Способ цементирования обсадных колонн и устройство для его осуществления

 

Использование: при цементировании обсадных колонн. Обеспечивает повышение эффективности за счет повышения надежности контроля окончания цементирования с обеспечением возможности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончания цементирования и предотвращения необходимости преждевременного снижения темпа закачки последних порций цементного раствора. Сущность изобретения: по способу во время цементирования пропускают нижнюю разделительную пробку. Нагнетают цементный раствор. Во время закачки его последних порций пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку. После ее посадки вытесняют цементный раствор в заколонное пространство. Вытеснение осуществляют в режиме дросселирования потока. Пускают верхнюю разделительную пробку. Закачивают продавочную жидкость в полость обсадной колонны. Цементный раствор вытесняют в заколонное пространство. Эту операцию осуществляют до посадки нижней разделительной пробки, В это время получают гидравлический сигнал окончания цементирования. Устройство включает корпус с осевым каналом. На корпусе помещены манжеты. Осевой канал корпуса перекрывает диафрагма. Над ней в корпусе помещена вставка. Она выполнена с осевым каналом. Ее канал меньше осевого канала корпуса. При этом вставка выполнена в виде сменных штуцеров. Они выполнены с осевыми каналами разного диаметра. 2 с.и 1 з.п.ф-лы, 3 ил. Ё 00 оо Ы

СОГОЭ (".ÎRF-. (СКИХ (.ОЦИАЛИСТИЧЕ(:КИX

РЕ(.ПЧЬРИК (н -Е 21 В 33/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i00

IQO 4 (21) 4917432/03 (22) 11,03,91 (46) 23,05.93. Бюл. N 19 (71) Томский научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) В.И.Шендеров (56) Мишевич В.И. Справочник инженера по бурению. — М.: Недра, 1972. с.395, 429--430, Авторское свидетельство СССР

¹ 1276802, кл. Е 21 В 33/14, 1986.

Рабиа Х. Технология бурения нефтяных скважин. — М.: Недра,1989, с.340 — 341, Авторское свидетельство СССР

¹ 280389, кл, Е 21 В 33/16, 1970, Авторское свидетельство СССР

¹ 1258984, кл. Е 21 В 33/16, 1986, (54) СПОСОБ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: при цементировании обсадных колонн. Обеспечивает повышение эффективности за счет повышения надежности контроля окончания цементирования с обеспечением возможности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончания цементирования и предотвращения необхоИзобретение относится к строительству скважин, в частности к процессу цементирования обсадных колонн в скважине с приме- нением пробок для разделения тампонажных жидкостей, Целью изобретения является повышение эффективности способа за счет повыц(ения

„., Я3„„1816847 А1 димости преждевременного снижения темпа закачки последних порций цементного раствора. Сущность изобретения: no способу во время цементирования пропускают нижнюю разделительную пробку. Нагнетают цементный раствор. Во время закачки его последних порций пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку.

После ее посадки вытесняют цементный раствор в заколонное пространство. В ытеснение осуществляют в режиме дросселирования потока. Пускают верхнюю разделительную пробку. Закачивают продавочную жидкость в полость обсадной колонны. Цементный раствор вытесняют в заколонное пространство.

Эту операцию осуществляют до посадки нижней разделительной пробки, В это время получают гидравлический сигнал окончания цементирования, Устройство включает корпус с осевым каналом. На корпусе помещены манжеты. Осевой канал корпуса перекрывает диафрагма. Над ней в корпусе помещена вставка. Она выполнена с осевым каналом, Ее канал меньше осевого канала корпуса, При этом вставка выполнена в виде сменных штуцеров. Они выполнены с осевыми каналами разного диаметра, 2 с.и 1 з.п,ф-лы, 3 ил. надежности контроля окончания цементирования с обеспечением возможности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончания цементирования и предотвращения необходимости преждевременного снижения темпа

1816847 закачки последних порций цементного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что перед пуском верхней разделительной пробки во время закачки последних порций цементного раствора пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку, а после посадки дополнительной нижней разделительной пробки вытеснение последних порций цементного раствора в заколонное пространство осуществляют в режиме дросселирования его потока, Устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус с осевым каналом, манжеты, размещенные на корпусе, диафрагму, перекрывающую осевой канал, снабжено вставкой с осевым каналом, меньшим осевого канала корпуса, при этом вставка помещена в осевом канале корпуса над диафрагмой и выполнена в виде сменных штуцеров с осевыми каналами разного диаметра.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Наличие дополнительной нижней разделительной пробки (пробки-лидера) и контрольного объема цементного раствора между пробкой-лидером и верхней цементировочной пробкой в сочетании с сужением осевого канала в пробке-лидере определяют стабильность гидравлического сигнала о посадке на ограничитель движения и открытие осевого канала пробки-лидера, получаемого эа счет дополнительного гидравлического сопротивления, оказываемого сужающейся частью осевого канала, которое изменяет давление нагнетания рабочей жидкости в зависимости от диаметра сужения и дает возможность получать сигнал не мгновенным, а растянутым на определенный промежуток времени, в который включается время прохождения сигнала от забоя до устья скважины, время визирования и время остановки насосов.

На фиг. 1 изображена схема процесса цементирования по данному изобретению; на фиг. 2 представлено схематически вертикальное сечение устройства для цементирования обсадных колонн (пробки-лидера); на фиг, 3 — график изменения давления закачки (расхода) рабочей жидкости при проведении процесса цементирования, На фиг. 1 схематически показаны обсадная колонна в процессе цементирования, когда нижняя цементировочная пробка 1 продавлена цементным раствором 2, стопорное кольцо 3, дополнительная нижняя разделительная пробка (пробка-лидер) 4, контрольный o6beM цементного раствора 5, 45

55 где Π— произвоцительность закачки рабочей жидкости, м lс; ,и — коэффициент расхода для обычных условий равен 0.92 — 0,99 и кэк правило принимается равным 0,95;

p — плотность рабочей жидкости, кГ/м;

Л Р вЂ” перепад давления в сужении, Па, Рекомендуется принимать значение

Л Р в пределах 2 10 — 5 10 Па.

В момент прохождения контрольного обьема цементного раствора 6 через осевой канал 11 пробки 4 давление нагнетания продавочной жидкости возрастает на величину этого дополнительного перепада давления

Л Р, обуславливаемого сужением 13 вставки верхняя разделительная пробка 6 и продавочная жидкость 7, На фиг. 2 представлена пробка-лидер 4, которая состоит из корпуса 8, диафрагмы 9, 5 манжет 10. укрепленных нэ корпусе 8. В корпусе 8 пробки 4 выполнен осевой канал

11, в котором помещена вставка 12 с сужением 13.

При осуществлении цементировэния по предлагаемому способу после пуска нижней цементировочной пробки 1 и закачки необходимой порции цементного раствора 2, исключая контрольный объем, в колонну пускают пробку-лидер 4 и закачивают конт15 рольный объем цементного раствора 5, затем пускают верхнюю пробку 6 и закачивэют продавочную жидкость 7. Контрольный объем цементного раствора 5 задают исходя иэ необходимой длительности

20 получаемого при посадке пробки-лидера 4 гидравлического сигнала, V = 0 х (Тв + Тв + Тост ). где Q — производительность закачки (рас.ход) рабочей жидкости, м lс, Тв — время прохождения гидравлического сигнала к устью скважины, с;

T> — время, необходимое для надежной регистрации сигнала, с;

Тост. — время, необходимое для останов30 ки насоса, с, Продавочной жидкостью комплекс

"пробка-лидер и контрольный объем цементного раствора — верхняя пробка", продавливается до посадки пробки 4 на нижнюю пробку 1 или ограничитель движения, после чего контрольный объем 5 начинает вытесняться через осевой канал пробки 4. Площадь проходного сечения сужения 12 осевого канала 1 1 определяют, исходя из

40 величины необходимого перепада давления, и рассчитывают по известной формуле:

1816847

12 до значения Р (фиг.3), Увеличение давления закачки продавочной жидкости регистрируется на измерительных приборах, например на манометре (на чертеже не показано), что служит сигналом о посадке пробки 4 на нижнюю пробку 1 или ограничитель движения 3. Регулирование времени

hT действия сигнала Р и регулирование величины сигнала Р осуществляется изменением производительности закачки Q продавочной жидкости, что ведет к изменению

10 высить качество контроля за процессом 45 закачки рабочих жидкостей, т,е. сделать способ более эффективным, технологичным, снизить количество брака и аварий и связанных с ними простоев. оборудования.

Применение данных изобретений позволяет уже на стадии подготовки к цементирова-. нию задатЬ оптимальные параметры процесса цементирования и при этом искперепада давления на сужении 13 вставки

12, На фиг. 3 показаны изменения давления

ЛР и времени действия сигнала Т1-Т2 при 15 различной производительности закачки продавочной жидкости, Т) — момент посадки пробки 4 на ограничитель движения 3 и начала прохождения контрольного объема цементного раствора 5 через осевой канал 20

11 пробки-лидера 4. Tz — момент окончания действия сигнала Р,, При уменьшении производительности закачки Q продавочной жидкости время действия сигнала Р увеличивается (на фиг. 3 обозначено пунктирны- 25 ми линиями). При производительности

/ закачки Q> имеем время Т вЂ” Т, при этом перепад давления уменьшается до значения ЛР . Соответственно, при производительности закачки Qz имеем время действия 30 сигнала Р, равное Т>-Т .

При изменении условий цементирования (изменение плотности и вязкости цементного раствора и т.п,) необходимые величины и длительности гидравлического 35 сигнала получают путем применения сменных штуцеров, изменяя площадь сечения. сужения 13 вставки 12.

Таким образом, применение данного способа и устройства для цементирования 40 обсадных колонн позволяет получать четко фиксируемый сигнал о посадке пробки на ограничитель движения, хорошо различимый на фоне помех, дает возможность полючить такую трудоемкую операцию, как замер откачиваемого обьема рабочей жидкости, т,к, при данном способе замеру подлежит только контрольный объем тампонажного раствора, который можно замерить с большой точностью, отказаться от преждевременного снижения темпа закачивания продавочной жидкости.

Формула изобретения

1, Способ цементирования обсадных колонн, включающий пуск нижней разделительной пробки, нагнетание цементного раствора, пуск верхней разделительной пробки, закачивание продавочной жидкости в полость обсадной колонны с вытеснением цементного раствора в заколонное пространство до посадки нижней разделительной пробки и получения гидравлического сигнала окончания цементирования,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет повышения надежности контроля окончания цементирования с обеспечением возможности регулирования величины и длительности гидравлического сигнала окончания цементирования и предотвращения необходимости преждевременного снижения темпа закачки последних порций цементного раствора, перед пуском верхней разделительной пробки и во время закачки последних порций. цементного раствора пускают дополнительную нижнюю разделительную пробку, а после посадки дополнительной нижней разделительной пробки вытеснение последних порций цементного раствора в заколонное пространство осуществляют в режиме дросселирования его потока, .2. Устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус с осе вым каналом, манжеты, размещенные на корпусе, диафрагму, перекрывающую осевой канал, о тл и ч а ю щ е е с я тем. что оно снабжено вставкой с осевым каналом, меньшим осевого канала корпуса, при этом вставка помещена в осевом канале корпуса над диафрагмой.

3, Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что вставка выполнена в виде сменных штуцеров с осевыми каналами разного диаметра.

1816847

Pcmen

Р»

Р»

P» —

Р,—

Фиг. 3

Составитель В,Шендеров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Редактор M.Кузнецова

Производственно издгпельский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул Гагаонн. 101

Заказ 1711 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при C КН Г ГССР

111035, Москва, )К-85, Раушская наб,. 4/5