Устройство для изоляции зон поглощения промывочной жидкости Советский патент 1993 года по МПК E21B33/13 

ый эжекционный эффект и своевременный твод обедненной цементной суспензии в атрубное пространство выше тампонируеой зоны.

Для работы устройства должно выполяться условие

. Оц.д. DB DH.

Внутренние диаметры наконечника, атрубка и оЧводнрй трубки выбираются из словия отвода жидкости (пластовой, обед- енн6,й суспензии) лишь из центральной чати ствола и минимальных гидравлических опротивлений при эжектировании. К поерхности верхней части корпуса приварены вертикальные центрирующие планки 10.

Устройство работает следующим обра- зом.

Тампонажный раствор, пройдя с большой скоростью через диффузор, тангенциальные клапаны 8 и сопла 9, приобретает интенсивное вращательное движение между наружными стенками диффузора и ствола скважины, Под воздействием центробежной силы происходит сепарация тампонажного раствора, т.е. расслоение его на обогащенную цементом плотную смесь и менее плотную цементную суспензию,. Плотная часть раствора под воздействием гравитационных сил через кольцевой зазор между наружной поверхностью нижней ча сти корпуса и стенками скважины устремля- ет-ся вниз в зону поглощения, Слой, состоящий из обедненной, менее плотной суспензии, прилегающей к наружной поверхности устройства, вытесняется взатрубное пространство выше диффузора. При сильном вращении жидкости в наружной области отверстия 6 создается разрежение, благодаря которому осуществляется прийу- дительный отсос жидкости из центральной части ствола скважины ниже устройства, В начальной стадии изоляции таким образом производится эжектирование пластового флюида и промывочной жидкости, которые могли бы разбавить обогащенную смесь после поступления последней в эту зону, а в последующем - и обедненной суспензии, прорыв которой вниз полностью не исключен. Существенным моментом является то, что и прорывающаяся вниз обедненная суспензия благодаря вращению будет занимать всегда пространство непосредственно у патрубка 4 и наконечника 5 и неизбежно будет эжектирована в затрубное пространство выше зоны поглощения.

Устройство создает избыточное давление на стенки скважины, организует активную циркуляцию и сепарацию раствора, регулируя его водоцементное отношение непосредственно .в изолируемой зоне.

I-

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

предотвращает оседание твердой фазы раствора при изоляции, способствует более эффективному замещению промывочной жидкости в кавернозной зоне, более качественному креплению зоны осложнения,

Устройство может быть использовано для качественной изоляции зон поглощений с разной степенью интенсивности и с разными составами тампонирующего раствора, в т.ч. и с инертными наполнителями.

В результате обогащения цементом смесь, которая может быть образована из исходного тампонажного раствора после прохода его через боковой циркуляционный канал, будет вновь интенсивно перемешиваться с отслоившейся менее плотной суспензией, тоже двигающейся вниз. Наиболее сильное перемешивание будет наблюдаться при использовании известного устройства для изоляции высокопроницаемых пластов, ибо нисходящее движение менее плотной смеси не блокируется, а восходящее движение затруднено наличием выше циркуляционного канала параболоида, вращения с увеличивающимся вверх поперечным сечением.

При достижении надлежащего качества и надежности тампонирования поглощающих пластов с использованием данного устройства необходимо узлы сепарации и эжекции выполнить с регулируемыми коэф-. фициентами сепарации и эжекции. Под коэффициентом сепарации понимается отношение разности плотностей исходного раствора рн.с. и эжектируемой суспензии рэ.с. к разности плотностей исходного раствора и воды затворения, т.е.Рн.с. рэ.с.. РН.С. -ръ

Коэффициент эжекции К3 представляет собой отношение объемных расходов эжектируемой Оэ и нагнетаемой с устья QH смесей, т.е.

К.- (3)

UH

Коэффициенты сепарации и эжекции зависят от конструкции устройства (от соотношения величин, входящих в (1), количества и диаметров спирально-тангенциальных каналов) плотности исходного раствора и, что очень важно для регулирования Кс и Кэ - от расхода подаваемого раствора и могут практически изменяться в пределах: О Кс 0,8 и 0 Кэ 0,5.

Для устройства конкретной конструкции зависимости Кс fi(Qn) и Кэ Т2(0,н) устанавливаются опытным путем. При известной начальной плотности раствора плотность получаемой обогащенной смеси р п.с.

Кс

(2)

(4)

где

(5)

через коэффициенты Кс и Кэ определяется по формуле

о - 1 -Кс(1 -/)„ рп.с.- ------1 | эРН-С

йг « + тн.с. .. 1 + тн.с. А( тн.с. - водоцементное отношение ис ходного раствора;

р ц - плотность сухого цемента, Величина /9 н.с. определяется из формулы.

п - (1 + тн.с. )рврц/сч

Р н.с. -г-ГГ ; Г- W г .с.рц

Определение параметров устройства и работа с ним могут быть реализованы в следующей последовательности.

Геометрические размеры устройства, количество и диаметр сепарационных каналов, расход тампонажного раствора и коэффициент эжекции устанавливаются исходя из диаметра ствола скважины, мощности и характеристики поглощающего пласта. Зависимости коэффициентов Кс и Кэ от расходатампонажного раствора устанавливаются опытным путем.

Исходя из величины (раскрытое™) каналов поглощения и удельной приемистости поглощающего пласта выбирается необходимое водоцементное отношение обогащенной смеси гпп.с. из условия нерастекания ее далеко вглубь пласта и со- здаяия сплошного и надежного экрана. Так, при гпп.с. 0,2 почти все тампонажные цементы дают малоподвижную и густую пасту.

Определяется плотность обогащаемой смеси р п.с., соответствующая данному водоцементному отношению

(1 + тп.с. )

/% + ГЛп.с./Оц

РП.С.

(7)

где все величины известны из предыдущего. Решением уравнения (4) относительно р н.с. определяется необходимая плотность исходного тампонажного раствора 1 I/

РН-:С- 1 -Kc(l-/OJAu: (8)

Из уравнения (6) устанавливается исходное водоцементное отношение тампонажного раствора m н.с. (рц -Рн.с. }рв (рн.с. р& )рц

Пример. При стендовых испытаниях предлагаемого устройства определяемой (приведенной) конструкции были замерены следующие параметры: при расходе подаваемого в сепараторе тампонажного раствора Он 10 л/с расход эжектируемой суспензии, замеренный объемным способом, составлял Оэ 4 л/с. Тампонажный

тн.с.

(9)

45

55

Из приведенного выше описания конструкции устройства, принципа работы его узлов и устройства в целом, методики выбора его основных параметров и работы с ним, а

также из приведенных расчетов следует, что

устройство может быть практически реализовано для любых конкретных условий, т.е. в целях изоляции зон поглощения практически любой интенсивности. 50Формулаизобретения

Устройство для изоляции зон поглощения промывочной жидкости, включающее полый корпус, выполненный из верхней, средней и нижней частей, отводную трубку,

размещенную коаксиально к корпусу и имеющую выходной канал для сообщения полости нижней части корпуса с внешним пространством, и спирально-тангенциальные каналы, сообщающие полость средней

раствор приготовлялся из портландцемента с плотностью р ц 3050 кг/м3 при водоце- ментном отношении m 0,5. Плотности воды затворения рв , исходного раствора и эжектируемой смеси, замеренные ареометром, составили соответственно рв 1000 кг/м3., уОн.с. 1800 кг/м3 и р э.с. 1350

кг/м Отсюда были получены:

Кс „onn -tnnn 0,5625;

1800-1000 (формула 2)

Кэ

Ј-0,4.

(формула 3)

Для изоляции конкретного поглощающего пласта необходимо получить в погло- щающей зоне обогащенную смесь с водоцементным отношением тп.с. 0,25.

Платность обогащенной смеси с тп.с. 0,25 равна

« (1+0.25)1000-3050 2163кг/мз с 1000+0,25-3050 - «MKIYM

(формула 7) Вычисляем

,97Q. a 3D50 ° 3279 й 0,3279 + 0.5 nqt-in Р--ГЩ5--V0 5519

(формула. 5).

Необходимая плотность исходного тампонажного раствора равна „ -0.4 х РН-С- 1 -0, -0,5625(1 -0,5519)

Х2163 1854кг/м3 (формула 8).

Тампонажный раствор должен быть приготовлен с водоцементным отношением (3050 -1854) 1000 (1854 -1000) -3050 (формула 9),

Из приведенного выше описания конструкции устройства, принципа работы его узлов и устройства в целом, методики выбора его основных параметров и работы с ним, а

тн.с..

0,459-0,46

также из приведенных расчетов следует, что

размещенную коаксиально к корпусу и имеющую выходной канал для сообщения полости нижней части корпуса с внешним пространством, и спирально-тангенциальные каналы, сообщающие полость средней

части корпуса с внешним пространством, о т я и ч a to щ ее с я тем, что, с целью повышения надежности работы, средняя часть корпуса выполнена в виде диффузора с цилиндрической верхней и конической нижней частями, выходной канал отводной трубки размещен в цилиндрической части диффузора, а спирально тангенциальные каналы - в нижней части диффузора, причем диаметры верхней части корпуса DB, цилиндрической части Оц.д. и нижней части корпуса Он находятся, в следующем соотношении:

ц-д DB Он.