Способ исследования тампонажного камня и установка для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК E21C49/00 

1

Изобретение относится к горному делу, в частности к исследованию на термобарическую усталость тампо- нажного камня в условиях, приближен- ных К скважинным.

Цель изобретения - повышение эффективности путем приближения условий исследования к реальным условиям ,в скважине, расширение функциональ- ных возможностей и изучение восстановления герметичности контакта там- понажного камня с элементом колонны.

На фиг. 1 показана установка для исследования тампонажного камня, об- щий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку | на фиг. 3 - схема установки на фиг, 4 - форма для исследуемого образца тампонажного камня.

Установка содержит основание 1, размещенные на нем кольцевые формы 2, установленные на подвесках 3, гидросистему и.пневмосистему, соединенные с формами 2, средство 4 охлаждения, подсоединенное к гидросистеме расходомер 5, регистрирующий прибор 6, средство 7 управления и пульт 8 управления.

Каждая из форм 2 для образца 9 тампонажного камня выполнена в виде двух коаксиально установленных цилиндров, внутренний из которых является гладкостенным элементом 10 обсадной колонны или элементом 11 колонны с резьбрвым соединением, а внепший - разъемным кожухом 12, перфорированных днищ 13, образующих верхнюю и нижнюю камеры 14 со штуцерами 15 и 16 соответственно, торцовых заглушек 17 с присоединительными штуцерами 18 и 19, установленных на элементе 10 (или 11), нажимных втулок 20, гepмeтизиpyюш x уплотнений 21 и теплоизоляционной оболочки 22..

Датчики 2.3 и 24 температуры закреплены соответственно по оси элементов 10 и 11 и внутренней стороне разъемного кожуха 12 и связаны с регистрирующим прибором 6. .

Гидросистема включает насос 25 с фильтром 26 и дросселем 27, напорный коллектор 28, соединенньй через краны 29-33 с полостями элементов 10 и 11, сливной коллектор 34, соединенньй через краны 35-39 с подлостями элементов 10 и 11, и клапан 40 с электромагнитным управлением, соединенный через кран 41 со сливным коллектором 34, со средством 4 охлаждения и связанный электрически со средством 7 управления.

1

Пневмосистема включает источник

42 давления газа, пневмолинию -43, соединенную через вентиль 44 с коллектором 34 и через вентиль 45, вла- гоотделитель 46, редукционньй клапан 47 и вентиль 48 со штуцером 15 формы 2, реле 49 давления и предохрани- тельньй пневмоклапан 50.

К штуцеру 16 формы 2 через вентиль 51 подсоединены разделитель 52 фаз с мерным цилиндром 53 и pdcxo- домер 5.

Гидроцилнндр 54 через венпшь 55 и штуцер 16 подсоединен к полости между разъемньЕм кожухом 12 и элементами 10 и 11.

Давление в полостях элементов 10 и 11 регистрируется манометрами 56, а давление в камерах 14 - манометра- 1-ш 57 и 58.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно проводят сборку форм 2, являющихся моделями участков скважин. Дпя этого соединяют разъем10

проницаемость резьбового соединени элементов 11. Для этого сжатьй воз д-ух подают от источника 42 по пнев молинии 43 через влагоотделитель 4 редукциоиньй клапан 47, венп-шь 48 (верхний штуцер 15, верхнее перфори рованное дшпце 13 и верхнюю камеру 14. По периметру контактных поверх стей образец 9 - элемент 10 воздух поступает через нижнее перфорирова ное днище 13, нижнюю камеру 14, шт цер 16, вентиль 51 и разделитель 52 фаз на расходомер 5, Для провер

ньй кожух 12 и вставляют в него глад- 15 герметичности резьбовых соединений

костенный элемент 10 или элемент 11 с резьбовым соединением. Затем устанавливают перфорированные днища 3 и герметизирзшт полость между элементом 10 (или 11) и кожухом 12, устанавливая уплотнения 21 и нажимные вту лки 20. Формы 2 (до 5 шт.) устанавливают на подвесках 3 и соединяют штуцеры 15 и 16 с пневмосистемой, а штуцеры 18 и 19 - с гидросистемой. ..

Для формирования образца 9 тампо- нажного камня в полость между элементом 10 (11) и кожухом 12 заливают цементньй раствор. Формирование образца 9 происходит под действием избыточного и гидростатического давления, при этом из цементного раствора отфильтровывается дисперсионная среда, которая проходит через

20

25

30

элементов 11 создают давление в п лостях элементов 11, подавая сжатьй воздух через вентиль 44 и крань 35 39, и регистрируют величину расхода расходомером 5 как и в предьцз;ущем случае При этом на верхнее днище 13 вставляют непроницаемьй материал Проверка на проницаемость осуществл ется последовательно на каждой из форм 2 с образцами 9.

Затем осуществляется циклическое термобарическое нагружение образцов 9. Для этого жидкость (минеральное масло) подают насосом 25 через дро сель 27, коллектор 28 и краны 29-33 в полости элементов 10 и 11, слив из которых осуществляется через кра 35-39 и клапан 40, установленньй в положение, при котором масло минует

.ппс, upn литорОМ масло MIIHV

нижнее перфорированное днище 13, ниж- средство 4 охлавдения. Б процессе нюю камеру 1.4. палее чеоея нижний иуицеиие

нюю камеру 1.4, далее через нижний штуцер 16, вентиль 51 и разделитель 52 фаз и попадает в мерньй цилиндр 53. Путем пересчета определяют остаточное водоцементное отношение цементного раствора. Раствор твердеет в течение определенного промежутка времени при величине внутреннего давления, которое обеспечивается путем пропуска воздуха из источника 42 по пневмолинии 43 вовнутрь элементов 10 и 11 через вентиль 44 и краны 33-39. Установка также позволяет формировать образец 9 тампонажного камня и без отфильтро- вывания ди.сперсионной среды, при этом вентиль 51 должен быть закрытым, а на нижнее перфорированное днище 13 должен быть вставлен непроницае- мьй материал.

По завершении формирования образца 9 тампонажного камня проверяют на проницаемость его соединение с элементами 10 обсадной колонны, а также

циркуляционного движения масла под давлением происходит нагрев системы э.лемент 10 (11) - образец 9, являюще ся моделью составной крепи скважины, 40 тепловым потоком, распространяющимся в радиальном направлении от оси моде ли до наружной поверхности образца 9, температура которых: фиксируется, прибором 6, Перекачка масла осущест- 45 вляется до заданного перепада -температур в режиме, соответст вующем динамике реальных термоба-ри- ческих процессов в скважине.

После этого по сигналу средства 50 управления осуществляется автоматическое переключение клапана 40 и масло начинает проходить через средство 4 охлаждения.

Продолжительность процесса охлаж- 55 дения масла (имитирующего реальньй процесс отбора газа в скважине) Ьсу- ществляется до достижения заданного перепада температур между осью модели и наружной поверхностью образца 9,

1461951

проницаемость резьбового соединения элементов 11. Для этого сжатьй воз- д-ух подают от источника 42 по пнев- молинии 43 через влагоотделитель 46, редукциоиньй клапан 47, венп-шь 48, (верхний штуцер 15, верхнее перфорированное дшпце 13 и верхнюю камеру 14. По периметру контактных поверхностей образец 9 - элемент 10 воздух поступает через нижнее перфорированное днище 13, нижнюю камеру 14, штуцер 16, вентиль 51 и разделитель 52 фаз на расходомер 5, Для проверки

герметичности резьбовых соединений

0

5

0

элементов 11 создают давление в полостях элементов 11, подавая сжатьй воздух через вентиль 44 и крань 35- 39, и регистрируют величину расхода расходомером 5 как и в предьцз;ущем случае При этом на верхнее днище 13 вставляют непроницаемьй материал / Проверка на проницаемость осуществляется последовательно на каждой из форм 2 с образцами 9.

Затем осуществляется циклическое термобарическое нагружение образцов 9. Для этого жидкость (минеральное масло) подают насосом 25 через дроссель 27, коллектор 28 и краны 29-33 в полости элементов 10 и 11, слив из которых осуществляется через краны 35-39 и клапан 40, установленньй в положение, при котором масло минует

.ппс, upn литорОМ масло MIIHV

средство 4 охлавдения. Б процессе иуицеиие

средство 4 охлавдения. Б процессе иуицеиие

циркуляционного движения масла под давлением происходит нагрев системы э.лемент 10 (11) - образец 9, являющейся моделью составной крепи скважины, 0 тепловым потоком, распространяющимся в радиальном направлении от оси модели до наружной поверхности образца 9, температура которых: фиксируется, прибором 6, Перекачка масла осущест- 5 вляется до заданного перепада -температур в режиме, соответст вующем динамике реальных термоба-ри- ческих процессов в скважине.

После этого по сигналу средства 0 управления осуществляется автоматическое переключение клапана 40 и масло начинает проходить через средство 4 охлаждения.

Продолжительность процесса охлаж- 5 дения масла (имитирующего реальньй процесс отбора газа в скважине) Ьсу- ществляется до достижения заданного перепада температур между осью модели и наружной поверхностью образца 9,

После каладого полуцикла нагрева и охлаждения оценивают свойство там- noHajKHoro камня нутем измерения проницаемости контакта элемент 10,- образец 9 и проницаемости резьбового соединения элементов 11.Количество полуциклов, через которое указан- ньй контакт (модель крепи) становится негерметичным, считается критическим для данных материалов о

Для изучения восстановления герметичности контакта образца 9 с элементом 10 тампонажньш состав подают от гидpoц шиндpa 54 через вентиль 55 штуцер 16 и нижнее днище 13 в трещины и зазоры образца 9 тампонажного камня, образованные в результате его термобароусталости. Давление подачи тампонажиого состава регистрируют по манометру 58, Затем-вновь измеря от проницаемость для оценки эффективности восстановления тичности. Визуальная оценка количе

10

15

4619516

ца тампонажного камня осуществляют при избыточном давлении и возможности отфильтрования дисперсной среды, нагрев и охлаждение проводят в соответствии с динамикой реальных термобарических процессов в скважине, а оценку свойств тампонажного камня осуществляют путем измерения его проницаемости в модели.

2 о Установка для исследования тампонажного камия, содержащая кольцевую форму для образца тампонажного камня, образованную двумя коаксиаль- но расположенныт-ш полыми цилиндрами, гидросистему с насосом соединеннута с полостью внутреннего цилиндра, датчики температуры, один из которых установлен на оси внутреннего гщлинд- ра, и регистрируюнщй прибор, соединенный с датчиками, о т л и ч а ю20

щ а я с я тем, что она снабжена пнев- мосистемой, соединенной с полостью внутреннего цилиндра и кольцевой

Изобретение относится к горному делус Цель изобретения т повьшение эффективности путем приближения условий исследования к реальным условиям в скважине, расширение функциональных возможностей, а также изучение восстановления герметичности контакта тампонажного камня с элементом колонны. Кольцевая форма для образ - ца 9 тампонажного камня образована коаксиально расположенными щшинд- .рами, внутренний из . которых выполнен в виде элемента (Э) 10 обсадной колонны, а внешний - разъемного

ства и размеров трещин проводится при 25 полостью между цилиндрами, расходоме- снятом кожухе 12,ром, связанным b кольцевой полостью,

средством охлазкдения, подсоединенным

ф. о р мула изобретения

30

1 Способ исследованиятампонажного к.амня, включающий формирование образца тампонажного камня в кольцейой полости модели,, циклический нагрев и охлалодение образца тампона}кного

камня путем создания радиального теп- 5 пературы закреплен лового потока за счет циркуляции жид- поверхности кoжyxa. кости во внутренней полости модели, измерение температуры на оси и наружной пове)эхности модели и оценку

к гидросистеме, и ср ния, связанным с регис ром и гидро системой, ренний цилиндр кольц |Полнен в виде элемен лонны, внешний цилинд ного кожуха, а вто

3, Установка по п ю щ а я с я тем, чт чения восстановления

свойств тамионажного камня после ряда дд контакта та Мпонажного камня с элециклов термовоздействия,о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения эффектшшости путем приближения условий исследования к реальным условиям в скв ажине, формирование образ-

30

5 пературы закреплен поверхности кoжyxa.

к гидросистеме, и средством управления, связанным с регистрирующим прибором и гидро системой, при этом внутренний цилиндр кольцевой формы вы- |Полнен в виде элемента обсадной колонны, внешний цилиндр - в виде разъеного кожуха, а второй

на

датчик тем- внутренней

пературы закреплен поверхности кoжyxa.

3, Установка по п,2,о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что, с целью излучения восстановления герметичности

ментом колонны,, она снабжена гидроцилиндром для подачи тампонажного состава, связанным с полостью между элементом обсадной колонны и разъемным кожухом.