Способ цементирования скважин Советский патент 1989 года по МПК E21B33/14 

1

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к способам их цементирования.

Целью изобретения является повышение эффективности цементирования скважин за счет повышения несущей способности погла- щающих пластов и увеличения высоты подъема цементного раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

Вначале осуществляют закачку цементного раствора в обсадную колонну, затем продавливают его в заколонное пространс- ство.

В процессе продавки осуществляют гидроразрыв пород, например, путем создания давления в трубах и противодавления в за- колонном пространстве. Нагнетание цементного раствора прерывают и контролируют в скважине изменение давления во времени.

Перед возобновлением продавки цементного раствора осуществляют повторный гидроразрыв пласта. При этом операцию гидроразрыва повторяют до получения равенства давлений гидроразрыва в последующей и предыдущей операциях. После продавки очередной порции цементного раствора повторяют цикл операций гидроразрыва на новой глубине.

Сущность способа заключается в следующем.

Цементный раствор представляет собой дисперсную систему, состоящую из жидкой (воды) и твердой (цемент, наполнитель) фаз.

На фиг. 1 и 2 схематично показан процесс образования трещин гидроразрыва в пласте с гранулярной пористостью (например, песчаник) с последующим закрытием трещины и ее тампонированием.

При повышении в скважине 1 давления до величины давления гидроразрыва в пласте 2 образуется трещина 3 разрыва (фиг. 1а)

Направление трещины разрыва перпендикулярно направлению наименьшей прочности пласта на разрыв. В образовавшуюся трещину разрыва из скважины поступает

-и j

Јъ

ю

СП

4

цементный раствор. Под действием давления в сважине жидкая фаза цементного раствора отфильтровывается в пласт. На стенках трещины образуется фильтрационная корка 4 (фиг. 16). С падением давления в сква- , жине (с прекращением нагнетания) трещина закрывается, фильтрующая корка уплотняется. Так как размер частиц цемента меньше размера зерен песчаника, то проницаемость образовавшейся уплотненной корки меньше проницаемости пласта. В результа- Ю те образования своеобразной цементной прокладки происходит увеличение скелетных сжимающих напряжений в пласте (действует эффект забивания клина). Причем наибольшее увеличение несущей способности $ пласта на разрыв происходит в приствольной части скважины.

При повторном гидроразрыве (фиг. 2) происходит раскрытие новой трещины в следующем наиболее ослабленном сечении и аналогично описанному механизму происходит ее цементирование (установлен второй кл и н).

На фиг. 3 приведен условный график изОпределяют давление гидроразрыва на забое скважины: Рпр. ГГ.Р хНс 16-103х ,4-106Па, где Ргр. давление гидроразрыва на забое скважины: глубина скважины.

Определяют давление нагнетания на забое скважины:

- ,4-10 -2-10s 20,4x 10е Па,

где Рн - давление нагнетания на забое сква жины.

Определяют глубину подъема цементного раствора, при которой статическое давление на забое скважины равно давлению нагнетания

g Xf4pxHc-PM

ёОчр- pep)

2i§ i Li°iJjll°.

9,8(1,6 -103-1 ,2-103)

393 м,

20

где g -ускорение свободного падения.

Определяют ожидаемое давление на забое скважины в момент выхода цементного раствора на устье скважины

Рэ.накс (g-рч-р +Гр.с)Нс (9,8-1,6

109+ 4-103)-1400 27,55 10вПа.

Давление гидроразрыва на забое скваменения избыточного давления на устье сква- 25 жины, которое обеспечивает подъем цемент- жины. Участки A,B,, AtBt, АЬВ3 , А4В« иного раствора до устья, должно составлять

AyBs- соответствуют периодам нагнетаниявеличину 27,55-106 Па. Для этого необходижидкости в скважину. Точки В.,, Bt, B3, В4 , Bj- соответствуют моментам гидроразрыва и прекращению нагнетания жидкости в скважину. Горизонтальные участки на графике соответствуют закрытию трещин разрыва и

мо повысить несущую способность пласта на 27,55x10 -22,4-10 5,15х10гПа.

Закачивают в колонну буферную жид- 30 кость и цементный раствор. Последний продавливают до глубины 500 м.

Прекращают продавку, создают гидроразрыв. В момент гидроразрыва нагнетание жидкости прекращают и выдерживают скважину до стабилизации давления на устье. Вновь осуществляют гидроразрыв с по следующим выдерживанием скважины без нагнетания.

завершению процесса их цементирования.

На данном графике давление гидроразрыва увеличивается на величину Рг -Рг, , 35 а давление нагнетания - на величину Ри - Р, (фиг. 3). При последних двух операциях гидроразрыва он происходит в непроницаемом пласте и дальнейшее его упрочнение не происходит.

Прекращают продавку, создают г разрыв. В момент гидроразрыва на ние жидкости прекращают и выдерж скважину до стабилизации давлени устье. Вновь осуществляют гидроразры следующим выдерживанием скважины нагнетания.

Операции гидроразрыва прекращаю пример, при увеличении давления гидр

Это является сигналом возобновления 40 рыва на величину более 5,15-10 Па.

дальнейшей продавки цементного раствора. После закачки последующей порции цементного раствора цикл операций гидроразрыва повторяют на новой глубине.

Если первоначальное давление гидроразрыва отличается от первоначальной ожидаемой величины, то определяют минимальную величину избыточного давления в заколонПример Колонну спускают на глубину 45 ном пространстве, которую необходимо достичь в процессе повышения несущей способности поглощающих пластов.

1 -и, - РЗ.НЗ.КС

Рь 27,55-10е- 20,87-10

1400 м. Верхний разрез перекрыт кондуктором, спущенным на глубину 600 м. Для интервала 600-120(1 м, разрез которого пред 6,68-10еПа, где Р, gxpM.P-( Н„-НЧ.Р) +

+ g- рч.Р-Нцр 9,8-1,6- 10г-( 1400-500) +9,8х

разрез которого представлен преимуществен- 50 1,2-10 500 20,87-10 Па. но гранулярными коллекторами, градиентп

жины при подъеме цементного раствора на

высоту Нч 500 м.

Операции гидроразрыва в этом случае

прекращают при достижении величины изставлен глинами, градиент разрыва равен Па/м. Для интервала 1200-1400 м,

гидроразрыва равен Гг.р 16MOS Па/м.

Плотность цементного раствора равна Ґц.Р 1,6x10 кг/м3, плотность бурового раствора р гр 1,2.x 10гкг/м3. Градиент гидросопротивлений в заколонном пространстве Ггс 55 быточного давления в заколонном прострап 4 Ю3Па/м.

Разница между давлением гидроразрыДР 2хЮ5Па.

ва и давлением нагнетания

стве, превышающей 6,68 10бПа.

После прекращения операций гидроразрыва на одной глубине продолжают продавОпределяют давление гидроразрыва на забое скважины: Рпр. ГГ.Р хНс 16-103х ,4-106Па, где Ргр. давление гидроразрыва на забое скважины: глубина скважины.

Определяют давление нагнетания на забое скважины:

- ,4-10 -2-10s 20,4x 10е Па,

где Рн - давление нагнетания на забое скважины.

Определяют глубину подъема цементного раствора, при которой статическое давление на забое скважины равно давлению нагнетания

2i§ i Li°iJjll°.

9,8(1,6 -103-1 ,2-103)

393 м,

где g -ускорение свободного падения.

Определяют ожидаемое давление на забое скважины в момент выхода цементного раствора на устье скважины

Рэ.накс (g-рч-р +Гр.с)Нс (9,8-1,6

109+ 4-103)-1400 27,55 10вПа.

Давление гидроразрыва на забое сквавеличину 27,55-106 Па. Для этого необходи5

мо повысить несущую способность пласта на 27,55x10 -22,4-10 5,15х10гПа.

Закачивают в колонну буферную жид- 0 кость и цементный раствор. Последний продавливают до глубины 500 м.

Прекращают продавку, создают гидроразрыв. В момент гидроразрыва нагнетание жидкости прекращают и выдерживают скважину до стабилизации давления на устье. Вновь осуществляют гидроразрыв с последующим выдерживанием скважины без нагнетания.

Операции гидроразрыва прекращают, например, при увеличении давления гидроразЕсли первоначальное давление гидроразрыва отличается от первоначальной ожидаемой величины, то определяют минимальную величину избыточного давления в заколон ном пространстве, которую необходимо достичь в процессе повышения несущей способности поглощающих пластов.

1 -и, - РЗ.НЗ.КС

Рь 27,55-10е- 20,87-10

6,68-10еПа, где Р, gxpM.P-( Н„-НЧ.Р) +

быточного давления в заколонном прострапстве, превышающей 6,68 10бПа.

После прекращения операций гидроразрыва на одной глубине продолжают продавку очередной порции цементного раствора до новой глубины где повторяют описанный цикл операций гидроразрыва

Формула изобретения

Способ цементирования скважин, вклю чающий закачку цементного раствора в об садную колонну, продавку его в заколонное пространство, осуществление гидроразрыва пород, контролирование в скважине изме нения давления во времени и возобнови ние продавки цементного раствора после стабилизации давления в скважине, отличаю

щийся тем, что, с целью повышения эффек тивности цементирования скважин за счет повышения несущей способности поглощаю щих пластов и увеличения высоты подъема цементного раствора перед возобновлением продавки цементного раствора осуществля ют повторный гидроразрыв пласта при этом операцию гидроразрыва повторяют до полу чения равенства давлений гидроразрыва в последующей и предыдущей операциях, а после продавки очередной порции цемент ного раствора повторяют цикл операций гидроразрыва на новой глубине

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - повышение эффективности цементирования скважин за счет повышения несущей способности поглощающих пластов и увеличения высоты подъема цементного раствора. В обсадную колонну закачивают цементный раствор и продувают его в заколонное пространство, осуществляют гидроразрыв пород и контролируют в скважине изменение давления во времени. Перед возобновлением продавки раствора производят повторный гидроразрыв пласта, который повторяют до получения равенства давлений гидроразрыва в последующей и предыдущей операциях. После продавки очередной порции цементного раствора повторяют цикл операций гидроразрыва на новой глубине. 3 ил.

и

ss,

1

1

Время Фие.З

ft, 8s