Способ опрессовки обсадных колонн Советский патент 1980 года по МПК E21B33/00 

(54) СПОСОБ ОПРЕССОВКИ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

f

Изобретение относится к области .бурения и геофизических исследований нефтяных и Газовых скважин и направлено на повышение эффективности работ по заканчиванию скважин.

Известен способ опрессовки обсадных колонн, включающий повышение гидравлического давления в обсгщной колонне до определенной величины 1 .

Однако гидравлическая опрессовка по данному способу вызывает существенные по величине радиальные деформации обсадных колонн, приводящие в некоторых случаях к нарушениям сплошности цементного кольца и ослаблению контактов его с колонной . Это может являться одной из причин обводнений скважин при освоении или в период пробной эксплуатации .

Известен способ опрессовки обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах, включающий повышение гидравлического давления в обсадной колонне после ожидания затвердения цемента (ОЗЦ) и последующий сброс его 2.

Так как при определенных условиях в сквгикине возможен контакт цементного кольца с колонной через тонкий слой (пленку) жидкости, то при опрессовке обсадной колонны цементное кольцо может испытывать значительные гидравлические нагрузки динамического характера со стороны колонны через жидкостный слой в кольцевом зазоре между колонной и цементным кольцом. Эти нагрузки нахоtoдятся в тесной связи со скоростью опрессовки, фильтрационными и реологическими свойствами цемента. В результате, степень напряженности цементного кольца будет определяться перепадом гидравлического давления на его толщине, зависящим от скорости повышения или сброса опрессовочного давления.

Случай прямого контакта цементного кольца с колонной и через рыхлую глинистую корку со стенкой скважины наиболее опасен, так как радиальные деформации цементного кольца будут близки к упругим радиальным деформгщиям колонны, возникающим при ее рпрессовке.

При йтом возникает опасность появления значительных остаточных деформаций цементного кольца и его 30 разрушения.

Цель изобретения - y 4eны Ieниe остаточных деформаций цементного кольца и предотвращение его разрывных нарушений.

Цель достигается тем, что повышение гидравлического давления в колонне и последующий сброс его про; изводят ступенчато, причем величину каждой ступени поддерживают в соответствии с соотнсяиением

,Л,0,25б„|ь и4

ft:

.

где лР - величина ступени опрессог вочного давления, кгс/см1

$„ предел прочности цемента на растяжение,,. кгс/сМ1 динамические модули Юнга

Е,

и V материала колонны и цемента;

ч.наружные диаметры обсадной колонны и цементного кольца, см;

чк 6

толщина колрнны и цементного кольца, см, причем каждую последующую ступень давления задгиот после окончания релаксаций, возникающих в цементном кольце напряжений, для чего непрерывно производят измерение амплитуд продольных волн по колонне, а время окончания релаксации определяют по моменту стабилизации амплитуд на предыдущей ступени.

На чертеже показана схема быбора- и контроля оптимального режима опрессовки обсадных колонн,

В основу предлагаемого способа опрессовки положено представление о механизме передачи нагрузки на цементное кольцо со стороны колонны учитывающее реологические и фильтрационные свойства цемента при наличии и в случаях отсутствия прямого контакта цемента с колонной или со стенкой скважины.

Деформация цементного кольца при опрессовке колонны, превышакадая по величине упругую почти на порядок, возможна без его разрушения лишь за счет вязкопластической деформации (ползучести) цемента. Скорость этих неупругих деформаций и обуславливает, в основном, скорость релаксации опасных напряжений в цементном кольце. При этом, чтобы устранить остаточные деформации цементного кольца, необходиг, чтобы скорость изменения опрессовочного давления в колонне равнялась (либо была меньше) скорости релаксации опасных напряжений в цементном кольце.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что повышение и сброс опрессовочного давления про изводят ступенчато, на величину, пр которой радиальные деформации колонны не превышают предельных деформаций цементного кольца.

Каждую следующую ступень давления задают не ранее, чем релаксировало напряжение в цементном колыце от предыдущей ступени. Контроль процесса релаксации напряжений в цементном кольце осуществляется с помощью акустического цементомера по гимплитудам продольных волн А по колонне, изменяющихся при повышении или сбросе давления внутри колонны, а время релаксации на каждой ступени определяется временем стабилизации этих амплитуд, т.е. временем уменьшения градиента л А./л t до нуля.

Известно, что величина амплитуд А определяется в основном (при неизменности остальных условий: плотность и т.п.) плотностью контакта цемента с колонной,.зависящей, в свою очередь, от напряженного состояния последнего. Процесс релаксации напряжений сопровождается изменением (уменьшением) напряженного состояния цементного камня во времени, что непосредственно отражается на величине амплитуд акустического сигнала по колонне - А . в результате, средняя оптимальная скорость опрессовки колонны определяется отношением необходимого опрессовочного давления .к суммарному времени выдержек ( релаксации) на всех ступенях повышения или сброса давления.

Рекомендуемая последовательность операций при осуществлении способа:

-цементомер АКЦ устанавливают в наиболее интересуемом интервале (обычно против перемычки между водоносным и продуктивным пластом);

-устье скважины уплотняют стандартным сальником;

-повышают гидравлическое давление внутри обсадной колонны на величину допустимой ступени йР и наблюдают за прессом изменения ам5 плитудпродольных волн по колонне А во времени;

-определяют время релаксации напряжений Б цементном кольце по стабилизации амплитуд АИ и повышают давление йа следуйхдую ступень и т.д. до достижения заданного давления опрессовки;

-вьщерживают это давление в течение установленного времени (обычно 30 мин);.

-сброс давления производят, сохраняя также на каждой ступени времена вьщержек (релаксаций), установленные в процессе его подъема.

Следует отметить, что времена релаксации при повышении и сбросе давления из-за неполной симметрии этих процессов могут быть различными.

Таким образом, при использовании способа уменьшгиотся динамические нагрузки на цементное кольцо, и опрв«