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

1

Изобретение относитя к области бурения скважин, в частности к устройствам для их цементирования.

По основному авт.св. № 354116 известно устройство для цемёнтирова- . ния скважин, включающее цилиндрический корпус и расположенный н.а нем фильтр, причем корпус выполнен с отверстиями, .в которые вставлены полые разрушаемые пальцы fl.

Недостатком устройства является ограничение его.применения перепадами давления между изолируемыми пластами не болер 20 МПа и изменением температуры в скважине не более

.

Первый фактор обусловлен тем, что в условиях скважины вследствие малости кольцевого зазора, на фильтре образуется уплотнение с неравной по длине плотностью. Наивысшая плотность отмечается на небольшом (20-30 см) участке против верхнего конца проницаемой оболочки, т.е. со стороны притока к фильтру цементного растйора, причем размеры участка с наивысшей плотностью не зависят от длины фильтра.

В связи с тем, что на нижнем участке фильтра цементная смесь не до

стигает необходимой плотности, длина фильтра в устройстве определена с учетом области повышенной вдопусти.ыых. пределс1Х плотности обезвоженного цемента и проката равной 1м. Однако, цементная перемычка ограниченной длины, хотя и представлена высокопрочным материалом, способна вьодерживать давление только до 20 МПа.

to

Кроме того установлено, что подвижка колонн, а следовательно, и разрушение контактныхзон, при изменении температуры на 50 и более неизбежны. После подвижки колонйы давление прорыва заканчиваемых объектов по контактным зонам цементного уплотнения на фильтре снижается по сравнению с давлением прорыва по ненарушенным контактным зонам с 20 до

20 13,3 МПа.

Путем увеличения длины цементного уплотнения возможно существенно повысить сопротивляемость ненарушенных контактных зон гидравлическому давлению. Так при длине уплотнения 1,5м

25 контактные зоны после подвижки колонны выдерживают давление до 20 МПа, при 2 м 26,7 МПа, при 2,5 33,4 МПа.

Цель изобретения - повышение ка30 честна цементирования за счет обеспечениягерметичности цементного уплотнения.

Поставленная цель достигается тем, что фильтр выполнен в виде набора секций, установленных раздельно на корпусе, а разрушаемые пальцы размещены в нижней секции.

На чертеже показан общий вид устройства.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, полых разрушаемых пальцев 2, перекрывающих отверстия 3 в корпусе, и набора секций фильтра: первой 4,. длина которой 100-150 мм, и последующих более длинных секций 5 (200-250 мм), отстоящих от первой и друг от друга на расстояние 25100 мм (на чертежа показана одна из верхних секций 5).

Устройство работает следующим образом.

Как составной элемент обсадной колонны его устанавливают выше или ниже изолируемого пласта. При продавливании цементного раствора пробкой (не показано) разрушают пальцы 2, сообщая затрубное пространство с труб ным. При снижении давления внутри обсадной колонны до гидростатического давления столба продавочной жидкости на фильтре создается перепад Давления, равный разности давлений столбон жидкости в затрубном и трубном пространствах. Под влиянием этого перепада цементный раствор подвергается обезвоживанию (уплотнению), причем процесс обезвоживания протекает первоначально на нижней секции фильтра 4 с отверстиями в корпусе.

Толщина обезвоженных слоев цементного раствора над фильтром 4 возрастает.

В радиальном направлении обезвоженная масса достигает стенок скважины, в осевом же направлении фильтрация продолжается. Со временем в процесс обезвоживания вовлекается цементный раствор, расположенный над секцией фильтра 5.

Как во всяком частично обезвоженном слое поровое давление в растворе против этогсг фиЯьтра снижается до значения приводит к воз никновению перепада давления между верхними участками фильтра 5, испытывающих давление гидростатического столба цементного раствора Рц, р. и нижним участком, против которого дей ствуёт поровое давление РпоР. Под действием перепада давления дР, равного Рц.р- Р„ор, возбуждается фильтрация и уплотнение цементного раствора на фильтре 5. Фильтрат цементного раствора проникает под фильтр 5, затем цементное уплотнение межлу фильтрами 5 и 4 под фильтр 4 и в отверстие 3, давление в котором (Рт.Р. ) равно давлению гидростатического столба более легкой по сравнению с ццементным раствором продавочной жидкости, заполняющей внутреннюю полость обсадной колонны.

Однако экспериментально установлено, что несмотря на опережающую фильтрацию в нижних участках фильтра 5, по всей его длине также протекает медленная фильтрация цементного рас твора, приводящая в конечном итоге к перекрытию уплотнением всего кольцевого зазора и к снятию уплотняющей нагрузки. Оптимальная длина фильтра 5 обеспечивающая высокую на всех участках плотность обезвоженного цементног раствора, равна 200-250 мм.

Для формирования цементного уплотнения большей длины над фильтром 5 в 25-100 мм устанавливается третья секция фильтра. Она включится в работу только после образования уплотнения над фильтром 5 с охватом нижнего конца третьей секции фильтра.

На фильтре под действием более высокого перепада давления формируется и более плотное и прочное цементное уплотнение. Следовательно, для повышения прочности перепад давления необходимо увеличивать, что достигается сокращением расстояния между фильтрами.

С другой стороны, цементное уплотнение между фильтрами на участке между стенкс1ми скважины и корпуса фильтра въаполняет роль тампона, предупреждающего после затвердевания цемента фильтрацию жидкостей и газа вдоль Оси скважины (жидкость и газ легко перемещаются вдоль оси по каналам этого фильтра). Чем больше длина участка между фильтрами, тем больший перепад давления способен воспринимать на- себя цементный тампон.

С учетом первого и второго фактора определено оптимальное расстояние между фильтрами, равное 25-100 мм Длина каждой секции фильтра 200250 мм выбрана в расчете на создание цементного уплотнения над фильтром с наивысшей для заданного перепада давления плотностью.

Использование предлагаемого устройства позволит повысить надежность крепления скважин, а также сократить материальные и трудовые затраты на восстановление герметичности затрубного пространства. .

Ожидаемая годовая экономическая эффективность в расчете на 1 с,кважину составляет 1050 руб.

Формула изобретения

Устройство для цементирования скважин по авт.св. № 354116, отличающееся тем, что, с целью повышения качества цементирования за счет обеспечения герметичности цементного уплотнения фильтр

выполнен в виле набора секций установленных раздельно на корпусе, а отверстия, в которые вставлены полые разрушаемые пальцы выполнены в нижней секции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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