Способ цементирования обсадных колонн в скважинах и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к горной промышленности и используется при цементировании обсадных колонн. Цель - повышение качества цементирования обсадных колонн путем ограничения давления на стенки открытой части ствола скважины. Сущность способа заключается в том, что цементирование обсадных колонн осуществляют путем затягивания цементного раствора в обсадную колонну с последующими его продавливанием в заколонное пространство с созданием противодавления в башмаке обсадной колонны, при этом величину противодавления устанавливают не менее величины превышения давления от столба цементного раствора, закачанного в обсадную колонну под давлением, от столба такой же высоты цементного и бурового раствора, закачанного в заколонные пространство, а скорость движения бурового и цементного раствора в заколонном пространстве устанавливают не более максимальной скорости подъема бурового раствора во время бурения скважины. Способ реализуется устройством, включающим корпус 1, внутри которого установлены диск 2 с центральным отверстием 3 и втулка 4 с периферийными каналами 5 и коническим выступом 6. Конический выступ 6 обращен к верхней части корпуса и может взаимодействовать с центральным отверстием 3. Втулка 4 жестко соединена с корпусом 1, а над ней установлен диск 2, причем последний подпружинен пружиной 8 относительно втулки 4. Корпус 1 выполнен над втулкой 4 с уступом 7. Его устанавливают в обсадной колонне и опускают в скважину. Поток раствора воздействует на диск 2, и он при превышении заданного давления, на которое рассчитана пружина 8, смещается вниз, при этом изменяется площадь центрального отверстия 3. При уменьшении давления диск под действием пружины 8 возвращается в исходное положение. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

союз советских

СОЦИ Afl ИСТИЧЕ С К ИХ

РЕСПУБЛИК (н)5 Е 21 В 33/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4691278/03 (22) 15.05,89 (46) 07.08.91. Бюл. ¹ 29 (75) В.Д. Куртов (53) 622.245.42(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1162943, кл, Е 21 В ЗЗ/13, 1983.

Патент США ¹ 3638730, кл. 166 — 291, 1972.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1335676, кл, Е 21 B 33/14, 1985. (54) СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН B СКВАЖИНАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ Е ГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горной промышленности и используется при цементировании обсадных коллон. Цель — повышение качества цементирования обсадных колонн путем ограничения давления. на стенки открытой части ствола скважины, Сущность способа заключается в том, что цементирование обсадных колонн осуществляют путем затягивания цементного раствора в обсадную колонну с последующим его продавливанием в заколонное пространство с . созданием противодавления в башмаке об." садной колонны, при этом величину противодавления устанавливают не менее величины превышения давления от столба

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может использоваться при цементировании обсадных колонн.

Цель- повышение качества цементирования обсадных колонн путем ограничения давления на стенки открытой части ствола скважины, !

Ж 1668638 А1 цементного раствора, закачанного в обсадную колонну под давлением, от столба такой же высоты цементного и бурового раствора, закачанного в заколонное пространство, а скорость движения бурового и цементного раствора в заколонном пространстве устанавливают не более максимальной скорости подъема бурового раствора во время бурения скважины. Способ реализуется устройством, включающим корпус 1, внутри которого установлены диск 2 с центральным отверстием 3 и втулка 4 с периферийными каналами 5 и коническим выступом 6. Конический выступ 6 обращен к верхней части корпуса и может взаимодействовать с центральным отверстием 3. Втулка 4 жестко соединена с корпусом 1, а над ней установлен диск 2, причем последний подпружинен пружиной 8 относительно втулки 4. Корпус

1 выполнен над втулкой 4 с уступом 7, его устанавливают в обсадной колонне и опускают в скважину, Поток раствора воздействует на диск 2, и при превышении заданного давления, на которое рассчитана пружина 8, смещается вниз, при этом изменяется площадь центрального отверстия 3. При уменьшении давления диск под действием пружины 8 возвращается в исходное положение. 2 с.п. ф-лы, 2 ил, На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа после его установки в обсадную колонну; на фиг. 2 — то же, в момент окончания эакачивания в обсадную колонну цементного раствора.

Сущность способа заключается в том, что обсадные колонны цементируют путем закачивания цементного раствора в

1668638

20 обсадную колонну с последующим его продавливанием в заколонное пространство с созданием противодавления в башмаке обсадной колонны. При этом величину противодавления устанавливают не менее величины превышения давления от столба цементного раствора. закачанного в обсадную колонну, над давлением от столба такой же высоты цементного и бурового раствора, закачанного в заколонное пространство, а скорость движения бурового и цементного раствора в заколонном пространстве устанавливают не более масимальной скорости подъема бурового раствора во время бурения скважины.

Способ реализуется с помощью устройства, включающего корпус 1 с установленными внутри него диском 2 с центральным отверстием 3 и втулкой 4 с периферийными каналами 5 и коническим выступом 6, установленным с возможностью взаимодействия с центральным отверстием 3, Втулка 4 коническим выступом 6 обращена к верхней части корпуса 1 и жестко соединена с последним. Корпус 1 под втулкой 4 выполнен с уступом 7. Диск 2 установлен в верхней части, корпуса с возможностью осевого перемещения и подпружинен пружиной 8 относительно втулки 4.

До спуска обсадной колонны в скважину устройство настраивают в соотвествииусловиями цементирования и особенностями состояния скважины.

Вначале s соответствии с горно-геологическими условиями: пластовым давлением, давлением гидрораэрыва, условиями бурения (уд. масса бурового раствора) выбирают вид цементного материала, его уд. массу, высоту подъема цементного раствора в заколонном пространстве, объем цементного раствора. Определяют в соответствии с объемом цементного раствора его высоту после закаливания в обсадную колонну. Определяют перепад давления от столба цементного раствора, закачанного в обсадную колонну, и давление от столба такой же высоты цементного и бурового раствора после их закачивания в заколонное пространство. Определяют перепад

ЛР давлений (т,е. разницу) между столбами цементного раствора, закачанного в обсадную колонну, и после его продувки в заколонное пространство по следующей формуле:

AP P> — Pz — Рз, где P> — давление от столба цементного раствора. закачанного в обсадную колонну;

Р— давление от столба цементного рас25

55 твора, продавленного в заколонное пространство;

Рз - давление от столба глинистого раствора, находящегося над цементным в заколонном пространстве.

При этом высота столба цементного раствора, продавленного в заколонное пространство, в сумме с высотой глинистого раствора, находящегося над цементным раствором в эаколонном пространстве, равна высоте цементного раствора, закачанного в обсадную колонну. Если цементирование производится с подъемом цементного раствора до устья, Pg = О, т.к. глинистого раствора в этом случае в заколонном пространстве не будет после продавливания цементного раствора, Анализируют условия бурения и определяют наибольшую скорость подъема бурового раствора в эаколонном пространстве во время бурения, при которой не было осложнений, Допустим, это К .

Выбираютданную скорость Ч за максимальную скорость подъема цементного и бурового раствора в заколонном пространстве во время цементирования. Для этой скорости и в зависимости от минимального сечения кольцевого пространства между стенками скважин и обсадной колонной определя.от наибольшую производительность цементировочных агрегатов (наибольший расход 0).

После этого подбирают диаметр центрального стержня 3 (диска 2) таким образом, чтобы при прокачивании через него бурового раствора и цементного раствора с производительностью Q перепад давления был не меньше Л Р.

Определив диаметр центрального отверстия 3, подбирают пружину 8 из условия, что при воздействии на диск 2 перепада давления Л Р он удерживается на месте силой упругости пружины 8 и при этом конический выступ 6 не входил в центральное отверстие 3.

Чтобы диск 2 не передвигался вверх во время спуска обсадной колонны по стволу скважины, можно установить ограничитель, например три штифта, ввернутых в стенку корпуса 1 (на чертеже они не показаны).

После выбора всех параметров устройства его собирают и проверяют в стендовых условиях, При этом обращают внимание на следующее. При прокачивании бурового раствора с производительностью Q должен обеспечиваться перепад давления, равный

Л Р или больше его, допустим на 1,0 МПа.

Чтобы избежать возможных ошибок (точность большинства серийных манометров

1668638

1,0 МПа), выбирают с условием, что при прокачивании раствора (бурового или цементного) перепад давления должен быть при производительности 0 не менее Л Р+ 1,0 МПа.

При достижении перепада давления hP пру- 5 жина 8 еще не сжимается, а при превышении давления ЛР начинает сжиматься. При этом диск 2 находит на конический выступ

6, В результате сечение центрального отверстия 3 частично перекрывается. При 10 прокачивании с прежней производительностью, но с увеличивающимся перепадом давления, пружина 8 продолжает сжиматься до тех пор, пока диск 2 не упрется в уступ

6. При этом может быть перепад давления 15

ЛР2, которое меньше Р1.

Проверив таким образом устройство в стендовых условиях. его устанавливают в обсадной колонне 1 между обратным клапаном и направляющей башмачной насадкой. 20

После спуска обсадной колонны на заданную глубину и промывки скважины приступают к ее цементированию. 8о время закачивания цементного раствора автоматически регулируется перепад давления в 25 башмаке обсадной колонны путем изменения проходного сечения центрального отверстия 3 при перемещении диска 2 под действием давления и пружины 8, что предотвращает гидроразрыв пластов и поглоще- 30 ние цементного раствора.

Формула изобретения

1. Способ цементирования обсадных колонн в скважинах, включающий закачивание цементного раствора в обсадную колонну с последующим его продавливанием в заколонное пространство с созданием противодавления в башмаке обсадной колонны, отличающийся тем, что, с целью повышения качества цементирования обсадных колонн путем ограничения давления на стенки открытой части ствола скважины, величину противодавления устанавливают не менее величины превышения давления от столба цементного раствора, закачанного в обсадную колонну, над давлением от столба такой же высоты цементного и бурового раствора. закачанного в заколонное пространство, а скорость движения бурового и цементного раствора в заколонном пространстве устанавливают не более максимальной скорости подъема бурового раствора во время бурения скважины.

2. Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах, включающее корпус и установленные внутри него диск с центральным отверстием и втулку с периферийными каналами и коническим выступом, установленным с воэможностью взаимодействия с центральным отверстием диска, о т л и ч аю щ е е с я тем. что втулка коническим выступом обращена к верхней части корпуса и жестко соединена с последним. при этом корпус над втулкой выгзлнен с уступом, а диск установлен в верхней части корпуса с возможностью осевого перемещения и подпружинен относительно втулки.

1668638

Составитель Н.Чепига

Редактор Б.©едотов Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 2638 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101