Способ цементирования обсадных колонн Советский патент 1989 года по МПК E21B33/13 E21B33/14 

1

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к цементированию обсадных колонн.

Цель изобретения, - повышение герметичности заколонного пространства 5 за счет уменьшения усадки и трещинообразования цементного камня, а также сш1жение коррозии обсадных колонн.

Способ осуществляют следующим образом.10

При цементировании обсадных колонн закачку цементного раствора чередуют с закачками жидкости затворения цементного раствора и вязкоупругого разделителя. При этом закачку жидкое- 5 ти затворения принимают в объеме 7,515% от объема соответствующих порций цементного раствора.

Кроме того, в качестве жидкости затворения принимают раствор щелочи, В результате в заколонном пространстве образуется несколько перемещающихся поясов цементного раствора, воды затворения (водного раствора щелочи) и вязкоупругого разделителя, считая от башмака обсадной колонны. .

Известно, что традиционные минеральные вяжущие вещества цемента, применяемые при креплении скважин, являются усадочными материалами, т.е. их объем уменьшается при твердении без доступа воды извне. Даже расшиО14

сд

Is3

314

ряющиеся вяжущие при твердении без дополнительного поступления воды являются усадочными, хотя и в несколько меньшей степени. Таким образом, отсутствие дополнительного доступа воды к твердеющей системе создает неблагоприятные условия для твердения цементного раство ра, в результате чего в затрубном пространстве скважин создаются предпосылки для в озник- новения трещин в самом цементном камне и нарушения герметичности за- трубного пространства. Указанные явления наиболее сильно проявляются в цементном растворе, твердекяцем в межколонном пространстве или против плотных, .непроницаемых пород.

Сувиюсть метода сводится к созданию условий подвода к твердеющей сие теме жидкости затворения в течение всего периода твердения. Вода по мере расходования ее на реакции гвдра- тации будет подводиться внутрь цеменного камня через сеть пор и капилляров. Контакт цементного камня с водой обеспечит расширение (набухание) геля цементного камня и предотвратит его усадку при твердении в отсутствии воды. На гидратацию цемента расходуется вода в количестве 25% от его веса. При В/Ц 0,5 суммарный объем капиллярных пор тампо- нажного раствора составляет 61%. На полную гидратацию цемента израсходуется половина первоначально взятой воды, т.е. 30%.по объему от объема первоначально взятого тампонажного раствора. Остальная часть воды в количестве 30% по объему от объема первоначально взятого тампонажного раствора заполнит поры цементного камня. При переходе воды из свободного в химически связанное состояние происходит переупаковка молекул воды с высвобождением части объема, занимаемого свободной водой. Эта доля составляет около 25% от объема воды, вступившей в химическую реакцию. Эта доля дефекта объема от суммарного объема раствора составит (0,3-0.25 0,075) 7,5%. Таким образом, объем жидкости, .закачиваемой перед раствором,должен составлять не менее 7,5% от объема этого раствора.

Вязкоупругий разделитель предотвращает седиментацию частиц цемента в объем воды.

0

25

952

20 В качестве резервной воды затворения можно использовать водный раст- «ор щелочи, например извести, пассивирующий обсадные и эксплуатационные колонны и предотвращающий коррозию.

П р и м в р. В качестве модели используют стеклянную трубу длиной 300 см, диаметром 5 см, нижняя часть трубы имеет отвод, соединенньй с газовым баллоном, наполненным азотом. В модель скважины поочередно заливают цементный раствор, водный раствор 15 щелочи, вязкоупругий разделитель, затем снова цементный раствор, водный раствор щелочи, вязкоупругий разделитель и цементный раствор. Объемы залитых растворов таковы, что они занимают по высоте трубы цементный раствор 75 см, водный раствор щелочи 10 см и вязкоупругий разделитель 5 см. Контрольную трубу заполняют цементным раствором полностью.

Цементный раствор имеет параметры: р - 1850 растекаемость 22 см; начало схватывания 3 ч 40 мин; конец схватывания 6 ч 10 мин.

Через 48 ч ОЗЦ снизу трубы через отвод создают давление газом с увеличением на 0,01 мПа через 30 мин и определяют давление, при котором происходит прорыв газа на поверхность

цемента.

В контрольной трубе прорьш газа произошел при давлении 0,08 мПа. В модели скважины, залитой предлагаемым способом, при давлении 0,5 мПа газопрорыва не было, и опыт был прекращен, так как возникла опасность разрыва стеклянной трубы.

Полученные результаты объясняются тем, что в трубе, зацементированной по традиционной технологии, за счет 45 усадочных деформаций цементного камня образовался микрозазор, и давление газопрорыва оказалось низким. В трубе, залитой по предложенному способу, тампонажный камень при твер-. дении подсасывает воду, за счет чего исключена его усадка.

30

35

40

изо

бретения

1. Способ цементирования обсадных колонн путем закачки цементного раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения герметичности заколонного пространства за счет

5 U5A9526

уменьшения усадки и трещинообразова-соответствующих порций цементного

ния цементного камня, эакачку цемент-раствора,

ного раствора чередуют с закачками2. Способ по п. 1, отличаюжидкости затворенил цементного раст-g щ и и с я тем, что, с целью снижевора и вязкоупругого разделителя,ния коррозии обсадных колонн, в капричем закачку жидкости затворенияяестве жидкости затворения принимают

принимают в объеме 7,5-15% от объема раствор щелочи.

Изобретение относится к бурению скважин и м.б. использовано при цементировании обсадных колонн. Цель - повышение герметичности заколонного пространства за счет уменьшения усадки и трещинообразования цементного камня. При, цементировании обсадных колонн закачку цементного раствора чередуют с закачками жидкости затво- рения цементного раствора и вязкоуп- ругого разделителя. Жидкость затво- рения принимают в объеме 7,5-15% от ; объема соответствующих порций цементного раствора,В качестве жидкости за- творенкя принимают раствор щелочи. Контакт цементного камня с водой обеспечит расширение (набухание) геля цементного камня и предотвратит его усадку 30 время всего периода твердения при дефиците жидкости. Вязко- упругий разделитель предотвратит седиментацию частиц цемента в жидкости, а щелочь предотвратит коррозию обсадных колонн. 1 з.п. ф-лы. S