Устройство для обработки стенки скважины Советский патент 1989 года по МПК E21B37/02 

о связана с эластичной кольцевой анжетой (М) 3, вьтолненной с воз- ожностью перекрытия пространства меж« |ду стенкой скважины 4 и ОК 2 при дни- с

Еении С 1 вниз. Расстояние между С 1 их количество выбирают из следующего соотношения: ,3IH(D-d)/l; п 1/L, где L - расстояние между С 1, м} Н - длина ОК 2, MJ D, d - внешний.и ю внутренний диаметры М 3 соответственно, м; 1 - длина участка ОК 2 в интервале обработки, м; п - количество С 1 , шт; причем при , п 1,

При закачке тампонажного раствора М 3 отжимаются и не препятствуют движению жидкости. После окончания закачки из-за разности плотностей тампонажного и продавочного растворов возникает обратное движение тампонажного раствора, раскрывающее М 3 и вызывающего движение С 1. Происходит очистка стенок скважины. Выбирая расстоя- iffle между С 1, можно обеспечить формирование экранирующих перемычек против проницаемых пропластков. 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для повышения герметичности зацементированного заколонного пространства. Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет формирования экранирующей перемычки в заданном интервале. Устройство включает скребки (С) 1, последовательно установленные на обсадной колонне (ОК) 2 с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть каждого С 1 жестко связана с эластичной кольцевой манжетой (М) 3, выполненной с возможностью перекрытия пространства между стенкой скважины 4 и ОК 2 при движении С 1 вниз. Расстояние между С 1 и их количество выбирают из следующего соотношения: L = 0,31 H (D-D)/L

N=L/L, где L - расстояние между С 1, м

H - длина ОК 2, м

D, D - внешний и внутренний диаметры М 3 соответственно, м

L - длина участка ОК 2 в интервале обработки, м

N - количество С 1, шт

причем при LΛ, N=1. При закачке тампонажного раствора М 3 отжимаются и не препятствуют движению жидкости. После окончания закачки из-за разности плотностей тампонажного и продавочного растворов возникает обратное движение тампонажного раствора, раскрывающее М 3 и вызывающего движение С 1. Происходит очистка стенок скважины. Выбирая расстояние между С 1, можно обеспечить формирование экранирующих перемычек против проницаемых пропластков. 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной 1ромьшленности, а именно к устройст- зам, предназначенным для повьппения герметичности зацементированного за- солонного пространства. I Цель изобретения - повышение эффек ивности его работы за счет формирова я экранирующей перемычки в заданном Интервале.

На фиг.1 изображено устройство для чистки стенок скважин в процессе .заполнения заколонного пространства тампонажным раствором, элементы устройства находятся в исходном поло жении; на фиг.2 - то же, в процессе перемещения скребков обратным перето 1ком жидкости при ее перепуске внутрь колонны, направление течения жидкос- ти показано сплошной стрелкой, при I прямом движении жидкости (пунктир- 1ная стрелка) скребок возвращается в ;начальное положение; на фиг.З - то ж в процессе формирования экранирующей перемычки, формируемой путем обезвоживания тампонажного раствора в проницаемый пласт, элементы устройства находятся в нижнем положении, при этом скребок может находиться и в верхнем положении, что определяется направлением потока жидкости в момент окончания процесса цементирования; на фиг.4 - схематическое изображение сил, действующих на экранирующую перемычку.

Устройство включает скребки 1, последовательно установленные, на обсадной колонне 2 с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть каждого скребка 1 жестко связана с эластичной кольцевой манжетой 3, ко

торая установлена с возможностью перекрытия пространства между стенкой скважины 4 и обсадной колонны 2 при движении скребка 1 вниз,.Обсадная колонна 2, которая в нижней части оснащена направляющим башмаком 5 и упорным кольцом 6. В заданном интервале разреза скважины на обсадной колонне устанавливаются центраторы 7 и 8. Скребки 1 предназначены для удаления глинистой корки 9. Движение скребка вверх ограничивается стопорным кольцом 10, центратором 7 и муфтой колонны, Продавливание тампонажного раствора за обсадную колонну осуществляется с применением разделительной пробки 1. Разрез скважины литологически представлен проницаемыми 12 и непроницаемыми 13 породами. Расстояние между скребками 1 и их количеством выбирают из соотношения

.0,31 Н () 1 L -Д.--.-. ч- п ™- ,

где L - расстояние между скребками, м;

Н - длина обсадной колонны, м; D - внешний диаметр скребка, м; d - внутренний диаметр скребка, м;

1 - длина згчастка обсадной колонны в интервале обработки (равная мощности формнруется перемычки), м;

п - количество скребков, шт; причем L 6 Н, а при L 1 на колонне устанавливают один скребок.

Устройство работает следую щим образоМо

Скребки I устанавливаются на обсадной колонне 2 в заданных интервалах разреза скважины против непроницаемых 13 или проницаемых 12 пластов, которые выбираются как объективы для обеспечения полноты замещения бурового раствора тампонажным или для разобщения близкорасположенных разно- напорных пластов или изоляции пласта с АВТЩ. Для обеспечения проходимости скребка 1 обсадная колонна центрируется, Тампонажный раствор заканчивается в заколОнное пространство скважины по

обычной технологии прямой циркуляцией tS в интервале непроницаемых пластов 13, с применением верхней разделительной При формировании экранирующих перемычек в высокопроницаемых пластах 12 скребки 1 рекомендуется приводить в

пробки. При этом манжеты 3 на скребках 1 при определенном перепаде давления восходящим потоком жидкости отжимаются внутрь к обсадной колонне 2 и не 20 Стоп,

препятствуют движению жидкости (фиг,1) Для обеспечения обратного перетока При продавливании тампонажного раст- ,вора за обсадную колонну циркуляция жидкости прекращается и часть жидкос- |ти из обсадной колонны перепускается 25 в мерник агрегата, В результате этого между затрубным и трубным простран- , скважины создается перепад давления, обусловленный разностью плотностей тамонажного и продавочного 30 дует руководствоваться условием - растворов, под действием которого воз- , т,е, на одной трубе устанавли- никает обратное движение.тампонажного раствора. При этом манжеты 3 на скребках 1 раскрываются, перекрывая затруб- ное пространство, и скребки 1 потоком , щих перемычек в заколонном простран- жидкости увлекаются вниз по обсадной стве (скребки 1 устанавливаются в нн- колонне 2 (фиг,2) до схождения с муфтовым соединением или центратором 7, Включаются прямая циркуляция жидкости, и скребки 1 перемещаются потоком дО в исходное положение. При перемещениях скребков 1 глинистая корка 9 и остатки бурового раствора разрущаютдействие после получения сигнала

жидкости в колонну используются технические средства, позволяющие производить эту операцию.

При применении устройства с целью повьщ1ения полноты замещега я бурового раствора тампонажным (скребки I устанавливаются в интервале непроницаемых и малопроницаемых пород) слевается один скребок 1 ,

При применении устройства дополнительно с целью формирования экранируютервале проницаемых пород 12) расстояние между скребками 1 выбирается нз

соотношения

0,31 Н (D-dV . , L «..-.-.-л. L h.

причем при на колонне 2 в интервале обработки устанавливается один 45 скребок 1,

ся и потоком тампонажного раствора выносятся из зоны обработки. Операция может повторяться несколько раз При перемещении скребка 1. такзке улучшается контакт цементного камня с обсадной колонной 2 за счет очистки ее поверхности манжетой 3 скребка 1 ,

При обработке скребками 1 проницаемого пласта 12 вследствие существующего перепада давления между столбом тампонажного раствора и пласто- вым давлением в проницаемом пласте 12 часть жидкости затворения, не участвующая в гидратации вяжущего,.

отфильтровывается в пласт. При этом в интервале удаления глинистой корки формируется экранирующая, малопрони- цаемая перемычка иэ обезвоженного

тампонажного раствора,имеющая непосредственный контакт.с горной породой и обладающая повьшенным градиентом гНцропрорыва структуры и со- крещенными сроками схватывания (фиг,3).

Операция по очистке стенок скважины может осуществляться и в начале процесса цементирования, в этом случае скребки t необходимо устанавливать

Стоп,

действие после получения сигнала

Для обеспечения обратного перетока

жидкости в колонну используются технические средства, позволяющие производить эту операцию.

При применении устройства с целью повьщ1ения полноты замещега я бурового раствора тампонажным (скребки I устанавливаются в интервале непроницаемых и малопроницаемых пород) следует руководствоваться условием - , т,е, на одной трубе устанавли- щих перемычек в заколонном простран- стве (скребки 1 устанавливаются в нн-

вается один скребок 1 ,

При применении устройства дополнительно с целью формирования экранирую дует руководствоваться условием - , т,е, на одной трубе устанавли- щих перемычек в заколонном простран- стве (скребки 1 устанавливаются в нн-

тервале проницаемых пород 12) расстояние между скребками 1 выбирается нз

соотношения

0,31 Н (D-dV . , L «..-.-.-л. L h.

дует руководствоваться условием - , т,е, на одной трубе устанавли- щих перемычек в заколонном простран- стве (скребки 1 устанавливаются в нн-

причем при на колонне 2 в интервале обработки устанавливается один скребок 1,

Расчет расстояния между скребками при формировании экранирующей перемычки ,

В виду того, что по мере обезвоживания тампонажного раствора резко увеличивается его статическое напряжение сдвига, обратный, переток тампонажного раствора в заколонном пространстве самопроизвольно постепенно уменьшается и прекращается. Следовательно, необходимо определить путь, который пройдет скребок 1 под дейстием обратного перетока тампонажного

раствора до его остановки. При этом расстояние между скребками 1 Выбирается равным.длине этого пути.

Очевидно что путь, пройденный скребком 1, будет зависеть от скорости обратного перетока раствора в обсадную колонну 2 и продолжительности его движения, которые зависят от скорости нарастания статического напряжения сдвига тампонажного раствора в процессе его обезвоживания. При этом скорость движения потока от своей максимальной величины () в начале движения по мере обезвоживания тампонажного раствора будет снижаться и через некоторый промежуток времени (.) уменьшится до нуля. Исходя, из этого, можно определить путь (L), который пройдет поток в этот период.

dL, dt

waKC

(1 Интегрируя это выражение, получим: Ь-tnpej -tnptA

-l I

(t -0) (): Wc -bpe npeA- 2

т V t ..1у t « . MciKc npe, 2 2 P

В виду кратковременности процесса обезвоживания цементного раствора в реальных условиях принимаем, что нарастание статического напряжения сдвига раствора в процессе его обезвоживания происходит по линейному закону, т.е.

0

де

пред преА

00- oit,

(2)

о

конечное значение СПС тампонажного раствора, Па (в момент остановки движения раствора); QO - начальное значение СНС тампонажного раствора. Па;

oi - скорость нарастания СНС тампонажного раствора в процессе его обезвоживания. Па/с.

Из (2) находим время tpp, при отором происходит остановка движеия обратного потока:

б вред- 00

прел

(3)

Подставив полученное выражение (3) в формулу (1) и пренебрегая значег нием 0д в виду его малой величины, получим

V

Оп

wqKC

2™

(4)

Отметим, что скорость движения обратного потока тампонажного раствора в. колонну находится в пределах 1,3- 3,7 м/с. Дпя практических расчетов можно пользоваться средней величиной скорости 2,5 м/с.С учетом этой величины выражение (4) принимает вид

9, L 2.5 . (5)

9 «; 2о(.

Значение в.д можно определить из условия, что перепад давления, обусловленный разницей плотностей тампонажного раствора и продавочной жидкости, должен быть уравновешен сопротивлением перемычки, обуславливаемым величиной статического напряжения сдвига тампонажного раствора (фиг.4),

На фиг.4 обозначено: 14 - тампонаж- ный раствор; 15 - буровой раствор (продавочная жидкость); 16 - экранирующая перемычка; Н - глубина скважины (длина обсадочной колонны), м; 1 - толщина экранирующей перемычки, м; Z - высота столба тампонажного раствора от забоя скважины до кровли перемычки, м.

Тогда

F F,

con о

где F р. 8,42 ь::й}1..

Conp/ W cKB- - K lnep . Следовательно:

вп.е. .L. ,(6)

чред

41

пер

где Р суммарный перепад давления, действующий на экранирующую перемычку. Па; . . cttB дизметр скважины, м; d наружный диаметр обсадной

колонны, м;

-1 g-j- мощность экранирующий перемычки, м.

Подставив выражение (6) в формулу (4), определим путь, проходимый потоком до его остановки, и, следовательно, расстояние между скребками:

2i.5A.Si2. 81пвр

(7)

Ш

15

Величину ЬР в выражении (7) можно редставить (фиг,А):

UP(H-Z)p,,pg(,)g

Hg(p, -рБ,р ), ,

где р т р - плотность тампонажного

раствора, кг/м ; р с р - плотность бурового раствора, кг/м ;

g - ускорение свободного падения, м/с .,

Величина (рт.р -рк.р) Розница плотностей тампонажного и бурового растворов, В практике крепления скважин эта величина в среднем составля- ет 400 кг/м5.

Заменим параметры Dj- , d,(, выражении 7) на эквивалентные параметры: D,. D, где D - внешний диаметр манжеты скребка, м; , где d - внутренний диаметр манжеты скребка, м; где 1 - длина участка обсадной колонны в интервале

обработки, м„

По данным экспериментальных исследований средняя величинаоб 4000 Па/с, зо

С учетом приведенных изменений выражение (7) представим в следующем виде:

20

25

(D:;d) L д -

Из условия находим

(8)

(9)

где п - количество скребков в интервале I ,

Если по расчету из формулы (8) оказывается, что Jl 1, то следует в 5 интервале 1(1пеп ) устанавливать 1 скребок.

Пример, м; ,216 мм, ,168 м; Но

Подставляя приведенные значения в зависимости (8, 9), получим:

п

Для приведенных условий на обсадной колонне в интервале толщиной 10 м следует установить три скребка I на расстоянии три м друг от друга.

Формула изобретения

Устройство для обработки стенки скважины, включающее скребки, последовательно установленные на обсадной колонне с возможностью осевого перемещения , отличающееся тем, что,- с целью повьщ ения эффективности его работы за счет формирования экранирующей перемычки в заданном интервале, оно снабжено эластичными кольцевыми манжетами, каждая из которых жестко связана с нижней частью скребка и выполнена с возможностью перекрытия пространства между стенкой скважины и обсадной колонной при движении скребка вниз, а расстояние между скребками и их количество выбирают из следующего соотнощения:

т 0,31H() 1 L J --,, п ,

где L - расстояние между скребками, м;

Н - длина обсадной колонны, м; D, d - внешний и внутренний диаметры манжеты соответственно; м; 1 - длина участка обсадной колонны в интервале обработки , м ;

п - количество скребков, щт причем , а при Ь - длина обсадной трубы, м.

Фие.2

Фиг.ъ

Составитель В.Борискина Редактор М,Бандура Техред А.КравчукКорректор В.Гирняк

Заказ 6902/29

Тираж 514

ВИИИ11И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

-- 15

дуиеЛ

Подписное