Устройство для измерения давления расширения тампонажных материалов Советский патент 1990 года по МПК E21B33/138 G01L7/18 

(21)4413969/24-03 (22)20.04.88 (46)23.12.90. Бюл.fe 47

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт по креплению скважин и буровым растворам

(72)А.Л. Видовский и А.В. Татаринов (53)622.245.42(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР fvfe 1317100, кл. Е 21 В 33/138, 1985.

Видовский А.Л. и др. Напряжения в цементном камне глубоких скважин. - М.: Недра, 1977, с. 109-111.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ РАСШИРЕНИЯ ТАМПОНАЖНЫХ МАТЕРИАЛОВ

(54) Изобретение относится к нефтяной и газовой пром-сти и предназначено длч оценки 1ерметичности зацементированного заколонного пространства Цель - повышение информативности измерений путем определения зависимости давления расширения твердеющего тампонажного материала (ТМ) от величины возможной его деформации. Устройство состоит из заполненного жидкостью 5 автоклава 4 с измери

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для оценки герметичности зацементированного заколонного пространства. Цель - повышение информативности измерений путем определения зависимости давления расширения твердеющего тампонажного материала (ТМ) от величины возможной его деформации Устройство состоит из заполненного жидкостью 5 автоклава 4 с измерителями 2 и 6 давления и регуляторами давления и температуры. Внутри автоклава размещен бокс 3 из эластичного материала, заполненный ТМ. Автоклав 4 снабжен узлом для изменения объема жидкости в виде мерного сосуда 10 с регулятором жидкости. При твердении ТМ измеряют давление расширения. Затем выпускают часть жидкости из автоклава 4 и определяют величину давления расширения при деформации ТМ, равной объему выпущенной жидкости. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

телямм 2 и 6 давления и регуляторами давления и температуры, Внутри автоклава размещен бокс 3 из эластичного материала, заполненный ТМ. Автоклав 4 снабжен узлом для изменения объема жидкости в виде мерного сосуда 10с регулятором жидкости. При

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для оценки герметичности зацементированного заколонного пространства, и может быть использовано для определения вели.чмны давления камня из расширяющегося вяжущего на обсадные трубы и стенки скважины при изменении давления в скважине. Цель изобретения - повышение информативности измерений путем определения зависимости давления расширения твердеющего тампонажного материала от величины возможной его деформации.

Устройство состоит из автоклава, снабженного измерителем давления и регуляторами давления и температуры. Внутри автоклава размещен выполненный из эластичного материала бокс для расширяюа1е- гося тампонажного материала (РТМ). Устройство снабжено узлом для изменения объема тампонажного материала в автоклаве, выполненное, например, в виде мерного сосуда с регулятором подачи жидкости.

При твердении расширяющегося вяжущего в условиях, исключающих свободное .расширение, возникает давление зяжущего из ограничивающие его объем связи (стенки скважины, обсадные трубы, корпус лабораторной установки и др.), т.е. появляется напряженный контакт между вяжущим к ограничивающей его связью. Meftfl больше напряженность этого контакта, тем больший градиент давления воды он выдерживает, ве давая воде прорваться по контакту, тем лучше крепь скважины.

Давление расил рения зависит от жесткости связей - чем жестче связь, тем больи 8 давлен{/ е расширения. На практике не бывает абсолютно жестких связей, все они в большей или меньшей степени деформируются, предоставляя вяжущему возможность увеличить свой объем, а следовательно, уменьшить напряженность контакта между вяжущим м ограничивающими его связями. Помещение РТМ в бокс из эластычного материала, не препятствующего расширению вяжущего, позволяет регулировать деформацию РТМ 3 широких пределах без необходимости учета сопротивляемости бокса.

твердении ТМ измеряют давление расширения. Затем выпускают часть жидкости из автоклава 4 и определяют величину давления расширения при деформации ТМ, равной объему выпущенной жидкости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

В реальной скважине РТМ твердеет в заколонном или межколонном пространстве. После затвердевания РТМ в скважине производятся различные технологические операции (опрессовка, замена бурового раствора на воду или на раствор другой, плотности, углубление скважины, нагнетание воды или пара в пласт, добыча нефти или газа и др.). Все эти операции вызывают 0 деформации труб в скважине, при этом изменяется объем, предоставленный РТМ, т.е. для него появляется возможность деформироваться.

Предоставление РТМ возможности де- 5 формироваться осуществляется выпусканием жидкости из автоклава. Выпущенный объем жидкости занимается РТМ, расширению которого на величину этого объема эластичный бокс не препятствует. Вследствие 0 этого вытесненный объем жидкости равен объемной деформации РТМ, Отношение объемной деформации РТМ к первоначальному объему дает относительное изменение объема. От величины возможной деформа- 25 ции РТМ зависит его давление на трубы и стенки скважины. В устройстве это давление с.осприни.мается по внутренней поверхности РТМ измерителем давления, а по наружной - через эластичный бокс водой и 30 корпусом автоклава.

Для каждого значения напряженности контакта камень - ограничивающая связь существует свой градиент гидропрорыва. Измерения давления в боксе и в жидкости 35 автоклава измерителями давления позволяют определить зависимость давления расширения РТМ от величины его деформации. Знание зависимости давления расширения РТМ от возможной его деформации позво- 40 лит рассчитать допустимые пределы изменения технологических параметров, исключающие возможность прорыва воды

по контакту.

На фиг. 1 представлена схема устройст45 ва; на фиг.2 - график зависимости давления расширения от времени твердения расширяющегося вяжущего при неизменном обь- еме жидкости в автоклаве; на фиг.З - графь гк изменения давления е боксе от объема жид50 кости, выпущенной из автоклава; на фиг.4 график зависимости давления от величины возможной деформации.

Известный объем твердеющего вяжущего 1 с погруженным в него измерителем 2 давления герметизирован в эластичном боксе 3, который герметизирован в автоклаве 4, заполненном жидкостькх 5. Давление жидкости измеряется вторым измерителем 6 давления. Давления, измеряемые измерителями 2 и 6, регистрируются регистратором 7. Давление в автоклаве создается насосом 8. Выпускают жидкость из автоклава через кран 9 в мерный сосуд 10. Требуемый температурный режим, соответствующий скважинным условиям, создается и -поддерживается нагревателем 11 с программным устройством 12.

П р и м е р. В эластичном боксе герметизировали Vo 246 см расширяющегося тампонажного раствора, приготовленного из смеси, состоящей из 90% портландцемента и 10% расширяющей добавки с водо- цементным отношением 0,45. В автоклаве создали давление, равное атмосферному (такое же давление получено в эластичном боксе). Твердение расширяющегося тампонажного цемента проходило при 23°С в течение 72 ч. Зависимость давления расширения от времени твердения дана на фиг.2.

После достижения установившегося значения давления расширения выпускали жидкость из автоклава в сосуд. Выпустив объем жидкости А V, вычисляли относительную деформацию (А V/Vo) х 100%, фиксировали установившееся значение давления. Зависимость давления расширения от величины возможной деформации представлена на фиг.4,

С помощью устройства для измерения давления можно определять зависимость давления расширения от возможной деформации при различных начальных давлениях и температурах в автоклаве, а также при различных сроках твердения вяжущего.

Можно эксперимент проводить иначе, а именно: предоставлять РТМ возможность расширяться до окончания схватывания и твердения. Например, можно определить, какова будет величина давления расширения РТМ, если в процессе твердения предоставить ему возможность увеличить свой объем на 2%, В зтом случае, как только начнется рост давления расширения, выпуска5 ют из автоклава объем жидкости, равный 2% от начального, и затем определяют величину давления расширения РТМ по установившимся показаниям измерителей давления в боксе и автоклаве.

10 Преимущество устройства заключается в том, что знание зависимости давления расширения от возможной величины деформации вяжущих позволит установить целесообразность их применения в зависимости

15 от конкретных условий цементирования; даст возможностъ установить обоснованные нормы расширения специальных расширяющихся материалов, что ускорит их разработку, производство и внедрение в

0 практику цементирования скважин.

Устройство позволяет получить более точные, соответствующие скважинным условиям, значения давления РТМ на обсадные трубы и стенки скважины, что повышает

5 надежность разобщения пластов, позволяет точно установить допустимые давления при гидроразрывах пластов, что исключает прорыв воды по затрубному пространству.

0 Формула изобретения

0 давления расширения твердеющего тампонажного материала от величины возможной его деформации, автоклав дополнительно снабжен узлом для изменения объема тампонажного материала, а бокс выполнен из

5 эластичного материала.

0 подачи жидкости.

Фиг. I

О - 0.5 1.0 15 OfnHocumsjikHos увеличение объема