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

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к способам крепления и цементирования скважин с поглощающими пластами.

Известен способ цементирования скважин, включающий подачу цементного раствора в заколонное пространство, последующую закачку через обсадную колонну бурового раствора с давлением на глубине поглощающего пласта равным разнице гидростатических давлений столбов цементного раствора в заколонном пространстве и бурового раствора в обсадной колонне, причем закачку бурового раствора осуществляют в течений времени до твердения цементного раствора 1.

Недостатком данного способа является необходимость подачи значительного количества бурового раствора во время твердения цементного раствора, что требует насосов высокой производительности и увеличивает расход энергии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заянляемо- му является способ цементирования скважины путем введения в заколонное пространство цементного раствора, содержащего порошкообразный магнетит, а на обсадную колонну перед ее спуском устанавливают против интервала поглощающего пласта постоянные магниты для получения магнитного поля с нарастающей

XI XI

О

ел

Јь

ю

сверху вниз напряженностью 20000-40000 А/м 2.

Недостатком данного способа является то, что при введении в цементный раствор порошкообразного магнетита увеличива- ется плотность цементного раствора. Плотность магнетита Бакальского месторождения составляет 3,1 г/см3. Повышение плотности цементного раствора в условиях поглощающего пласта затрудняет цементи- рование за счет создания высокого гидростатического давления столба цементного раствора в заколонном пространстве.

Для создания достаточного схватывания раствора прочного цементного камня на уровне поглощающего пласта в предлагаемом способе необходимо использовать мощные постоянные магниты, которые располагают по всей длине обсадной колонны против поглощающего пласта. Размещение такого количества дорогостоящих магнитов на значительной длине повышает стоимость цементирования скважины. Все выше названные причины снижают эффективность цементирования скважины известным спо- собом.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно - повышение эффективности цементирования за счет усиления сцепления цементного раствора с обсадной колонной и уменьшения поглощений цементного раствора при снижении энергетических и материальных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе цементирования обсадных колонн в скважинах путем приготовления цементного раствора с добавкой наполнителя из магнитоактивного материала, подачу в заколонное пространство це- ментного раствора и воздействие магнитным полем на цементный раствор в течение времени его твердения, согласно изобретению, в качестве наполнителя применяют полые керамические микросферы золы - унос тепловых электростанций с содержанием магнитоактивных соединений не менее 8,5 мас,%, которые обогащают магнитной сепарацией до содержания не более 60 мас.% и добавляют в цементный раствор в количестве 15-45 мас.%, и воздействие магнитным полем на цементный раствор в заколонном пространстве осуществляют при напряженности 8000-12000 А/м.

Микросферы выделенные из золы-унос Челябинской ТЭЦ-2 имеют следующий химсостав и физические параметры. %: Si0254,8-56,9

А12Оз24,7-26,0

Ре20з 2,4-2,9

FeO 3,6-3,8

Na20 1,1-1,4

К20 2,5-2,9

СаО 3,1-3,2

МдО 1,6-1,8

Истинная плотность 0,6-0,7 г/см3

Насыпная плотность 0,4 г/см

Диаметр частиц5-400 мкм

Толщина стенки

максимальная1/10 от диаметра

Гидростатическое

давления при 50%-ном

разрушении100-150 кг/см2

Твердость по Мосу5-6

Коэффициент теплопроводности0,08 БГ/М °С

Температура плавления1300°С

Предлагаемое техническое решение соответствует критерию новизна т.к. имеет отличительные от прототипа признаки. Для уяснения соответствия критерию существенные отличия был проведен поиск решений, содержащих указанные отличительные признаки.

В результате поиска обнаружен ряд таких решений (Патент США №№ 3804058. 3782985).

Из этих источников известно использование полых керамических микросфер золы-унос в качестве наполнителя для легковесного цемента.

В этих решениях микросферы проявляют два свойства, а именно снижение веса, а также обеспечение теплоизоляции для геотермальных скважин. В предлагаемом решении дополнительно к этим свойствам микросферы придают дополнительное свойство, заключающееся в проявлении повышенных магнитных свойств за счет предварительной магнитной сепарации, что позволяет проводит заданный режим твердения цемента.

На фиг.1 дана схема цементирования скважины до закачки цементного раствора; на фиг.2 - то же. в процессе закачки цементного раствора.

Способ осуществляется следующим образом. В скважину 1 глубиной 3100 м опускают обсадную колонну 2, поспе чего производят цементирование по прямой схеме, через внутреннее сечение обсадной колонны 2, заполняя затрубное пространство цементным раствором 3 от забоя до подошвы поглощающего пласта 4. Затем с устья скважины в заколонное пространство закачивают буферную жидкость, вытесняя буровой раствор в поглощающий пласт. Вслед за буферной жидкостью в заколонное пространство закачивают порцию цементного

раствора 4, содержащего портландцемент в количестве 60 мас.% и 40% полых керамических микросфер, выделенных из золы- унос ТЭЦ (плотность цементного раствора 1250 КГ/NT). Микросферы предварительно подвергнуты магнитной сепарации с целью выделения микросфер г. повышенным содержанием р.1агнетита 60%. Одновременно с закачкой цементного раствора во внутреннюю полость обсадной колонны на глубине расположения кровли поглощающего пласта на кабеле б спускают кольцевые электромагниты 7, которые создают магнитное поле а затрубном пространстве с напряженностью 10000 А/м. При постелен- ном движении столба цементного раствора вниз под г.Рйствиег- магнитного поля цементный ряствор застывает, что приводит к запиранию каналов движения столба цементного рдстьора, Застывание и запира- ние «налов происходит при относительно низкой напряженности магнитного Поля, что обусловлено пониженным гидростатическим давлением столба цементного раствора из-за его пониженной плотности. После полного застывания цементного раствора в озтрубном пространстве, из обсадной колонны удаляются электромагниты и з конечном итоге обеспечивается выполнение основной задачи - удержание всего столба цементного раствора над кровлей поглощающего пласта, путем предотвращения проникновения в поглощающий пласт.

Сравнительные технико-экономические параметры предлагаемого способа и изве- стных представлены в таблице.

Анализ данных таблицы показывает, что при содержании магнитоактивных частиц менее 8,5% снижается прочность цементного камня. Обогащение микросфер свыше содержания 60% экономически неэффективно ввиду больших энергетических затрат.

Таким образом, испи/к аоваиие предлагаемого способа позволяет отказаться от установки на обсадной колоне постоянных магнитов и снизить себестоимость цементирования на 2000 руб. Кроме того, за счет магнитного взаимодействия увеличивается сила сцепления поверхности обсадной колонны и полых микросфер с магнитом, что позволяет снизить перетечки между пластами, которая может быть нарушена после перфорации обсадной колонны.

Формула изобретения Способ цементирования обсадных колонн в скважинах путем приготовления цементного раствора с добавками наполнителя из магнитоактивного материала, подачу в заколонное пространство цементного раствора и воздействие магнитным полем на цементный раствор в течение времени его твердения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения эффективности цементирования за счет усиления сцепления цементного раствора с обсадной колонной и уменьшения поглощений цементного раствора при снижении энергетических и материальных затрат, в качестве наполнителя применяют полые керамические микросферы золы-унос тепловых электростанций с содержанием магнитозк- тивных соединений не менее 8,5 мас.%, которые обогащают магнитной сепарацией до содержания магнитоактивного соединения не более 60 мае. % и добавляют в цементный раствор в количестве 15-45 мас.%, а воздействие магнитным полем на цементный раствор в заколонном пространстве осуществляют при напряженности 8000-12000 А/м.

гтЛ

Использование: при цементировании скважин в условиях поглощений. Обеспечивает повышение эффективности цементирования за счет усиления сцепления цементного раствора с обсадной колонной и уменьшения поглощений цементного раствора при снижении энергетических и материальных затрат. Сущность изобретения: способ включает приготовление цементного раствора с добавками наполнителя из магнитоактивного материала. В качестве такого наполнителя применяют полые керамические микросферы золы-унос тепловых электростанций. Содержание в нем магни- тоактивных соединений составляет не менее 8,5 мас.%. Их обогащают магнитной сепарацией до содержания магнитоактивного соединения не более 60 мае. %. В таком виде их добавляют в цементный раствор в количестве 15-45 мас.% цементный раствор подают в заколонное пространство скважины. В заколонном пространстве на цементный раствор воздействуют магнитным полем при напряженности 8000-12000 А/м. 2 ил.

4

ЬЈ

Фиг.1

i N, 4

/