Способ цементирования обсадных колонн и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК E21B33/16 

Изобретение относится к строительству скважин, в частности к процессу цементирования обсадных колонн в скважине с приме- нением пробок для разделения тампонажных жидкостей.

Целью изобретения является повышение эффективности способа за счет повышения

надежности контроля окончания цементирования с обеспечением возможности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончания цементирования и предотвращения необходимости преждевременного снижения темпа

закачки последних порций цементного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что перед пуском верхней разделительной пробки во время закачки последних порций цементного раствора пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку, а после посадки дополнительной нижней разделительной пробки вытеснение последних порций цементного раствора в за- колонное пространство осуществляют в режиме дросселирования его потока.

Устройство для цементирования обсад- Ных колонн, включающее корпус с осевым каналом, манжеты, размещенные на корпусе, диафрагму, перекрывающую осевой канал, снабжено вставкой с осевым каналом, меньшим осевого канала корпуса, при этом вставка помещена в осевом канале корпуса над диафрагмой и выполнена в виде сменных штуцеров с осевыми каналами разного диаметра.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Наличие дополнительной нижней разделительной пробки (пробки-лидера) и контрольного объема цементного раствора между пробкой-лидером и верхней цементировочной пробкой в сочетании с сужением осевого канала в пробке-лидере определяют стабильность гидравлического сигнала о посадке на ограничитель движения и открытие осевого канала пробки-лидера, получаемого за счет дополнительного гидравлического сопротивления, оказываемого сужающейся частью осевого канала, которое изменяет давление нагнетания рабочей жидкости в зависимости от диаметра сужения и дает возможность получать сигнал не мгновенным, а растянутым на определенный промежуток времени, в который включается время прохождения сигнала от забоя до устья скважины, время визирования и время остановки насосов.

На фиг. 1 изображена схема процесса цементирования по данному изобретению; на фиг. 2 представлено схематически вертикальное сечение устройства для цементирования обсадных колонн (пробки-лидера); на фиг. 3 - график изменения давления закачки (расхода) рабочей жидкости при проведении процесса цементирования.

На фиг. 1 схематически показаны обсадная колонна в процессе цементирования, когда нижняя цементировочная пробка 1 продавлена цементным раствором 2, стопорное кольцо 3, дополнительная нижняя разделительная пробка (пробка-лидер) 4, контрольный объем цементного раствора 5,

верхняя разделительная пробка б и прода- вочная жидкость 7.

На фиг. 2 представлена пробка-лидер 4, которая состоит из корпуса 8, диафрагмы 9,

манжет 10, укрепленных на корпусе 8. В корпусе 8 пробки 4 выполнен осевой канал 11, в котором помещена вставка 12 с сужением 13.

При осуществлении цементирования по

предлагаемому способу после пуска нижней цементировочной пробки 1 и закачки необходимой порции цементного раствора 2, исключая контрольный объем, в колонну пускают пробку-лидер 4 и закачивают контрольный объем цементного раствора 5, затем пускают верхнюю пробку 6 и закачивают продавочную жидкость 7. Контрольный объем цементного раствора 5 задают исходя из необходимой длительности

получаемого при посадке пробки-лидера 4 гидравлического сигнала.

V Q х (Тп + Тв Тост.), где Q - производительность закачки (расход) рабочей жидкости, м3/с;

Тп - время прохождения гидравлического сигнала к устью скважины, с;

Тв - время, необходимое для надежной регистрации сигнала, с;

Тост. - время, необходимое для остановки насоса, с.

Продавочной жидкостью комплекс пробка-лидер и контрольный объем цементного раствора - верхняя пробка, продавливается до посадки пробки 4 на нижнюю

пробку 1 или ограничитель движения, после чего контрольный объем 5 начинает вытесняться через осевой канал пробки 4. Площадь проходного сечения сужения 12 осевого канала 11 определяют, исходя из

величины необходимого перепада давления, и рассчитывают по известной формуле:

где Q - производительность закачки рабочей жидкости, м/с;.

Г - коэффициент расхода для обычных условий равен 0.92-0,99 и как правило принимается равным 0,95;

р- п-лотность рабочей жидкости, кГ/м3;

Д Р - перепад давления в сужении, Па.

Рекомендуется принимать значение ДР в пределах 21.06-Б 106 Па.

В момент прохождения контрольного объема цементного раствора 6 через осевой канал 11 пробки 4 давление нагнетания про- давочной жидкости возрастает на величину этого дополнительного перепада давления Д Р, обуславливаемого сужением 13 вставки

12 до значения Рс (фиг.З). Увеличение давления закачки продавочной жидкости регистрируется на измерительных приборах, например на манометре (на чертеже не показано), что служит сигналом о посадке пробки 4 на нижнюю пробку 1 или ограничитель движения 3. Регулирование времени ЛТ действия сигнала Рс и регулирование величины сигнала Рс осуществляется изменением производительности закачки Q продавочной жидкости, что ведет к изменению перепада давления на сужении 13 вставки 12.

На фиг. 3 показаны изменения давления АР и времени действия сигнала ТтТ2 при различной производительности закачки продавочной жидкости, Т1 - момент посадки пробки 4 на ограничитель движения 3 и начала прохождения контрольного объема цементного раствора 5 через осевой канал 11 пробки-лидера 4. 2- момент окончания действия сигнала Рс. При уменьшении производительности закачки Q продавочной жидкости время действия сигнала Рс увеличивается (на фиг, 3 обозначено пунктирными линиями). При производительности закачки Qi имеем время Tt-Ta .при этом перепад давления уменьшается до значения АР;. Соответственно, при производительности закачки Q2 имеем время действия сигнала Рс, равное T-I-T2.

При изменении условий цементирования (изменение плотности и вязкости цементного раствора и т.п.) необходимые величины и длительности гидравлического сигнала получают путем применения сменных штуцеров, изменяя площадь сечения сужения 13 вставки 12.

Таким образом, применение данного способа и устройства для цементирования обсадных колонн позволяет получать четко фиксируемый сигнал о посадке пробки на ограничитель движения, хорошо различимый на фоне помех, дает возможность повысить качество контроля за процессом закачки рабочих жидкостей, т.е. сделать способ более эффективным, технологичным, снизить количество брака и аварий и связанных с ними простоев оборудования. Применение данных изобретений позволяет уже на стадии подготовки к цементировав нию задать оптимальные параметры процесса цементирования и при этом исключить такую трудоемкую операцию, как замер откачиваемого объема рабочей жидкости, т.к. при данном способе замеру подлежит только контрольный объем тампо- 5 нажного раствора, который можно замерить с большой точностью, отказаться от преждевременного снижения темпа закачйвания продавочной жидкости.

0 Формула изобретения

1, Способ цементирования обсадных колонн, включающий пуск нижней разделительной пробки, нагнетание цементного раствора, пуск верхней разделительной

5 пробки, закачивание продавочной жидкости в полость обсадной колонны с вытеснением цементного раствора в заколонное пространство до посадки нижней разделительной пробки и получения гидравлическо0 го сигнала окончания цементирования,о т - личающийся тем, что, с целью . повышения эффективности способа за счет повышения надежности контроля окончания цементирования с обеспечением воз5 можности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончания цементирования и предотвращения необходимости преждевременного снижения темпа закачки последних порций

0 цементного раствора, перед пуском верхней разделительной пробки и во время закачки последних порций цементного раствора пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку, а после посадки

5 дополнительной нижней разделительной пробки вытеснение последних порций цементного раствора в заколонное пространство осуществляют в режиме дросселирования его потока.

0

.2. Устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус с осевым каналом, манжеты, размещенные на корпусе, диафрагму, перекрывающую осе5 вой канал, отличающееся тем, что оно снабжено вставкой с осевым каналом, меньшим осевого канала корпуса, при этом вставка помещена в осевом канале корпуса над диафрагмой.

0 3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что вставка выполнена в виде сменных штуцеров с осевыми каналами разного диаметра..

Редактор М.Кузнецова

Фиг. 3

Составитель В.Шендеров

Техред М.МоргенталКорректор О.Кравцова

Использование: при цементировании обсадных колонн. Обеспечивает повышение эффективности за счет повышения надежности контроля окончания цементирования с обеспечением возможности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончания цементирования и предотвращения необходимости преждевременного снижения темпа закачки последних порций цементного раствора. Сущность изобретения: по способу во время цементирования пропускают нижнюю разделительную пробку. Нагнетают цементный раствор. Во время закачки его последних порций пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку. После ее посадки вытесняют цементный раствор в заколонное пространство. Вытеснение осуществляют в режиме дросселирования потока. Пускают верхнюю разделительную пробку. Закачивают продавочную жидкость в полость обсадной колонны. Цементный раствор вытесняют в заколонное пространство. Эту операцию осуществляют до посадки нижней разделительной пробки, В это время получают гидравлический сигнал окончания цементирования. Устройство включает корпус с осевым каналом. На корпусе помещены манжеты. Осевой канал корпуса перекрывает диафрагма. Над ней в корпусе помещена вставка. Она выполнена с осевым каналом. Ее канал меньше осевого канала корпуса. При этом вставка выполнена в виде сменных штуцеров. Они выполнены с осевыми каналами разного диаметра. 2 с.и 1 з.п.ф-лы, 3 ил. Ё 00 оо Ы