Устройство для цементирования скважин Советский патент 1981 года по МПК E21B33/13 E21B33/14 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к устройствам для их цементирования. По основному авт.св. № 354116 известно устройство для цементирования скважин, включакнцее цилиндрический корпус и расположенный на нем фильтр причем корпус выполнен с отверстиями, в которые вставлены полые разрушае1 ше пальцы l . Недостатком устройства является ненадежность его работы при действующих в скважинах перепадах давления между изолируемыми пластами свыше 200 кгс/с1«Р-(при нагнетании жидкостей в пласты и др). Этот недостаток обус ловлен тем, что в условиях скважины вследствие малости кольцевого зазора на фильтре образуется уплотнение с неравномерной по длине плотностью. Наивысшая плотность отмечается на небольшом (20-30 см) участке против верхнего конца проницаемой оболочки, т.е. со стороны подтока к фильтру цементного раствора. Причем размеры участка с наивысшей плотностью не зависят от длины фильтра% Цель изобретения - повышение качества цементирования в скважинах с повышенными перепадами давления между пластами за счет обеспечения равномерной плотности цементного Кс1мня по длине устройства. Поставленная цель достигается тем, что фильтр выполнен в виде усеченного конуса. На чертеже изображено устройство, общий,вид. Устройство для цементирования скважин состоит из цилиндрического корпуса 1,, конусообразного фильтра 2 и полых разрушаемых пальцев 3, перекрывакздих отверстия 4 в стенке корпуса 1, Устройство работает следующим образом. Устройство, как составной элемент обсадной колонны, устанавливают выше или ниже изолируемого пласта. В конце цементирования обсадной кЬлонны продавочной пробкой разрушают пальцы 3. Внутри труб снижают давление до гидростатическрго, что приводит к возникновению перепада давления между столбом тампонажного раствора за колонной и более легкой продавочной жидкостью вну.трк колонны. Под действием перепада давления происходит фильтрация воды из цементного раствора через фильтр 2 и отверстия 4 в колонну.

Благодаря конусности обеспечивается переменная величина зазора между поверхностью фильтра и стенкой скважины; наименьшая у нижнего конца фильтра и наибольшая у верхнего. По этой причине кольцевое пространство перекрывается цементным уплотнением последовательно снизу вверх.

Экспериментально установлено, что на фильтре в результате обезвоживания цементного раствора формируется цементное уплотнение с переменным по высоте остаточным водоцементным фактором. Причем кривая значений степени обезвоживания (степень обезвоживания обратно пропорциональна остаточному водо-цементному фактору) по высоте уплотнения имеет вид гиперболы с Максимумом на фильтре. С другой стороны известно,что из цементного уплотнения с большей степенью обезвоживания формируется цементный камень с большей прочностью. Таким образом, чем меньший слой уплотнения от фильтра, тем большей средней плотностью он обладает. Так например, согласно опытным данным, в уплотнении, полученном на фильтре ,под действием перепада давления. 20 кгс/см, средняя плотность слоя толщиной 15 мм выше средней прочности слоя толщиной 25 мм на 20%.

Упругость цементного камня влияет на его способность деформироваться и образовывать каналы на контактах с обсадной колонной и стенками скважины при расклинивающем действии жидкости. Поскольку упругость и прочность камня связанц линейной зависимостью (а прочность при уменьшении зазора растет), то и упругие свойств камня в уменьшенном зазоре на фильтр будут выше. Несложные расчеты показывают, что деформация цементного камн в слое толщиной 15 мм от фильтра при одинаковом внешнем нагружении меньше деформации слоя толщиной 25 мм на 50

Проницаемость обратно дропорциоиальна плотности, а также толщине сло; цементного камня. Если проницаемость слоя толщиной 25 мм - 4 мд, то проницаемость слоя толщиной 15 мм от фильтра составит 5 мд/ т.е. увеличится на 25%. Однако, хотя с уменьшением зазора происходит некоторое увеличение проницаемости, это не может быть причиной существенного проникновения флюидов через пакерное уплотнение, так .как абсолютная величина проницаемости цементного камня достаточно мала.

Таким образом, по всей длине фильтра образуется равномерное и прочное цементное уплотнение.

. Конусный фильтр может быть изготовлен, например, путем укладки вдол корпуса (по образующим цилиндра) специальных направляющих реек, толщина которых возрастает сверху вниз, и

обмотки корпуса на участке расположения- направляющих проволокой в два ряда с фильтромиткалью между ними.

Экспериментально установлено, что эффект выравнивания плотности обез. воженного цементно1-о раствора по длине конусного фильтра в кольцевом зазоре достигается при угле наклона профиля, равный или более 1 .

В таблице приведены рекомендуемые для производства параметры фильтра с учетом ограничения по углу наклона профиля фильтра и величины кольцевых зазоров, между стенками скважин и обсадных труб.

15

20

750

750

800

1000

1200

1200

1200

Область применения устройства 0скважины, в.которых при эксплуатации ожидается перепад давления между пластами 200-300 кгс/см.

Использование предлагаемого устройства на производстве позволит по5высить надежность крепления скважин, а также сок)атить трудовые затраты на вызов притока нефти и обработку продуктив,ного пласта. В связи с этим годовой экономический эффект составит не менее 760 тыс.руб.

0

Формула изобретения

Устройство для цементирования скважин по авт.св. № 354116, отличающееся тем, что,, с

5 целью повышения качества цементирования в скважинах с повышенными перепадами давления между пластами за счет обеспечения равномерной плот1, -ности цементного камня по длине устройства, фильтр последнего выполнен в виде усеченного конуса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 354116, кл. Е 21 В 33/12, 1968.