и установленную в нем втулку 3 с боковыми отверстиями 4.

Корпус 1 ниже его боковых отверстий 2 выполнен с верхней 5 и нижней 6 кольцевыми проточками. Выше боко

0

5

0

5

5105

0

0

5

вых отверстий 2 корпус выполнен с выступом 7 и ступенчатой кольцевой проточкой 8 под выступЬм 7, Ступенчатая кольцевая проточка 8 образует с втулкой 3 замкнутую кольцевую полость 9 при совмещении ее боковых отверстий 4 с боковыми отверстиями 2 корпуса.

Втулка 3 в нижней части выполнена с верхним и нижним рядами выдвижных элементов 10 и 11 соответственно под соответствующие кольцевые проточки 5 и 6 корпуса 1. Расстояние между верхним и нижним рядами вьщвижньпс элементов равно ходу втулки.

По верхней части втулка 3 выполнена с пружинным фиксатором 12, взаимодействующим с выступом 7 корпуса и возможностью образования упора под верхнюю цементировочную пробку 13,

Верхний ряд вьщвижных элементов

10помещен над соответствующей кольцевой проточкой 5 корпуса с возможностью последующего перемещения в нее и образует упор под открывающую цементировочную пробку 14,

Нижний ряд вьщвижных элементов

11помещен в верхней кольцевой проточке 5 с возможностью перемещения в нижнюю кольцевую проточку 6.

Во втулке 3 и корпусе 1 ниже выдвижных элементов выполнены дополнительные боковые отверстия 15 и 16 соответственно с возможностью их совмещения при совмещении основых боковых отверстий 2 и 4 корпуса и втулки соответственно.

Боковые отверстия корпуса могут быть перекрыты пробками 17, закрепленными бандажом 18.

Пружинный фиксатор 2 может быть выполнен с кольцом 19, связывающим прзпкинный фиксатор с втулкой 3,

Устройство работает следующим образом.

Ступенчатое цементирование начинают с последовательной закачки в обсадную колонну расчетных объвмов первой и дополнительной порций тампонажных материалов. Затем пускают в колонну, открывающую (первую) цементировочную пробку 14 и закачивают на нее расчетный объем второй порции тампонажных материалов. После этого пускают в колонну верхнюю (вторую) цементировочн то пробку 13 и закачивают на нее продавочную жидкость, В момент подхода открывающей цементиро

вечной пройки 14 к устройству первая и дополнительная порции тампонажных материалов располагаются в интервале от устройства до забоя скважины, причем первая порция - в заколонном пространстве,.а дополнительная - в : полости обсадной колонны, Открьшаю- щая цементировочная пробка 14, проходя через проходной канал устройства, перемещает втулку 3 в промежуточное положение посредством верхнего ряда выдвижных элементов 10. При совмещении боковых отверстий 4 втулки 3 с боковыми отверстиями 2 корпуса верхний ряд выдвижных элементов 10 перемещается в верхнюю кольцевую проточку 5 корпуса 1, освобождая проходной канал устройства, а нижний ряд вьщвижных элементов 11, взаимодействуя с внутренней поверхностью корпуса, частично выходит в проходно канал устройства (фиг.2), При этом открьшающая цементировочная пробка 14 садится на нижний ряд выдвижных элементов 11, а ступенчатая кольцевая проточка 8 корпуса образует с втулкой 3 замкнутую кольцевую полост 9, т.е. гидравлический фиксатор, уде живаюпдий втулку 3 в промежуточном положении. Одновременно пружинный фиксатор 12, взаимодействуя с выступом 7, перемещается в проходной кана устройства и образует упор (седло) под верхнюю цементировочную пробку 13.

При дальнейшем повышении давления в колонне разрывается бандаж 18 и выдавливаются в затрубное пространство пробки 17. Продолжая закачку прода- вочной жидкости в колонну, подают в заколонное пространство вторую порцию тампонажных материалов. При посаке верхней цементировочной пробки 13 на упор, образованный пружинным фик- сатором 12, происходит смещение кольца 19 и разгерметизация кольцевой полости 9 (т.е., вывод гидравлического фиксатора из рабочего состояния и вьшод пружинного фиксатора -12 из проходного канала устройства под выступ 7. Верхняя цементировочная пробка 13, продолжая движение вниз, перекрьшает боковые отверстия 4. Под действием повышенного давления открьгоающая цементировочная пробка 14 перемещает втулку 3 в конечное положение с помощью нижнего ряда выдвижных элементов 11. В конечном поло

0

5

0

25

;0

40 45

жении втулки 3 эти элементы (фнг.З) перемещаются в нижнюю кольцевую проточку 6, освобождая проходной канал устройства.

Продолжая непрерьтную закачку про- давочной жидкости в колонну, перемещают цементировочные пробки вниз до посадки открывающей (нижней) цементировочной пробки 14 на стоп-кольцо, установленное вблизи башмака обсад:- ной колонны. При этом в заколонное пространство скважины, расположенное в зоне продуктивных пластов, продавливается дополнительная порция тампонажных материалов, которая после твердения образует герметизирующий пласты тампонажный камень с необходимыми для этой зоны физико-механическими свойствами. В то же время первая порция, обеспечившая в зат- рубном пространстве улучшение адгезионных свойств поверхностей колонны и стенки скважины, перемещается в вьш1ерасположенную зону затрубного . пространства, вытесняя вверх вторую порцию. Впоследствии первая порция образует высокопластичное или эластичное кольцо с хорошими изоляционными свойствами.

Пример. Закачивают в обсад-. ную колонну первую порцию тампонажных материалов, затворенную на основе гидрофобного тампонажного материа- 25 ла (например, ГТМ-7), и тампонажного портландцемента в соотношении 3:1, дополнительную порцию, затворенную на основе тех же материалов в соотношении 1:1, и вторую порцию, затворенную на основе тампонажного портландцемента и бентонитового глинопорошка в соотношении 4:1.

Между указанными порциями не размещают разделительную жидкость. Дополнительную и вторую порции разделяют верхней цементировочной пробкой. Непосредственно после выхода первой порции в затрубное пространство производят, используя упомянутую цементировочную пробку, гидравлико-механи- ческое открытие боковых отверстий обсадной колонны и продавливают через них в заколонное пространство вторую-порцию с помощью закачиваемой в колонну продавочной жидкости, разделяемой от этой порции верхней цементировочной пробкой. В момент полного выхода второй порции в закол он- ное пространство производят, исполь50

55

5

зуя верхнюю цементировочную пробку закрытие боковых отверстий, смыкани пробок и последующее продавливание дополнительной порции тампонажньгх материалов через башмак колонны в заколонное пространство с помощью продавочной жидкости до момента посадки пробок на стоп-кольцо, установленное над башмаком колонны.После завершения процесса .цементирования скважины снимают давление в цементировочной головке. При этом обратный поток жидкости в скважину исключается за счетг- обратного клапана обсадной колонны или фиксации открьшающей цементировочной пробки на стоп-кольце с помощью специалного замка известных конструкций.

Формула изобретения

1.Способ ступенчатого цементирования скважин, включающий подачу в заколонное пространство через башмак колонны первой порции тампонаж- ных материалов, открытие боковых отверстий колонны, подачу в заколонное пространство через боковые отверстия колонны второй порции тампонажных материалов и закрытие боковых отверстий колонны, отлич ающий- с я тем, что, с целью повыщения эффективности цементирования скважин

за счет возможности дополнительной обработки скважины в заколоннрм пространстве и обеспечения непрерывного цементирования, между первой и второй порциями тампонажных материалов в колонну закачивают дополнительную порцию тампонажньгх материалов, а после закрытия боковых отверстий колон- -ны дополнительную порцию тампонажных материалов подают в заколонное пространство через башмак колонны.

2.Способ по П.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью сохранения коллекторских свойств продуктивных пластов, в качестве первой и дополнительной порций тампонажньгх

материалов применяют гидрофобный материал.

5

0

0

5

3. Устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус с боковыми отверстиями и установленную в нем втулку с боковыми отверстиями, отличающее- с я тем,-что, с целью исключения перемычек между ступенями цементирования, корпус ниже боковых отверстий выполнен с верхней и нижней кольцевой проточками, а вьпче боковых отверстий - с выступом и ступенчатой кольцевой проточкой под ним, образующей с втулкой замкнутую кольцевую полость при совмещении ее боковых отверстий с боковыми отверстиями корпуса, а втулка в нижней части выполнена с верхним и нижним рядами выдвижных элементов под соответствующие кольцевые проточки корпуса с рас- стоянием между ними, равным ходу 5 втулки, в верхней части последняя выполнена с пружинным фиксатором, взаимодействующим с выступом корпуса с возможностью образования упора под верхнюю цементировочную пробку, при этом верхний ряд выдвижных элементов помещен над соответствующей кольцевой проточкой корпуса с возможностью последующего йеремещения в нее и образует упор под открывающую цементировочную пробку, а нижний ряд выдвижных элементов помещен в верхней кольцевой проточке с возможностью перемещения в нижнюю кольцевую проточку.

4. Устройство по п.3, о тли - чающееся тем, что, с целью повышения надежности его работы за счет уменьщения нагрузок на вьщвиж- ные элементы, во втулке и корпусе ниже вьщвижных элементов выполнены дополнительные боковые отверстия с возможностью их совмещения при совмещении основных боковых отверстий корпуса и втулки.

Изобретение относится к бурению скважин и позволяет повысить эффективность цементирования скважин за счет возможности дополнительной обработки их в заколонном пространстве и обеспечить непрерывное цементирование. Способ реализуется с помощью устройства, в котором, с целью исключения перемычек между ступенями цементирования, в корпусе ниже боковых отверстий выполнены верхняя и нижняя кольцевые проточки (КП), а выше от-- верстий - выступ и ступенчатая КП под ним.. При этом ступенчатая КП образует с установленной в корпусе втулкой замкнутую кольцевую полость при совмещении боковых отверстий втулки и корпуса. В нижней части втулки установлены верхний и нижний ряды выдвижных элементов под соответствующие КП корпуса, в верхней части - пружинный фиксатор. Последний взаимодействует с выступом корпуса с образованием упора под верхнюю цементировочную пробку (ЦП). Верхний ряд выдвижных элементов установлен с возможностью перемещения в КП корпуса и образует упор под открьшающую ЦП. Нижний ряд вьщвижньгх элементов помещен в верхней КП с возможностью перемещения в нижнюю КП. Закачивают в обсадную колонну через ее башмак последовательно первую и дополнительную порции тампонажных материалов (ТМ), затворенных на основе гидрофобного ТМ. Затем открьшают боковые отверстия колонны и подают через них на открьтающую ЦП вторую порцию ТМ, разделяя дополнительную и вторую порции верхней ЦП. В момент полного выхода второй порции в зако- лонное пространство-с помощью верхней ЦП производят закрытие боковых отверстий, смыкание ЦП и последующее продавливание дополнительной порции ТМ через башмак колонны в за- колонное пространство с помощью про- давочной жидкости, 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил. to с/)

Фиг.г

Ш

IPСоставитель в.Гришанов Редактор Н.Тупица Техред Л.Сердюкова Корректор В.Романенко

Заказ 6724/36

Тираж 532

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фив.З

Подписное