Способ крепления скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B33/14 

ричном кольцевом пространстве скважин, что влечет за собой образование на отдельных участках прерывистого цементного кольца.

Известен способ крепления скважин, по которому обсадную колонну спускают на первоначальную глубину, через нее до забоя спускают заливочные трубы и закачивают расчетное количество тампонажного раствора и после чего извлекают заливочные трубы из скважины и производят дальнейший спуск обсадной колонны.

Недостатком такого способа является то, что с выходом заливочных труб изтампо- нажного раствора и до полного извлечения их из обсадной колонны, спущенной на первоначальную глубину, тампонажный раствор находится в неподвижном состоянии продолжительное время. В это время происходит седиментация и уплотнение нижних слоев тампонажного раствора, отфильтровывание жидкости затворения и продуктов гидратации, что приводит к его преждевременному загустеванию. Такое состояние тампонажного раствора затрудняет вытеснение и подъема его в затрубное пространство при дальнейшем спуске обсадной колонны. Кроме того, удлиняется время процесса крепления скважины.

Целью изобретения является сокращение времени на крепление скважин.

Поставленная цель достигается тем, что установку обсадной колонны производят путем спуска ее нижней части до забоя на Заливочных трубах, длина которых определяется из следующего выражения:

Г 4 У т.р

(k-DcicB)2

-Ah ,

(Dv

где U.T. -длина заливочных труб, м.;

VT.P. - расчетное количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой обсадной колонной и стенкой скважины, м3,1

DCKB - диаметр скважины ,м ;

k- коэффициент кавернозности ствола скважины,

Ah - дополнительная глубина погружения башмака обсадной колонны в тампонажный раствор после его извлечения заливочных труб, м,

закачивают тампонажный раствор через заливочные трубы и нижнюю часть обсадной колонны, после чего с одновременным извлечением, заливочных труб приподнимают нижнюю часть обсадной колонны с последующим наращиванием последней и спуском ее на конечную

0

5

глубину. При наличии в скважине предыдущей обсадной колонны длина заливочных труб увеличивается на величину

4 VT.P

П П2

U вн.пр

где Ут.р. - расчетное количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой обсадной колонной и предыдущей обсадной колонной, м;

Овн.пр - внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны, м.

Таким образом, зависимость для определения длины заливочных труб в общем случае будет иметь следующий вид

0

5

0

5

0

5

«-jk

v

Т-Р

-3 +

,у ивн,пр.

(2)

(Шскв;

Критерием выбора зависимости (1) является время достижения допустимой консистенции (30 П) тампонажного раствора.

Если это время больше или равно суммарному времени извлечения заливочных труб после закачки тампонажного раствора и времени спуска обсадной колонны до забоя скважины, когда в ней находится тампонажный раствор, т.е. выполняется условие

Т эр - Тзак Тизв +Гс.п. ,(3)

то следует принять Ah 0 и длина заливочных труб определяется только расчетным количеством- тампонажного раствора для цементирования скважины.

В выражении (3) тэо - время достижения допустимой консистенции (ЗОП) тампонажного раствора, ч;

Таак - время закачки тампонажного раствора, ч,

Т изв. время извлечения заливочных труб после закачки тампонажного раствора,

ц .. :. . . ;

Тс.п.-время спуска обсадной колонны

до забоя после извлечения заливочных труб, ч.

L3.T.

Тизв

ГсВ

ГСВ

(4)

где fee -длина одной свечи заливочных труб, м; «..-. .

т ев-время на извлечение одной свечи заливочных труб, ч.

Время спуска обсадной колонны до забоя после извлечения заливочных труб L б.ч.

Теп -

гт:

п

(5)

где LB.H.- длина верхней части обсадной колонны , которую спускают в скважину после извлечения заливочных труб, поэтому ft - длина одной обсадной труб, м;

т i-.нормативное время на спуск одной обсадной трубы, ч.

После определения всех составляющих выражения (3) прверяют условия его выполнения и если это условие не выполняется, т.е. . . . .:. . :..

7зо Тзак .Тизвл+ Тс.п.:

возникает опасность недопуска обсадной колонны до забоя ввиду загустевания тампонажного раствора. В этом случае тампонажный раствор достигает допустимой консистенции (ЗОЛ) раньше, чем обсадная колонна будет спущена до забоя, после извлечения заливочных труб. В этом случае необходимо, определить дополнительную глубину Ah погружения башмака обсадной колонны в тампонажный раствор, находящийся в Скважине. . :

Дополнительная глубина погружения башмака обсадной колонны в тампонажный раствор, есть разница между высотой столба тампонажного раствора, необходимого для цементирования скважины при условии, отсутствия в ней заливочных труб и длиной интервала спуска обсадных труб до того времени, когда тампонажный раствор достигнет предельной консистенции .

дп ь Јя111,(6)

I .- :.:

где h - расчетная высота столба тампонажного раствора, которую он занимает в скважине из условия отсутствия в ней обсадной колонны

h-lr + VT-P. vm

О1н.пр. (кО квГ Ф

Так как необходимо соблюдение условия (3), то справедливо выражениё(б) вместе t с.п подставить г Зо - Тзак Гизвл и получают окончательную формулу для определения

Ah h - fr30 t3 ТизвД1. (8)

После нахождения .величины Ah ее значение подставляют в формулу (1 или 2) и определяют окончательную длину заливочных труб.

На фиг. 1 изображена технологическая схема, реализующая предлагаемый способ, нижнюю часть обсадной колонны 1, которая оснащена башмаком 2 и обратным клапаном 3 спускают до забоя до заливочных трубах 4 длиной Ц.т. и осуществляют закачку тампонажного раствора 5. После этого сбрасывают верхнюю продавочную пробку 6 и продавливают тампонажный раствор {фиг. 1а). Продавочная пробка 6 при выходе из заливочных труб сходится с продавечной

пробкой 7 и по окончании продавки цементного раствора обе пробки садятся на стоп- кольцо 8 (фиг. 16). После этого немедленно приступают к извлечению заливочных труб 5 4. После извлечения заливочных труб (фиг. 1 в) объем участка скважины длиной h от башмака обсадной колонны до забоя представляет собой объем заколонного пространства на конечном этапе цементирования, когда об0 садная колонна полностью спущена до забоя. Далее производят спуск второй секции обсадной колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором на интервале h. При этом длина верхней части обсадной

5 колонны определяется объемом участка скважины длиной h. Спуск обсадной колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором, обеспечивает равномерное заполнение тампонажным раствором затруб0 ного пространства скважины (фиг. 1г). Обратный клапан 3 предотвращает попадание тампонажного состава в обсадную колонну при спуске до забоя. Процесс цементирования заканчивают спуском об5 садной колонны до забоя и появлением на устье скважины тампонажного раствора.

На, фиг, 2 изображена технологическая схема, реализующая предлагаемый способ крепления скважин при наличии предыду0 щей колонны 9. Нижнюю часть обсадной колонны 1, которая оснащена башмаком 2 и обратным клапаном 3, спускают до забоя на заливочных трубках 4 длиной l-з.т. и осуществляют закачку тампонажного раствора 5.

5 После этого сбрасывают верхнюю продавочную пробку 6 и продавливают тампонажный раствор (фиг. 2а).

Продавочная пробка 6 при выходе из заливочных труб сходится с продавочной

0 пробкой 7 и по окончании продавки цементного раствора обе пробки сходятся на стоп- кольцо 8 (фиг. 26). После этого немедленно приступают к извлечению заливочных труб 4, После извлечения заливочных труб 4 (фиг.

5 2в) объем участка скважины длиной h от башмака обсадной колонны до забоя представляет собой объем заколонного пространства на конечном этапе цементирования, когда обсадная колонна

0 полностью спущена до забоя. Далее производят спуск верхней части обсадной колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором на интервале h. При этом длина верхней части обсадной колонны определя5 ется объемом участка скважины длиной h. Спуск обсадной колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором, обеспе- чивзет равномерное заполнение

: тампонажным раствором затрубного пространства скважины между обсадной колонной 1 и стенками скважины и промежуточной колонной 9 (фиг. 2г). Обратный клапан 3 предотвращает попадание тампонажного раствора в обсадную колонну при спуске ее до забоя. Процесс цементирования заканчивают спуском обсадной колонны до забоя и появлением на устье скважины тампонажного раствора.

На фиг. 3 представлена схема, реализующая способ, при наличии промежуточной колонны для случая, когда время извлечения заливочных труб и спуска обсадной колонны до забоя больше, чем время Достижения допустимой консистенции ЗОП (условие 3 не выполняется). В данном случае длина заливочных труб определяется с учетом дополнительной глубины нагружения башмака обсадной колонны втампонажный раствор Ah. Первоначально опускается нижняя часть обсадной колонны на заливочных трубах длиной, определенной по формуле 1 (фиг. За). Далее закачивается расчетное количество тампонажного раствора (фиг. 46). Потом приступают к извлечению заливочных труб, таким образом, чтобы башмак обсадной колонны был ниже на величину Ah, расчетной высоты столба тампонажного раствора, которую он занимает в скважине при условии отсутствия в ней обсадной колонны (фиг. 3в). Расстояние hi соответствует интервалу спуска обсадных труб до того времени, когда тампонаж- ный раствор, достигает предельной консистенции.

Спуск обсадной колонны в скважину, заполненную тампонажным раствором, обеспечивает равномерное заполнение тампонажным раствором затрубного пространства скважины между обсадной колонной и стенками скважины промежуточной

колонной (фиг. Зг).

На фиг. 4 показана схема, реализующая предлагаемый способ крепления для случая, когда время извлечения заливочных труб и спуска обсадной колонны до забоя больше, чем время достижения допустимой консистенции ЗОП (условия 3 - не выполняется). При этом определяется дополнительная глубина погружения башмака обсадной колонны в тампонажный раствор Ah. Первоначально опускается нижняя часть обсадной колонны на заливочных трубах длиной, определенной по формуле 1 (фиг. 4а). Далее заканчивается расчетное количество тампонажного раствора (фиг. 46). Потом приступают к извлечению заливочных труб, таким образом, чтобы башмак обсадной колонны был ниже на величину A h уровня расчетной высоты столба тампонажного раствора, которую он занимает в скважине при условии отсутствия в ней обсадной колонны (фиг. 4в). Расстояние соответствует интервалу спуска .обсадных труб до того времени, когда тампонажный раствор достигнет предельной консистенции. Спуск обсадной колонны в скважину, наполненную тампонажным раствором, обеспечивает равномерное заполнение тампонажным раствором затрубного

0 пространства скважины (фиг. 4г).

Пример 1. Глубина скважины (ЦкБ) 900 м; высота подъема тампонажного раствора в заколонном пространстве (Нт.р.) 900 м; диаметр скважины (DgicB) 0,2159 м; коэф5 фициент кавернозности (К) 1,1; время закачки тампонажного раствора ( гэак) 0,5 ч; время достижения допустимой консистенции (ЗОП) тампонажным раствором, (по лабораторным исследованиям) ( Тзо) 6,25 ч;

0 нормативное время подъема одной свечи заливочных труб, ч ( г Св) 0,05 ч; длина одной свечи заливочных труб, ч ((Св) 24 м; нормативное время одной обсадной трубы ( т) 0,1 ч; длина одной обсадной трубы (1) 10 м;

5 диаметр Обсадной колонны (d) 0,168 м.

Определяют расчетное количество тампонажного раствора для заполнения зако- лонного пространства скважины на конечной стадии цементирования

0 (kDck6)2-d2 -LcKB 20M3 .

Определяют длину заливочных труб из условия заполнения скважины расчетным объемом тампонажного раствора при отсут- 5 ствии в ней обсадной колонны. 4 . У т.р. л

0

5

5

U.T

450 м

(kDckB) 2 .

Вычисляют время извлечения заливочных труб

Тизв .0.94 ч- ,

бпределяютвремя спуска верхней части обсадной колонны

Тсп 4,5ч ..

Проверяют выполнения условия (3)

6,25 - 0.5 4,5 + 0,94; 5,75 5,44. , Условие(3) выполнено. Следовательно в 0 формуле (1) Ah 0 и принимает длину заливочных труб равной 450 м.

Производят спуск нижней части обсадной колонны, длина которой равна разности между глубиной скважины и длиной заливочных труб

U.4. 900 - 450 450 м.

После спуска скважины 450 м обсадной колонны ее продолжают спускать до забоя на заливочных трубах, длина которых равна 450 м.

Осуществляют закачку расчетного коли-7. После этого производят спуск нижней

честватампонажного раствораУ/ т.р.-20м.:части обсадной колонны, длина которой

Извлекают 450 м заливочных труб, при-равна разности между глубиной скважины и

поднимая при этом нижнюю часть обсадныхдлиной заливочных труб, труб над забоем. 5 U.4. ЦкВ - Ц.т. 530 м.

Свинчивают обсадные трубы верхней8. После спуска в скважину 530 мобсадсекции с нижней частью обсадной колонныной колонны ее продолжают спускать до

и производят при этом полный спуск обсад-забоя на заливочных трубах, длина которых

ной колонны до забоя.равна 470 м (пункт 6)..

Пример 2. Глуби на скважины (Цкб) 10 9. Производят закачку расчетного коли- .-,

1000 м; высота подъема тампонажного рас-чества тампонажного раствора объемом 22

твора в заколонном пространстве (Нт.р.)м3.

1000 м; диаметр скважины (Оскб) 0,2159 м;10. Производят извлечения заливочных коэффициент кавернозности (К) 1,1; времятруб длиной 470 м, при этом нижнюю часть

закачки тампонажного раствора ( т за) 0,5 15обсадной колонны приподнимают над забо- }:

ч; время достижения допустимой коней-ем на высоту равной длине заливочных труб, стенции (ЗОП) тампонажным раствором (по11. После этого осуществляют свинчивалабораторным исследов) ( Тзо) 6,25 ч; нор-ние обсадных труб верхней секции рбсадмативное время подъема однойсвечи за л и-ной колонны с нижней частью и производят

вочныУ труб ( Тсв) 0,05 ч; длина одной свечи 20при этом полный спуск обсадной колонны заливочных труб(fee) 24м; нормативное вре-дозабоя..

мя спуска одной обсадной трубы ( г |) 0,1 ч;Пример 3. Глубина скважины (1скб)

длина одной обсадной трубы (ft) 10 м; диа-1200 м; высота подъемного тампонажного

метр обсадной колонны (d) 0,168 м.раствора в заколонном пространстве (Нт.р;)

Определяют расчетное количество там- 251200 м; глубина спуска предыдущей рбсадпонажного раствора для заполнения колонны (Lnp) 1000 м; внутренний диалонного пространства скважины Наметр предыдущей обсадной колонны

конечной стадии цементирования(Овн.пр.) 0,225 м; диаметр скважины (0«б)

v m- rfkn „.n2-d2i-i „R-22-30.2159 м; коэффициент кавернозности (К)

VT.P. -(коскь; d I URft 22м vV. 301,1; время закачки тампонажного раствора

2.Определяют длину заливочных труб(г ЭаК) 0,5 ч; время достижения допустимой из условия заполнения скважины расчет-консистенции (ЗОП) тампонажным раство- ным объемом тампонажного раствора приром (по лабораторным исследованиям) т30 отсутствии в ней обсадной колонны6,25 ч; нормативное время подъема одной

t 4 Ут.р. -502 м свечи заливочных труб ( г с) 0,05 ч; длина

(kDcKb)2одной свечи заливочных труб (tee) 24 м; нор3.Вычисляют время извлечения зали-мативное время спуска одной обсадной тру- вочныхтруб бы( т с.п.) 0,1 ч; длина одной обсадной трубы

(fi) 10м; диаметр обсадной колонны (d) 0.168

Гизв 1,05ч.40м.

4.Определяют время спуска верхней., 1- Определяют расчетное количество части обсадной колоннытампонажного раствора для заполнения заLgij. колонного пространства скважины на коъ сп. -|-р т i 5,02 ч.нечной стадии цементирования

5.Проверяют выполнения условия (3)V VTp + VVP (О2Вн пр.-d2) Lnp + 6,25 - 0,5 5.02+ 1,05; 5.75 6,07,я

таким образом условие(3) не выполнено, -f j((kDcK62-d)(UKB-Up) 22 м3.г

поэтому определяют по формуле (8) Ahor с

) -2- Определяют длину заливочных труб

uh-h-рг-:- ST7 (i.-Q 50из условия заполнения скважины расчетi Дскв, .ным объемом тампонажного раствора при

i (t3o- ЬЗРК - ьизв ,g - 3 отсутствии в ней обсадной колонны

6.Окончательно вычисляют по форму-1з.т. ( 2ТР +7ТР ) 543мле (1) длину заливочных труб с учетом дости- ссРвн.пр. (k-DcKB)

жения допустимой консистенции (ЗОП) 55 3. Вычисляют время извлечения залитампонажным растворомвочныхтруб

(I.1),.- ..134.

4. Определяют время спуска части обсадной колонны L в.ч

Теп.

Г| 5,43 ч.

5. Проверяют выполнения условия (3)

Т зо Тзак Ј Т изв. + Тс.п.

6,25-0.5 1,13+ 5,43;5,75 6,56 таким образом условие(3) не выполнено оэтому определяют по формуле (8) Ah:

30 -зан 1-иэ8л р, Ут. Р

.T)H.n,

h - h130

- ч

зал

1i -1

BH.np

CkD

скв)2)

ИЗВЛЕ; г 81

6.Окончательно вычисляют длину заливочных труб по формуле (2) с учетом дости- жения допустимой консистенции (ЗОП) тампонажным раствором

L3.T. ./

/-V VT-PVT P V Ah

ia T Ьгвн.ПР Ah

7.После этого производят спуск нижней части обсадной колонны, длина которой равна разности между глубиной скважины и длиной заливочных труб

L.H.4. LckB - 1-з.т. 738.

8.После спуска в скважину /38 м обсадной колонны ее продолжают спускать до забоя на заливочных трубах, длина которых равна 462 м (пунк 6).

9.Производят закачку расчетного количества тампонажного раствора объемом 22 м3 (пункт 1).

10.Производят извлечение заливочных труб длиной 462 м, при этом нижнюю часть обсадной колонны приподнимают надзабо- ем на высоту равной длине заливочныхтруб.

11.После этого осуществляют свинчивание обсадных труб верхней секции обсадной колонны с нижней частью и производят при этом полный спуск обсадной колонны до забоя.

Пример 4. Глубина скважины (1скб) 1000 м; высота подъемного тампонажного раствора в заколонном пространстве (Нт.р.) 1000 м; диаметр скважины (0Скб) 0,2159 м; время закачки тампонажного раствора .(Гзак) 0,5 ч; диаметр обсадной колонны (d) 0,168 м; глубина спуска промежуточной колонны (НПр) 850 мгвремя достижения допустимой консистенции тампонажного раствора по данным лабораторных исследований ( Тзо) 6,25 ч; нормальное время спуска одной обсадной трубы ( г 0 0,1 ч; длина одной обсадной трубы (tj) 10м; нормативное время подъема одной свечи заливочных труб ( т ев) 0,05 ч; коэффициент кавернозно- сти К 1,1; внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны, м (Dnp) 0,225 м.

1. Определяют расчетное количество тампонажного раствора для заполнения за

0

5

0

5

0

5

5

0

0

5

колонного пространства скважины на конечной стадии цементирования

V.p + v;p fa)Hnp-d2)Hnp + . ;

f скв)2-о/2ЛЈ.с«в-нпр)г 8,26м3 :

2. Определяют длину заливочных труб из условия заполнения скважины расчетным объемом тампонажного раствора, при отсутствии в ней обсадной колонны УУр.

L-.l.yUL и-т П { п 2 U пр

+

-Y ) 450 м

(k -DCKB) 3. Определяют время извлечения заливочных труб из скважины

Г извл: -г Т сб 0,94 Ч

CD

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Способ крепления скважин .включающий спуск заливочных труб на фиксированную глубину, закачку расчетного количества тампонажного раствора, подъем заливочных труб и вытеснение тампонажного раствора в заколонное пространство скважины путем установки обсадной колонны на забой, отличающийся тем, что, с1 целью сокращения времени на крепления скважин, установку обсадной колонны производят путем.спуска нижней части обсадной колонны до забоя на заливочных трубах, длина которых определяется из следующего выражения:

).. где L3.T. длина заливочных труб, м;

VT.p, - расчетное количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой обсадной колонной и стенкой скбажи- ны, м ;

ОскВ диаметр скважин, м;

К - коэффициент кавернозное™ ствола скважины;.

Ah - дополнительная глубина погружения обсадной колонны в тампонажный раствор после его закачки и извлечения заливочных труб, м,

закачивают тампонажный раствор через заливочные трубы и нижнюю часть обсадной колонны, после чего с одновременным извлечением заливочных труб приподнимают нижнюю часть обсадной колонны с последующим наращиванием последней и спуском ее на конечную глубину,

2.Способ по п. 1, о т л и ч а ю щи и с я тем. что, с целью обеспечения цементирования при наличии в скважине предыдущей обсадной колонны, длину заливочных труб увеличивают на величину

(,4/jr)(v Tp/D en.np ),кольцевого пространства между цементиругде V Vp. - расчетное количество тампонаж-емой обсадной колонной и предыдущей обного раствора для цементирования обеад- .садной колонной, М : Овп.пр. - внутренний

ной колонны из условия заполнения объемадиаметр предыдущей обсадной колонны, м.

Изобретение используется при цементировании осадных колонн. Цель - сокращение времени на крепление скважин, а также обеспечение цементирования при наличии в скважине предыдущей обсадной колонны. Способ включает спуск обсадной колонны до забоя на заливочных трубах, длину которых определяют из следующего выражения: .т.4 VT.p. / л КОСкв- A h, где U.T. - длина заливочных труб, м, VT.P. - расчетное количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространстИзобретение о-носится к способам крепления нефтяных и газовых скважин. Известен способ крепления скважин, включающий спуск обсадной колонны, закачку тампонажного раствора с устья скважины в обсадную колонну и продавку его цементировочными агрегатами в затрубнре пространство скважины с фиксацией момента конца продавки тампонажного раствора по характеру увеличения давления на устье. ва между цементируемой обсадной колонной и стенкой скважины, м3, DCKB - диаметр скважины, м, К - коэффициент кавернозно- сти ствола скважины. Ah- дополнительная глубина погружения обсадной колонны в тампонажный раствор после его закачки и извлечения заливочных труб, м. Тампонажный раствор закачивают в скважину через заливочные, трубы и нижнюю часть обсадной колонны, после чего с одновременным извлечением заливочных труб приподнимают нижнюю часть обсадной колонны. В дальнейшем обсадную колонну наращивают и опускают на конечную глубину. При наличии в скважине предыдущей обсадной колонны длину заливочных труб увеличивают на 4 У т.р. / яОвн.пр. где V T.p. - расчетное количество тампонажного раствора для цементирования обсадной колонны из условия заполнения объема кольцевого пространства между цементируемой и предыдущей обсадными колоннами, м3, D вн.пр. - внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны, м. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.v сл с Недостатком этого способа является сложность замещения бурового раствора тампонажным. Более высокая степень замещения, а с ней и качественное цементирование достигается только при высоких скоростях движения тампонажного раствора, что в свою очередь приводит к увеличению гидродинамической составляющей давления на пласты и к их гидроразрыву. Кроме того, в искривленных скважинах часто происходит одностороннее вытеснение бурового раствора тампонажным в эксцентvl s| Ю

Фиг.1

Фиг.2

«

Ј

Риг.З

Фиг А