Способ цементирования обсадных колонн Советский патент 1992 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к горному делу, в частности к креплению скважин большого диаметра, и может быть применено в нефтяной промышленности, геологоразведочных и строительных работах.

Известен способ цементирования обсадных колонн, заключающийся в том, что цементирование колонн производят через

став бурильных труб. При этом устье, низ бурильной и обсадной колонн оборудуют устройствами для контроля закачки тампонажного раствора и продавочной жидкости. Кроме того, обсадную колонну оборудуют обратным клапаном для удержания за колонной тампонажного раствора и с возможностью после закачки продавочной

жидкости промыть внутреннюю полость обсадной колонны и поднять бурильные трубы из скважины.

Недостатком этого способа является то, что обсадная колонна испытывает разность давлений столбов тампонажного раствора за колонной и внутреннего столба жидкости в колонне. Эта разность может достигать значительных величин. Поэтому способ неприемлем для обсадных колонн с низким допустимым внешним гидростатическим давлением.

Известен способ цементирования буровых скважин, согласно которому цементирование производят в две ступени, причем в первой ступени применяют тампонажный раствор, состоящий из двух частей, имеющих различные сроки схватывания - часть, расположенная ниже, имеет меньший срок начала схватывания. Вторую ступень тампонажа производят после некоторого промежутка времени и схватывания тампонажного раствора за колонной в нижней части, причем закачку его ведут через затрубноё пространство с устья скважины.

Недостатком данного способа является то, что он приемлем только в случае наличия поглощающего горизонта в разрезе скважины. В других случаях закачка раствора второй ступени невозможна через устье. Кроме того, по этому способу схватывание тампонажного раствора происходит сначала в нижней части, а затем в верхней. При этом на колонну передается гидростатическое давление столба жидкости (тампонажного раствора и глинистого над ним, заполняющего скважину), т.е. происходит разрыв гидравлической связи затрубного пространства и внутренней полости обсадной колонны.

Наиболее близким к предлагаемому является способ цементирования скважин, заключающийся в том, что с целью повышения качества цементирования затрубного пространства за счет защемления расширяющегося тампонажного раствора за колонной в ограниченном объеме и создания избыточного давления этого раствора в за- трубном пространстве и заполнения им водяных камер, уплотнения глинистой корки, в затрубноё пространство вначале закачивают быстросхватывающуюся смесь в небольшом объеме, а затем тампонажную смесь с перезамедленными сроками схватывания (в 2-3 раза превышающие нормальные).

Недостатком этого способа является то, что тампонажная смесь с перезамедленными сроками схватывания располагается по всему интервалу затрубного пространства. Срок схватывания ее в атмосферных условиях один. Однако вследствие повышения температуры и абсолютного давления в скважине с глубиной, схватывание ее в зоне забоя произойдет раньше, чем в верхней

части. При этом произойдет разобщение затрубного пространства с внутренней полостью труб, гидростатическое давление всего столба тампонажной смеси будет восприниматься обсадной колонной и разность внешнего и внутреннего давлений может превысить допустимую для труб. Такой способ приводит к повышению давления в за- трубном пространстве против гидростатического давления столба его.

В связи с тем, что данный способ повышает разность давлений за трубами и внутри трубы, он не может быть применен для тампонажа обсадных колонн с низким допустимым гидростатическим внешним давлением.

Целью изобретения является повышение надежности технологического процесса путем обеспечения ступенчатого снятия

гидростатического давления столба жидкости за обсадной колонной.

. Изобретение позволит сократить сроки проведения цементирования, снизить стоимость работ. Указанная цель достигается

тем, что в известном способе цементирования, включающем закачку за обсадную колонну тампонажного раствора частями, имеющими различные сроки схватывания, увеличивающиеся сверху вниз по глубине, и

выдержку скважины на период ох идания затвердевания цемента (ОЗЦ), в период ОЗЦ поддерживают гидравлическую связь через забой затрубного и трубного пространств между собой, а высоту столба очередной части тампонажного раствора ограничивают допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

На фиг.1 схематично представлена скважина в процессе реализации способа,

вертикальный разрез, фаза окончания закачки тампонажного раствора; на фиг.2 - то же, фаза окончания процесса схватывания первой части тампонажного раствора за обсадной колонной; на фиг.З - график, показывающий действие гидростатических давлений в скважине в конце закачки тампонажного раствора; на фиг,4 - график, показывающий действие гидростатических давлений в скважине после схватывания

первой части тампонажного раствора за обсадной колонной-(Bifli - линия, соответствующая внешнему гидростатическому давлению в скважине (за обсадной колонной) после схватывания первой части, тампонажного раствора на участке П2).

На фиг.З приняты такие обозначения: ОА - линия, соотретствующая внешнему давлению жидкости, заполняющей сква- жину до глубины hi за обсадной колонной; АД - линия, соответствующая внешнему давлению жидкости в скважине и тампо- нажного раствора с увеличением глубины скважины до забоя; h2 - глубина заполнения первой частью тампонажного раствора; Ьз - то же, второй частью; ruj - то же, третьей частью; ОЕ - линия, соответствующая внутреннему давлению столба жидкости в обсадной колонне; О Д - линия, соответствующая внутреннему давлению в обсадной колонне с глубиной в момент окончания закачки тампонажного раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважину 1 (фиг.1) при опущенной обсадной колонне 2 став 3 закачивают в за- трубное пространство между стенками скважины.1 и колонной 2 тампонажный раствор частями 4, 5 и 6, имеющими разные сроки схватывания, непрерывным процессом (стрелки на чертеже показывают направление движения раствора). В процессе закачивания тампонажного раствора части 4, 5 и 6 располагают за обсадной колонной сверху вниз по глубине в порядке увеличения сроков начала схватывания. С целью получения тампонажного растворэ с разными сроками твердения при затворении раствора при всех прочих равных исходных материалах в воду для затворения добавляют замедляющие схватывание раствора добавки, например возрастающие количества сульфитно-спиртовой барды (ССБ). При этом межтрубное пространство обсадной колонны 2 и става труб 3 перекрыто цементировочной головкой 7. После этого закрывают выход из става 3 задвижкой 8 (фиг,2) и оставляют скважину в таком виде на период ожидания затвердевания раствора (ОЗЦ).

В этот период будет поддерживаться гидравлическая связь через забой затруб- ного и трубного пространств между собой. Поэтому ликвидируется опасность схватывания тампонажного раствора раньше у забоя, чем выше в затрубном пространстве. В момент окончания закачки тампонажного раствора в скважине будут действовать гидростатические давления, (см. график на фиг.З) и система будет находиться в равновесии. Увеличенное давление столба жидкости за обсадной колонной будет восприниматься внутри колонны и цементировочной головкой как внутреннее давление, разность которого возрастает от нуля у . низа колонны до максимума на устье до тех пор, пока тампонажный раствор за колонной способен течь. После того как на участке глубиной h2 (фиг.2) произойдет схватывание первой части 4 тампонажного раствора, он потеряет текучесть и превратится в твердый

заполнитель, имеющий сцепление с обсадной колонной 2 и стенками скважины 1, он не только не будет создавать гидростатического давления в скважине, но и примет на себя давление столба промывочного раство0 ра 9 высотой hi, заполняющего затрубное пространство, и будет препятствовать передачи этого давления на обсадную колонну ниже точки Б на фиг.4. На обсадную колонну будут действовать гидростатические дав5 ления, поясняемые графиком на фиг.4. На обсадную колонну будет действовать внешнее гидростатическое давление в интервале hi столба жидкости, заполняющей скважину и столба тампонажного раствора на участ0 ках Ьз и h4. При этом давление внутри обсадной колонны уменьшится на величину давления столбов жидкостей глубиной hi и Ii2, которое они создавали в момент окончания закачки раствора. Высота столба оче5 редной части тампонажного раствора ограничена разностью давлений его и внутреннего давления в колонне в нижнем сечении этой части допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

0 Аналитически в представленных схемах это может быть выражено следующей зависимостью:

Учп1 - УР (hi + h2 + ... hi) + (уц - ур Xhi-ц +. +...г.п)Рд,

5 где hi - высота столба очередной части тампонажного раствора; hn - то же, последней части; Рд - допустимое внешнее давление на обсадную колонну; ур и уч - удельные веса жидкости в скважине и тампонажного

0 раствора.

Наиболее целесообразным будет соотношение давлений внутри обсадной колонны и за ней на момент схватывания первой части тампонажного раствора, выраженное

5 зависимостью:

УР (hi + h2 + пз + уц (hs + tub где ур и уц - удельный вес жидкости в скважине и тампонзжного раствора.

В это время может быть произведена

0

разгерметизация на устье межколонного

пространства внутренней полости бурильных труб и выполнены необходимые термометрические измерения в скважине, подняты бурильные трубы из скважины и 5 другие работы, по оборудованию устья скважины для дальнейших работ. Так как гидростатическое давление столба жидкости в скважине равно или больше давления столба тзмпонажного раствора за обсадной колонной, то движения жидкости не будет происходить и процесс схватывания и твердения тампонажного раствора за колонной не нарушится при проведении указанных работ в скважине.

Пример. Цементирование затрубного пространства обсадной колонны на скважине предусмотрено от забоя до устья. Длина обсадной колонны 800 м, диаметр труб 630 мм, допустимое внешнее давление 2,5 МПа. Разность давлений столбов жидкостей за колонной и внутри составляет 3,20 МПа. Для повышения надежности процесса глиноце- ментный раствор закачивают тремя частями, имеющими разные сроки начала схватывания. Первой частью со сроком схватывания 5 ч заполняют интервал 0-300 м, второй частью со сроком схватывания 12 ч заполняют интервал 300-750 м, третьей частью со сроком схватывания 15 ч - интервал 750-800 м. В качестве замедлителя началасхватыванияиспользуютсульфитно-спиртовую барду. После схватывания первой части при разности удельных весов глиноцементного раствора и жидкости внутри обсадной колонны равной 40001

н/м и удельном весе глиноцементного раствора 16000 н/м3 давление столба глиноцементного раствора упадет на 4,8 МПа. т.е. давление столба жидкости в колонне превы- сит давление столба глиноцементного раствора на 1,6 МПа.

Формула изобретени я Способ цементирования обсадных колон, включающий закачку за обсадную колонну тампонажного раствора частями, имеющими различные сроки схватывания, увеличивающиеся сверху вниз по глубине, и выдержку скважины на период ожидания

затвердевания цемента(03Ц), отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности технологического процесса путем обеспечения ступенчатого снятия гидростатического давления столба жидкости

за обсадной колонной, в период ОЗЦ поддерживают гидравлическую связь через забой затрубного и трубного пространств между собой, а высоту столба очередной части тампонажного раствора ограничивают допустимым внешним давлением на обсадную колонну.

Изобретение относится к способу цементирования обсадных колонн, позволяющемуповыситьнадежность технологического процесса за счет обеспечения ступенчатого снятия гидростатического давления столба жидкости за обсадной колонной. Для этого за обсадную колонну закачивают тампонажный раствор частями, имеющими различные сроки схватывания, увеличивающиеся сверху вниз по глубине, и выдерживают скважину на период ожидания затвердевания цемента (03 Ц). В этот период будет поддерживаться гидравлическая связь через забой затрубного и трубного пространств между собой. После того, как на участке расположения первой части тампонажного раствора с более ранними сроками схватывания произойдет его схватывание, он потеряет текучесть и превратится в твердый заполнитель, имеющий сцепление с обсадной колонной и стенками скважины. В результате эта часть тампоиаж- ного раствора не только не будет создавать гидростатического давления в скважине, но и примет на себя давление столба промывочного раствора, заполняющего затрубное пространство выше этой части, и будет препятствовать передаче этого давления на обсадную колонну ниже этой части тампонажного раствора. Высота столба очередной части тампонажного раствора ограничена разностью давлений его и внутреннего давления в колонне в нижнем сечении этой части допустимым внешним давлением на обсадную колонну. 4 ил. сл с ы о

w

Риг. г