Намагничивающее устройство для тампонирования скважин Советский патент 1979 года по МПК E21B33/14 

1

Изобретение относится к бурению скважин и может найти применение в областях техники, связанных с проводкой скважин в условиях полной потери циркуляции промывочной жидкости в пластах, имеющих большие треш,ины, пустоты, каверны.

Для восстановления циркуляции в таких случаях требуется закачивать в скважину большие объемы закупоривающих материалов, что не всегда дает положительный эффект. Увеличению эффективности цементирования подобных зон поглощения способствуют приспособления, удерживающие цементный раствор в зоне потери циркуляции до его затвердевания - перекрывающие устройства 1.

Устройства имеют характерные преимущества: длина приспособления выбирается в зависимости от мощности зоны поглощения, устанавливать их можно на любом участке ствола, значительно сокращаются объемы цементного раствора, необходимые для цементирования, колебания в размере ствола скважины не влияют на успех работы приспособления, в случае необходимости все части устройства легко разбуриваются. В то же время известные перекрывающие устройства, предотвращающие распространение вглубь поглощающего пласта тампонирующей смеси, не позволяют проводить изоляционные работы при больших значениях статического уровня для зон поглощения, залегающих на значительных глубинах. Это определяется тем, что сетчатый элемент устройства выдерживает избыточное давление не более 32 кг/см.

Известно также магнитное устройство для удержания ферромагнитного тампонажного материала в зоне поглощения, выполненное в виде электромагнитной катушки из легкоразбуриваемого материала, съемной с бурильных труб, с полюсами, расположенными на оси, перпендикулярной оси . После спуска катушки в зону поглощения производится закачка ферромагнитного цемента. В момент истечения цемента из катушки в затрубное пространство в катушку с поверхности подается постоянный ток. Регулированием силы тока можно добиться удержания тампонажного материала при различных статических уровнях промывочной жидкости в скважине.

Недостатком данного устройства является то, что оно удерживает цементный раствор в радиусе, равном примерно радиусу скважины. Это означает, что при дальнейшем бурении для сохранения цементного кольца достаточной толщины необходимо уменьшать диаметр скважины, что делается, как известно, только в исключительных случаях. Из известных устройств наиболее близким является намагничивающее устройство для тампонирования скважин, состоящее из постоянных кольцевых магнитов, образующих замкнутую поверхность 3. Такие установки не сложны в изготовлении, монтаже и эксплуатации. Однако в данном устройстве нельзя изменить поперечные размеры, так как оно выполнено жестким, вследствие чего с помощью этого устройства нельзя сохранить номинальный диаметр скважины после тампонирования ферромагнитным цементом. Целью изобретения является обеспечение возможности изменения поперечных размеров устройства для сохранения номинального диаметра скважины при бурении скважины после тампонирования. Это достигается тем, что намагничивающее устройство для тампонирования скважин, состоящее из постоянных магнитов, выполнено в виде оболочки, образованной соединенными между собой посредством пластин металлических сердечников, на которые нанизаны кольцевые постоянные магниты. После помещения устройства в искусственно расширенный или естественно кавернозный участок ствола скважины и нагнетания в него ферромагнитного цемента оно раздувается и создает цементный стакан большего диаметра, чем нормальный диаметр скважины, имеющий хорошее сцепление с породой. Складная оболочка после затвердевания цемента выполняет роль металлического каркаса и повышает прочность цементного камня. На фиг. 1 показано устройство до среза шпилек; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство после среза шпилек; на фиг. 4 - устройство в момент окончания продавки; на фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг. 4. Намагничивающее устройство для тампонирования скважин включает в себя защитный корпус 1, внутри которого размещены складная магнитная оболочка 2 в свернутом виде, верхний 3 и нижний 4 уплотнительные элементы, перфорированная труба 5, верхняя часть которой оканчивается поршнем 6, а нижняя - предохранительным башмаком 7. Складную магнитную оболочку 2 составляют гирлянды 8 кольцевых постоянных магнитов 9, нанизанные на металлические сердечники 10, оси которых расположены на замкнутой цилиндрической поверхности, причем сердечники соседних гирлянд 8 соединены шарнирными стяжками 11. Соседние кольцевые магниты 9 в гнрлянде 8 обращены друг к другу разноименными полюсами. Наружный диаметр складной оболочки 2 в расправленном состоянии выбирается в пределах 1,1-2,5 от номинального диаметра скважины. Края магнитной оболочки 2 присоединены при помощи уплотнительных элементов 3 и 4 к перфорированной трубке 5 так, что отверстия последней расположены между элементами 3 и 4. Уплотнительные элементы 3 и 4 выполняются из резины, брезента и т. п. С внутренней поверхностью защитного корпуса 1 контактирует поршень 6, к которому подвешены гирлянды 8 с сердечниками 10. Грузовыми выполнены только сердечники выпуклых частей свернутой оболочки 2, например 12-19. Предохранительный башмак 7 снабжен промывочными отверстиями 20. Над центральным промывочным отверстием размещен постоянный кольцевой магнит 21. Башмак 7 при помощи шпилек 22 крепится к защитному корпусу 1. На наружной поверхности оболочки 2 имеется слой 23 ферромагнитного тампонажного материала, который удерживается на ней силами магнитного притяжения. Поршень 6, перфорированная труба 5 и башмак 7 изготовлены из легко разбуриваемого материала. Устройство работает следующим образом. В месте зстановки устройства скважина должна иметь диаметр в пределах 1,1-2,5 от номинального диаметра. Устройство на бурильных трубах опускается в скважину, устанавливается на 0,5-0,8 м от забоя напротив зоны поглощения и промывается. Затем производится закачка пачки ферромагнитного цементного раствора и промывочной жидкости. Передняя порция ферромагнитного цементного раствора, достигнув постоянного магнита 21, закупоривает промывочные отверстия 20 в башмаке 7 за счет сил магнитного притяжения, вследствие чего повышается давление во внутритрубном пространстве бурильной колонны и срезаются шпильки 22. Инструмент медленно приподнимается от забоя на длину магнитной оболочки 2. Низ инструмента, включающий поршень 6, перфорированную трубу 5, верхний 3 и нижний 4 уплотнительные элементы, башмак 7 с магнитом 21, магнитную оболочку 2 под действием собственной тяжести и давления опускается на забой (0,5-0,7 м, а защитный корпус 1, присоединенный к бурильным трубам, поднимается. Подъем производят с одновременной подкачкой в бурильные трубы промывочной жидкости. Ферромагнитный цемент через отверстия в перфорированной трубе 5 поступает внутрь оболочки 2. За счет повышенного давления во внутритрубном пространстве магнитная оболочка 2 расправляется и прижимается к стенкам скважины на расширенном ее участке (фиг. 4 и 5). Расправлению магнитной оболочки 2 спо5

собствует гибкая подвеска гирлянд 8 на стальных сердечниках 12-19 к поршню б, а также то, что верхний 3 и нижний 4 уплотнительные элементы выполнены из брезента или эластичного материала. Слой 23 ферромагнитного цемента, покрывающий наружную поверхность магнитной оболочки 2, создает контакт со стенками скважины. Магнитная оболочка 2 обладает способностью удерживать ферромагнитный цемент и держать определенное давление за счет сил магнитного притяжения. По окончании продавки бурильные трубы поднимаются на поверхность. По окончании ОЗП зацементированную зону разбуривают долотом номинального диаметра. Магнитная оболочка 2 оказывается вне зоны разбуривания и образует вместе с затвердевшим ферромагнитным цементом железобетонный блок, перекрывающий зону поглощения. Поршень 6, перфорированная труба 5, бащмак 7 попадают в зону разбуривания.

Использование предлагаемого устройства для удержания тампонажного материала в зоне поглощения обеспечивает по сравнению с существующими устройствами следующие преимущества: сохраняется номинальный диаметр скважины при дальнейшем бурении ниже зоны поглощения, повышается допустимое избыточное давление до 100 кг/см на складную оболочку при сравнительной ее компактности на фоне кратного увеличения допзстимого избыточного давления, появляется возможность применения на скважинах с большими статическими уровнями от устья. Кроме того, происходит более полная дегидратация цементного раствора со всеми вытекающими последствиями: увеличение прочности цементного камня, резкое уменьшение срока окончания схватывания вплоть до мгновенного. Длина приспособления выбирается в зависимости от мощности зоны поглощения, что в сравнении с перекрывающими устройствами магнитного типа позволяет улучщить качество тампонажа поглощаюИ1ей зоны.

Форм у ,м а и 3 о б р е т е н и я

Намагничивающее устройство для тампонирования сквал ин, состоящее из постоянных кольцевых магнитов, отличающ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности изменения его поперечных раз меров для сохранения номинального диаметра скважины при бурении скважины после тампонирования, оно выполнено в виде оболочки, образованной соединенными между собой посредством пластин металлических сердечников, на которые нанизаны кольцевые постоянные магниты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Крылов В. И. и Сухенко Н. И. Борьба с поглощением при бурении скважин (зарубежный опыт). М., «Недра, 1968, с. 141 - 144.

2.Авторское свидетельство СССР № 121741, кл. Е 21В 33/14, 1959.

3.Бережной А. И. и др. Электрические н механические методы воздействия при

цементировании скважин. М., «Недра, 1976, с. 141-144.