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

Изобретение относится к горному делу и нефте- и газодобыче и может быть использовано для качественного цементирования обсадных колонн с помощью упругого миграционного геоэффекта в диапазоне частот - герцы-кгцы.

Известен способ цементирования скважин путем закачки тампонажного раствора в обсадную колонну, продавки его в затруб- ное пространство с оставлением стакана в колонне, и созданием противодавления в затрубном пространстве в течение всего времени твердения тампонажного раствора.

Известный способ трудоемок, нетехнологичен, длителен по времени и весьма энергоемок.

Известен также способ цементирования скважин, включающий спуск обсадной колонны в скважину, передачу на обсадную трубу колебаний, закачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую его продавку в заколонное пространство.

Известный трудоемок, нетехнологичен, так как не позволяет работать в выбранном диапазоне частот и не использует резо- нансные свойства обсадных труб и тампонажного раствора и практически неприменим в наклонных скважинах.

Цель изобретения - повышение эффективности цементирования наклонных и горизонтальных скважин, релаксации напряжений в массиве горных пород и разVJ VI

0 Ю О СА

оэ

рушения глинистой корки на стенках скважины.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу перед спуском наружную поверхность обсадной колонны покрывают слоем редкоземельного вещества с магни- тострикционными свойствами толщиной 2 -15 см на длине 3-5 м и шагом 13-15 м, а передачу на обсадную колонну колебаний осуществляют путем подачи импульсного напряжения на слой редкоземельного вещества с частотой, равной частоте собственных колебаний обсадной колонны, и с величиной импульсного напряжения, обеспечивающими колебания обсадной колонны с амплитудой, вызывающей напряжения в массиве пород не более 0,5 от их разрушающих напряжений, при этом подачу импульсного напряжения начинают с нижних участков обсадной колонны.

Редкоземельное вещества содержит вяжущее в количестве 5-20 мас.%.

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 - горный массив, 2 - скважина, 3 - обсадная колонна. А - нанесенный на обсадную колонну слой редкоземельного вещества, 5 - пробелы на колонне с шагом 13-15 м, 6 - тампонажный раствор, 7 - источник импульсного напряжения, 8 - электроды, 9 - установка для нагнетания тампонажного раствора.

Способ осуществляют следующим образом.

Армируют обсадную трубу слоем р/з вещества, обладающего гигантской магнито- стрикцией, например, Р Ге2 - мГе2, ТьГе2, ДуГе2, НоГе2 и другие при следующем соотношении компонентов, %:

р/з вещество80-90

Вяжущее5-20

ВодаОстальное

причем обсадную трубу 3 армируют секциями 4 по 3-5 м с шагом через 13-15 м, подводят к магнитному материалу А электроды 8 от импульсного источника 7 и возбуждают упругие колебания на частоте резонанса для обсадной трубы 3, причем, упругие колебания возбуждают последовательно начиная с самой нижней секции 4 и подают в заколонное пространство тампонажный раствор б от нагнетательной установки 9. Амплитуду колебаний в знакопеременной волне возбуждают начиная с минимально возможного уровня с таким условием, чтобы не вызвать динамических проявлений горного давления или гидроразрыва и постепенно ее поднимают до уровня, равного примерно 0,5 от величины разрушающих напряжений для пород, слагающих стенки скважины. Вначале возбуждают упругие колебания на частоте собственных колебаний обсадной трубы - это диапазон от 150 до 600 Гц и воздействуют мощными импульсами давления знакопеременной волны на

стенки скважины и достигают с одной стороны разгрузки стенок скважины от напряжений, а с другой - разрушают глинистую корку на стенке скважины и лишь затем подают в скважину цементный раствор. Этим

добиваются с одной стороны более прочного сцепления раствора со стенкой скважины, а с другой стороны избегают возможных динамических проявлений горного давления и возможного гидроразрыва в процессе

эксплуатации скважины за счет разгрузки горного массива в процессе вибровоздействий мощными импульсами давления на уровне 0,5 от величины разрушающих напряжений в породах, слагающих стенку

скважины на данной глубине. Упругие колебания возбуждают воздействуя импульсным возбуждающим напряжением на р/з вещество которым армирована обсадная труба колонн. Возбуждающее напряжение

от источника 7 вносит энгармонизм в р/з вещество обусловленный магнитоупругим взаимодействием, что проявляется в наличии мощного магнитострикционного эффекта в р/з веществе. Эффективность работы

р/з вещества определяется-параметром:

A (d6/d В),

(D

где 3 магнитострикционное напряжение, создаваемое в р/з веществе под влиянием переменного магнитного поля; В - магнитная индукция. Для упругих волн дисперсионное соотношение можно представить в виде:

Wynp. Супр. Купр..(2)

где Супр. и Купр. скорость Р-волн и волновое число в р/з веществе.

Когда упругие и магнитные волны взаимодействуют, то есть когда

А/магн. Wynp. И Купр. Кмэгн.

(3)

это приводит к возмущению их спектров. В результате дисперсионные кривые упругих и магнитных волн, которые в отсутствие взаимодействия пересеклись бы, при наличии возбуждающего напряжения расталкиваются, то есть имеет место переход магнитной энергии в упругую -до 50%.

Сущность изобретения заключается в том, что вибровоздействия вызывают снижение вязкости цементного или другого раствора и способствуют более полному заполнению им пор и трещин в горном массиве вокруг обсадной колонны, причем, волны сжатия и растяжения порождаемые упругими колебаниями способствуют:

-перераспределению поля упругих на- пряжений в горных породах окружающих скважину, то есть разгрузке горного массива от напряжений накопившихся в породах

в результате проходки - бурения скважины;

-дегазации горных пород за счет при- ведения их в возбужденное состояние в диапазоне 60-1500 гц, то есть в этом случае имеет место истечение газов из пор, трещин

и разломов горных пород вокруг скважин;

-более полному заполнению пор и тре- щин при переходе на частоту собственных колебаний обсадной трубы и нагнетании тампонажного раствора в скважину начиная

.с основания скважины, что повышает проницаемость сорных пород и увеличивает степень проницаемости раствора в горные породы вокруг скважины.

Выбор диапазона частот для приведения горных пород в возбужденное состояние - 60-1500 Гц обусловлены структурными особенностями горных пород, а именно: известно, что размеры структурных неоднородностей, слагающих горные породы находятся в интервале от 2 до 50 м. При скорости Р-волн в горных по- родах равной 3000 м/с длины волн на частоте 60 Гц равна (3000 м/с) / (60 Гц) 50 м

1500Гц... 2м

Исходя из условий волнового подобия волна лишь тогда взаимодействует с неодно- родност.ью, когда ее длина меньше или соизмерима с размером неоднородности, что и выполняется в данном случае для горных пород, слагающих массив вокруг скважины.

Использование заявляемого изобретения позволит расширить возможности метода за счет приведения массива вокруг

скважины в неудароопасное состояние, а следовательно к экономии материалов и средств при эксплуатации скважины, повысить прочность сцепления раствора и стенок за счет более качественного цементирования скважины и получения более высоких прочностных характеристик раствора в скважин и его дегазации в процессе затвердевания по сравнению с классическими способами цементирования скважин.

Формула изобретения

1.Способ цементирования скважин, включающий спуск обсадной колонны в скважину, передачу на обсадную колонну колебаний, закачку цементного раствора в обсадную колонну и последующую его про- давку в заколонное пространство, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности цементирования наклонных и горизонтальных скважин, релаксации напряжений в массиве горных пород и разрушения глинистой корки на стенках скважины, перед спуском наружную поверхность обсадной колонны покрывают слоем редкоземельного вещества с магнитострик- ционными свойствами толщиной 2-15 см на длине 3-5 м и с шагом 13-15-м, а передачу на обсадную колонну колебаний осуществляют путем подачи импульсного напряжения на слой редкоземельного вещества с частотой, равной частоте собственных колебаний обсадной колонный, и с импульсным напряжением, обеспечивающим колебания обсадной колонны с амплитудой, вызывающей напряжения в массиве пород не более 0,5 от их разрушающих напряжений, при этом подачу импульсного напряжения начинают с нижних участков обсадной колонны.

2,Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что редкоземельное вещество содержит вяжущее в количестве 5-20 мас.%.

Использование: при цементировании скважин. Обеспечивает повышение эффективности цементирования наклонных и горизонтальных скважин, релаксацию напряжений в массиве горных породи разрушение глинистой корки на стенках скважины. Сущность изобретения: перед спуском наружную поверхность обсадной колонны покрывают слоем редкоземельного вещества. В качестве такого применяют вещество с магнитострикционными свойствами. Слой вещества принимают толщиной 2 - 15 см на длине обсадной колонны 3-5 м и с шагом 13 - 15 м. Передачу на обсадную колонну колебаний осуществляют путем подачи импульсного напряжения на слой редкоземельного вещества. Частоту импульсного напряжения принимают равной частоте собственных колебаний обсадной колонны. Частоту и величину импульсного напряжения принимают из условия обеспечения колебаний обсадной колонны с определенной амплитудой. Ее ограничивают амплитудой, при которой напряжения в массиве пород не превышают половины их разрушающих напряжений. Подачу импульсного напряжения начинают с нижних участков обсадной колонны. В редкоземельное вещество добавляют вяжущее в количестве 5-20 мас.%. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. СП с